Расчет динамической устойчивости энергосистемы
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Институт– Энергетический институт
Направление – Возобновляемые источники энергии
Кафедра – Электроснабжение промышленных предприятий
Исследование динамической устойчивости энергосистемы с генераторами мини-ТЭС
Наименование лабораторной работы
Отчет по лабораторной работе № 2
по курсу «Современные технологии проектирования объектов электроэнергетических»
Наименование учебной дисциплины
Вариант 3
Выполнил студент гр 5АМ24 ________С.С, Блощинский
Подпись Дата И.О.Фамилия
Проверил ассистент _______ _________ А.В.Дерюгин
должность Подпись Дата И.О.Фамилия
Томск – 2013
Цель работы: Выполнить расчет и оценку статической и динамической устойчивости энергосистемы содержащей генераторы мини-ТЭС.
|
|
|
Статической устойчивостью называется способность системы восстанавливать исходный режим после малого его возмущения или режим, весьма близкий к исходному (если возмущающее воздействие не снято).
Динамическая устойчивость – это способность системы восстанавливать исходное состояние, или близкое к исходному, после действия больших возмущений.
Восстановление близкого к исходному состояния имеет место в
тех случаях, когда возмущающее воздействие, например, отключение какого-либо элемента системы, не снимается в течение переходного режима, вследствие чего система не возвращается в исходное состояние. Специфической разновидностью является результирующая устойчивость - способность электроэнергетической системы возвращаться в исходное состояние, или близкое к нему, после кратковременного асинхронного хода синхронных машин. При этом асинхронный ход (режим) может быть результатом нарушения статической или динамической устойчивости системы.
Подчеркивая разницу между результирующей и динамической устойчивостью, последнюю часто называют синхронной динамической устойчивостью энергосистемы.
Исходными данными для выполнения данной лабораторной работы являются:
|
|
|
1) Схема электрических сетей 220/110 кВ с параметрами основного оборудования (рисунок 1);
2) Исходные данные (динамические характеристики генераторов, РС, РВ, возбудителей, СД) таблица 1-5.
Рисунок 1 – Схема электроснабжения
Таблица 1. Динамические характеристики генераторов и СД
| Назван | N | Uгн | Pгн | COS(ф) | Mj/Tj | X'd | Xd | Xq | X"d | X"q | T'd0 | T"d0 | T"q0 | ||
| Г-1МВт | 250 | 6.30 | 1 | 0.800 | 2.65 | 0.318 | 1.850 | 1.110 | 0.191 | 0.236 | 2.510 | 0.200 | 0.500 | ||
| Г-1МВт | 252 | 6.30 | 1 | 0.800 | 2.65 | 0.318 | 1.850 | 1.110 | 0.191 | 0.236 | 2.510 | 0.200 | 0.500 | ||
| Г-6МВт | 458 | 6.30 | 6 | 0.800 | 2.30 | 0.243 | 2.010 | 2.010 | 0.148 | 0.148 | 2.500 | 0.000 | 0.000 | ||
| Г-6МВт | 459 | 6.30 | 6 | 0.800 | 2.30 | 0.243 | 2.010 | 2.010 | 0.148 | 0.148 | 2.500 | 0.000 | 0.000 | ||
| Г-6МВт | 558 | 6.30 | 6 | 0.800 | 2.30 | 0.243 | 2.010 | 2.010 | 0.148 | 0.148 | 2.500 | 0.000 | 0.000 | ||
| Г-6МВт | 559 | 6.30 | 6 | 0.800 | 2.30 | 0.243 | 2.010 | 2.010 | 0.148 | 0.148 | 2.500 | 0.000 | 0.000 | ||
| Г-6МВт | 72 | 6.30 | 6 | 0.800 | 2.30 | 0.243 | 2.010 | 2.010 | 0.148 | 0.148 | 2.500 | 0.000 | 0.000 | ||
| Г-6МВт | 74 | 6.30
| 6 | 0.800 | 2.30 | 0.243 | 2.010 | 2.010 | 0.148 | 0.148 | 2.500 | 0.000 | 0.000 | ||
| СД | 75 | 6.00 | -1 | 0.940 | 1.25 | 0.220 | 1.650 | 1.650 | 0.129 | 0.129 | 3.050 | 0.080 | 0.080 | ||
| СД | 76 | 6.00 | -1 | 0.940 | 1.25 | 0.220 | 1.650 | 1.650 | 0.129 | 0.129 | 3.050 | 0.080 | 0.080 |
Таблица 2. Данные по РС
| N | Статизм | Зона | Tоткр | Tзакр | Pтmin | Pтmax |
| 250 | 5.00 | 0.50 | 1.500 | 0.500 | 0.00 | 110.00 |
| 252 | 5.00 | 0.50 | 1.500 | 0.500 | 0.00 | 110.00 |
| 458 | 5.00 | 0.50 | 1.500 | 0.500 | 0.00 | 110.00 |
| 459 | 5.00 | 0.50 | 1.500 | 0.500 | 0.00 | 110.00 |
| 558 | 5.00 | 0.50 | 1.500 | 0.500 | 0.00 | 110.00 |
| 559 | 5.00 | 0.50 | 1.500 | 0.500 | 0.00 | 110.00 |
| 72 | 5.00 | 0.50 | 1.500 | 0.500 | 0.00 | 110.00 |
| 74 | 5.00 | 0.50 | 1.500 | 0.500 | 0.00 | 110.00 |
| 75 | 5.00 | 0.50 | 1.500 | 0.500 | 0.00 | 110.00 |
| 76 | 5.00 | 0.50 | 1.500 | 0.500 | 0.00 | 110.00 |
Таблица 3. Данные по РВ
| N | Tрв | Uрв+ | Uрв- | Ku | K'u | K'if | Kf | K'f | Tf | Альфа | ||
| 250 | 0.040 | 6.000 | -6.000 | 10.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | ||
| 252 | 0.040 | 6.000 | -6.000 | 10.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | 0.000 | ||
| 458 | 0.040 | 6.000 | -6.000 | 50.000 | 5.000
| 5.000 | 2.000 | 5.000 | 0.900 | 1.000 | ||
| 459 | 0.040 | 6.000 | -6.000 | 50.000 | 5.000 | 5.000 | 2.000 | 5.000 | 0.900 | 1.000 | ||
| 558 | 0.040 | 6.000 | -6.000 | 50.000 | 5.000 | 5.000 | 2.000 | 5.000 | 0.900 | 1.000 | ||
| 559 | 0.040 | 6.000 | -6.000 | 50.000 | 5.000 | 5.000 | 2.000 | 5.000 | 0.900 | 1.000 | ||
| 72 | 0.040 | 6.000 | -6.000 | 50.000 | 5.000 | 5.000 | 2.000 | 5.000 | 0.900 | 1.000 | ||
| 74 | 0.040 | 6.000 | -6.000 | 50.000 | 5.000 | 5.000 | 2.000 | 5.000 | 0.900 | 1.000 |
Таблица 4. Данные по вобудителям
| N | Nф | Nсист | Tв | Eqe+ | Eqe- | Eq+ | Eq- | KI |
| 250 | 0 | 0 | 0.040 | 2.000 | 0.000 | 2.000 | 0.600 | 0.700 |
| 252 | 0 | 0 | 0.040 | 2.000 | 0.000 | 2.000 | 0.600 | 0.700 |
| 458 | 0 | 0 | 0.040 | 2.000 | 0.000 | 2.000 | 0.600 | 0.000 |
| 459 | 0 | 0 | 0.040 | 2.000 | 0.000 | 2.000 | 0.600 | 0.000 |
| 558 | 0 | 0 | 0.040 | 2.000 | 0.000 | 2.000 | 0.600 | 0.000 |
| 559 | 0 | 0 | 0.040 | 2.000 | 0.000 | 2.000 | 0.600 | 0.000 |
| 72 | 0 | 0 | 0.040 | 2.000 | 0.000 | 2.000 | 0.600 | 0.000 |
| 74 | 0 | 0 | 0.040 | 2.000 | 0.000 | 2.000 | 0.600 | 0.000 |
| 75 | 0 | 0 | 0.040 | 2.500 | -2.000 | 2.000 | 0.600 | 0.000 |
| 76 | 0 | 0 | 0.040 | 2.500 | -2.000 | 2.000 | 0.600 | 0.000 |
Таблица 5. Данные по СД
| N | D(p) | COS(ф) | M(ст) | dMстарт |
| 75 | 0.700 | 0.940 | 0.500 | 0.100 |
| 76 | 0.700 | 0.940 | 0.500 | 0.100 |
Расчет статической устойчивости энергосистемы
Первым пунктом является определение пропускной способности ВЛЭП ПС2 – ПС20 и расчет коэффициентов статической устойчивости.
Пропускная способность электропередачи – это та наибольшая активная мощность, которую с учетом всех технических ограничений можно передать по линии.
Определение пропускной способности проводится путём последовательного утяжеления режима для периода максимальных нагрузок (постепенное увеличение нагрузки на шинах ПС20). Если на шаге утяжеления возникает нарушение ограничения по току или выход режима за пределы существования по напряжению, то предшествующий шаг утяжеления и определяет пропускную способность. Результаты расчета приведены в таблицах 6 и 7.
Таблица 6. Пропускная способность ВЛ ПС2-ПС20 в нормальном режиме
| Мощность нагрузки ПС20, МВт | Переток мощности по линии, МВт | Напряжение на шинах ПС20, кВ | Напряжение на шинах ПС2, кВ | Ток линии, кА |
| 0 | 2х29,8 | 115,8 | 123,2 | 0,147 |
| 30 | 2х43,9 | 115,7 | 120,7 | 0,22 |
| 40 | 2х48,7 | 115,4 | 119,8 | 0,245 |
| 60 | 2х58,7 | 115,3 | 118,2 | 0,3 |
| 80 | 2х68,8 | 115,2 | 112,0 | 0,354 |
| 89 | 2х82,1 | 115,1 | 111,0 | 0,381 |
Длительно допустимый ток для провода марки АС-240 составляет 0,61 кА.
При дальнейшем увеличении нагрузки режим перестает существовать. В нормальном установившемся режиме мощность электропередачи составляет 82,1МВт по одной цепи. Таким образом, пропускная способность рассматриваемой линии – 164,2 МВт.
Определим коэффициент запаса статической устойчивости[1]:
Таблица 7. Пропускная способность ВЛ ПС2-ПС20 в ремонтном режиме
| Мощность нагрузки ПС20, МВт | Переток мощности по линии, МВт | Напряжение на шинах ПС20, кВ | Напряжение на шинах ПС2, кВ | Ток линии, кА |
| 0 | 61,9 | 112,4 | 124 | 0,296 |
| 5 | 67,6 | 111,8 | 123,6 | 0,323 |
| 10 | 73,4 | 111,2 | 123,3 | 0,351 |
| 15 | 79,3 | 110,4 | 122,8 | 0,381 |
При дальнейшем увеличении нагрузки режим перестает существовать. В ремонтном режиме мощность электропередачи составляет 61,9 МВт. Длительно допустимый ток для провода марки АС-240 составляет 0,61 кА, поэтому пропускная способность рассматриваемой линии будет – 79,3 МВт.
Определим коэффициент запаса статической устойчивости:
Вывод.Согласно методическим указаниям по устойчивости энергосистем коэффициент запаса статической устойчивости должен быть не менее 20% в нормальном режиме, и не менее 8% в утяжелённом. Таким образом, данные условия выполняются.
Расчет динамической устойчивости энергосистемы
Динамическая устойчивость оценивается по характеру изменения режимных параметров (прежде всего взаимных углов δ) в динамическом переходе ЭЭС после большого возмущения.
Для определения динамической устойчивости проводятся расчеты переходных процессов ограниченной длительности один – два цикла синхронных качаний.
В качестве возмущающих воздействий при исследовании динамической устойчивости рассматриваются разного рода большие нарушения в ЭЭС:
· трёх фазное короткое замыкание;
В соответствии с требованиями используемого программного комплекса для анализа динамической устойчивости необходимо описать заданное возмущающее воздействие с учетом всех факторов.
Выполнение расчетов
В соответствии с требованиями комплекса «Mustang» аварийное возмущение, действия РЗ, АПВ, ПА моделируются с помощью директивы Автоматика.
Для оценки динамической устойчивости без противоаварийной автоматики необходимо выполнить расчет динамической устойчивости при заданном возмущении и при действии релейной защиты АПВ. Следует отметить, что в качестве исходного берется нормальный режим.
Для оценки динамической устойчивости ЭЭС выполняем расчет:
· Трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-2 – ПС-20 у шин 110 кВ ПС-20;
· Трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-20 – ПС-25 у шин 110 кВ ПС-25;
· Трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-25 – ПС-17 у шин 110 кВ ПС-17.
Для каждого из указанных выше режимов отключение трехфазного короткого замыкания выполнить:
· действием основных защит с успешным АПВ;
· действием основных защит с неуспешным АПВ;
· действием резервных защит с успешным АПВ.
Для всех указанных ВЛ:
Время действия основной защиты – 0,12с.
Время действия резервной защиты – 0,88с.
Время действия АПВ – 4,08с
Время действия АВР на ПС-18 и ПС-19 – 6,08 с.
Определимся, что контролируемыми параметрами для генераторов и СД на одном совмещенном графике будут следующие параметры, угол ротора и мощность генератора.
На втором графике будут совмещены контролируемые параметры, напряжения «головных» шин ПС 110 кВ ПС-20, ПС-25, ПС-17, напряжения и частота на шинах генераторов и СД.
Рисунок 2. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-2 – ПС-20 у шин 110 кВ ПС-20 при успешном АПВ (при действии основной защиты)
Рисунок 3. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-2 – ПС-20 у шин 110 кВ ПС-20 при успешном АПВ (при действии основной защиты)
Рисунок 4. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-2 – ПС-20 у шин 110 кВ ПС-20 при не успешном АПВ (при действии основной защиты)
Рисунок 5. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-2 – ПС-20 у шин 110 кВ ПС-20 при не успешном АПВ (при действии основной защиты)
Рисунок 6. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-2 – ПС-20 у шин 110 кВ ПС-20 при успешном АПВ (при действии резервной защиты)
Рисунок 7. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-2 – ПС-20 у шин 110 кВ ПС-20 при успешном АПВ (при действии резервной защиты)
Рисунок 8. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-20 – ПС-25 у шин 110 кВ ПС-25 при успешном АПВ (при действии основной защиты)
Рисунок 9. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-20 – ПС-25 у шин 110 кВ ПС-25 при успешном АПВ (при действии основной защиты)
Рисунок 10. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-20 – ПС-25 у шин 110 кВ ПС-25 при не успешном АПВ (при действии основной защиты)
Рисунок 11. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-20 – ПС-25 у шин 110 кВ ПС-25 при не успешном АПВ (при действии основной защиты)
Рисунок 12. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-20 – ПС-25 у шин 110 кВ ПС-25 при успешном АПВ (при действии резервной защиты)
Рисунок 13. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-20 – ПС-25 у шин 110 кВ ПС-25 при успешном АПВ (при действии резервной защиты)
Рисунок 14. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-25 – ПС-17 у шин 110 кВ ПС-17 при успешном АПВ (при действии основной защиты)
Рисунок 15. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-25 – ПС-17 у шин 110 кВ ПС-17 при успешном АПВ (при действии основной защиты)
Рисунок 16. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-25 – ПС-17 у шин 110 кВ ПС-17 при не успешном АПВ и автоматическом включении резерва (при действии основной защиты).
Рисунок 17. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-25 – ПС-17 у шин 110 кВ ПС-17 при не успешном АПВ и автоматическом включении резерва (при действии основной защиты)
Рисунок 18. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-25 – ПС-17 у шин 110 кВ ПС-17 при успешном АПВ (при действии резервной защиты)
Рисунок 19. Графики контролируемых параметров трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-25 – ПС-17 у шин 110 кВ ПС-17 при успешном АПВ (при действии резервной защиты)
В процессе моделирования трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-2 – ПС-20 у шин 110 кВ ПС-20 действием основных защит с успешным АПВ, были получены необходимы графики с контролируемыми параметрами, по результатам которых можно сделать вывод что при КЗ, происходит резкий сброс активной мощности, отдаваемой генератором в сеть. В результате нарушается баланс мощностей (моментов) на валу ротора генератора и турбины за счет уменьшения тормозящего момента, обусловленного электрической нагрузкой. До отключения поврежденной линии происходит «качания» генератора, после срабатывания АПВ угол достигает критической величины. Относительная скорость ротора начинает возрастать до выпадения генератора из синхронизма. Происходит нарушение динамической устойчивости. Мощность генератора после срабатывания АПВ восстанавливается до номинального значения.
При КЗ напряжения на основных шинах просаживается до нулевого значения, после отключения поврежденной цепи, напряжения начинает выравниваться и только при срабатывании АПВ напряжения возрастает до нормально допустимых значений. Что касается частоты, то также как и с напряжением, частота выравнивается до нормально допустимых значений после срабатывания АПВ.
При неуспешном АПВ была зафиксирована следующая ситуация. Также как и при первом случае происходят качания. Частота сети резко падает, поэтому необходимо сделать разгрузку ЭЭС. В случае с углом ротора, то здесь, как и в первом случае, угол достигает критической величины. Относительная скорость ротора начинает возрастать до выпадения генератора из синхронизма. Что касается напряжения, аналогично первого варианта на основных шинах просаживается до нулевого значения, после отключения поврежденной цепи, напряжения начинает выравниваться, после не успешного АПВ, напряжения снова падает до нулевого значения процесс протекаеткачаниями.
Выполнив расчет трехфазного короткого замыкания на ВЛ 110 кВ ПС-2 – ПС-20 у шин 110 кВ ПС-20 действием резервных защит с успешным АПВ, на графиках видим что после промежутка качании в 3 с., срабатывания АПВ и мощность нормализируется. Переходя к углу ротора, здесь также как и в предыдущих случаях, угол растет и достигает критической величины. Относительная скорость ротора начинает возрастать до выпадения генератора из синхронизма. В первый момент КЗ на основных контролируемых шинах напряжения падает до нуля и только после срабатывания АПВ напряжения достигает номинальных значении. Частота после срабатывания АПВ имеет небольшие качания, это связано с большим возмущением на ЭЭС.
Вывод.В ходе выполнения работы были сделаны все пункты задания. Проведена оценка статической и динамической устойчивости системы. Из выполненных расчетов Кс было установлено, что в нормальном и послеаварийном режиме система статически устойчива.
При расчете динамической устойчивости было выявлено, что угол достигает критической величины. Относительная скорость ротора начинает возрастать до выпадения генератора из синхронизма. Происходит нарушение динамической устойчивости ЭСС. Для устранения нарушения необходимо уменьшать мощности нагрузок потребителей на шинах 6 и 35 кВ.
Список используемой литературы
1. Справочник по проектированию электрических сетей./Под ред. Д.Л. Файбисовича. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во НЦ ЭНАС, 2006. – 352 с.: ил.
2. Методические указания по устойчивости энергосистем. СО 153-34.20.576-2003. Утверждено приказом Минэнерго России от 30 июня 2003 г. № 277.
3. ГОСТ 21027-75. Системы энергетические. Термины и определения - Введ. 1986-01-07. - М.: ИПК Издательство стандартов, 1988. - 6 с.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 1085; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!