Моделирование и анализ установившихся режимов роботы электрических систем

         д) задание нагрузки случайным по величине током.

  Используется  при расчетах электрических систем с большой долей электро-тяговой  нагрузки (например, электротяговая нагрузка – электрифицированный транспорт).

  В этих расчетах учитывается несимметричный и несинусоидальный харак-тер нагрузки. 
 

       Лекция 4.

       4. Представление   генераторов электроэнергии  в схемах замещения 

        Источниками электроэнергии в ЭЭС являются генераторы электричес-ких станций (ЭС), синхронные компенсаторы (СК), батареи статических кон-денсаторов (БСК).

         При расчетах установившихся  режимов электрических сетей,  генераторы представляются источником  тока, подключенным  к шинам генераторного на-пряжения.   

 

При моделировании  установившихся режимов, источники  электроэнергии указываются в виде шин генераторного напряжения и  характеризуют-ся параметрами: напряжением  на шинах и мощ-ностью, передаваемой в сеть: 

    

         В схемах замещения генераторные  узлы могут задаваться следующим  параметрами:

         а) постоянной мощностью

          P_Г = const; Q_Г = const

        Задание постоянной активной  мощности соответствуют реальным  усло-вииям роботы генератора с учетом действия системы регулирования частоты.

        Задание постоянной реактивной  мощности не соответствует реальным  условиям роботы так как генераторы  не имеют устройств регулирования  реак-тивной мощности.

         Неизвестными величинами при  такои задании являются напряжения  в узлах:

                                 

          б) постоянная активная мощность и постоянный модуль напряжения

                                P_Г = const; U_Г = const

  Переменные  и неизвестные параметры -  реактивная мощность Q_Г  и  угол напряжения _г в этом узле.

  Если  Q_Г = var и , то такое сочетание заданных параметров соот-ветствует генераторам электростанций. Если Q_Г = var и , то такое сочета-ние соответствует синхронному компенсатору (СК).

    СК – источник реактивной мощности (дополнительный), предназначенный  для компенсации реактивных нагрузок  с целью изменения потоков  реактивной мощности в сети. Это  позволяет влиять на уровни напряжения в узлах и на потери активной мощности в элементах сети.

   Два режима роботы СК: 

  а) режим перевозбуждения (генерация реактивной мощности);

  б) режим недовозбуждения (потребление реактивной мощности).

    Узлы, в которых установлены регулируемые   источники реактивной мощ-ности являются балансирующими по реактивной мощности. С их помощью обеспечивается расчетный баланс реактивной мощности в сети.

     За счет регулирования  реактивной  мощности в узле можно обеспечить  фиксацию модуля напряжения в нём. Такие узлы называются узлами с  фиксацией модуля напряжения (узлы ФМ).

     Такие условия задания параметров  в генераторном узле – постоянным  напряжением при переменой реактивной  мощности соответствуют реальным  условиям роботы генератора или  СК с регуляторами  напряжения(АРВ), поддерживающими  U_Г = const.  

        в) задание постоянного модуля и угла напряжения

               U_Г = const;  .

      Переменные и неизвестные величины  при этом – активная и реактивная  мощность в узле  P_Г , Q_Г  -  var.

      Такие узлы, в которых зафиксирован  вектор напряжения называются опорными по напряжению (узлы ФВ – с фиксацией вектора).

         Относительно напряжения этих  узлов выполняются расчеты напряжения  в остальных узлах сети. Таких  уз-лов может быть в сети несколько, но не меньше одного. 

  

   ; 

  Если  задано значение U₀ , то можно определить напряжения в остальных узлах сети. 

       Узлы в которых переменны  P_Г и  Q_Г  – это узлы балансирующее по мощности(БП). Их назначение - обеспечить расчетной баланс мощности в сети. Как правило, при расчетах выбирают один и тот же узел в качестве опорного по напряжению и балансирующего. Балансирующих узлов может быть в сети несколько, но не меньше одного.

       Использование балансирующих узлов  обусловлено спецификой нели-нейных уравнений установившегося режима. В начале расчета и в ходе его не возможно задать значения параметров, при которых обеспечивается условие баланса мощности сети (баланс мощности – равенство генерируемой и потребляемой мощности в сети в любой момент времени). Возникает расчет-ный небаланс мощности, который устраняется по мере уточнения значений параметров в ходе итерационного расчета. 

    Итоговая таблица: Способы задания  исходных данных в узлах 

 

  Т.о. режим в узле характеризуя четырьмя основными параметрами:

            активная мощность P;

            реактивная мощность Q;

            составляющие напряжения .

  При расчетах, как правило, два из них  заданы, остальные два - неизвестны. 
 

4.   Коммутационные аппараты

 

   Это устройства, с помощью которых  осуществляется подключение под  нагрузку или отключения элементов  в электрической сети – генераторов, трансформаторов, ЛЭП, потребителей и  др.

   К ним относятся выключатели, разъединители.

   Влияние коммутационных аппаратов на режим роботы электрической сети обусловливается их состоянием: включены или отключены. Это нужно учиты-вать при моделировании режимов. При отключении элементов сети, в част-ности ЛЭП, изменяются величины и направление потоков мощности, что влияет на режим цепи в целом. 

    Пример:  
 
 
 

            
 
 

     При аварии на линии Л1 нужно  включить секционный выключатель.  Этим обеспечивается питание  потребителя П1 от станции Г2.

     При расчетах обычно сопротивление  коммутационных аппаратов прини-мается  равным    . 
 
 

  Пример  составления  схемы  замещения электрической  сети 

    
 

    
 
 
 
 

      Схема замещения электрической  сети составляется на основе  исходной схемы электрических соединений из схем замещения её элементов, которые располагаются в последовательности их соединения в исходной схеме. Далее составляется расчетная схема сети, которая содержит всю исходную инфор-мацию о сети, необходимую для моделирования её режима. 

       Исходная схема  электрических соединений  примера. 

      Описание схемы:

          Схема разомкнута, включает элементы двух классов напряжений - 110кВ и 35кВ. Схема содержит три участка ЛЭП - 1 – 2, 2 – 3 и 3 – 4 и трансформи-рующий участок 4 – 5. Содержит пять узлов из которых три нагру-зочных(2,3,5), узел 1 является опорным по напряжению и балансирующий.

        Участки ЛЭП выполнены сталеалюминиевыми  проводами марок АС -185,  АС -150 и АС – 70, длины линий 70,50 и 60 км.

           Трансформатор мощностью 16000кВА, напряжение обмотки ВН - 110кВ.

         В узлах 2,3 и 5 - нагрузки мощностью 20+j15; 8+j7 и 12+j8 МВА.  

         Схема замещения формируется из схем замещения элементов электри-ческой сети  и располагаются они в той же последовательности , что и эле-менты в схеме:

      
 

 
 
 
 
 

          Участки ЛЭП  1 - 2, 2 – 3 и 3 - 4 представляются  П – образными схема-ми замещения, трансформаторный участок 4 – 5 представляется Г – образной схемой. Так как участки ЛЭП – напряжением 110, то пренебрегаем активной составляющей их поперечной проводимости.

Далее нужно определить параметры элементов схемы замещения, используя справочные данные о марках проводов и типах трансформаторов. 

         На основе схемы замещения  составляется расчетная схема. Она содер-жит всю информацию о конфигурации электрической сети и параметрах схемы замещения, необходимую  для расчета её режима:

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Лекция 5

Определение параметров элементов схемы  замещение электрической  сети

 

1. Линии электропередач

 

                      R            X

                                                                                  П – образная схема замещения. 

                                                                                  Для  линий напряжением выше

                                                                                  110 кВ    длиной до 300-400 км.