Допускаю к защите Руководитель Д. А. Панасецкий Анализ устойчивости электроэнергетических систем пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине Электромеханические переходные процессы 021. 00. 00 Пз

Название	Допускаю к защите Руководитель Д. А. Панасецкий Анализ устойчивости электроэнергетических систем пояснительная записка к курсовой работе по дисциплине Электромеханические переходные процессы 021. 00. 00 Пз
Дата	08.04.2018
Размер	0.56 Mb.
Формат файла
Имя файла	Primer_oformlenia_Kursovoy.docx
Тип	Пояснительная записка #40614

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО

«ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ

Кафедра электрических станций, сетей и систем

Допускаю к защите

Руководитель______________

/Д.А. Панасецкий/

Анализ устойчивости электроэнергетических систем
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине:

«Электромеханические переходные процессы»

1.021.00.00 ПЗ

Выполнил студент группы ЭСб-13-1 ________ ???
Нормоконтроль ________ Д.А. Панасецкий

Курсовая работа защищена

с оценкой _______________

Иркутск 2016

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГБОУ ВО

«Иркутский НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ технический университет»

ИНСТИТУТ ЭНЕРГЕТИКИ

Кафедра электрических станций, сетей и систем
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

по дисциплине «Электромеханические переходные процессы»

студенту __________________???____________________гр. ЭСб -_______???______

(фамилия, инициалы) (шифр группы)
Тема работы: Анализ устойчивости электроэнергетических систем
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Задача №1. Составить уравнения динамической системы с использованием метода пространства состояний, которые соответствуют нижеприведенной структурной схеме.
$c:\projects\политех\автоматика ээс\практика\практика 1 резонанс + схема сау\сау.emf$
Задача №2. Используя метод деления пополам, рассчитать предельное время ликвидации короткого замыкания на шинах бесконечной мощности в системе без диссипации и в системе с диссипацией. Для предельного времени ликвидации короткого замыкания с учетом и без учета диссипации рассчитать площадки ускорения и торможения. Для рассчитанных предельных ситуаций построить угловые характеристики, обозначив на них площадки ускорения и торможения. В системе с диссипацией рассчитать асинхронный ход генератора. Проанализировать полученные результаты. Сделать выводы по всем пунктам.

Уравнения системы станция – шины бесконечной мощности (ШБМ)

Схема системы станция – шины бесконечной мощности (ШБМ):

Задача №3. Используя метод деления пополам, рассчитать режим, предельный по статической апериодической устойчивости для системы станция – узел нагрузки. Проанализировать динамику движения собственных чисел динамической системы при утяжелении. Проанализировать динамику изменения напряжения на шинах узла нагрузки и угла по передаче при утяжелении режима. Рассчитать динамику движения переменных состояния при нарушении статической апериодической устойчивости системы станция – узел нагрузки. Проанализировать полученные результаты. Сделать выводы по всем пунктам.
Уравнения системы станция – узел нагрузки

Схема системы станция – узел нагрузки:

Литература

Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: Учебник для электротехнических и энергетических вузов и факультетов / С.А. Ульянов. - Изд. 2-е, стер. - М.: ООО «ТИД «АРИС», 2010. - 520 с.: с илл.
Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. - 1985.
Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем. - М.: Энергия, 1979.
Электроэнергетические системы в примерах и иллюстрациях. Под. ред. В.А. Веникова, 1983.
Milano F., «Power System Modelling and Scripting», Springer, 2010.
Kundur P., «Power System Stability and Control», McGraw-Hill, 1993.

Курсовая работа выполняется в соответствии с Вариантами, приведенными ниже:
Задача №1. Вариант №???

Тип звена: 1 – пропорциональное; 2 – дифференциальное; 3 – интегральное; 4 – апериодическое; 5 – пропорциональное; 6 – дифференциальное; 7 – интегральное; 8 – апериодическое;
№ Варианта	K1	K2	K3	K4	KОС (коэффициент обратной связи)
??	??	??	??	??	??

Задача №2. Вариант №???

Обозначение	Значение	Примечание
M0	??	инерция агрегата
D0	??	коэффициент демпфирования
X0	??	реактивное сопротивление станция – ШБМ
E0	??	ЭДС станции
Pm0	??	механическая мощность станции
V0	??	исходное напряжение на ШБМ
Vdist	??	напряжение при возмущении на ШБМ

Задача №3. Вариант №???

Обозначение	Значение	Примечание
M0	??	инерция агрегата
D0	??	коэффициент демпфирования
X0	??	реактивное сопротивление станция – ШБМ
E0	??	ЭДС станции
Pm0	??	начальное значение механической мощности станции (для ориентировки)
V0	??	исходное напряжение на ШБМ
k	??	коэффициент, связывающий P и Q
tau	??	постоянная времени динамики узла нагрузки

Дата выдачи задания “___20___” ___сентября_______________2016 г.

Преподаватель: ___________ /Панасецкий Д.А./ «__20__»_____ сентября ____2016 г.

ВВЕДЕНИЕ 7

Задача №1. Составление уравнений динамической системы с использованием метода пространства состояний. 8

Выводы к Задаче №1 10

Задача №2. Расчет предельного времени ликвидации короткого замыкания на шинах бесконечной мощности в системе без диссипации и с диссипацией. Анализ и построение угловых характеристик. Асинхронный ход в системе. 10

2.1 Расчет предельного времени ликвидации КЗ на ШБМ в системе без диссипации (D0=0). 10

2.2 Расчет предельного времени ликвидации КЗ на ШБМ в системе С ДИССИПАЦИЕЙ (D0 не равно нулю). 13

2.3. Расчет асинхронного хода в системе с диссипацией (D0 не равно нулю). 15

Выводы к Задаче №2 16

Задача №3. Расчет режима, предельного по статической апериодической устойчивости для системы станция – узел нагрузки. Анализ динамики движения собственных чисел. Расчет динамики при нарушении статической апериодической устойчивости узла нагрузки. 16

3.1. Расчет режима, предельного по статической апериодической устойчивости. 17

3.2. Расчет динамики при нарушении статической апериодической устойчивости. 20

Выводы к Задаче №3 21

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 22

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 23

ВВЕДЕНИЕ

Важнейшее значение в проблеме переходных электромеханических процессов в электрических системах придается вопросам устойчивости.

Аварии, связанные с нарушением устойчивости параллельной работы в крупных электрических системах, влекут за собой нарушение электроснабжения больших энергорайонов. Ликвидация таких аварий и восстановление нормальных условий работы электрических систем представляют большие трудности. Подобные тяжелые последствия заставляют уделять значительное внимание вопросам устойчивости.

В проблеме устойчивости различают статическую и динамическую устойчивость. Под статической устойчивостью понимают способность системы самостоятельно восстановить исходный режим работы при малом возмущении.

Статическая устойчивость является необходимым условием существования установившегося режима работы системы, но отнюдь не гарантирует способности системы продолжать работу при резких нарушениях режима, например, при коротких замыканиях. Эта сторона проблемы, так называемая динамическая устойчивость системы, также отражена в курсовой работе.

Полезно дописать что-нибудь свое, либо вообще написать свой текст во введении!

Задача №1. Составление уравнений динамической системы с использованием метода пространства состояний.

Исходные данные для расчета:

$f:\панасецкий\задача 1 бочаров\fffбез имени-1.png$

Рисунок 1-структурная схема

К1 – пропорциональное звено

К2 – интегральное звено

К3 – апериодическое звено

К4 – дифференциальное звено

КОС (коэф-т обратной связи) = -1

Необходимо составить уравнения метода пространства состояний, которые соответствуют нижеприведенной структурной схеме.

Решение:

1)

m₁=Kx

2) $f:\панасецкий\задача 1 бочаров\f2без имени-1.png$

3) $f:\панасецкий\задача 1 бочаров\3без имени-1.png$

4) $f:\панасецкий\задача 1 бочаров\5без имени-1.png$

Выводы к Задаче №1

Каждый пишет свое, что и как понял, чему его научила данная задача, чтобы не под копирку у всех было!
Задача №2. Расчет предельного времени ликвидации короткого замыкания на шинах бесконечной мощности в системе без диссипации и с диссипацией. Анализ и построение угловых характеристик. Асинхронный ход в системе.
Исходные данные для расчета:

Обозначение	Значение	Примечание
M0	0.5	инерция агрегата
D0	0.3	коэффициент демпфирования
X0	0.09	реактивное сопротивление станция – ШБМ
E0	1.1	ЭДС станции
Pm0	5.1	механическая мощность станции
V0	1	исходное напряжение на ШБМ
Vdist	0.21	напряжение при возмущении на ШБМ

2.1 Расчет предельного времени ликвидации КЗ на ШБМ в системе без диссипации (D0=0).

Цель. Расчет предельного времени ликвидации КЗ на ШБМ в системе без диссипации (D0=0).

Задача. Используя метод деления пополам, рассчитать предельное время ликвидации КЗ на ШБМ. Проанализировать полученные результаты.

Метод деления пополам для поиска предельного времени ликвидации КЗ:

Задаем t0 – исходное значение времени ликвидации КЗ и dt – исходный шаг.
Шаг1. рассчитываем динамический переход для t1=t0+dt.
Шаг2. Если переход устойчив (delta<=pi), то t0=t1, иначе dt=dt/2.
Шаг3. Если dt<0.01 и рассчитанный переход устойчив, то завершаем расчет, иначе переходим к шагу 1.

Расчет площадок ускорения и торможения:

Площадка ускорения:

Susk=Pm0*(delta2-delta1)+E0*Vdist/X0* (cos(delta2)-cos(delta1))

Площадка торможения:

Storm=E0*V0/X0*(cos(delta2)-cos(delta3))-Pm0*(delta3-delta2)

Результаты расчета предельного времени ликвидации КЗ для системы без диссипации:

t1	dt	Устойчив? 1/0
21	20	0
11	10	0
6	5	0
3.5	2.5	0
2.25	1.25	0
1.625	0.625	0
1.3125	0.3125	1
1,46875	0.15625	1
1,546875	0.078125	1
1,585938	0.039063	1
1,6054695	0.0195315	1
1,6152352	0.0097657	0
1,6103523	0.0048828	0
1,6079109	0.0024414	1
1,6091316	0.0012207	1
1,6152351	0,0061035	0
1,6121834	0,0030518	0
1,6106575	0,0015259	0
1,6098945	0,0007629	0
1,6095131	0,0003815	0
1,6093224	0,0001908	0
1,609227	0,0000954	1

Результаты расчета для системы без диссипации:

Обозначение	Значение	Примечание
t1	1	Момент возникновения КЗ
t2	1,609227	Момент ликвидации КЗ
tpred	0,609227	Предельное время ликвидации КЗ
Susk	3,9552	Площадка ускорения (УГОЛ В РАДИАНАХ)
Storm	3,8629	Площадка торможения (УГОЛ В РАДИАНАХ)
delta1	0.43044/24.66	Начальный угол рад/град
delta2	1,7561/100,62	Угол в момент ликвидации КЗ рад/град
delta3	2.5614/146.76	Предельный угол рад/град

Результаты расчета. Угловые характеристики. Площадки ускорения и торможения без учета диссипации:

$d:\безымянны1й.png$

Результаты расчета. Динамика переменных состояния.

$f:\панасецкий\2 задача\2016-11-25_23-30-10.png$

2.2 Расчет предельного времени ликвидации КЗ на ШБМ в системе С ДИССИПАЦИЕЙ (D0 не равно нулю).

Цель. Расчет предельного времени ликвидации КЗ на ШБМ в системе С ДИССИПАЦИЕЙ (D0 не равно нулю).

Задача. Используя метод деления пополам, рассчитать предельное время ликвидации КЗ на ШБМ. Проанализировать полученные результаты.

Метод деления пополам для поиска предельного времени ликвидации КЗ:

Задаем t0 – исходное значение времени ликвидации КЗ и dt – исходный шаг.
Шаг1. рассчитываем динамический переход для t1=t0+dt.
Шаг2. Если переход устойчив (delta<=pi), то t0=t1, иначе dt=dt/2.
Шаг3. Если dt<0.01 и рассчитанный переход устойчив, то завершаем расчет, иначе переходим к шагу 1.

t1	dt	Устойчив? 1/0
21	20	0
11	10	0
6	5	0
3,5	2,5	0
2,25	1,25	0
1,625	0,625	1
1,9375	0,3125	0
1,78125	0,15625	0
1,703125	0,078125	1
1,742187	0,039063	0
1,722657	0,0195315	0
1,713102	0,0097657	0
1,7080079	0,0048829	0
1,7055665	0,0024415	0
1,7043458	0,0012208	0
1,7037354	0,0006104	1
1,7040406	0,0003052	0

Результаты расчета для системы с диссипацией:

Обозначение	Значение	Примечание
t1	1	Момент возникновения КЗ
t2	1,7037354	Момент ликвидации КЗ
tpred	0,7037354	Предельное время ликвидации КЗ
Susk	4,4249	Площадка ускорения (УГОЛ В РАДИАНАХ)
Storm	2,7517	Площадка торможения (УГОЛ В РАДИАНАХ)
delta1	0,43045/24,66	Начальный угол рад/град
delta2	1,9345/110,84	Угол в момент ликвидации КЗ рад/град
delta3	2,6181/150,01	Предельный угол рад/град

Результаты расчета. Угловые характеристики. Площадки ускорения и торможения с учетом диссипации: $d:\безымянны1й.png$

Результаты расчета. Динамика переменных состояния с учетом диссипации.

$d:\danich\учеба\панасецкий\2016-11-26_02-27-46.png$

Результаты расчета. Динамика переменных состояния с учетом и без учета диссипации.

2.3. Расчет асинхронного хода в системе с диссипацией (D0 не равно нулю).

Цель. Расчет асинхронного хода в системе с диссипацией (D0 не равно нулю).

Задача. Ускоряя генератор (omega), рассчитать асинхронный ход. Проанализировать полученные результаты.

Результаты расчета. Динамика переменных состояния при асинхронном ходе с учетом диссипации. Omega0=8

$d:\безымянный.png$

Выводы к Задаче №2

Каждый пишет свое, что и как понял, чему его научила данная задача, чтобы не под копирку у всех было!
Задача №3. Расчет режима, предельного по статической апериодической устойчивости для системы станция – узел нагрузки. Анализ динамики движения собственных чисел. Расчет динамики при нарушении статической апериодической устойчивости узла нагрузки.
Исходные данные для расчета:

Обозначение	Значение	Примечание
M0	2.3	инерция агрегата
D0	0.3	коэффициент демпфирования
X0	0.07	реактивное сопротивление станция – ШБМ
E0	1	ЭДС станции
Pm0	10.1	начальное значение механической мощности станции (для ориентировки)
V0	1.1	исходное напряжение на ШБМ
k	0.2	коэффициент, связывающий P и Q
tau	0.004	постоянная времени динамики узла нагрузки

3.1. Расчет режима, предельного по статической апериодической устойчивости.

Цель. Расчет режима, предельного по статической апериодической устойчивости.

Задача. Используя метод деления пополам, рассчитать режим, предельный по статической апериодической устойчивости. Проанализировать полученные результаты.

Для рассматриваемой системы станция – узел нагрузки предельная ситуация существования установившегося режима соответствует режиму, предельному по статической апериодической устойчивости. Таким образом, задача сводится к поиску предельного установившегося режима.

Метод деления пополам для поиска предельного установившегося режима:

Задаем P0 – исходное значение генерируемой мощности и dP – исходный шаг.
Шаг1. рассчитываем установившийся режим для P1=P0+dP.
Если режим (решение) существует, то P0=P1, иначе dP=dP/2.
Шаг3. Если dP<0.001 и режим существует, то завершаем расчет, иначе переходим к шагу 1.

Результаты расчета режима, предельного по статической апериодической устойчивости:

P1	dP	U	delta,град.		eig1	eig2	eig3	Устойчив? 1/0
3,929	0,1	0,8890828	0,3145002	18,019	-2954,3376	- 0,0653255 + 2,1466982i	- 0,0653255 – 2,1466982i	1
4,029	0,1	0,8839182	0,3247459	18,6065	- 2928,9449	- 0,0653337 + 2,1254219i	- 0,0653337 – 2,1254219i	1
4,129	0,1	0,8785349	0,3352348	19,2075	- 2902,6309	- 0,0653426 + 2,1028591i	- 0,0653426 – 2,1028591i	1
4,229	0,1	0,8729145	0,3459901	19,8237	- 2875,3169	- 0,0653521 + 2,078881i	- 0,0653521 – 2,078881i	1
4,329	0,1	0,8670357	0,3570387	20,4568	- 2846,912	- 0,0653623 + 2,0533365i	- 0,0653623 – 2,0533365i	1
4,429	0,1	0,8608737	0,3684117	21,1084	- 2817,31	- 0,0653734 + 2,026046i	- 0,0653734 – 2,026046i	1
4,529	0,1	0,8543993	0,3801460	21,7807	- 2786,3856	- 0,0653855 + 1,996794i	- 0.0653855 - 1.996794i	1
4,629	0,1	0,8475774	0,3922856	22,4763	- 2753,9895	- 0,0653986 + 1,9653184i	- 0.0653986 - 1.9653184i	1
4,729	0,1	0,8403659	0,4048836	23,1981	- 2719,941	- 0,0654129 + 1,9312956i	- 0.0654129 - 1.9312956i	1
4,829	0,1	0,8327129	0,4180052	23,9499	- 2684,0182	- 0,0654287 + 1,8943194i	- 0.0654287 - 1.8943194i	1
4,929	0,1	0,8245533	0,4317323	24,7364	- 2645,9437	- 0,0654461 + 1,8538689i	- 0.0654461 - 1.8538689i	1
5,029	0,1	0,8158042	0,4461691	25,5636	- 2605,3626	- 0,0654656 + 1,8092598i	- 0.0654656 - 1.8092598i	1
5,129	0,1	0,8063565	0,4614531	26,4393	- 2561,8086	- 0,0654876 + 1,7595661i	- 0,0654876 – 1,7595661i	1
5,229	0,1	0,7960618	0,4777711	27,3742	- 2514,6479	- 0,0655126 + 1,7034859i	- 0,0655126 – 1,7034859i	1
5,329	0,1	0,7847095	0,4953884	28,3836	- 2462,9807	- 0,0655416 + 1,6390981i	- 0,0655416 – 1,6390981i	1
5,429	0,1	0,7719824	0,5147050	29,4904	- 2405,452	- 0,0655760 + 1,5633777i	- 0,0655760 – 1,5633777i	1
5,529	0,1	0,7573616	0,5363757	30,7320	- 2339,8448	- 0,0656181 + 1,4710984i	- 0,0656181 – 1,4710984i	1
5,629	0,1	0,739882	0,5616198	32,1784	- 2262,0363	- 0,0656723 + 1,3518431i	- 0,0656723 – 1,3518431i	1
5,729	0,1	0,7172855	0,5932926	33,9931	- 2162,38	- 0,0657493 + 1,1787284i	- 0,0657493 – 1,1787284i	1
5,829	0,1	0,6797398	0,6438434	36,8895	- 1998,8739	- 0,0658974 + 0,8088509i	- 0,0658974 - 0.8088509i	1
5,929	0,1	0	0	0	0	0	0	0
5,879	0,05	0	0	0	0	0	0	0
5,854	0,025	0,6551300	0,6757648	38,7184	- 1892,9668	- 0,0660108 + 0,4084890i	- 0,0660108 – 0,4084890i	1
5,879	0,025	0	0	0	0	0	0	0
5,8665	0,0125	0	0	0	0	0	0	0
5,86025	0,00625	0	0	0	0	0	0	0
5,857125	0,00315	0	0	0	0	0	0	0
5,855575	0,001575	0,6492121	0,6833130	39,1509	- 1867,6375	- 0,0660404 + 0,2211618i	- 0,0660404 – 0,2211618i	1
5,85715	0,001575	0	0	0	0	0	0	0
5,8563625	0,0007875	0,6486684	0,6840041	39,1905	- 1865,3132	- 0,0660431 + 0,1950917i	- 0,0660431 – 0,1950917i	1

Результаты расчета. Динамика движения собственных чисел при утяжелении.

Eig3

Результаты расчета. Динамика изменения напряжения при утяжелении.

U=f(P)

Результаты расчета. Динамика изменения угла при утяжелении.

delta=f(P)

3.2. Расчет динамики при нарушении статической апериодической устойчивости.

Цель. Расчет динамики при нарушении статической апериодической устойчивости узла нагрузки.

Задача. Утяжелить предельный режим в динамике. Получить апериодическую неустойчивость. Проанализировать полученные результаты. Построить динамику изменения переменных состояния.

Последовательность действий:

1. Начинаем расчет динамики с рассчитанного предельного установившегося режима.

2. В момент времени t>1 незначительно увеличиваем мощность узла нагрузки.

3. Увеличение нагрузки должно привести к возникновению статической апериодической неустойчивости.

Примечание: Система не может нормально функционировать после нарушения устойчивости, так как не обеспечивается нагрузка узла. При слишком длительном времени моделирования будет возникать сингулярность – отсутствие решения в динамике.

Результаты расчета переменных состояния.

$c:\users\userz\yandexdisk\скриншоты\2016-12-10_00-29-50.png$

Выводы к Задаче №3

Каждый пишет свое, что и как понял, чему его научила данная задача, чтобы не под копирку у всех было!

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Напишите, чему научились, какой фан получили от всего увиденного и просчитанного!

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Ульянов С.А. Электромагнитные переходные процессы в электрических системах: Учебник для электротехнических и энергетических вузов и факультетов / С.А. Ульянов. - Изд. 2-е, стер. - М.: ООО «ТИД «АРИС», 2010. - 520 с.: с илл.
Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах. - 1985.
Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем. - М.: Энергия, 1979.
Электроэнергетические системы в примерах и иллюстрациях. Под. ред. В.А. Веникова, 1983.
Milano F., «Power System Modelling and Scripting», Springer, 2010.
Kundur P., «Power System Stability and Control», McGraw-Hill, 1993.

Оглавление