Учебное пособие Номер государственной регистрации электронного издания в фгуп нтц информрегистр 0321300817
 Скачать 6.46 Mb.
|
|
Three–Phase Parallel RLC Load и его пиктограмма для нагрузки в узле 11. Рисунок 5.3 – Окно задания параметров блока Three-Phase Series RLC Branch С помощью описанных выше блоков создана модель всей сети 10 кВ рассматриваемого населенного пункта. Из-за громоздкости мо- дель разбита на фрагменты. 163 Рисунок 5.4. – Окно параметров блока Three–Phase Parallel RLC Loadи его пиктограмма для нагрузки в узле 11 На рисунке 5.5 приведен фрагмент модели головного участка сети 10 кВ, а на рисунке 5.6 фрагмент модели наиболее удаленного участка. Кроме основных элементов в схему добавлены измерительные блоки для измерения и отображения параметров сети. Каждый блок в схеме имеет соответствующее обозначение, а измерительный блок соответствующий номер. Результаты моделирования установившегося нормального ре- жима работы сети, полученные на модели, соответствуют исходным данным сети, приведенным на рисунке 5.1. Потоки мощности (P,Q) на имитационной модели по соответ- ствующим участкам сети показываются измерительными прибора- ми (Display) в Вт и вар. 164 Рисунок 5.5 – Фрагмент модели головного участка сети 10 кВ сельского населенного пункта 165 Рисунок 5.6 – Фрагмент модели удаленного участка сети 10 кВ сельского населенного пункта 166 Для определения в модели электрической сети на любом ее уча- стке величин тока, напряжения и их начальных фаз используем блок Powergui. Результаты вычисления перечисленных режимных пара- метров сети в узлах сети, номера которых соответствуют номеру на модели, приведены на рисунке 5.7. Здесь указаны действующие зна- чения фазных значений напряжений и токов. Рисунок 5.7 – Результаты расчета установившегося режима сети с помощью блока Powergui 167 5.4 Анализ результатов моделирования радиальной сети Как видно из показаний измерительных приборов имитацион- ной модели (рис. 5.5, 5.6), результаты моделирования и результаты расчетов установившегося режима сети различаются не более чем на 2,9% по величине потоков мощностей на участках сети. На рисунке 5.8 приведены эпюры напряжений вдоль линии по узлам 1 – 11 рассматриваемой сети, построенные по результатам расчетов (рисунок 5.8, а, б) и по результатам измерений на имита- ционной модели сети (рисунок 5.8, в). Рисунок 5.8 – Эпюры напряжений вдоль линии 10 кВ: по результатам расчетов по уточненной методике (а), по упрощенной методике (б), по замерам на имитационной модели сети (в) а б в 168 Из проведенных экспериментов на виртуальной модели сети при различной загрузке трансформаторов для рассматриваемой се- ти можно сделать следующие выводы: 1. При недогрузке трансформаторов в сети в большей мере проявляются потери реактивной мощности, в то время как потери ак- тивной, несмотря на особенности элементов сетей, уменьшаются пропорционально квадрату снижения нагрузки. 2. Технологический расход мощности в линиях квадратично зависит от величины передаваемой мощности. Низкая загружен- ность трансформаторов делает соизмеримыми мощность нагрузки и мощность, потребляемую самим трансформатором, возрастает доля собственно потерь мощности в линиях. Коэффициент загрузки трансформаторов, равный 0,12, вызывает дополнительный расход мощности в линии в размере от 6% (при мощности трансформатора 630 кВА) до 10% (25 кВА) на 1 кВА передаваемой мощности. Задания для самостоятельной работы 1. Для схемы сети, изображенной на рисунке 5.9 определить пара- метры для создания модели в программе MATLAB. Варианты исходных параметров сети принять по таблице 5.5. Схема состоит из источника питания (ИП), одноцепепной ЛЭП длиной , силового трансформатора номинальной мощностью нт S , номинальным напряжением обмоток 1 U и 2 U . К трансформатору подключена нагрузка на напряжении 2 U с мощностью нагр P и коэф- фициентом мощности нагр cos Рисунок 5.9 – Схема сети 2. Выполнить моделирование сети с помощью стандартных блоков программы MATLAB. 3. Найти напряжение на шинах источника, токи на стороне высо- кого и низкого напряжений, коэффициент мощности у источника пи- нт S ИП U 1 U 2 , км нагр P нагр cos ЛЭП 169 тания. Сравнить коэффициенты мощности источника питания и на- грузки, сделать вывод. 4. Исследовать на созданной модели сети влияние коэффициента загрузки трансформатора на потери мощности в сети. 5. На шинах нагрузки подключить конденсаторную батарею, оце- нить влияние реактивной мощности генерируемой батареей, на вели- чину потерь напряжения и потерь мощности в линии. 6. Определить величину емкости конденсаторной батареи для про- дольного включения в сеть на головном участке моделируемой сети с целью полной компенсации индуктивного сопротивления линии, оценить, насколько при этом увеличивается напряжение на выходе конденсаторной батареи по сравнению с напряжением на входе. Таблица 5.5 – Исходные данные № пп ЛЭП Трансформатор Нагрузка Марка провода , км нт S , кВА 1 U , кВ 2 U , кВ нагр P , кВт нагр cos 1 АС-70 35 2500 110 10 1000 0,7 2 АС-95 40 6300 110 10 4000 0,8 3 АС-120 30 10000 110 10 7500 0,82 5 АС-150 20 16000 110 10 10000 0,8 6 АС-70 25 630 35 10 400 0,7 7 АС-70 20 1000 35 10 650 0,78 8 АС-70 35 1600 35 10 1200 0,9 9 АС-70 20 2500 35 10 1600 0,7 10 АС-95 22 4000 35 10 3000 0,8 11 АС-120 28 6300 35 10 5000 0,82 12 АС-95 32 160 35 0,4 110 0,8 13 АС-70 29 250 35 0,4 200 0,7 14 АС-95 37 400 35 0,4 330 0,78 15 АС-70 34 630 35 0,4 520 0,9 16 СИП-3-50 10 100 10 0,4 80 0,82 17 АС-70 12 160 10 0,4 120 0,8 18 СИП-3-70 9 250 10 0,4 190 0,7 19 АС-70 7 400 10 0,4 310 0,78 20 СИП-3-50 10 630 10 0,4 540 0,9 170 Контрольные вопросы 1. От чего зависят потери напряжения в линии? 2. Что такое потеря напряжения и падение напряжения? 3. Как определяются продольная и поперечная составляющие па- дания напряжения в линии. 4. Как определяется величина потерь напряжения в линии при рас- чете сети по упрощенной методике? 5. Как влияет принятая модель нагрузки на результаты расчета? 6. Как влияет регулирующий эффект нагрузки на уровень напря- жения в сети? Как его можно учесть при моделировании сети в программе MATLAB? 7. Постройте векторную диаграмму падения напряжения в линии с одной нагрузкой на конце. 8. В чем разница в моделях линии напряжением 10кВ и 110 кВ? 9. Какая сеть называется однородной? 10. Может ли напряжение в начале линии быть меньше, чем напря- жение в конце? 11. Как с помощью моделирования силовых трансформаторов мож- но проверить правильность определения параметров трансфор- матора? 12. Как влияет коэффициент загрузки трансформатора на величину потерь энергии в сети? При какой величине коэффициента за- грузки потери мощности в трансформаторе минимальны? 13. На какую составляющую потерь мощности трансформатора влияет увеличение коэффициента мощности сети? 14. Эффективность снижения потерь напряжения в сети за счет компенсации реактивной мощности выше при выполнении ли- нии проводами марок АС или СИП? 15. От каких факторов зависит пропускная способность сети? 16. Назовите методы повышения пропускной способности сети. 17. По какому условию осуществляется выбор конденсаторных ба- тарей для продольного включения в сеть 10 кВ? 18. Как с помощью моделирования сети определить точку опти- мального продольного включения конденсатора в сеть? 19. Какое напряжение для измерения необходимо задавать в окне настроек блока Three-Phase V-I Measurement при использова- нии его для подключения блока 3-phase Instantaneous Active &? 171 6. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЗАМКНУТОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СЕТИ 6.1 Общие сведения по расчету замкнутых сетей В этом разделе выполним исследование режимов работы замк- нутой сети аналитическим путем и с помощью имитационного моде- лирования в программе MATLAB. Реальные замкнутые сети чаще всего относятся к сложнозамк- нутым сетям, расчет которых представляет собой весьма сложную за- дачу. Это связано со сложной конфигурацией сети, включающей в себя большое количество элементов. Любую сложнозамкнутую сеть можно преобразовать в простую замкнутую (далее замкнутую) сеть. Замкнутой называют электрическую сеть, магистральные линии которой получают питание не менее чем с двух сторон. Простейшими замкнутыми сетями являются: линия с двухсторонним питанием от двух источников, напряжения которых в общем случае могут отли- чаться по величине и по фазе, и кольцевая сеть, питающаяся от одно- го источника (рис.6.1, 6.2). Рисунок 6.1 – Схема линии с двухсторонним питанием Рисунок 6.2 – Схема кольцевой сети Ранее нами были рассмотрены ос- новы расчета простейших замкнутых се- тей [29]. Приведем здесь основные по- ложения расчета простейших замкнутых сетей, электрический расчет линии с двухсторонним питанием от источников A и B , к которой подключены нагрузки 1 I , 2 I , 3 I (рис.6.1) без вывода формул. Если кольцевую сеть разрезать по источнику питания и развернуть, то по- лучим сеть с двухсторонним питанием, но с одинаковым напряжением на кон- цах. I 3 А I 1 I 2 1 3 2 А B 1 2 3 I A-1 I 1-2 I 3-2 I B-3 I 3 I 2 I 1 172 Расчет сложных замкнутых сетей поэтому, в конечном счете, сводится к расчету линии с двухсторонним питанием. Мощность от источника питания А определяется по формуле AB n 1 i iB i H AB B A 1 A Z Z S U Z U U S (6.1) В практических расчетах принимают, что напряжения источни- ков питания равны между собой по абсолютному значению и совпа- дают по фазе, а все участки магистральной линии выполнены прово- дом одинакового сечения. В этом случае мощности, передаваемые из источников питания, определяются AB n 1 i iB i 1 A L S S ; AB n 1 i iA i 3 B L S S (6.2) или отдельно для активной и реактивной составляющих мощности AB n 1 i iB i 1 A AB n 1 i iB i 1 A L Q Q ; L P P ; (6.3) AB n 1 i iA i 3 B AB n 1 i iA i 3 B L Q Q ; L P P , (6.4) т.е., мощности, вытекающие из источников А или В, равны сумме мощностей каждого потребителя, подключенного в i-м узле магист- ральной линии, умноженных на противоположное плечо (расстояние от потребителя до противоположного источника питания). В формулах (6.3) и (6.4) исключены действия с комплексными числами, что значительно упрощает расчет. 6.2 Пример расчета замкнутой сети Выполнить электрический расчет замкнутой сети напряжени- ем 10 кВ для нормального и аварийного режима, схема сети приве- дена на рисунке 6.3. Мощности (в кВА) и длины (в км) (подчеркну- тая цифра) указаны на рисунке. Магистральные участки замкнутой сети выполнены проводом АС-70, а участок 3 – 4 проводом АС-35. 173 Решение: 1. Выполнить электрический расчет – это значит определить по- тери напряжения в сети при заданных сечениях проводов. Для определения потерь напряжения в сети надо определить по- токи мощности по участкам, для этого преобразуем замкнутую сеть в линию с двухсторонним питанием. Разрезаем замкнутую сеть по источнику питания и разворачива- ем. Получили схему сети, изображенную на рисунке 6.4. По формулам (6.3) и (6.4) определяем значения активных и ре- активных мощностей, вытекающих из источников питания А и А'. Рисунок 6.3 – Схема замкнутой сети Рисунок 6.4 – Преобразование замкнутой сети в линию с двухсторонним питанием 255j +155 А 400j +248 400j +260 3 2 2 3 3 4 1 А 3 А / 2 2 3 1 1 2 3 4 555+j344 155+j96 95+j59 595+j369 400+j260 250+j155 400+j248 100+j50 174 ; кВт 555 3 2 2 3 3 100 400 3 2 250 3 2 2 400 L P P P P B A A 3 3 A 3 3 2 2 A 3 3 2 2 1 1 1 A кВт 595 10 3 400 3 2 250 3 2 2 100 400 L P P P P B A A 1 1 A 1 1 2 2 A 1 1 2 2 3 3 3 A Аналогично вычисляем реактивные мощности квар 344 10 3 50 260 3 2 155 3 2 2 248 Q 1 A ; квар 369 10 3 248 3 2 155 3 2 2 50 260 Q 3 A Если расчёт мощностей источников выполнен правильно, то сумма мощностей источников должна быть равна сумме мощностей потребителей. Выполним проверку 4 3 2 1 3 A 1 A P P P P P P ; 100 400 250 400 595 555 ; кВт 1150 кВт 1150 ; 4 3 2 1 3 A 1 A Q Q Q Q Q Q ; 50 260 155 248 365 344 ; квар 713 квар 713 , т.е. баланс активных и реактивных мощностей соблюдается. Определяем значения мощностей на участках линии и находим точку токораздела, используя первый закон Кирхгофа. К узлу 1 подтекает активная мощность Р А-1 , а вытекают из него мощности Р 1 и Р 1-6. Так как сумма втекающих в узел токов равна сумме вытекающих, то по участку 1 – 2 течет мощность кВт 155 400 555 P P P 1 1 A 2 1 ; квар 96 248 344 Q Q Q 1 1 A 2 1 Аналогично для узла 3 175 кВт 95 100 400 595 P P P P 4 3 3 A 2 3 ; квар 59 50 260 369 Q Q Q Q 4 3 3 A 2 3 К узлу 2 мощности подходят с двух сторон. Такие узлы называют точкой токораздела. Проверим баланс мощности в узле 6. Сумма подтекающих в узел мощностей кВт 250 95 155 P P 2 3 2 1 равна мощности, потребляемой в этом узле. Это относится и к реактивным мощностям квар 155 59 96 Q Q 2 3 2 1 Положение точки токораздела отмечается заштрихованным треугольником, определив месторасположение точки токораздела, линию с двухсторонним питанием мысленно разрезают в этой точке и получают две радиальные линии с односторонним питанием (рис.6.5). Рисунок 6.5 – Замена линии с двухсторонним питанием двумя разомкнутыми По справочным данным [21] определим характеристики проводов и занесем их в таблицу 6.1. Таблица 6.1 – Характеристики проводов для примера 6.1 Марка провода r o , Ом/км х o , Ом/км I длит.доп.табл. , А АС-70 0,42 0,392 265 А-35 0,773 0,403 175 2. Определим потери напряжения по участкам сети в нормальном режиме работы. Потери напряжения в линии А–2 В 6 , 20 10 2 392 , 0 96 42 , 0 155 U x Q r P U H 2 1 o 2 1 o 2 1 2 1 ; А 3 А' 2 2 / 3 1 1 2 3 4 555+j344 155+j96 95+j59 595+j369 400+j260 250+j155 400+j248 100+j50 2 176 В 4 , 110 10 3 392 , 0 344 42 , 0 555 U x Q r P U H 1 A o 1 A o 1 A 1 A Потери напряжения от источника питания до точки токораздела %. 31 , 1 % 100 10000 131 % U ; B 131 4 , 110 6 , 20 U U U 2 A 1 A 2 1 2 A Напряжения в узлах B 6 , 9889 4 , 110 10000 U U U 1 A H 1 ; B 9869 6 , 20 4 , 110 10000 U U U U 2 1 1 A H 2 Потери напряжения в линии 2 A B 4 , 118 10 3 392 , 0 369 42 , 0 595 U 3 А ; B 6 , 12 10 2 392 , 0 59 42 , 0 95 U 2 3 ; B 8 , 9 10 1 403 , 0 50 773 , 0 100 U 4 3 ; B 131 6 , 12 4 , 118 U 2 A Напряжения в узлах B 6 , 9881 4 , 118 10000 U 3 ; B 9869 6 , 12 4 , 118 10000 U U 2 2 ; B 8 , 9871 8 , 9 4 , 118 10000 U 4 |