Учебное пособие Номер государственной регистрации электронного издания в фгуп нтц информрегистр 0321300817
 Скачать 6.46 Mb.
|
|
3. Определяем потери напряжения в аварийных режимах (например, при отключении источника A или обрыве проводана участке 3 A ). Получим разомкнутую линию с питанием от источника А (рис. 6.6). Рисунок 6.6 – Схема сети при отключении головного участка 3 A 4 1 100+j50 А 1 2 3 3 2 1150+j713 400+j248 250+j155 400+j260 750+j465 500+j310 2 177 Потоки мощности по сети при отключении участка 3 A , кВт: 50 j 100 P 4 3 ; 310 j 500 50 j 260 j 100 400 P 3 2 ; 465 j 750 155 j 310 j 250 500 P 2 1 ; 713 j 1150 248 j 465 j 400 750 P 1 A На участке 3 – 4 потери напряжения не изменяются, так как по нему течет такой же ток, как и в нормальном режиме. По участкам магистральной линии потокораспределение изменяется. B 3 , 66 10 2 392 , 0 310 42 , 0 500 U 3 2 ; B 5 , 99 10 2 392 , 0 465 42 , 0 750 U 2 1 ; B 8 , 228 10 3 392 , 0 713 42 , 0 1150 U 1 A Суммарная потеря напряжения до узла 3 магистральной линии B 6 , 394 8 , 228 5 , 99 3 , 66 U 3 A До потребителя 4 B 4 , 404 8 , 9 6 , 394 U 4 A Напряжения в узлах линий: B 2 , 9771 8 , 228 10000 U 1 ; B 7 , 9671 5 , 99 8 , 228 10000 U 2 ; B 4 , 9605 3 , 66 5 , 99 8 , 228 10000 U 3 ; B 6 , 9595 8 , 9 3 , 66 5 , 99 8 , 228 10000 U 4 Определяем потери напряжения в послеаварийном режиме при отключении (обрыве провода) на головном участке А-1. Тогда получаем схему сети, изображённую на рисунке 6.7 Рисунок 6.7 – Схема сети при отключении головного участка А-1 4 А' 1 2 3 1 2 400+j248 250+j155 400+j260 400+j248 650+j403 100+j50 2 1150+j713 178 Потоки мощности по сети при отключении участка А-1 50 j 100 P 4 3 ; 248 j 400 P 1 2 ; 403 j 650 155 j 250 248 j 400 P 2 3 ; 713 j 1150 50 j 100 260 j 400 403 j 650 P 3 A Потери напряжения на участках линии: B 53 10 2 392 , 0 248 42 , 0 400 U 1 2 ; B 2 , 86 10 2 392 , 0 403 42 , 0 650 U 2 3 ; B 8 , 228 10 3 392 , 0 713 42 , 0 1150 U 3 A Суммарные потери на участке А-3 B 368 53 2 , 86 8 , 228 U 3 A Напряжения в узлах: B 9632 53 2 , 86 8 , 228 10000 U 1 ; B 9685 2 , 86 8 , 228 10000 U 2 ; B 2 , 9771 8 , 228 10000 U 3 ; B 4 , 9761 8 , 9 8 , 228 10000 U 4 4. Строим график распределения напряжений в магистральной линии (рис.6.8). Из рисунка 6.8 видно, что напряжения в узловых точках в режимах отключения одного из головных участков значительно ниже, чем в нормальном. Наибольшие потери напряжения возникают при отключении головного участка A -3. Обычно считается, что при отключении одного из головных участков допускается снижение напряжения на 5 % по сравнению с нормальным режимом работы сети. Определим снижение напряжения в узлах при отключении головного участка А -3 по сравнению с нормальным режимом. % 2 , 1 % 100 6 , 9889 2 , 9771 6 , 9889 % U 1 ; % 2 % 100 9869 7 , 9671 9869 % U 2 ; % 79 , 2 % 100 6 , 9881 4 , 9605 6 , 9881 % U 3 ; 179 % 8 , 2 % 100 8 , 9871 6 , 9595 8 , 9871 % U 4 Рисунок 6.8 – График распределения напряжения в магистральной линии 10 кВ 1 – нормальный режим; 2 – отключение головного участка А -3; 3 – отключение головного участка А-1 Дополнительное снижение напряжения составляет не более 5 % во всех точках сети, следовательно, провода выбраны правильно по условию потерь напряжения в нормальном и в аварийном режимах. 6.3 Описание виртуальной модели сети и исследование режимов ее работы Смоделируем в программе MATLAB приложении Simulink ли- нию с двухсторонним питанием, рассчитанную нами в предыдущем разделе. Линию можно представить в виде виртуальной модели сети, которая представлена на рисунке 6.9. Здесь для повышения наглядно- сти схемы, уменьшения ее громоздкости две нагрузки, подключенные в узле 3, заменены одной эквивалентной нагрузкой. Модель состоит из следующих элементов библиотек Electrical Sources, Elements, Measurements приложения SimPowerSistem и Sinks приложения Simulink: – двух источников напряжения Three-Phase Source, имитирую- щих источники питания А и А ; U, В Номер узла 180 – блоков нагрузок Three- Phase Parallel RLC LOAD, которые в данном случае смоделированы в виде параллельной R, L, C – цепоч- ки; – блоков Three-Phase PI Section Line, моделирующих участки линии разной длины; – измерительных приборов Three-Phase V-I Measurement, Dis- play, Multimeter, 3-phase Instantaneous Active & Reactive Power. Рисунок 6.9 – Схема исследуемой линии с двухсторонним питанием 6.3.1 Расчет параметров сети для моделирования в программе MATLAB Расчет параметров схемы замещения линии с двухсторонним питанием для моделирования ее в приложении Simulink проведем по исходным данным сети, рассчитанной в разделе 6.2. Параметры участков сети, необходимые для задания в библио- течных блоках, запишем в таблицу 6.2. Здесь удельная индуктивность каждого участка сети определена по формуле (2.13). Найдем удельную индуктивность L 0 линии км / Гн 10 248 , 1 314 392 , 0 L 3 0 Емкостная проводимость линии 10 кВ обычно в расчетах не учитывается, но в данном случае, при имитационном моделировании в программе, предназначенной для моделирования сетей различных классов напряжения, емкость линий необходимо задать величиной, отличной от 0. Примерная удельная емкостная проводимость сети напряжением 10 кВ по данным [13] приведена в таблице 6.2 и определяется по формуле 0 0 C b Тогда емкость: 3 А' 2 2 3 1 2 3 555+j344 155+j96 95+j59 595+j369 500+j310 250+j155 400+j248 А 181 км / Ф 10 1 314 10 35 , 3 C 8 6 0 Таблица 6.2 – Параметры сети для моделирования в программе MATLAB Участок сети r o , Ом/км х o , Ом/км b o , С/км L о , Гн/км , км А-1 0,42 0,392 3,35∙10 -7 1,248∙10 -3 3 1 – 2 0,42 0,392 3,35∙10 -7 1,248∙10 -3 2 2 – 3 0,42 0,392 3,35∙10 -7 1,248∙10 -3 2 3-А 0,42 0,392 3,35∙10 -7 1,248∙10 -3 3 На рисунках 6.10 – 6.13 представлены окна задания параметров блоков элементов сети для рассматриваемой модели. Для определения точки токораздела и наибольшей потери на- пряжения опытным путем следует замерить в различных точках мо- дели мощности, напряжения и токи. Для этого можно использовать измерительные приборы – амперметры и вольтметры, но в данном случае целесообразнее воспользоваться расчетом установившегося режима с помощью блока Powergui, рассмотренного нами в разделе 4 (инструмент Steady State Voltages and Currents). Фрагмент окна результатов расчета установившегося режима с помощью инструмента Steady State Voltages and Currents блока Po- wergui приведен на рисунке 6.14. Здесь указаны действующие значения фазных напряжений во всех точках сети, в которых при настройке параметров блока были указаны измеряемые переменные. По алгебраической разности значений фазных напряжений меж- ду напряжением источников и значением напряжения в точках под- ключения нагрузки (Three- Phase Parallel RLC LOAD) можно легко вычислить величину экспериментальных потерь фазного напряжения на каждом участке сети ( экс U ). ) U U ( 3 U фn фA экс , (6.5) где U ф А – фазное напряжение источника питания; U фn – фазное напряжение в узле подключения нагрузки. Блок Powergui дает к тому же возможность при желании вычис- лить и величину падения напряжения на участке сети, как геометри- ческую разность между напряжениями в конце и в начале каждого участка сети. 182 Рисунок 6.9 – Simulink-модель линии с двухсторонним питанием 183 Рисунок 6.10 – Окно задания параметров блока Three-Phase Source Рисунок 6.11 – Окно задания параметров блока Three- Phase Parallel RLC Load 184 Рисунок 6.12 – Окно настроек параметров бло- ка Three-Phase PI Section Line Рисунок 6.13 – Окно настроек параметров блока: Three-Phase V-I Measurement 185 Рисунок 6.14– Результаты расчета установившегося режима с помощью блока Powergui Сравнивая данные, полученные экспериментальным и аналити- ческим путем, можно определить погрешность эксперимента: % 100 U U U U анал анал экс (6.6) Аналогично выполнить моделирование режимов работы сети при отключении головных участков. Экспериментальные данные и результаты аналитических расче- тов следует свести в таблицу 6.3. Сделать выводы, объяснить возможные причины несовпадения результатов расчета и экспериментальных данных. 186 Таблица 6.3 – Результаты измерений 1. Напряжение, В 1 A U 2 1 U 3 2 U ' A 3 U нормальный режим обрыв на участке А-1 обрыв на участке 3-А 2. Ток, А 1 A I 2 1 I 3 2 I ' A 3 I нормальный режим обрыв на участке А-1 обрыв на участке 3-А 3. Активная мощность, кВт 1 A P 2 1 P 3 2 P ' A 3 P нормальный режим обрыв на участке А-1 обрыв на участке 3-А 4. Реактивная мощность, квар 1 A Q 2 1 Q 3 2 Q ' A 3 Q нормальный режим обрыв на участке А-1 обрыв на участке 3-А Задания для самостоятельной работы 1. Изучить теоретические сведения о расчете сложных замкнутых сетей, рассмотреть расчет сетей на примере раздела 6.2. 2. Для заданного варианта выполнить электрический расчѐт замк- нутой сети, схема которой соответствует рисунку 6.3, а необхо- димые данные приведены в таблице 6.4. Принять длину голов- ного участка А-3 равным А-1. 3. Определить потоки мощностей по участкам сети в нормальном режиме, определить точку токораздела. 4. Выполнить расчет потерь напряжения в нормальном и аварий- ном режимах. 5. Вычислить напряжения в узловых точках линии и построить кривые распределения напряжений по длине линии. 6. По заданному варианту задания рассчитать параметры схемы замещения сети для моделирования в программе MATLAB. 7. Собрать имитационную модель сети в программе MATLAB приложении Simulink. Для упрощения модели нагрузки узлов 3 и 4 заменить одной суммарной нагрузкой, подключенной в узле 3. 8. Результаты измерений и вычислений свести в таблицу 6.3 и по- строить графики изменения напряжения вдоль линии. 187 Таблица 6.4 – Исходные данные для расчета и моделирования замкнутых электрических сетей № варианта S 1 /cosφ 1 , кВА/о.е. S 2 /cosφ 2 , кВА/о.е. S 3 /cosφ 3 , кВА/о.е. S 4 /cosφ 4 , кВА/о.е. 3 А 1 А , км 2 1 , км 3 2 , км 4 3 , км U , кВ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 100/0,87 200/0,69 250/0,8 300/0,9 1,5 3 1,6 0,5 10 2 200/0,6 210/0,8 340/0,6 – 2 2 2 – 10 3 150/0,7 400/0,8 340/0,8 150/0,85 3 2 3 2 10 4 1000/0,8 1500/0,8 1200/0,9 1050/0,7 5 4 3 2 35 5 2500/0,9 1700/0,8 1100/0,9 1300/0,7 4 5 5 3 35 6 40/0,8 20/0,9 10/0,85 – 0,1 0,2 0,3 – 0,38 7 30/0,85 30/0,7 20/0,9 10/0,9 0,2 0,25 0,3 0,35 0,38 8 1600/0,8 1700/0,9 1200/,06 1300/0,8 3 5 7 2 35 9 1700/0,9 1300/0,8 1700/0,7 1400/0,8 2,5 5,6 4 7 35 10 400/0,8 250/0,9 300/0,7 250/0,9 1 2 3 2 10 11 170/0,75 260/0,7 320/0,85 310/0,7 3 2 2 3 10 12 230/0,8 300/0,7 200/0,8 400/0,7 5 3 2 1 10 13 400/0,9 330/0,85 100/0,7 100/0,8 3 2 1 4 10 14 300/0,7 150/0,8 120/0,9 100/0,7 2 4 4 2 10 15 100/0,8 400/0,9 500/0,9 600/0,8 2,3 3 3 1 10 16 20/0,9 30/0,7 10/0,8 30/0,75 0,2 0,3 0,3 0,2 0,38 17 15/0,7 21/0,7 35/0,8 – 0,3 0,4 0,3 – 0,38 18 10/0,7 20/0,8 30/0,8 10/0,9 0,4 0,3 0,2 0,1 0,38 19 30/0,85 20/0,85 25/0,7 10/0,8 0,15 0,2 0,3 0,4 0,38 20 40/0,85 10/0,85 20/0,85 10/0,85 0,3 0,15 0,18 0,21 0,38 188 9. Выполнить оценку величины уравнительных токов (мощностей) от уровня напряжений источников, оценить их влияние на рас- пределение мощностей между источниками 10. Сравнить экспериментальные и расчетные данные и дать заклю- чение по выполненной работе. 11. Определить потери мощности в сети по показаниям приборов в модели сети, поочередно произвести размыкание в сети в узлах 1, 2, 3. Найти оптимальную точку размыкания с точки зрения минимума потерь мощности. Дать пояснения, сделать выводы. 12. Выполнить сравнительный анализ моделирования нормально- го режима работы сети по параметрам, рассчитанным в данной работе, и по параметрам, рассчитанным с помощью инстру- мента «Compute RLC Line Parameters» блока Powergui (см. раздел 4), передав их в блок Three-Phase PI Section Line, дать необходимые пояснения, оценку погрешности при несовпаде- нии результатов расчета. Контрольные вопросы 1. Каковы преимущества и недостатки линий с двухсторонним пи- танием? 2. В чем заключается сложность расчета линии с двухсторонним питанием? 3. Как найти распределение мощностей (токов) в схеме с двухсто- ронним питанием? 4. От каких параметров сети зависит величина уравнительной мощности (тока), когда она возникает? 5. Как определить наибольшие потери напряжения в линии с двух- сторонним питанием в нормальном и аварийном режиме? 6. Как определить оптимальную точку размыкания сети по усло- вию минимума потерь мощности в ней? 7. Объясните необходимость задания напряжения источника в виртуальной модели сети выше номинального значения для того, чтобы нагрузка в каждой точке сети соответствовала за- данному вами в настройках блока значению. Какие устройства в реальных электрических сетях применяются для такого регу- лирования? 8. Как с помощью блока Powergui определить потери и падение напряжения на каждом участке моделируемой сети? 189 7. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ НЕСИММЕТРИЧНОЙ НАГРУЗКИ НА ПОТЕРИ МОЩНОСТИ И НАПРЯЖЕНИЯ В СЕЛЬСКИХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ 0,38 КВ В настоящее время вопросам энергосбережения и энергоэффек- тивности в нашей стране уделяется особое внимание, в связи с этим в ближайшие 10 лет предстоит снизить потери электроэнергии в элек- трических сетях России на 40% по сравнению с 2007 годом, повысить эффективность передачи и распределения электроэнергии до уровня промышленно развитых стран. Анализ структуры потерь электроэнергии в действующих элек- трических сетях сельскохозяйственного назначения показывает, что потери в линиях 0,38 кВ составляют 31 – 33 % от общих потерь [17], а с учетом потерь электроэнергии в трансформаторах 10/0,4 кВ потре- бительских трансформаторных подстанций потери в электрических сетях 0,38 кВ достигают 50 % от общих потерь. Поэтому снижение потерь электроэнергии в сетях 0,38 кВ позволит добиться снижения общих потерь в электрических сетях сельскохозяйственного назначе- ния. Одним из основных факторов, оказывающим влияние на качест- во и потери электрической энергии при ее транспорте является не- симметрия фазных токов, вносящая значительные искажения в рабо- ту всей системы сельского электроснабжения в целом. Работа сельских распределительных сетей с постоянной несим- метрией нагрузки является причиной довольно значительного ущерба в хозяйственной деятельности. Это определяется дополнительными потерями электроэнергии в сетях и нагрузке [30], с одной стороны, и снижением эффективности использования оборудования и сокраще- нием срока службы электрических установок – с другой. Решение задач энергосбережения и улучшения качества элек- трической энергии в низковольтных сетях 0,38 кВ тесно связано с проблемой снижения несимметрии токов в этих сетях. 7.1 Причины возникновения несимметрии токов и напряжений в сетях В городских и сельских сетях 0,38 кВ несимметрия напряжений вызывается в основном подключением однофазных осветительных и 190 бытовых электроприемников малой мощности. Количество таких од- нофазных электроприемников велико, и неравномерное распределе- ние их по фазам сказывается существенным образом на показателях качества электрической энергии. Кроме того, в настоящее время на селе значительно увеличивается доля мощной однофазной нагрузки из-за появившихся в последнее время крупных частных сельскохо- зяйственных предприятий, крестьянских и фермерских хозяйств. Различают два вида несимметрии: систематическую и вероятно- стную, или случайную. Систематическая несимметрия обусловлена неравномерной по- стоянной перегрузкой одной из фаз. Она возникает потому, что одно- фазные электроприемники в сетях 0,38 кВ по фазам распределены, как правило, неравномерно, поэтому создается перегрузка одних и недогрузка других фаз, да и вновь вводимые в эксплуатацию элек- троприемники подключаются зачастую без учета их симметричного распределения по фазам. Систематическая, или неслучайная несим- метрия токов приводит к ухудшению показателей качества электри- ческой энергии и в первую очередь таких основных, как отклонение напряжения, коэффициентов несимметрии по обратной и нулевой по- следовательности напряжения [31; 32]. Как показано в [33], правила симметричного подключения одно- фазных нагрузок в распределительных сетях 0,38 кВ отдельных хо- зяйств нарушаются почти в 90 % случаев. Поэтому для уменьшения не- симметрии в [33] рекомендуется проводить следующие мероприятия: Контроль состояния несимметрии токов в распределительной сети 0,38 кВ путем осуществления замеров этих величин на трансфор- маторной подстанции (ТП). Замена неполнофазных ответвлений на полнофазные. Составление карты-схемы распределения нагрузок в сети, и все дальнейшие подключения осуществлять с учетом этой схемы. В процессе эксплуатации сетей необходимо производить перерас- пределение нагрузок, в соответствии с картой-схемой нагрузок и полученными по замерам величинами токов. Только одно это ме- роприятие, как показано в [32], может привести к снижению потерь электрической энергии в сети на 15 – 20 %. Случайная или вероятностная несимметрия токов обусловлена случайными включениями и отключениями отдельных однофазных электроприемников. Поэтому несимметричный режим работы сель- ской электрической сети 0,38 кВ является объективно существующим, 191 так как даже при равномерном распределении подключенных нагрузок возникает случайная (вероятностная) несимметрия. При случайной несимметрии нагрузка каждой фазы изменяется во времени независимо от изменения нагрузок других фаз, поэтому трехфазное регулирование напряжения, обеспечивающее равное воз- действие на все три фазы, не в состоянии обеспечить нормированное напряжение на зажимах потребителей. Любая несимметрия токов вызывает появление тока в нулевом проводе, а вместе с тем и напряжения смещения нейтральной точки системы фазных напряжений. В результате напряжения фаз на зажи- мах потребителей становятся несимметричными, что отрицательно сказывается на работе самих потребителей и сети в целом. |