ПП. 1. 6Вопросы по дисциплине Переходные процессы в электроэнергетических системах

• Название: 1. 6Вопросы по дисциплине Переходные процессы в электроэнергетических системах
• Дата: 07.05.2022
• Размер: 0.59 Mb.
• Имя файла: ПП.docx
• Тип: Документы; #515929

1.6Вопросы по дисциплине «Переходные процессы в электроэнергетических системах»

1. 
   Параметры синхронной машины для токов обратной и нулевой последовательности. Схемы прямой, обратной и нулевой последовательностей
   

Сопротивления элементов сети отдельных последовательностей:

Если магнитная связь между фазами элемента сети отсутствует, то можно для активных, индуктивных и полных сопротивлений для отдельных последовательностей записать: ; ; .

Для элементов с магнитной связью (трансформаторы, автотрансформаторы, воздушные линии, кабели, реакторы) запишем: ; ; .

Сопротивления нулевой последовательности резко отличаются.

Параметры синхронной машины для токов обратной и нулевой последовательности:

При практических расчетах для СМ без демпферных обмоток: .

Для СМ с демпферными обмотками используется выражение: .

В качестве приближенных соотношений можно принять:

–для СМ без демпферных обмоток ;

–для ТГ и СМ с демпферными обмотками в обеих осях .

При приближенных расчетах для ТГ и СМ с продольно-поперечной демпферной обмоткой принимают .

Значение для СМ колеблется в пределах .

Схема прямой и обратной последовательностей:

Схема прямой последовательности это схема, которую составляют для расчета симметричного трехфазного режима. В зависимости от метода расчета и момента времени генераторы и нагрузки вводятся соответствующими Э.Д.С. и сопротивлениями. Остальные элементы вводятся в схему неизменными сопротивлениями.

Схема обратной последовательности по структуре аналогична схеме прямой последовательности. В схеме обратной последовательности Э.Д.С. генераторов равны нулю. Считаем сопротивления  СМ и нагрузок неизменны.

Схема нулевой последовательности:

Схема нулевой последовательности определяется соединением обмоток трансформаторов и автотрансформаторов электрической сети.

Схема нулевой последовательности начинают составлять от точки, где возникла несимметрия. В данную точку включено напряжение нулевой последовательности .

Если несимметрия поперечная, то прикладывается относительно земли (рис. 12.1), если насимметрия продольная, то в рассечку фазы (рис. 12.2)
Если емкостные проводимости не учитываются, то для циркуляции токов нулевой последовательности нужна хотя бы одна заземленная нейтраль (рис. 12.3).

Если в ЭС имеется несколько заземленных нейтралей, то образуется несколько параллельных контуров для токов нулевой последовательности.

При продольной несимметрии циркуляция токов нулевой последовательности при отсутствии заземленных нейтралей возможна по обходным путям.

Если обходные пути отсутствуют, то ток протекает, если есть заземленные нейтрали с обеих сторон от места продольной несимметрии.

С опротивление, через которое заземлена нейтраль трансформатора, генератора, двигателя, нагрузки вводится в схему нулевой последовательности утроенным значением.

Если взаимная индукция значительна, то она учитывается в схеме замещения нулевой последовательности.

Начало схемы нулевой последовательности− точка, в которой объединены ветви с нулевым потенциалом, а конец− точка, где возникла несимметрия.

2. 
   Устойчивость в электрических системах и методы ее исследования.
   

Устойчивость ЭС− это способность системы восстанавливать своё исходное состояние после какого-либо нарушения рабочего режима.

Различают три вида устойчивости:

• 
  Статическая устойчивость: рассматриваться при малых отклонениях параметров режима от исходных;
  
• 
  Динамическая устойчивость: рассматривается при больших отклонениях параметров режима;
  
• 
  Результирующая устойчивость: рассматривается при кратковременном нарушении исходного режима; при дальнейшем восстанавливается нормальная синхронная работа под действием устройств системной автоматики.
  

Для обеспечения устойчивости система должна работать с некоторым запасом по устойчивости.

Для определения запаса устойчивости в ЭС необходим анализ устойчивости с определением критических параметров. Выбор устройств и мероприятий по обеспечению устойчивости− это задача управления переходным процессом.

Анализ статической устойчивости в общем случае основывается на первом методе Ляпунова. Для этого определяются корни характеристического уравнения исследуемой системы. В практике при исследовании устойчивости используются практические критерии устойчивости. Практические критерии устанавливают только наличие устойчивости или неустойчивости режима. В этом случае в системе отсутствует самораскачивание. Нарушение устойчивости будет происходить только при прохождении через ноль свободного члена характеристического уравнения.

Практические критерии неприменимы при выборе настройки устройств регулирования, системной автоматики, выявление самораскачивания.

Анализ динамической устойчивости проводится различными способами в зависимости от поставленной задачи. Простейший способ− это рассмотрение ЭС как системы консервативной, не имеющей потерь энергии. Этот способ применяется, когда ЭС состоит из одной станции, работающей на шины неизменного напряжения; или когда ЭС состоит из двух станций, работающих на общую нагрузку. В этом случае устойчивость определяется отношением энергий, отвечающих каждому циклу качаний роторов генераторов. Если ЭС неустойчива, то определяется угол расхождения векторов ЭДС генераторов и шин неизменного напряжения или взаимный угол расхождения векторов ЭДС двух генераторов.

Для настройки защит и устройств автоматики необходимо использовать методы численного интегрирования.

Расчеты по результирующей устойчивости в основном определяют условия и мероприятия по ликвидации асинхронного режима и восстановлению синхронной работы ЭС. Существуют два подхода в расчете устойчивости ЭС:

− при одновременном учете и изменений частоты f в системе и действия соответствующих регуляторов, а также определение движения ротора каждого генератора по отношению к некоторому генератору, вращающемуся с синхронной частотой;

−упрощенно, когда определяется только взаимное перемещение роторов генераторов.

Эти два подхода рассматривают устойчивость относительно координаты и устойчивость относительно траектории.

Для обеспечения статической устойчивости используются обычно АРВ сильного действия.

Для обеспечения динамической устойчивости требуется форсировка возбуждения; быстрое отключение аварийных участников; применение устройств АЧР и АРН (автоматическая разгрузка по напряжению); снижение передаваемой мощности.

Повышение результирующей устойчивости достигает в первую очередь регулированием мощности генераторов и АЧР потребителей.

3. 
   Простейшая оценка статической устойчивости. Практические критерии устойчивости.
   

Простейшая оценка статической устойчивости:

Уравнение баланса энергии для ЭС запишется: ,

где − расход энергии в ЭС;

− энергия, потребляемая нагрузкой;

− потери энергии.

Критерий устойчивости в дифференциальной форме запишется: ,

где –энергия источника;

– параметр режима.

Обозначим – избыточная энергия.

Тогда .

Режим устойчив, если производная от избыточной энергии по определяющему параметру отрицательна.

Критерием практически можно воспользоваться при анализе устойчивости ЭЭС только в частных случаях при определенных допущениях и ограничениях. Критерий также не определяет характер процесса. В то же время критерий применяется во многих областях.

Для каждой задачи записываются свои практические критерии.

Н апример, для электрической цепи постоянного тока: Источник ЭДС имеет характеристику нелинейную

Условие устойчивости режима запишется

(19.4)

Точка а− точка устойчивого режима, а точка 0− точка неустойчивого режима.
Е сли характеристика источника имеет другой вид

Устойчивый режим отвечает точкам 0 и в, а точка а− режим неустойчивый.

Практические критерии статической устойчивости:

Р ассмотрим простейшую систему



Для данной ЭС критерий запишется

− угол расхождения векторов ЭДС генератора и «U» системы;

В установившемся режиме (•) 1 при случайном увеличении угла на величину появляется избыточный момент Мэл (тормозящий). Ротор возвращается в исходное состояние. Мощность турбины Мт не зависит от угла . Восходящая часть электромагнитной мощности:

Отвечает устойчивому режиму работы генератора, а падающая − неустойчивому.

Если Рт=const, то критерий устойчивости простейшей системы запишется: .

Для АД (рис. 19.7) критерий устойчивости запишется ,

Где .




Режимы 1,2,3- устойчивые; 4,5- неустойчивые, 6,7- критические.

Возмущением является случайное изменение скольжения на ΔS; электромагнитный момент ускоряет ротор.

При Рмех=const критерий устойчивости запишется: .

Устойчивым будет режим, при котором возмущающее воздействие изменяется менее интенсивно, чем противодействующий ему фактор.

Задача расчета статической устойчивости сводится к анализу поведения системы при малом изменении параметров режима.

4. 
   Простейшая оценка динамической устойчивости.
   

П ростейшая оценка динамической устойчивости

При появлении больших возмущающих воздействий в ЭС приходится рассматривать динамическую устойчивость.

Резкое изменение режима ЭС ведет к изменению электромагнитного момента генератора

При изменении электромагнитного момента под действием ускоряющего момента турбины Мт ротор генератора ускоряется. Скорость увеличивается сверх синхронной на величину . Избыточный момент уравновешивается при этом электромагнитным моментом генератора и моментом, соответствующим накапливаемой ротором кинетической энергии .

Уравнение движения ротора в простейшем случае будет записываться: ,

Где - момент инерции ротора.

В некоторых случаях динамическая устойчивость оценивается упрощенно методом площадей. В этом случае только выясняется: будет система устойчива или нет.

При повреждении некоторой точки под действием силы выполняется работа, определяемая как приращение кинетической энергии на пройденном пути: .

На графике величина А представляется площадью, пропорциональной кинетической энергии, запасенной движущимся телом при изменении скорости: . При нарушении режима скорость движения ротора из-за инерции изменяется медленно. Можно считать, что изменения момента численно равны изменениям мощности: Величина изменения кинематической энергии А₁ определяется (рис. 19.8,а) площадкой aвca.

5. 
   Выпадение из синхронизма синхронной машины. Установившийся асинхронный режим СМ. Ресинхронизация генераторов.
   

Выпадение из синхронизма СМ:

Рассмотрим простейшую систему:



После АПВ нормальная работа ЛЭП восстановилась, но при этом произошло выпадение Г из синхронизма.



Площадка торможения ускорения. В точке ( 5 ротор получает ускорение. При ускорение большое. Асинхронный момент возрастает с ростом скольжения.

Мощность турбины под действием регуляторов снижается. При некотором S моменты уравновесятся

При асинхронном ходе на ротор действует синхронный пульсирующий вращающий момент:



При этом скольжение изменяется Для скольжение минимально. Далее процесс повторяется.

Установившейся асинхронный режим СМ:

Установившийся асинхронный режим определяется статической характеристикой турбины. Этот режим наступает не сразу и зависит от ускорения генератора, инерции регулятора скорости и сервомотора направляющего аппарата

статическая характеристика турбины;

характеризует статизм регулятора;

характеристика среднего асинхронного момента.

Динамические характеристики для турбины представлены кривыми 1 и 2. Их вид зависит от S и динамических параметров регулятора.

При возникновении асинхронного хода характеристика момента турбины изменяется по кривой 1.Если характеристика турбины изменяется по кривой 2, то в восстановится синхронный режим. Это возможно, если пульсации равны отрезку . Восстановление синхронного может быть неустойчивым.

Ресинхронизация генераторов:

Ресинхронизация способствует повышению устойчивости ЭС. Установившийся асинхронный ход прекращается дополнительным воздействием на турбину и уменьшением её мощности. Это приводит к снижению скольжения и ресинхронизации.

При вхождении в синхронизм среднее скольжение должно монотонно приближаться к установившемуся значению. Если при подходе синхронной скорости меняет знак, то происходит срыв ресинхронизации, т.е. синхронизм проскакивается. Если СМ работает асинхронно, то при наличии возбуждения появляются пульсации скольжения .Условие является необходимым, но недостаточным для ресинхронизации.Увеличение вызывает увеличение синхронного вращающего момента и увеличение пульсаций скольжения. Скольжение S может пройти через ноль . В этот момент наступит ресинхронизация, которая может быть и неуспешной.