Использование Matlab для решения задач в энергетике

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Иркутский национальный исследовательский технический университет

Институт Энергетики

Курсовая работа

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ MATLAB ДЛЯ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ В ЭНЕРГЕТИКЕ

по дисциплине «Новые информационные технологии в энергетике»

Иркутск 2016 г.

Задание на курсовую работу

Исходные данные

Задача 1: Тип: ТМН-2500/110; Мощность: S=2,5 МВА;. Напряжение обмоток: ВН - 110 кВ; НН - 6,6 кВ; ?P_ХХ =7.6 кВт ?P_КЗ =46.5. кВт; U_k= 10.5 %;=1,3%.

Задача 2: Исходными данными для расчета является гистограмма (частость) скорости ветра в заданном интервале скоростей ветра.

Задача 3: Рисунок №18; R₁= 10 Oм; R₂ = 1 Oм; R₃ = 5 Oм; С₁= 20 мкФ; Е=40 В

Введение

Цель работы: научиться решать задачи в энергетики с помощью программы MATLAB.

Для этого необходимо выполнить следующие задачи:

1. Используя библиотеки Simulink и Sim Power Systems набрать в трехфазном исполнении модель системы электроснабжения;

2. Рассчитать и построить характеристику повторяемости скоростей ветра;

3.Рассчитать переходные процессы в линейных электрических цепях постоянного тока.

Для решения этих задач используется программа MATLAB. Она ориентирован на матричные операции, включает в себя вычисления, программирование в удобной среде, где задачи и решения выражаются в форме, близкой к математической, средства визуализации, которые дают наглядное представление о работе моделируемой системы и входящих в нее объектов, что значительно упрощает работу.

Задача №1

Используя библиотеки Simulink и SimPowerSystems набрать в трехфазном исполнении модель системы электроснабжения, схема которой представлена на рисунке. Уровни напряжения системы определяются уровнями напряжения трансформатора на его высокой и низкой стороне.

Схема системы электроснабжения. Рис. №1.

matlab задача энергетика электроснабжение

Технические данные трансформатора согласно варианту:

Тип: ТМН-2500/110

Мощность: 2,5 МВА.

Напряжение обмоток: ВН -110 кВ; НН - 6,6 кВ

?P_КЗ =46.5 кВт

?P_ХХ=7.6 кВт

U_k=10.5 %

=1,3 %

Расчеты

1. Расчет параметров модели воздушной ЛЭП:

По заданному значению выбираем длину линии и удельное сопротивление линии .

;

Марка провода: АС; номинальный ряд сечения провода: А-95

2. Расчет параметров модели трансформатора:

3. Параметры модели нагрузки

4. Модель системы

5.Модели и осциллограммы токов и напряжений, составленных в SimPowerSystems (в точках короткого замыкания К1 и К2):

а) Короткое замыкание в точке К1

Короткое замыкание в точке К1 Рис.№2.

Осциллограммы тока при КЗ в точке К1 Рис.№3

Осциллограммы напряжения при КЗ в точке К1 Рис.№4.

б) Короткое замыкание в точке К2

Короткое замыкание в точке К2 Рис. №5.

Осциллограммы напряжения при КЗ в точке К2 Рис. №5.

Осциллограммы тока при КЗ в точке К2 Рис. №6

Задача №2

Рассчитать и построить аппроксимирующую характеристику повторяемости скоростей ветра по многолетним данным фактических наблюдений. Многолетние данные представлены в виде гистограммы повторяемости скоростей ветра в заданном диапазоне скоростей. Для аппроксимации использовать двухпараметрическое распределение Вейбулла, имеющее следующее выражение:

где t - вероятность появления текущей скорости ветра; интервал градаций скоростей ветра; V - текущая скорость ветра в интервале параметры распределения Вейбулла.

Исходными данными для расчета является гистограмма (частость) скорости ветра в заданном интервале скоростей ветра, регламентированных нормативными документами по обработке фактических данных наблюдений, получаемых с метеорологических станций.

Регламентированные интервалы скоростей ветра, в которых определяется частость появления скоростей по данным многолетних наблюдений, м/с: 0-1; 2-3; 4-5; 6-7; 8-9; 10-11; 12-13; 14-15; 16-17; 18-20; 21-24; 25-28; 29-34; 35-40.

Средние значения скорости ветра в интервале, м/с: 0,5; 2,5; 4,5; 6,5; 8,5; 10,5; 12,5; 14,5; 16,5; 19; 22,5; 26,5; 31,5; 37,5.

Фактическая повторяемость скоростей ветра задается в справочных данных по каждому месяцу года в виде следующей таблицы:

Таблица 2.1 Повторяемость скоростей ветра в году

Задача аппроксимации состоит в том, чтобы гистограмму повторяемости скоростей ветра, являющейся дискретной функцией от скорости ветра (повторяемость задана постоянным значением в интервале скоростей ветра), превратить в непрерывную функцию вероятности появления скоростей ветра для любого заданного значения скорости ветра V.

Для определения параметров уравнения Вейбуллав, г, аппроксимирующего фактические данные повторяемости, используются следующие расчетные соотношения:

где - коэффициент вариации; среднее значение скорости ветра в интервале; Г(x) -гамма функция интегральное преобразование, определяемое выражением

Коэффициент вариации подсчитывается по выражению

В выражениях для коэффициента вариации: М₂ - относительный начальный момент второй степени; z - число градаций скоростей ветра, при которых фактическая повторяемость больше нуля.

Задачей расчета является вычисление М₂, С_V, а затем в и г с использованием программы MATLAB, позволяющего выполнять операции с векторами.

Расчет

Таблица 2.2 - Фактическая повторяемость скоростей ветра для метеостанции «Узур.» в апреле

В табл. 2.2 - интервалы градаций скоростей ветра, м/с; - средняя скорость в интервале, м/с; t,%о - повторяемость скоростей ветра в интервале в перцентилях (тысячных процентах).

В результате расчетов получаем:

М₂ = 1.4762; C_V = 0.6901; г = 1.4491; в = 3.1449. Для определения в предварительно потребовалось рассчитать значение Г-функции от аргумента (1+1/г) = 0.9021, которое определялось в MATLAB, задав команду gamma(1+1/ 1.5091).

Программа расчета в MATLAB:

v=[0.5 2.5 4.5 6.5 8.5 10.5 12.5 14.5];

t=[191 369 225 112 60 32 8 3];

a=v*(t')*0.001

a = 3.7480

b=(v.^2)*(t')*0.001

b = 21.3860

m=b/(a^2)

m = 1.5224

Cv=sqrt(m-1)

Cv = 0.7228

gamma=1/Cv

gamma = 1.3836

GF=Gamma(1+1/1.5091)

GF = 0.9021

beta=a/GF

beta = 4.1548

v=0:0.5:18; t=(2/beta)*((v/beta).^(gamma)).*exp(-(v/beta).^gamma)*100; plot(v,t);grid on;

График распределения Вейбулла Рис. №7.

v=[0.5 2.5 4.5 6.5 8.5 10.5 12.5 14.5];

t=[191 369 225 112 60 32 8 3];

A=(v.^3)*(t')*0.001

A = 103.7896

W=A*0.5*1.22*8760

W = 5.5461e+005

v=[0.5 2.5 4.5 6.5 8.5 10.5 12.5 14.5];

v=0:0.5:38; t=(2/ 3.1449)*((v/ 3.1449).^1.4491).*exp(-(v/ 3.1449).^(1.4491))*100;

W=0.5*1.22*8760*((v.^3).*t*0.001);

plot(v,W); grid on

Годовая энергия ветрового потока Рис. №8.

Задача № 3

В третьем задании следует рассчитать переходные процессы в линейных электрических цепях постоянного тока, вызванные включением (отключением) коммутационного аппарата (выключателя). Задание взято из курсовой работы по ТОЭ, как пример еще одного способа решения задачи расчета электрических цепей с использованием новых информационных технологий.

Исходные данные:

R₁= 2 Oм

R₂= 2 Oм

R₃= 5 Oм

L₁= 10 мГн

С₁= 5 мкФ

Е =5 В

Определить:

Электрическая схема:

Электрическая схема соединения Рис. №9.

Расчеты

1. Модель электрической схемы в системе MATLAB:

Схема цепи в Matlab Рис. №10.

2. Осциллограмма напряжений:

Осциллограммы напряжений u_С1(t) u_R3(t) Рис.№11.

Заключение

В курсовой работе с помощью библиотеки Simulink и Sim Power Systems была смоделирована система электроснабжения с расчётом токов короткого замыкания. Также были решены электроэнергетические задачи с помощью программы MATLAB, в ходе решения которых получены осциллограммы тока и напряжения. В третьей задаче рассчитан переходный процесс в линейных электрических цепях постоянного тока и построены осциллограммы тока и напряжения переходного процесса.

Работая в программе MATLAB можно намного быстрее и проще решить энергетические задачи.

Список использованных источников

1. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники: 352 с.

2. Дьяконов В.П. MATLAB 6/6.1/6.5+ Simulink 4/5/. Основы применения: Полное руководство пользователя/ В.П. Дьяконов. - М.: СОЛОН-Пресс, 2002.-768с.

3. Мартынов Н.Н. Введение в MATLAB.-М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2002.

4. Новгородцев А.Б. Расчет электрических цепей в MATLAB: учебный курс / А.Б. Новгородцев. - СПб.: Питер, 2004.- 250с.

5. Новожилов М.А. MATLAB в электроэнергетике: учеб. пособие / Новожилов. -- Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. - 208с.

Размещено на Allbest.ru