Расчет и оптимизация работы участка электроснабжения региональной энергосистемы при подключении нового присоединения

Таблица 3

Данные для линий

Сопротивление (Ом) нагрузок

Заданные значения сопротивлений нагрузок сведены в таблицу 4

Таблица 4

Приводим параметры элементов высокой стороны к низкому напряжению:

- коэффициент трансформации:

n = Uвн/UCн = uvtr/ustr = 5003/3303 = 1.515;

- линия 1:

zl1 = = 3.411+j36.224 Ом;

bl4= bl4*n2=2.231*10-3Cм;

-сопротивление трансформатора ztr=ztr/n2 =0.196+j217.364

- напряжение первого источника Е1=Е1/n=190.5 кВ

Выполняем расчет цепи рис.2 методом узловых потенциалов. Поскольку в схеме 4 узла с неизвестными потенциалами, то система уравнений имеет вид:

Y11·U1 - Y12·U2 - Y13·U3 - Y14·U4 = J1,

- Y21·U1 + Y22·U2 - Y23·U3 - Y24·U4 = J2,

- Y31·U1 - Y32·U2 + Y33·U3 - Y34·U4 = J3,

- Y41·U1 - Y42·U2 - Y43·U3 +Y44·U4 = J4.

Y11 = zn1-1+ zl2-1+ zl4-1+ zl3-1 +;

Y12 = zl2-1;

Y13 = zl3 -1 ; Y14 =0

Y22 = ztr-1 + zl5-1+ zn2-1+zl2 +;

Y23 = 0; Y24 = ztr -1 ;

Y33 = zn3-1 + zl3-1 + zl6-1+; Y34 = 0;

Y44 = zl1-1 + ztr -1 + ; Y42 =ztr-;1 ; Y41 =0 ;Y43 =0 ;

J1 = zl4-1·Е2; J2 = zl5-1·Е2; J3 = zl6 -1·Е1; J4 =0.

Система уравнений в матричном виде Y·U=JJ решается с помощью программы Mathcad (см приложение)

Рассчитываем токи, используя закон Ома и первый закон Кирхгофа:

- токи в линиях:

I1 =; I2 =; I3 =; I4 =;

I5 =; I6 =;

- токи нагрузок: Inq =;

- токи трансформаторов: Itr1 =;

- токи источников: IE1 = I1 +E1;

IE2=I6+ I5+ I4 +j +E2 j 2.

Расчитываем мощности:

- мощности потерь в линиях:

Slq = 3·zlp·Ip2, где p=1..6; Sl7 =Slp;

- ёмкостная мощность линий в расчёте на три фазы:

SC=3·0.5[U32·(bl3+bl6)+U12·(bl4+bl2+bl3)+U22·(bl2+bl5)+U42·bl1+E12·bl1+E22·(bl4+bl5+bl6)l:

- мощности нагрузок: Snp = 3·Up·= 3· znp· Inp2; Sn5 =SSnp;

- мощность потерь в трансформаторе: Strm = 3·ztr·Itr2;

- мощность, пропускаемая трансформатором: SStr1 = 3·E1·Itr;

- мощность собственных нужд второго источника: SJ = 3·E2·;

- мощности источников: SЕ1 = 3·Е1·; SЕ2 = 3·Е2·.

Баланс мощностей составлен следующим образом.

Мощность источников: Sist = SЕ1 + SЕ2 - SJ.

Мощность потребителей: Spotr = Sn4+ Sl7 +SStrq- j·SC.

Баланс Sist = Spotr выполняется.

Поскольку получены значения величин, приведенные к низкому напряжению, вычислим фактические значения токов и напряжений сети на стороне высокого напряжения:

 , , .

Результаты решения системы уравнений пордразд. 1.6, полученные значения всех токов и мощностей представлены в сводной табл. 5. Для токов и напряжений высокой стороны приведены фактические значения.

Коэффициент полезного действия системы:

h= Re(Sn5)/Re(Sist) = 0.982

Коэффициент мощности всей системы:

cosj = Re(Sist)/Sist = 0.928

Анализ режима работы сети

1. Учитывая, что провода линий стале-алюминевые, можно принять экономическую плотность тока равной 1 А/мм2. Тогда номинальные токи линий численно равны их сечению. Мы видим, что первая, вторая ,четвертая, пятая, шестая линии работают в режиме, близком к номинальному; третья линия загружена слабо.

2. Напряжение в линии 3 ниже номинального. Здесь желательно подключение присоединения с источником для повышения напряжения.

2. Расчет экономического режима работы сети

Производим расчет сети при условии, что нагрузки работают с коэффициентом мощности 0.95. Сопротивления нагрузок задаём в следующем виде:

Znq= kq|Znq исх|·e j·arccos0.95

где q - номер нагрузки;

kq- коэффициенты коррекции величины сопротивления нагрузки, первоначально они взяты равными 1;

Znqисх- исходное (заданное) значение сопротивления нагрузки.

Далее полностью повторяем расчет системы по разд.1. Благодаря уменьшению потребляемой нагрузками реактивной мощности в связи с её компенсацией, уменьшились токи в линиях, что привело к уменьшению потерь в них и повышению напряжений в узлах сети, а это дало увеличение потребляемой нагрузками мощностей. Для получения прежних значений потребления активной мощности корректируем величины сопротивлений нагрузок в сторону увеличения.

Значения коэффициентов коррекции оказались равными:

k1 = 1.205371 k2 = 1.139175 k3 = 1.28186

Результаты расчета помещены в сводную табл. 5.

На основании результатов расчета приходим к следующим выводам:

- коэффициент мощности системы благодаря компенсации реактивной мощности нагрузок существенно возрос (0.985 против 0.992);

- за счет уменьшения токов в линиях вдвое уменьшились потери в них. Следовательно данное мероприятие мероприятие следует рекомендовать к применению.

3. Расчет эквивалентных параметров системы относительно точки присоединения П

Для расчёта режима работы сети после подключения нового присоединения сеть до его подключения представим эквивалентной схемой, состоящей из эквивалентной ЭДС и входного сопротивления относительно точки П.

Эквивалентную ЭДС (напряжение холостого хода) берём из предыдущего расчета (разд. 2). В нашем случае:

Еэкв = Uh =0.5·( U1 +U3)=186.378 - j13.439=186.862·e-j4.124 кВ.

Для нахождения входного сопротивления эквивалентного источника вычислим ток короткого замыкания в точке П. Этот расчет выполним методом узловых потенциалов: Yk·Uk=Jk.

Матрица проводимостей может быть получена из ранее составленной матрицы Y вычеркиванием первой строки и первого столбца :

Yk =

Столбцовую матрицу узловых токов также получаем из вектора Jc:

JJk = Вектор узловых напряжений: Uk = Yk-1·JJk

Результат решения системы уравнений:

= 66.473-j2.117 кВ;

= 140.075-j6.939 кВ;

= 48.644+j0.459 кВ.

= 189.811-j0.982 кВ;

В соответствии с законом Ома и первым законом Кирхгофа ток в месте короткого замыкания

= 9.261·e-j82.5 кА.

Входное сопротивление эквивалентного источника:

=20.176·ej78.376Ом.

4. Расчёт параметров линии присоединения (ЛРП) и её режима работы

В соответствии с заданием определяем номинальную мощность присоединения.

Spr=P2+j·Q2, =230.445MBA

Номинальные линейные напряжение и ток присоединения:

кВ А

По этому току с учетом механической прочности, условий короны и однообразия с другими линиями системы в качестве ЛРП выбираем линию напряжением 330 кВ АС-240/32. Длина линии км. Первичные параметры линии:

Ом/км; Ом/км; См/км; g0l =0;

Вторичные параметры линии:

-характеристическое сопротивление

= 315.5e-j5.14Ом

-коэффициент распространения

= 1.066·10-3·ej84.86 1/км

Схема сети представленной эквивалентным источником, с присоединением имеет вид рис. 3. Расчет этой схемы выполняем, используя основные уравнения четырехполюсника в форме Z. Исходные данные;

- ll=255 км:

- Ом

- 1.066·10-3·ej84.86

- =192.1945e-j1.79

- zv=20.176·ej78.376Ом

Рис .9 Схема замещения для расчета режима работы

, что еще будет уточняться с целью получения системой от присоединения заданой мощности, запишем следующим образом =ej-a. Для первого приближения принимаем kk=1; .

Система уравнений симметричного четырехполюсника , которым является исследуемая линия с распределенными параетрами (ЛРП):

;

Так как, экв-; ,то получаем следующую систему уравнений:

Решаем систему и находим токи и .

Напряжение в начале линии

Расчетное значение мощности от присоединения ветви:

Изменяя коэффициенты kk и ,добиваемся совпадения значения расчетной мощности с заданной .Полученные значения коэффициентов: kk=1.105251; (cм.приложение)

Полученные при этом значения токов и напряжений:

345.0·e j143.105 A; 277·e-j7.227A; 191.8·e-j2.637кВ; 203.234·e-j7.177.

5. Расчёт сети после подключения присоединения

Подключение присоединения учитываем в схеме рис.2 путем присоединения к линии точки П идеального источника ЭДС с напряжением U1.

В результате, в решаемой в разд. 3 системе уравнений элементы столбцовой матрицы узловых токов станут равны:

E2/zl4+U1/zl3·0.5 ;

Полученные в результате решения системы уравнений значения напряжений , , , помещены в табл. 5

Расчет токов, мощностей, КПД, коэффициента мощности выполняется по тем же формулам, что и в разделе 1 и 2.

Результаты расчета помещены в сводной табл. 5.

Выводы по результатам расчета сети после подключения нового присоединения:

- напряжения на всех без исключения узлах выросли на 1-4%;

-токи в линиях, за исключением четвертой и шестой, увеличились. Некоторое уменьшение тока в этих линиях обьясняется тем, что напряжение в первом и третьем узле несколько снизилось;

-увеличились мощности , потребляемые нагрузками. Это требует дополнение регулировки сопротивления нагрузок для получения прежних мощностей , что выходит за пределы задания ;

- снижение токов линиях привело к уменьшению потерь в линиях и незначительному повышению КПД системы (на 0.3%);

-трансформатор по-прежнему работает в режиме, близком к холостому ходу, надо полагать, его отключение не приведет к существенному токо перераспределению в сети;

-мощности источников Е1 и Е2 снизились ввиду появления в сети дополнительных генерирующих мощностей;

- реактивная мощность первого источника стала отрицательной , что для источника является нежелательным явлением. Это требует проведения дополнительных соответствующих мероприятий.

6. РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ

Пусть следует рассчитать переходные процессы в линии электропередачи без потерь, находящейся под нагрузкой,при отключении от её источника (рис. 10).

Так как длина рассматриваемой линии (270км ) значительно меньше длины волны (6000 км), а длительность пробега волны и переходного процесса в линии (доли миллисекунд) значительно меньше периода синусоидального напряжения сети (20мс), которое за рассматриваемое время существенно измениться не успевает, то переходный процесс можно рассчитать с достаточной точностью, заменив действующие в схеме синусоидальные источники постоянными со значениями, определяемыми в момент коммутации. Тогда возникающая падающая волна будет иметь прямоугольный фронт.

Определяем параметры схемы рис. 4.

До коммутации в рубильнике (а с некоторой погрешностью можно считать, что и по всей линии) протекал ток (см. разд. 4). Допустим (наиболее тяжелый случай переходного процесса), что в момент коммутации этот ток проходил через максимум, то есть . Напряжение в ЛРП в этот момент времени равно мгновенному значения ЭДС источника :

.

Ток падающей волны рассчитываем по схеме замещения рис.5; -129.6 А, -38.23 кВ .

Энергосистему в течении переходного процесса будем представлять последовательно соединенными резистором R и индуктивностью L, значение которых определим из комплексного эквивалентного сопротивления системы (разд. 3)

4.065+j19.762 Ом

R=Re(zv)=4.065 Ом L=Im(zv)/ =0.063 Гн.

С=1.5мкФ.

Параметры исследуемой линии без потерь (ЛРП):

- длина l=295 км;

- удельные реактивные сопротивление и проводимость

x01=0.331Ом/км; b0l=3.3810-6 Cм/км;

-вторичные параметры

;

1.12210-3 рад/км;

- длина волны /= 5602 км;

- фазовая скорость /=2.8105 км/c;

- длительность пробега волны по линии /=9.64410-4мс.

Для расчета волн , возникающих после прихода падающей волны в т. П, составим схему замещения рис 6:

Когда падающая волна дойдет до конца ЛРП, где включена нагрузка Н3 и компенсирующая емкость С,то возникнет отраженная волна ,расчет которой произведем по схеме рис.6.

Параметры ЛРП

L=255 x0=0.331 b0=3.8·10-6 =

Zc= Zc=295.136 =1.122·10-3

Эквивалентные параметры схемы относительно точки точки 3

R=Re(zequ) R=4.065 zequ=4.065+j19.762

Конструктивная емкость в точке 4

С=1.5·10-6

Параметры обратной волны напряжение и ток, длина волны ,фазовая скорость и длительность

ipad= ipad=-0.1296

upad=Zc·ipad upad=-38.237

v=2.8·10-5 tpr= tpr=9.644·10-4

Напряжение линии до коммутации

Решение характеристического уравнения

p= polyroots(V) p=

Установившееся значение напряжения на конденсаторе

uCu=-1.039

Начальное значение производной напряжения на конденсаторе

Расчет постоянных интегрирования

Напряжение на конденсаторе схемы замещения

uC(t)=uCu+ A= A1=0.52-j27.991

Напряжение и ток в точке П

Амплитуды фазного номинального напряжения и тока

unom=330 Im= umf=

Im=678.823 umf=269.444

Фиксированный момент времени tf=4.822

Напряжение и ток отраженной волны

tf=4.82210-4

Ток и напряжение вдоль линии

Выводы

Анализируя полученные результаты, можно сделать следующие выводы;

Если падающую волну считать независящей от времени и равной амплитуде напряжения Uh в точке присоединения новой линии, то во время переходного процесса напряжение в конце ЛРП начинает превышать величину падающей волны через 1.2 мс после ее прохода в эту точку. Поскольку время двух пробегов волны по линии составляет 0.93 мс, и за это время результирующее напряжение , и за это время результирующее напряжение не достигает величины напряжения падающей волны ,то можно утверждать ,что дополнительной опасности для изоляторов ЛРП из-за переходного процесса не возникает.

Максимальный ток в конце ЛРП существенно превышает (примерно в.0 раза )ток падающей волны и значительно (примерно в 3 раза )превышает амплитуду тока I2n.

Время пробега волны по линии составляет 0.97 мс, что свидетельствует о возможности считать падающую волну, не зависящей от времени.

Напряжение и ток в точках ЛРП, по которым прошла отраженная волна, изменяются незначительно. Это обьясняется тем, что время пробега волны по линии существенно меньше времени переходного процесса в схеме замещения.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Зевеке Г.В. и др. Основы теории цепей. - М. «Энергия», 1984, 628 с.

Бессонов Л.А. ТОЭ. - М., ВШ, 1988, 712с.

Неклепаев Б.Н., Крючков И.П. Электрическая часть электростанций и подстанций: Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования: Учеб. пособие для вузов.- М.: Энергоатомиздат, 1989.

Дьяконов В.П. Справочник по MathCAD PLUS 7.0 PRO - М.: СК Пресс, 1998. 352 с.

Размещено на Allbest.ru