Структурная схема объекта. (Лекция 5)

1. Электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах

ЛЕКЦИЯ 5
Структурная схема объекта
Электромеханические
переходные процессы в
электроэнергетических
системах
Формирование сигналов регулирования
Структурная схема САРВ
Характеристическое уравнение и его коэффициенты
Области колебательной устойчивости
Динамическая устойчивость

2. Структурная схема для исследования статической устойчивости

3. Структурная схема простейшей регулируемой энергосистемы

4. Алгоритм регулирования

U U W ( U K I K
f
f 0
Г
oU
СТ
Гr
КОМП
I )
r
U
РФ
К U K W I
'
1U
'
Г
1 if
1 if
f
K f K W f ,
'
of
U
1f
1f
U
4

5. Входные сигналы системы регулирования

α = Xd /
XdΣ
5

6. Структурная схема системы регулирования

6

7.

7

8. Коэффициенты характеристического уравнения

8

9. Качественная иллюстрация влияния алгоритма канала регулирования напряжения на области колебательной устойчивости генератора

1 – включен только канал регулирования напряжения
(АРН);
2 – включен АРН + производная напряжения U’;
3 – АРН + U’ + PSS;
4 – АРН + U’ + производная тока возбуждения;
5 – АРН + U’ + PSS + производная тока возбуждения
9

10. Предельно допустимые коэффициенты усиления по отклонению напряжения

коэффициенты усиления
по отклонению
напряжения

11. Общие положения теории динамической устойчивости

• Статическая устойчивость – необходимое, но
недостаточное условие функционирование ЭЭС
• Более реальны возмущения большой
амплитуды
(КЗ, вкл/откл крупной нагрузки, линий и т.д.)
• однофазное КЗ 0,12 сек. и откл. фазы на 1 сек. (цикл
ОАПВ)
• двухфазное на землю КЗ 0,12 сек. и откл. ЛЭП на 0,5
сек.
• Трехфазное – самое простое для расчетов,
мощность генератора равна нулю
• Для несимметричных КЗ – эквивалентные шунт
и эдс

12. ЗАДАЧИ АНАЛИЗА ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

-
а) расчет параметров динамического перехода при
эксплуатационных или аварийных отключениях
нагруженных элементов электроэнергетической системы;
б) определение параметров динамических переходов при КЗ
в системе с учетом различных факторов:
возможного перехода одного несимметричного КЗ в другое
например, однофазного в двухфазное);
работы автоматического повторного включения (АПВ)
элемента, отключившегося после КЗ, и т. п.
Основная задача – определение предельных времен отключения и
выработка ПА мероприятий

13. ХАРАКТЕРИСТИКИ РАЗЛИЧНЫХ КОРОТКИХ ЗАМЫКАНИЙ

п
Вид аварии
1
2
1 Трёхфазное к.з.
Обозначение
Δz(n)
I1
m(n)
3
(3)
4
5
6
2 Двухфазное к.з. на
землю
(1,1)
3 Разрыв одной
фазы
(1р)
4 Двухфазное к.з.
(2)
5 Однофазное к.з. на
землю
(1)
6 Разрыв двух фаз
(2р)
0
E1
1
z1
z2 z0
z2 z0
E1
z z
z1 2 0
z2 z0
z2
E1
z1 z 2
z2+z0
E1
z1 z 2 z 0
1,5÷√3
√3
3

14. Схема рассматриваемой ЭЭС

U = const
• Простейшая система «машина-линия-ШБМ»
C
Eq
xd
U C = const
U1
x вн
• Характеристика мощности генератора
Eq U c
P
sin
xd

15. СХЕМЫ ЗАМЕЩЕНИЯ ДЛЯ РАСЧЁТОВ ДИНАМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ

Принципиальная схема электропередачи (а) и
схемы замещения для
- нормального (б),
- аварийного (в)
- послеаварийного (г)
режимов

16. Уравнение движения ротора и «простой переход»

• Уравнение движения ротора генератора
TJ d 2
ds 1
1
d
PТ P или
PТ P P,
c s
2
c dt
dt TJ
TJ
dt
• При PT > P ротор ускоряется, PT < P – тормозится
• Угол не изменяется скачком ни при каких
изменениях схемно-режимных условий
• Простой переход – процесс, возникающий
вследствие однократного неустранимого
изменения схемно-режимных условий
• Абстракция как и «малое возмущение»

17. Характеристики мощности в простом переходе

• Нормальный 1,2
/ аварийный
(откл.цепи ЛЭП) режимы
P
P
1,0
0,8
d
0,6
c
a
P т=P 0
e
0,4
b
0,2
0,0
0
30
0
60
’0
90
max
120
150
180
, град

18. Анализ протекания переходного процесса

• Отключение одной цепи – увеличение экв.инд.сопр.
• Уменьшение характеристики мощности
• Небаланс мощности на валу агрегата – ротор получает
положительное ускорение (отрезок «bc»)
• За счет инерции (TJ) проскакивает точку «с»
• Далее ротор тормозится (отрезок «cd») и после нескольких
периодов колебаний возвращается в точку «с»
• Точка «с» – более тяжелый режим с меньшим запасом
статической устойчивости

19. Работа сил ускорения и торможения

• Работа сил – произведение
мощности на путь
o/
max
Aторм Pd
Aуск Pd
o
o/
• Энергия запасаемая ротором в процессе ускорения (фигура
«abca») или торможения (фигура
ds «cdec»)
Pd TJ c sdt cTJ sds
dt
• Критерий динамической устойчивости
Aуск –Aторм
правило площадей

20. Пример устойчивого / неустойчивого перехода

0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
0
t
P
b
c
030 '0
a
60
120
150
180
, град
Pт = P0
Процесс неустойчив
Процесс устойчив
max
90
e
d
P
Пример устойчивого / неустойчивого
перехода

21. Общий случай расчетов динамической устойчивости

• Реальный расчетный случай – К(1) или К(1,1)
• При К(1,1) посадки напряжения в сети
чрезвычайно велики
• Последующее отключение цепи ЛЭП
• Т.о., рассматривается три режима при аварии
• нормальный режим (две цепи ВЛ в работе)
• аварийный режим К(1,1)
• послеаварийный режим (отключена одна цепь)
• В приближенных расчетах значения шунтов
выбираются для обеспечения посадки
напряжения на 30, 60 и 100%

22. Характеристики мощности для НР, АР и ПАР

P
1,2
Н.Р.(1)
1,0
0,8
0,6
P т=P 0
0,4
П.А.Р.(2)
0,2
0,0
0
0
30
откл.пред.
60
90
А.Р.(3)
кр.
120
150
180
, град

23. Правило площадей для НР, АР и ПАР

• Общие выражения для площадок ускорения и торможения
Aуск
откл
Po Pm АР sin d ,
o
Aторм
кр
Po Pm ПАР sin d
откл
• Равенство площадок и доп.преобразования дают (при
постоянстве ускоряющей мощности Pср)
2 КЗTJ
tКЗ пред
C Pср
где
КЗ откл.пред. 0

24. Применение правила площадей для анализа динамической устойчивости генератора

Ускорение ротора
Торможение ротора

25. АВАРИЙНЫЙ РЕЖИМ ПРИ ПРЕДЕЛЬНОМ ВРЕМЕНИ ОТКЛЮЧЕНИЯ КЗ

26. Времена отключения коротких замыканий

• Нормативные времена отключения
220 кВ
330, 500 кВ
750 кВ
1150 кВ
0,16 сек.
0,12 сек.
0,1 сек.
0,08 сек.
• Минимальные времена с учетом современных технических
средств (релейная защита + выключатель) – 0,05-0,06 сек.

27. Меры повышения динамической устойчивости (1)

• Сокращение времени отключения КЗ
• Электрическое торможение (последовательное / параллельное)
генератора
• Отключение нагрузки
• Отключение генераторов
• Воздействия в УПК

28. Меры повышения динамической устойчивости (2)

• Автоматическое повторное включение
• снижение тока подпитки дуги до 50-70 А происходит
за 0,2-0,4 сек.
• важна проверка цикла ОАПВ (РЗ+выключатель, дуга, обратная подготовка к
включению)
• Регулирование мощности турбины
• каскады крупных ГЭС
• ОЭС Северо-Запада – Путкинская (г.Кемь) в Карелии, Княжегубская ГЭС за Полярным
кругом
• ОЭС Центра – каскад Волжских ГЭС
• экономическое стимулирование за счет увеличения закупочных цен на эл/эн
• быстрые парогазовые установки (типа СЗ ТЭЦ)

29. ВЛИЯНИЕ УВЕЛИЧЕНИЯ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ И ПОВЫШЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВИЯ ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ И ЗАЩИТ

ИНЕРЦИИ И ПОВЫШЕНИЯ
БЫСТРОДЕЙСТВИЯ
ВЫКЛЮЧАТЕЛЕЙ И ЗАЩИТ

30. ВЛИЯНИЕ АВАРИЙНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТУРБИН

31. Расчеты динамической устойчивости в реальных ЭЭС

• Extended Equal Area Criteria (EEAC)
• эквивалентирование реальной модели ЭЭС до
простейшей системы «машина-шины»
• рассмотрение правила площадей
• Аналитических методов исследования нелинейных
систем а-ля ЭЭС на данный момент не существует
• Численное моделирование переходных процессов
с учетом выполняемых коммутаций, ограничений
и пр.
• в проектных организациях – программа МУСТАНГ-95
• кафедра «ЭСиС» – модели ЭЭС на основе объектноориентированного языка моделирования динамических
систем Modelica (реализованное на основе программы
Dymola)

32. Пример расчета динамики крупного транзита

синий н – tКЗ=1,0 сек.;
красный – tКЗ=1,2 сек.;
зеленый – tКЗ=1,245 сек.;
фиолет. – tКЗ=1,248 сек.;
черный – tКЗ=1,24827865 сек.;
синий в – tКЗ=1,24827875 сек.;

33. Спасибо за внимание!!!

Адрес в Интернет:
www.eps.spbstu.ru
кафедра «Электрические Системы и Сети»,
СПбГПУ, Россия