Переходных процессов

ПРЕДИСЛОВИЕ

В настоящем учебном пособии рассматриваются практические расчёты электромеханических переходных процессов, учёт которых необходим при оценке статической и динамической устойчивости энергосистемы.

Необходимость выполнения условий, обеспечивающих устойчивую параллельную работу генераторов, диктуется требованиями надёжного, бесперебойного электроснабжения.

Цель данного учебного пособия – дать студентам необходимые практические навыки в области анализа аварийных режимов при эксплуатации электроэнергетических систем.

Учебное пособие состоит из пяти разделов. В первом разделе даны общие положения, принципы составления схемы замещения ЭЭС и определение её параметров.

Во втором разделе отражены теоретические вопросы при определении запаса статической и динамической устойчивости.

В третьем разделе приведены задачи по определению собственных и взаимных сопротивлений.

Четвёртый раздел посвящен практическим задачам и приёмам при анализе статической и динамической устойчивости простейшей ЭЭС.

В пятом разделе рассмотрены задачи по анализу динамической устойчивости простейшей ЭЭС.

В конце четвёртого и пятого разделов приведены задания для самостоятельного решения.

ОБЩАЯ ЧАСТЬ

Общие положения, принимаемые при анализе

переходных процессов

Под статической устойчивостью электроэнергетической системы (ЭЭС) понимают её способность возвращаться к установившемуся режиму после малых возмущений. В расчетной практике малым возмущением следует считать такое изменение режима, для которого остается правомерным описание рассмотренной системы в линейном приближении, т. е. когда сохраняется пропорциональность и . Основные причины, вызывающие нарушение устойчивости установившегося (исходного) режима, связаны в основном с изменениями нагрузки системы и реакцией на них регулирующих устройств. Эти процессы возникают при обычных эксплуатационных операциях: включении или отключении трансформаторов и отдельных ЛЭП; нормальных эксплуатационных изменениях схемы коммутации системы; включении и отключении отдельных генераторов и нагрузок или изменениях их мощности. Это означает, что строго неизменного режима в системе не существует, и, говоря об установившемся режиме, в сущности всегда имеют в виду режим малых возмещений.

Нормальные переходные процессы при больших возмущениях и аварийные переходные процессы возникают вследствие резких и существенных изменений режима системы: при коротких замыканиях в системе и последующем их отключении; при соответствующем изменении схемы соединения элементов системы, например, при случайном (аварийном) отключении агрегатов или ЛЭП, несущих значительные нагрузки; при нормальном включении или отключении линий с большой зарядной мощностью; при включении генераторов методом самосинхронизации и др. Это приводит к значительным отклонениям параметров режима от их исходного состояния, при которых необходимо учитывать нелинейности системы.

По отношению к большим возмущениям вводит понятие динамической устойчивости системы. Динамическая устойчивость – это способность системы восстанавливать после большого возмущения исходное состояние или практически близкое к исходному (допустимому по условиям эксплуатации системы).

С целью упрощения решения инженерных задач устойчивости ЭЭС учитывают только наиболее существенные для конкретных условий факторы. Анализ электромеханических переходных процессов проведем при следующих допущениях:

– отказ от рассмотрения изменений мгновенных значений параметров режима, учитывая только изменения их огибающих; при расчете по огибающим изменения электрической мощности принимают происходящими мгновенно;

– замена динамических характеристик элементов ЭЭС их статическими характеристиками, а также рассмотрение динамической ЭЭС как системы позиционной. Под позиционной системой понимается такая система, в которой параметры её режима зависят только от данного состояния системы, от взаимного положения её элементов (например, роторов генераторов) независимо от того, как было достигнуто это состояние, как система пришла к данному положению.

К другим важным допущениям относится упрощенное преставление о действии регуляторов возбуждения (постоянство соответствующей ЭДС), неучет регуляторов частоты вращения первичных двигателей (турбин).

В основу математических операций положим упрощенные схемы замещения (математические модели) элементов системы, например, неучет активных сопротивлений (кроме нагрузок), ветвей намагничивания трансформаторов и вращающихся машин, емкостной проводимости линий.

При исследовании устойчивости ЭЭС воспользуемся упрощенными (практическими) критериями устойчивости, т. е. установим только наличие устойчивости или неустойчивости данного режима, не выявляя при этом форм нарушения устойчивости (апериодической, колебательной).

Анализ динамической устойчивости проведем, рассматривая ЭЭС как систему консервативную, не имеющую потерь энергии, зависящих от скорости.