Рабочая программа, методические указания и задания на курсовую работу - Электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах - файл n1.doc

Рабочая программа, методические указания и задания на курсовую работу - Электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах
Скачать все файлы (1099.5 kb.)

Доступные файлы (1):
n1.doc1100kb.12.01.2014 16:07скачать

n1.doc

  1   2


ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

__________________________________________________________________


УТВЕРЖДАЮ

Директор ИДО

_______________ С.И. Качин
«____»_____________ 2008 г.

ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ

В ЭЛЕКТРоэнергетических СИСТЕМАХ



Рабочая программа, методические указания и задания на курсовую работу для студентов специальностей
140203 «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» и
140205 «Электроэнергетические системы и сети»
Института дистанционного образования
Издание второе, исправленное

Семестр

9

10

Лекции, часов

2

6

Лабораторные занятия, часов




4

Практические занятия, часов




2

Курсовая работа, часов




4

Самостоятельная работа, часов




94

Формы контроля




экзамен







зачет*



Томск 2008

УДК 621.311
Электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах: рабочая программа, метод. указания и задания на курсовую работу для студентов спец. 140203 «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» и 140205 «Электроэнергетические системы и сети» ИДО / Сост. Ю. В. Хрущев, В. И. Готман. – 2-е изд., исправл. – Томск: Изд-во ТПУ, 2008. – 27 с.


Рабочая программа, методические указания и задание на курсовую работу рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры электроэнергетических систем и высоковольтной техники «___» _____________ 2007 г., протокол № _____.


Зав. кафедрой, профессор, д-р т. н. _____________ В. Я. Ушаков

Аннотация

При изучении разделов дисциплины «Электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах» студенты специальностей 140203 «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем» и 140205 «Электроэнергетические системы и сети» ИДО осваиваются физические основы электромеханических переходных процессов, а также методы расчета и анализа устойчивости параллельной работы синхронных генераторов и двигательной нагрузки электроэнергетических систем. Рассматриваются особенности построения математических моделей процессов при больших и малых возмущениях в энергосистемах. Обосновываются мероприятия по предотвращению нарушений устойчивости энергосистем.

Приведено содержание основных тем дисциплины, указаны перечень лабораторных работ и темы практических занятий. Приведены задания на курсовую работу. Даны методические указания по выполнению курсовой работы.


1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ


Цели преподавания дисциплины: сформировать у студентов базовые знания о физике электромеханических переходных процессов в современных автоматически регулируемых электроэнергетических системах, физической сути мероприятий по сохранению устойчивости энергосистем и математических основах ее исследования. В результате изучения курса студенты должны получить практические навыки анализа условий протекания электромеханических переходных процессов, их расчета и физического истолкования получаемых результатов.

Задачи изложения и изучения дисциплины: поставленные цели достигаются путем лекционного изложения теоретического курса, приобретения теоретических знаний по лекциям и учебникам, выполнения цикла лабораторных работ, сопровождаемых анализом получаемых результатов, выполнения курсовой работы, охватывающей основные разделы курса, проведения текущего и итогового контроля знаний.

2. Содержание теоретического раздела дисциплины

2.1. Основные положения курса


Основные понятия и определения. Содержание курса. Место курса в обучении. Виды переходных процессов. Основные положения, принимаемые при анализе. Определения статической и динамической устойчивости энергосистем.

Рекомендуемая литература: [1, гл. 1].

Методические указания


Настоящий раздел дает общее представление об электромеханических переходных процессах и вопросах, возникающих при их изучении. Большая часть раздела имеет описательный характер и легко воспринимается при чтении. При изучении раздела следует ответить на все контрольные вопросы к главе 1 [1].

2.2. Статическая устойчивость энергосистем


Уравнение движения ротора генератора, формы его записи в различных системах исчисления. Понятие о статической устойчивости энергосистемы. Практические критерии статической устойчивости одномашинной системы. Устойчивость генератора, работающего через сложную пассивную электрическую сеть. Статическая устойчивость генератора с автоматическим регулированием возбуждения. Математические основы метода малых колебаний. Самораскачивание роторов генераторов. Статическая устойчивость двух станций соизмеримой мощности. Автоматическое регулирование скорости вращения роторов генераторов и частоты в энергосистеме. Неустойчивость, лавина частоты и ее предотвращение. Апериодическая статическая устойчивость сложных энергосистем.

Рекомендуемая литература: [1, гл. 4, 8, приложения 3, 4; 2].

Методические указания


Материал данного раздела посвящен рассмотрению переходных процессов энергосистем при малых возмущениях режима. Исследование поведения системы при таких возмущениях проводится методом малых колебаний. При этом задачи исследования не ограничиваются только проверкой статической устойчивости энергосистем. Важно выбрать такие параметры режима и параметры системы, чтобы возникшие в процессе работы энергосистемы малые колебания возможно быстрее затухали и, тем более, не вызывали самораскачивания, т.е. нарастающих колебаний генераторов в системе.

При изучении данного раздела следует особое внимание уделить критериям статической устойчивости. Необходимо подробно разобрать метод малых колебаний и применение его для суждения об устойчивости системы, в частности, по виду корней характеристического уравнения. Для закрепления материала целесообразно ответить на контрольные вопросы по данной теме и рассмотреть приведенные в учебнике [1] примеры.

2.3. Динамическая устойчивость энергосистем


Понятие о динамической устойчивости энергосистем. Основные допущения при анализе динамической устойчивости. Способ площадей и критерий динамической устойчивости. Предельный угол отключения поврежденной цепи линии электропередачи. Метод последовательных интервалов и предельное время отключения поврежденной цепи. Проверка устойчивости при работе ТАПВ и ОАПВ на линиях электропередачи. Процессы при отключении части генераторов. Процессы при форсировке возбуждения. Условия успешной синхронизации при вводе в работу синхронного генератора. Динамическая устойчивость двухмашинной энергосистемы. Динамическая устойчивость энергосистем с дефицитом мощности.

Рекомендуемая литература: [1, гл. 4, 7; 2].

Методические указания


При исследовании динамической устойчивости приходится иметь дело с переходными процессами, сравнительно быстро протекающими во времени (например, за время длительности короткого замыкания, отключения поврежденного участка и послеаварийного переходного процесса).

При динамических переходах энергосистем ЭДС генераторов и их реактивные сопротивления изменяются в течение рассматриваемого переходного процесса. Однако, в целях упрощения расчетов часто принимают, что переходная ЭДС каждого генератора и его соответствующее сопротивление в период всего рассматриваемого процесса остаются неизменными. Это равносильно допущению, что результирующие потокосцепления с замкнутыми контурами в продольной оси машины остаются неизменными.

Наличие автоматических регуляторов возбуждения практически у всех генераторов, работающих на отечественных электростанциях, обеспечивает такие условия увеличения тока возбуждения, при которых значение переходной ЭДС за время переходного процесса остается практически неизменным. Поэтому упрощенное рассмотрение процессов приводит к результатам, обладающим во многих случаях удовлетворительной степенью точности.

При изучении данного материала следует обратить внимание на правило площадей и метод последовательных интервалов, которые обычно принимаются при исследовании динамической устойчивости. Ценность последнего метода заключается в том, что он дает возможность сравнительно просто получить картину протекания сложного процесса во времени. Должно быть также четко усвоено влияние постоянной инерции машины, в частности, на то, что она влияет на допустимое время отключения повреждения и в то же время не влияет на предельный угол отключения.

Правило площадей и метод последовательных интервалов в несколько измененном виде могут быть применены и для расчета динамической устойчивости электрической системы, состоящей из двух станций соизмеримой мощности.

При подготовке темы следует ответить на контрольные вопросы и рассмотреть примеры к главам 7 и 8 [1] в соответствии с вопросами программы.

2.4. Асинхронные режимы, ресинхронизация и
результирующая устойчивость энергосистем


Понятия и определения: синхронные качания, асинхронный ход, ресинхронизация, результирующая устойчивость. Параметры и характеристики элементов электрических систем при асинхронных режимах: элементы электрической сети, синхронные генераторы, первичные двигатели, нагрузка. Ресинхронизация генератора, работающего в асинхронном режиме с повышенной скоростью. Изменение параметров режима при асинхронном ходе генераторов. Электрический центр качаний.

Рекомендуемая литература: [1, гл. 14].

Методические указания


К асинхронным относятся такие режимы электроэнергетических систем, когда скорости вращения у части синхронных машин значительно отклоняются от средней рабочей частоты в системе. К наиболее опасным относятся асинхронные режимы в виде двухчастотного и многочастотного асинхронного хода генераторов больших частей электроэнергетических систем. В таких режимах наблюдается глубокое снижение напряжений в узлах электрической сети, приводящее в ряде случаев к существенным отключениям нагрузки.

При изучении раздела важно хорошо усвоить содержание терминов: синхронные качания, асинхронный ход, ресинхронизация, результирующая устойчивость, электрический центр качаний. Следует обратить внимание на опасность асинхронных режимов для синхронных машин и асинхронной нагрузки.

Весьма полезно проработать примеры и контрольные вопросы к гл. 14 [1].

2.5. Статическая устойчивость нагрузки


Статические характеристики пассивной, синхронной и асинхронной нагрузки. Статические характеристики комплексной нагрузки. Регулирующие эффекты нагрузки. Критерий статической устойчивости асинхронного электродвигателя. Критическое скольжение и критическое напряжение асинхронного электродвигателя. Лавина напряжения. Влияние внешнего сопротивления и частоты энергосистемы на статическую устойчивость асинхронного электродвигателя. Вторичные признаки устойчивости асинхронного электродвигателя. Вторичные признаки устойчивости узла с комплексной нагрузкой. Влияние компенсирующих устройств на статическую устойчивость нагрузки.

Рекомендуемая литература: [1, гл.11; 2].

Методические указания


Свойства нагрузок в установившихся режимах работы электрической системы определяются их статическими характеристиками, то есть зависимостями активной и реактивной мощностей от величин напряжения и частоты. Используя эти характеристики, можно более точно определить величину действительного предела передаваемой по линиям системы мощности по условиям устойчивости.

Следует иметь ввиду, что первичный признак устойчивости асинхронного двигателя для комплексной нагрузки зачастую не может быть использован, так как параметры эквивалентного двигателя неизвестны. В таких случаях более удобны вторичные критерии (признаки) устойчивости косвенно отражающие переход через критическое скольжение двигателей.

В процессе изучения материала данного раздела следует четко уяснить такие понятия как комплексная нагрузка, статическая характеристика, регулирующий эффект, критическое скольжение, критерии (признаки) статической устойчивости нагрузки. Необходимо ясно представить себе всю физическую картину поведения комплексной нагрузки в процессе постепенного изменения режима, приводящего к образованию лавины напряжения. Следует учесть, что возникновению лавины напряжения способствуют в системе следующие факторы:

  1. соизмеримость мощностей питающей станции и узла нагрузки;

  2. недостаточно высокий уровень возбуждения на станции;

  3. увеличенные реактивные связи между станцией и узлом нагрузки;

  4. высокая средняя загрузка асинхронных двигателей в узле нагрузки;

  5. повышение частоты в системе.

Весьма полезно разобрать приведенные в [1] примеры и ответить на соответствующие программе контрольные вопросы.

2.6. Переходные процессы в узлах нагрузки энергосистем
при больших возмущениях


Возмущающие воздействия и большие возмущения в узлах нагрузки. Динамические характеристики нагрузки: осветительная нагрузка; асинхронные двигатели; синхронные двигатели. Режимы нагрузки при больших возмущениях: наброс нагрузки на синхронный двигатель; самозапуск асинхронных двигателей; самоотключения электроустановок и восстановление нагрузки. Мероприятия по снижению больших возмущений и их влияния на нагрузку: мероприятия в энергосистеме; мероприятия на промышленных предприятиях.

Рекомендуемая литература: [2, гл. 12; 5].

Методические указания


Анализ устойчивости электрической нагрузки при больших возмущениях в энергосистеме является необходимым этапом исследований при выборе структуры систем электроснабжения, определении состава и размещения устройств релейной защиты и автоматики, а также при выборе настроечных параметров этих устройств. При таких исследованиях принимаются во внимание как нормальные эксплуатационные переходные режимы, так и аварийные возмущения, связанные с короткими замыканиями в электрической сети, отключением поврежденных элементов, включением резервных источников питания, синхронными качаниями генераторов и другими явлениями в энергосистеме.

Расчеты устойчивости нагрузки требуют глубоких знаний в области электромеханических переходных процессов и умения математически формулировать задачу, вводя при этом обоснованные упрощения математической модели.

Учитывая эти замечания, при изучении раздела следует обратить внимание на особенности рассматриваемых аварийных ситуаций, характеристики протекающих процессов, методы их расчета и мероприятия по повышению динамической устойчивости нагрузки.

Весьма полезно рассмотреть приведенные в [1] примеры и ответить на контрольные вопросы.

2.7. Мероприятия по повышению устойчивости и
качества переходных процессов энергосистем


Основные мероприятия, изменяющие параметры оборудования. Дополнительные мероприятия. Мероприятия режимного характера. Технико-экономические показатели мероприятий.

Рекомендуемая литература: [1, 4, гл. 18].

Методические указания


Средствами, улучшающими устойчивость электрических систем и получившими широкое применение, являются: быстродействующее отключение короткого замыкания, автоматическое повторное включение отключенной линии или фазы, автоматическое регулирование возбуждения с форсированием его при глубоких посадках напряжений, автоматическая разгрузка по частоте. В связи с широким применением указанных мероприятий резко повысилась надежность работы электрических систем.

Повышение устойчивости путем улучшения характеристик основного оборудования связано с увеличением его стоимости, поэтому в первую очередь должны быть использованы более экономичные способы повышения устойчивости – применение средств автоматизации.

Так, например, сильное регулирование возбуждения позволяет поддерживать неизменным напряжение на выводах генератора или за повышающим трансформатором. Это, в свою очередь, позволяет отказаться от снижения синхронного и переходного сопротивлений генератора.

Форсирование и высокий потолок возбуждения в сочетании с механическим или электрическим (путем включения нагрузочных сопротивлений) торможением позволяет решить вопросы динамической устойчивости и отказаться от снижения переходного сопротивления и увеличения механической постоянной инерции роторов генераторов.

Для повышения пропускной способности и улучшения устойчивости дальних электропередач переменного тока наиболее перспективным следует считать автоматическое регулирование возбуждения сильного действия синхронных генераторов, импульсную разгрузку турбин, включение нагрузочных сопротивлений, применение продольной компенсации, установку синхронных компенсаторов с автоматическим регулирование возбуждения сильного действия на промежуточных подстанциях и др.

Выбор тех или иных средств улучшения устойчивости производится в каждом конкретном случае на основании технико-экономического сопоставления.

При изучении раздела следует ответить на все контрольные вопросы к главе 18 учебника [4].

2.8. Календарный план самостоятельного изучения дисциплины
«Электромеханические переходные процессы»


Таблица 1

Неделя

Раздел и тема дисциплины

1

Основные положения курса. Статическая устойчивость энергосистем. Уравнения движения ротора генератора. Понятие о статической устойчивости энергосистемы. Практические критерии статической устойчивости одномашинной энергосистемы.

2

Устойчивость генератора при сложной связи с приемной системой. Влияние промежуточных нагрузок на статическую устойчивость генератора.

3

Понятие о методе малых колебаний.

4

Статическая устойчивость регулируемого генератора. Угловые характеристики генератора с АРВ. Упрощенные математические модели регулируемого генератора. Понятие о самораскачивании роторов генераторов.

5

Анализ статической устойчивости двухмашинной нерегулируемой системы. Практические методы расчета статической устойчивости сложных энергосистем.

6

Динамическая устойчивость энергосистем. Понятие о динамической устойчивости энергосистемы. Основные условия и допущения при расчете динамической устойчивости.

7

Способ площадей и критерий динамической устойчивости простейшей энергосистемы. Определение предельного угла отключения поврежденной цепи линии электропередачи.

8

Метод последовательных интервалов и предельное время отключения поврежденной цепи линии электропередачи. Динамическая устойчивость простейшей энергосистемы при полном сбросе мощности.

9

Процессы при отключении части генераторов. Процессы при форсировке возбуждения. Условия успешной синхронизации генераторов.

10

Динамическая устойчивость двухмашинной энергосистемы. Динамическая устойчивость энергосистемы с дефицитом мощности.

11

Статическая устойчивость нагрузки. Статические характеристики нагрузки. Коэффициенты крутизны и регулирующие эффекты нагрузки. Статическая устойчивость асинхронного двигателя (АД).

12

Переходные процессы в узлах нагрузки при больших возмущениях. Возмущающие воздействия и большие возмущения в узлах нагрузки. Динамические характеристики нагрузки.

13

Вторичные признаки статической устойчивости АД. Вторичные признаки (критерии) статической устойчивости комплексной нагрузки. Влияние компенсирующих устройств на статическую устойчивость нагрузки.

14

Динамическая устойчивость синхронного двигателя. Самозапуск АД. Процессы при пуске двигателей. Самоотключения электроустановок и восстановление нагрузки. Мероприятия по снижению больших возмущений и их влияние на нагрузку.

15

Асинхронные режимы, ресинхронизация и результирующая устойчивость энергосистем. Основные понятия и определения. Параметры и характеристики элементов электрических систем при асинхронных режимах.

16

Ресинхронизация генератора, работающего с повышенной скоростью. Изменение параметров режима при асинхронном ходе генераторов. Электрический центр качаний.

17–18

Мероприятия по повышению устойчивости и качества переходных процессов энергосистем.
  1   2
Учебный текст
© perviydoc.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации