переходные процессы в электроэнергетических системах

ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ
СИСТЕМАХ
Часть 2. Электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах
Учебная программа
для специальности 1-53.01.04 “Автоматизация производственных процессов в энергетике”
специализации 1-53.01.04.03
“Автоматизация и релейная защита электроустановок”
1. Цель дисциплины
Цель дисциплины - формирование фундаментальных знаний инженера-электрика в
области теории и практики электромеханических переходных процессов в
электроэнергетических системах. В результате изучения дисциплины студент должен:
знать
- терминологию по электромеханическим переходным процессам в
электроэнергетических системах;
- физическую сущность электромеханических переходных процессов в
электроэнергетических системах;
- основные математические выражения;
- математические модели основных элементов электроэнергетической системы;
- критерии и виды устойчивости;
- методы оценки устойчивости электроэнергетических систем;
- мероприятия по обеспечению и повышению устойчивости;
уметь:
- выбирать модели и методы для оценки качества переходных процессов в
электроэнергетических системах;
- выполнять расчеты устойчивости электроэнергетической системы, применяя
традиционный ручной счет и специальные программные средства на ЭВМ;
давать
инженерную
оценку
полученных
результатов
расчетов
электромеханических переходных процессов;
- рассчитывать запасы устойчивости систем;
- определять оптимальные мероприятия для обеспечения устойчивости при
расчетных или нормативных возмущениях в электроэнергетической системе.
2. Виды занятий и формы контроля
Виды занятий и формы контроля
Курс
Семестр
Лекции, ч
Экзамен (семестр)
Курсовая работа (семестр)
Лабораторные занятия, ч
Практические занятия, ч
Самостоятельная работа, ч
аудиторных часов
Всего часов изучения дисциплины
Дневное
отделение
4
7
48
7
7
16
32
64
96
160
Заочное
отделение
4
8
12
8
9
4
10
136
24
160
3 Содержание учебной дисциплины
3.1 Темы и их содержание
Тема 1. Общие сведения о переходных электромеханических процессах в
электроэнергетической системе
Характеристика
курса
и
его
место
в
обучении.
Краткая
история
возникновения
и
развития
проблемы
устойчивости
электроэнергетических систем. Сущность проблемы устойчивости электроэнергетических
систем.
Основные
понятия
и
определения.
Классификация
переходных
электромеханических процессов. Основные допущения при анализе.
Тема 2. Статическая устойчивость электроэнергетических систем
Характеристика мощности простейшей системы электропередачи. Физический смысл угла
.Понятие о статической устойчивости системы. Влияние параметров схемы на
характеристики мощности. Характеристика мощности при сложной связи синхронной
машины с энергосистемой. Действительный предел мощности. Характеристики мощности
генераторов с автоматическими регуляторами возбуждения. Векторные диаграммы и
основные уравнения простейшей системы. Упрощенное представление генераторов в
расчетах статической устойчивости. Характеристики мощности явнополюсных машин.
Тема 3. Процессы при больших возмущениях в электроэнергетических системах.
Динамическая устойчивость
Понятие о динамической устойчивости системы. Основные допущения упрощенного
анализа динамической устойчивости. Схемы замещения системы при коротком
замыкании. Оценка динамической устойчивости системы методом площадей.
Определение
предельного
угла
отключения
короткого
замыкания.
Оценка эффективности АПВ линий электропередачи методом площадей. Аналитическое
определение предельного времени отключения трехфазного короткого замыкания.
Численное решение уравнения движения ротора методом последовательных интервалов.
Определение предельного времени отключения короткого замыкания.
Тема 4. Переходные процессы в узлах нагрузки электроэнергетических систем
Общая характеристика узлов нагрузки. Характеристики синхронных двигателей.
Характеристики асинхронных двигателей. Оценка статической устойчивости
асинхронных и синхронных двигателей. Вторичные критерии устойчивости нагрузки.
Влияние конденсаторных батарей на устойчивость нагрузки. Лавина напряжения в узле
нагрузки. Влияние больших возмущений на режим работы нагрузки. Динамическая
устойчивость двигателей при изменении напряжения. Наброс нагрузки на двигатели.
Самозапуск двигателей.
Тема 5. Асинхронные режимы электроэнергетических систем
Возникновение и общая характеристика асинхронных режимов. Параметры основных
элементов электроэнергетических систем при асинхронных режимах. Нарушение
синхронизма и переход в асинхронный режим. Изменение режимных параметров системы
при асинхронном ходе. Последствия асинхронных режимов. Ресинхронизация и
результирующая устойчивость.
Тема 6. Оценка электромеханических процессов в сложных энергосистемах
Общий подход к анализу устойчивости. Метод малых колебаний для оценки статической
устойчивости электроэнергетической системы. Анализ статической устойчивости системы
с учетом демпфирования. Самораскачивание и самовозбуждение в электроэнергетической
системе. Критерий Гурвица для оценки статической устойчивости. Критерий
устойчивости Рауса. Критерий устойчивости Михайлова. Оценка статической
устойчивости системы при автоматическом регулировании возбуждения генераторов.
Нормативные требования устойчивости энергосистем.
Тема 7. Изменение частоты в энергосистемах
Общая характеристика проблемы. Лавина частоты. Динамические характеристики
энергосистемы по частоте. Отключение части потребителей при аварийном снижении
частоты.
Тема 8. Мероприятия по повышению устойчивости электроэнергетических систем
Классификация мероприятий, повышающих устойчивость электроэнергетических систем
Уменьшение индуктивных сопротивлений электрических машин. Увеличение постоянной
механической инерции электрических машин. Применение асинхронизированных и
синхронных машин с продольно-поперечным возбуждением. Изменение параметров
трансформаторов и вида их нейтралей. Изменение параметров линий электропередачи.
Применение линий и вставок постоянного тока. Быстродействующие выключатели и
защита. Продольная емкостная компенсация. Переключательные пункты на линиях
электропередачи. Установка синхронных компенсаторов и управляемых источников
реактивной мощности на промежуточных подстанциях. Электрическое торможение
генераторов. Применение шунтирующих и токоограничивающих
реакторов.
Автоматическое регулирование возбуждения синхронных машин. Форсировка
возбуждения синхронных машин. Отключение части синхронных машин в аварийном
режиме. Регулирование режима реактивной мощности синхронных машин. Виды расчетов
устойчивости и требования к математическим моделям и программам расчетов для ЭВМ.
3.2. Содержание лабораторных занятий
1. Исследование устойчивости электрической системы на УРМЭС
2. Исследование режимов и статической устойчивости электрической системы на
электродинамической модели
3. Влияние вида и места коротких замыканий на характеристики мощности
электрической системы и ее динамическую устойчивость
4. Исследование характеристик и устойчивости нагрузки
5. Оценка параметров асинхронного режима
6. Улучшение устойчивости электрических систем с шунтирующими реакторами
7. Влияние АРВ на параметры электрической системы и статическую устойчивость
3.3. Содержание практических занятий
1. Составление схемы замещения. Система относительных единиц. Расчет
установившегося режима электрической системы в относительных единицах.
Построение векторной диаграммы.
2. Характеристики мощности простейшей системы при разных типах АРВ
3. Характеристики мощности явнополюсных машин. Учет активных сопротивлений.
Характеристики мощности системы из двух станций соизмеримых мощностей.
4. Метод площадей, динамическая устойчивость
5. Методы последовательных интервалов, Рунге - Кутта
6. Практические критерии устойчивости нагрузки
7. Средства улучшения устойчивости электрических систем
3.4. Тема и содержание курсовой работы
Тема: Расчет и анализ устойчивости электроэнергетической системы.
Содержание: составить комплексную схему замещения электроэнергетической
системы и построить три угловые характеристики мощности одной из электростанций для
различных схем сети и вида регулирования возбуждения синхронных генераторов.
Выполнить расчет электромеханического переходного процесса при КЗ и определить
предельное время отключения КЗ на линии электропередачи. Оценить эффективность
автоматического повторного включения линии электропередачи. Определить критическое
напряжение и запас устойчивости узла нагрузки в аварийных режимах энергосистемы.
3.5. Компьютерные программы
Для выполнения курсовой работы, проведения практических и лабораторных занятий
можно использовать комплекс программ MUSTANG, DIS, RASTR, K&T, В – 6 и др.
3.6. Самостоятельная работа студента по изучению теоретической части дисциплины
Математические модели синхронной машины, асинхронного двигателя,
электрической сети и нагрузки. Самозапуск двигателей. Критерии устойчивости Гурвица,
Рауса, Михайлова. Мероприятия по повышению устойчивости электроэнергетических
систем.
4. Литература
4.1. Основная литература
1. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических
системах. – М.: Высшая школа, 1985. – 536 с.
2. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем. – М.: Энергия, 1978. –
456 с.
3. Калентионок Е.В.Устойчивость электроэнергетических систем. -Минск:
Техноперспектива, 2008
4. Калентионок Е.В., Филипчик Ю.Д. Исследование устойчивости
электроэнергетических систем на ЭВМ - Минск: БНТУ, 2010.
5. Калентионок Е.В. Лабораторные работы (практикум) по дисциплине
“Устойчивость электрических систем”. – Минск: БГПА, 1998.
6. Калентионок Е.В. Основы статической и динамической устойчивости
электрических систем. – Минск: БГПА, 1998. – 72 с.
7. Устойчивость электроэнергетических систем. Сборник задач и примеры их
решений/ Е.В. Калентионок, А.А. Волков, Е.В. Мышковец, В.М. Цыганков. –
Минск: БНТУ, 2007. – 131 с.
1.
2.
3.
4.
4.2. Дополнительная литература
Электрические
системы.
Управление
переходными
процессами
электроэнергетических систем / Под ред. В.А. Веникова. – М.: Высшая школа,
1982. – 247 с.
Переходные процессы электрических систем в примерах и иллюстрациях. – М.:
ГЭИ, 1967. – 457 с.
Гуревич Б.Е., Либова Л.Е., Хачатрян Э.А. Устойчивость нагрузки электрических
систем. – М.: Энергоатомиздат, 1981. – 208 с.
Гуревич Б.Е., Либова Л.Е. Окин А.А. Расчеты устойчивости и противоаварийной
автоматики. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 390 с.
5. Андерсон П., Фуад А. Управлением энергосистемами и устойчивость. - М.:
Энергия, 1980. – 568 с.
6. Винославский В.Н., Пивняк Г.Г. Несен Л.И., Рыбалко А.Я., Прокопенко В.В.
Переходные процессы в системах электроснабжения. – Киев: Вища школа, 1989.–
422 с.
7. Сыромятников И.А. Режимы работы асинхронных и синхронных двигателей. – М.:
Энергоатомиздат, 1984. – 240 с.
8. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах. – Новосибирск:
НГТУ, 2003. – 283 с.
9. Сыч Н.М., Калентионок Е.В. Исследование устойчивости электрических систем на
ПЭВМ. Методическое пособие к курсовой работе по дисциплине “Устойчивость
электрических систем”. – Минск: БГПА, 1998. – 64 с.
10. Горев А.А. Переходные процессы синхронной машины. – М.-Л.: Госэнергоиздат,
1950. – 551 с.
11. Калентионок Е.В., Файбисович В.Н. Применение вычислительной техники для
анализа
электромеханических
переходных
процессов
в
системах
электроснабжения. – Мн.: БПИ, 1987. – 76 с.