 |
Главная Случайная страница Контакты | Мы поможем в написании вашей работы! | |
Складнозамкнених мереж на ЕОМ
|
|
Всі викладені вище методи розрахунку складно замкнених мереж практично можуть бути використані тільки для мереж з невеликим числом контурів і вузлів. Крім того, ці методи мають ряд приближень, так як не враховують ряд факторів:
1. не враховують втрати потужності і напруги.
2. не враховують поперечні провідності, що в районних мережах приводить до великих погрішностей.
3. не враховується залежність навантаження (потужності) від напруги.
Між тим, сучасні енергетичні системи мають складні структури і містять сотні і десятки сотень замкнених контурів і вузлів. В цьому зв’язку безпосереднє рішення системи рівнянь для таких випадків можливо тільки за допомогою ЕОМ, при цьому вимагають спеціальні методи, які можуть бути достатньо просто переведенні на мову машин. В основу розрахунку і аналізу складно замкнених мереж в якості математичного апарату використовується матрична алгебра. Таким чином необхідно насамперед знати рівні напруги всіх вузлів, до яких підключені споживачі і джерела електричної енергії, для цих розрахунків в основному використовують метод вузлових напруг.
Як відомо із ТОЕ вузлове рівняння для і-го невідомого вузла в канонічній формі має вигляд:
(1)
Ýij – комплексна провідність гілки (лінії), включеною між вузлами i і j.
i≠ j
Új∆ - комплексне значення вузлової напруги між j і базисними вузлами.
- комплексне значення струму навантаження і-том вузлі мережі.
Мережа з n- незалежними вузлами описуються системою n - рівнянь вузлових напруг. В матричній формі рівняння вузлових напруг (1) запишеться у вигляді матричного рівняння.
, (2)
– квадратна матриця вузлових провідностей.
– стовбова матриця вузлових напруг.
– стовбова матриця струмів навантаження.
Значення вказаних матриць:
, 
, 
Із виразу (2) можна знайти матрицю в вузлових напруг:
, (3) де 
– зворотня матриця
Якщо навантаження у вузлах задані струмами, то матричне рівняння (3) являється лінійним і його можна розраховувати на ЕОМ за допомогою метода Гаусса. Але часто навантаження споживача або джерела живлення задаються потужностями. Тоді права частина рівняння (2) запишеться:
(4)
Рівняння (2) в такому випадку буде мати вигляд:
(5)
В цьому рівнянні має місце не лінійна залежність, тому для рішення не лінійних рівнянь застосовують наближені (ітераціонні) методи розрахунку, тобто такі методи, які дозволяють отримувати рішення із заданою точністю шляхом виконання повторючихся однотипних розрахунків (ітерацій). Число ітерацій заздалегідь невідомо і залежить від швидкості сходимості ітерацій метода і прийнятих вихідних наближених змінних. Із ітераційних методів числового рішення нелінійних рівнянь найбільш поширені:
- методи простої ітерації
- методи Зейделя (або Зайделя)
- метод Ньютона.
Метод простої ітерації зводиться до рішення системи нелінійних рівнянь декількома етапами. Для необхідної точності розрахунків такий метод вимагає звичайно 15÷16 ітерацій. Для розрахунку режимів мережі на ЕОМ використовують більш вдосконалені методи, які забезпечують сходження при меншому числі операцій, ніж у цьому методі.
В теперішній час використовують в основному два інших методи.
Метод Зейделя оснований на тому, що уточнення на (і+1) ітерації напруги к-го вузла використовують зразу ж для обчислювання всіх наступних перемінних. При цьому в якості першої ітерації приймається напруга, рівна Uном.
Цей метод інколи не дає необхідної швидкості сходження результатів.
Більш розповсюджений метод при розрахунку складно замкнених мереж на ЕОМ – метод Ньютона, який завжди забезпечує високу швидкість сходження. Цей метод зводиться до послідовної заміни нелінійної системи рівнянь до деякої лінійної, тобто проводиться приближена лінеаризація нелінійної функції до лінійної.
Питання для са моконтролю.
1. Що називається складнзамкненою (багатоконтурною) мережею?
2. Які є методирозрахунку робочих режимів складнозамкненої мережі з одним пунктом живлення і в чому вони полягають?
3. В чому полягають особливості розрахунку складно замкненої мережі при декількох живлючих пунктах?
4. Назвіть основні методи розрахунок робочих режимів складнозамкнених мереж на ЕОМ і вчому вони полягають?
Висновки: В результаті вивчення матеріалу студенти повинні засвоїти основи для розуміння алгоритмів розрахунку режимів в складнозамкнених електричних мережах та мати уяву про їх особливості.
ЛЕКЦІЯ № 10. УПРАВЛІННЯ РЕЖИМАМИ ЕЛЕКТРИЧНИХ СИСТЕМ І МЕРЕЖ.
Актуальність: робота електричних систем і мереж вимагає управління їх режимами і параметрами. Одна із задач управління режимами - забезпечення якості електроенергії, тобто управління частою, активною і реактивною потужністю, напругою.
План:
1. Регулювання напруги в електричних мережах. Загальні положення.
2.Принципи регулювання напруги в мережі.
3. Способи і засоби регулювання напруги.
Питання для самоконтролю.
Регулювання напруги в електричних мережах.
Загальні положення.
Однією із важливих вимог до електропостачання являється забезпечення якості електроенергії, під яким розуміють прийнятність підведеної енергії для споживача.
Якість енергії характеризується визначеними показниками (ПЯЕ – показники якості енергії), які установлюються ДГСТом. Зміни напруги оцінюються так званим відхиленням напруги. Відхилення напруги V представляє собою різність фактичною і номінальною напругою мережі:
,
у відносній формі записується так:
Відхилення напруги суттєво впливає на роботу електрифікованого обладнання і мереж приводить до електромагнітної і технологічної складової економічного збитку:
для АД:
якщо U↓,то Мвр↓, І↑, Q↑, ∆ Р↑
якщо U↑, то Мвр↑, І ↓, Q ↓,∆ Р↓
для освітлювальних пристроїв:
U↓ 10 %==>F↓30% (світовий потік=F)
U↑ 10%=>Тсл↓ в 3 рази (Т сл – термін служби)
В живлячих мережах зміна напруги буде призводити до зміни втрат потужності і енергії.(Uvar=∆Pvar). Покажемо залежність зниження втрат потужності від підвищення напруги (U↑=>∆Р↓):
- втрати активної потужності при деякому U будуть рівні:
Візьмемо втрати потужності при цій напрузі в відносних одиницях рівним 1
Припустимо, що в мережі з цими ж значеннями S і r напруга збільшилась на ∆U (або на відносне значення 
). Тоді втрати потужності в лінії складають (у відносних одиницях)
так як 
<< 
, тоді
.
Помножимо дільник і знаменник на величину (1 – 2∆U), тоді
, 
, тоді
(1).
Із виразу (1) слідує:
Ступінь зниження втрат потужності в мережі приблизно в два рази більше ступені зміни напруги.
З урахуванням того, що при підвищенню напруги (U) в мережі постійні втрати потужності в трансформаторах збільшуються, сумарний ефект зниження втрат потужності при збільшені напруги буде дещо нижчий, ніж у випадку (1).
Тому, в живлючих мережах за умовою зниження втрат потужності і енергії
раціонально підтримувати робочу напругу в мережі на максимально високому рівні.
Стандартом встановлено найбільша лінійна робоча напруга мережі поверх номінальної. Ці значення представлені в таблиці:
| Номінальна напруга мережі, кВ | Значення крайньої допустимої напруги, =Кр·Uном |
* зменшення Кр пов’язано з ізоляцією.
Висновок:
1) в мережах з напругою U≤220кВ найбільш доцільно
знижувати втрати потужності і енергії за рахунок підвищення
рівня робочої напруги.
2) в розподільчих мережах допустимі рівні напруги визначені на
основі оцінки збитків від зниження якості електроенергії.
Стандартом встановлені межі змін (границі допустимих
відхилень напруги) на зажимах електричних приймачів.
В умовах нормального режиму ці межі рівні:
| Найменування електричних приймачів | Vдоп,% |
| Затискач освітлювальних пристроїв | – 2,5...+ 5 |
| Затискачі електромашин і електроапаратів | – 5...+ 10 |
| Затискачі інших електроприймачів | ±5 |
В післяаварійних режимах допускаються додаткові зміни напруги на 5%.
В електричних мережах проходять непереривні відхилення напруги з двох причин:
- внаслідок зміни режиму роботи енергетичних систем (електростанції, ПС, живлючих мереж);
- внаслідок технологічних, добових і сезонних змін електричних навантажень споживачів, що приводить до зміни втрат напруги в елементах мережі.
Для підтримки необхідного відхилення напруги в мережах всіх ступенів необхідно здійснювати регулювання напруги. Під регулюванням напруги розуміють процес зміни рівня напруги в характерних точках мережі за допомогою спеціальних технічних засоби.
Принципи регулювання напруги в мережі.
Регулювання напруги передбачається в живлючих і розподільчих мережах і проводиться незалежно. Але основна задача регулювання напруги в цих мережах різна:
- в живлючих мережах – зниження втрат потужності електроенергії.
- в розподільчих мережах – підтримується нормування відхилень напруги на затискачах електричних приймачів.
Регулювання напруги може бути централізований і місцевим.
Централізоване здійснюється в центрах живлення і змінює напругу у всій мережі.
Місцеве регулювання здійснюється безпосередньо споживачем і змінює напруги (U) проходить тільки в локальній частині мережі.
Найбільш ефективне комбіноване управління.
* при виборі метода регулювання напруги необхідно враховувати характер змін навантажень на протязі доби і року. По цьому критерію застосовують 3 способи (метода) централізованого регулювання напруги:
1) метод стабілізації
2) змінний метод
3) метод зустрічного регулювання.
Метод стабілізації використовується на підприємствах з практично постійним рівнем навантаження.
Змінний метод застосовують на підприємствах, працюючих в одну зміну.
В більшості випадків підприємства працюють цілодобово, при цьому графіки їх навантаження на протязі зміни, доби і сезона суттєво змінюються. Для таких навантажень застосовується метод зустрічного (згідного) регулювання.
В основному графіки навантажень багатоступінчаті. При цьому навантаження змінюється як на протязі доби так і року. В цих випадках застосовується зустрічне регулювання напруги, яке враховується як добове, так і сезона зміна напруги. При такому врегулюванні в режимах найбільших і найменших навантажень напруга на шинах підстанцій відповідно збільшується або знижується. Такий метод регулювання являється найбільш ефективним.
ПУЕ регламентує вимоги до параметрів змін напруги при зустрічному регулюванні:
- на шинах ПС, від яких живляться розподільчі мережі середніх класів напруги (> 1кВ... = 35кВ), відхилення напруги повинно бути в період невеликих навантажень не більше 10%,тобто Uнн ПС повинно бути не менше 1,05Uном:
Uнн≥1,05 Uном
В період мінімальних навантажень (під ними підіймаються навантаження, які не перевищують 30% від Sном) напруга на шинах ПС:
Uнн=Uном,
в післяаварійних режимах це значення:
Uнн=Uном.
Вводиться поняття напруги з бажаними відхиленнями на стороні НН трансформатора:
; 
Сутність зустрічного регулювання напруги розглянемо на спрощеній схемі живлення споживачів місцевої розподільчої мережі від центра живлення (ГЗП або ПГВ – ПС глибокого вводу). При цьому ЦП (нейтральне живлення) підключається до мережі енергосистеми.
Представимо графік змін напруги у вигляді епюр напруги, на яких по осі ординат відкладеним значенням відхилення напруги V=f(∆U).
Графік побудуємо для двух режимів найбільших і найменших навантажень. Відхилення напруги на шинах НН ПС позначені V’ – для максимальних навантажень; V” – для мінімальних навантажень. А відхилення напруги на затискачах споживачів відповідно Vmax і Vmin. Зобразимо графіки змін напруги на одній ділянці мережі для двох випадків.
а)при відсутності регулювання напруги
б)при наявності регулювання напруги
а) V’=V”=0 на ЦП
б) V’=5%; V”=0
При зустрічному регулюванні, коли V’=5%, а відхилення напруги у споживачів в кінці лінії в період максимальних навантажень ac’<ac, а в період мінімальних навантажень ab=abı.
Способи і засоби регулювання напруги.
Зміни напруги у споживачів характеризується величиною падіння напруги, яке, якщо знехтувати поперечною складовою, визначається із відомої напруги:
,
.
Для зміни напруги на затискачах електричного приймача можна використовувати два способи, які змінюють одну із вхідних в цей вираз величин. У відповідності з цим розрізняють:
- регулювання Uı на шинах ЦП (електростанції, ПС)
- зміни ΔU шляхом регулювання Q або х (Р і r використовувати неможна. Використовується тільки в системних мережах).
Відповідно двом способам зміни напруги технічні засоби регулювання напруги підрозділяють на дві групи:
1. засоби регулювання напруги джерела живлення U;
2. засоби зміни втрат ∆U.
Засоби регулювання U ı:
Напруга Uı регулюється на електростанціях шляхом регулювання струму збудження синхронного генератора. Така міра можлива при наявності АРЗ (автоматичне регулювання збудження). При цьому діапазон регулювання генератора ±5%. По цій та іншим причинам генератори електростанцій являються допоміжним засобом регулювання.
Регулювання Uı на ПС здійснюється за допомогою вбудованих в трансформатори пристрої регульовання. для цього обмотки трансформатора постачають регулювальними відгалуженнями, які дозволяють змінити Кт (коефіцієнт трансформації). Регулювання відгалуження звичайно виконують на стороні (так як на стороні НН струми набагато більше). Конструктивне виконання такаго рішення розглянути самостійно.
За способом переключення регулювальних відгалужень трансформатори підрозділи на два типа:
1 – з переключень відгалужень без збудження (без навантаження)= трансформатори з ПБЗ,
2 – з переключення під навантаженням, РПН.
Трансформатори з ПБЗ випускають для класів U=6÷20 кВ. Виготовляємо їх з 4- ма додатковими відгалуженнями і відповідно з 4-ма рівнями зміни напруги:
+5%, +2,5%, –2,5%, – 5%. Такі трансформатори не дозволяють здійснювати добове регульовання при зміні добових навантажень, але їх використовують для регулювання при сезонних змінах навантаженнях.
Трансформатори з РПН випускають для Uном ≥35кВ. Вони виготовляються із збільшеним числом ступенів регулювання відгалужень і мають різні діапазони регулювання напруги: ±9%; ±12%; ±15%; ±16%.
Засоби регулювання напруги шляхом зміни Δ U.
1) зміна опору мережі.
Складова активного і індуктивного удільного опору в розподільчій і живлючий мережах різні:
в розподільчій мережі: r0>x0
в живлючих (районних) мережах: x0>r0
У величині втрат напруги ΔU основну роль відіграє перший складник втрат (тобто р r)
При зміні перетин дроту F можна змінити значення r0 і втрат. Тому в розподільчих мережах вибране за навантаженням перетин дроту повинен перевірятися за допустимою втратою напруги ΔUдоп
В живлючих мережах навпаки: x0>r0 тому втрати напруги ΔU мало залежать від F, тобто збільшення перетину дротів в таких мережах для зменшення ΔU недоцільно.
Для зменшення втрат напруги зменшують х (індуктивний опір) лінії шляхом включення послідовно в її ємкість (батареї статичних конденсаторів БСК).
УПК – установка продольної компенсації.
Таке включення ємкості називається продольною компенсацією, а пристрій для її реалізації – установкою продольної компенсації (УПК).
Включення в розсічку ліній xK частково компесує (зменшує) індуктивний опір ліній xЛ. А результуюче х буде рівне:
В лінії без УПК продольна складова падіння напруги ΔU без УПК:
,
при увімкненому УПК:
Як правило використовуються часткову компенсації (недокомпенсацію), тобто Xk<Xл із-за можливості резонансу при Xk=Xл
УПК застосовують не тільки для покращення режимів напруги, але і для підвищення пропускної здатності лінії.
Основні характеристики УПК:
1.тут Xk нерегульоване
2.зміни Xk – можна змінити дискретно (але не планове регулювання)
3.тільки частинна компенсація
4.регулювання тільки в одну сторону.
2) регулювання напруги (U) шляхом змін потоків передаваємою реактивною потужністю (Qs) мережі.
Для зменшення передаваємої Q здійснюють її компенсацію за рахунок підключення ємкості паралельно індуктивне навантаження. Таке включення ємкості називається поперечної компенсації. В якості компесуючих пристроїв використовують БСК (в основному).
Схему заміщення мережі і векторну діаграму, пояснюючи поперечну компенсацію, можна представити наступним чином.
При включенні БСК за допомогою Qк результуюча повна потужність в мережі:
При установці компенсуючих пристроїв продольна складова падіння напруги буде рівна
Ця складова є втратою ΔU в мережі до компенсації. Дтруга складова – як добавка напруги ΔUpeг
, 
Потужність БСК Qк визначається номінальною напругою мережі (Uном) і її індуктивним опором ХL.
Такий спосіб регулювання також, як правило, дає можливість дискретного регулювання і регулювання тільки в одну сторону.
При виборі засобів регулювання мережі керуються наступним:
- основним, більш важливим і ефективним засобом являються трансформатори з РПН,
- інші способи носять допоміжний характер.
Питання для самоконтролю.
1. Якими показниками характеризується якість електричної енергії?
2. Як впливає відхилення напруги на роботу електрифікованого обладнання?
3. На якому рівні в живлючих мережах, за умовою зниження втрат
потужності і енергії, раціонально підтримувати робочу напругу в мережі?
4. Яка основна задача регулювання напруги в живлючих і розподільчих мережах?
5. Назвіть 3 способи (метода) централізованого регулювання напруги і в чому їх сутність?
6. Назвітьспособи регулювання напруги і засоби, які для них використовують?
7. Що є основними та допоміжними засобами регулювання напруги в мережах?
Висновки: В результаті вивчення матеріалу студенти повинні засвоїти основи управління режимами роботи електричних систем і мереж - забезпечення якості електроенергії, тобто управління частою, активною і реактивною потужністю, напругою.
ЛЕКЦІЯ № 11. НАДІЙНІСТЬ ЕЛЕКТРОПОСТАЧАННЯ.
Актуальність: Надійність – одна з основних характеристик СЕП, які визначають економічну ефективність функціонування як самої СЕП, так і обслуговуванних нею технологічних процесів.
План:
1.Поняття надійності та її основні показники.
2. Розрахунок надійності СЕП.
3. Приклади розрахунку надійності в системах електропостачання.
Питання для самоконтролю.
Поняття надійності та її основні показники.
Надійність електропостачання повинна обов’язково враховуватися при виборі варіантів і структур.
Надійність СЕС визначають як схемні рішення, так і надійність елементів, які входять в систему.
* на початку розглянемо основні терміни і показники надійності:
Надійність – властивість системи (об’єкта, елемента) виконувати задані функції з встановленими параметрами.
Коли система виконує свої функції, вона називається працездатністю.
Порушення працездатністю називається відмовою.
Серед кількісних показників надійності відмітимо наступне:
1.вірогідність безвідмовної роботи Р(t);
2.вірогідність відмови Q (t);
3.інтенсивність потоку відмов λ;
4.параметр потоку відмови ω;
5.напрацювання на відмову Тн;
6.середній час встановлення Тв (інколи τ)
Оскільки стан елементів системи випадкові, то показник надійності визначається із застосуванням апаратів теорії вірогідності і математичної статистики.
1) Вірогідність безвідмовної роботи характеризує вірогідність, того що за деякий час t роботи до відмови буде час не менше t ≥ Т.
Р (t) може бути найдена експериментально із:
де: N0 - число елементів які знаходяться під наглядом (на випробуванні)
N(t) – число елементів відмовивших за час t
N0- N (t) число елементів, що не відмовили за час t.
2) Вірогідність відмови - Q (t) = 1 – P(t).
Для більшості елементів СЕС переважають раптові відмови, а вірогідність безмовної роботи розподіляються за експоненціальним законом:
де λ – інтенсивність потоку відмов.
3) Під λ розуміють відношення середнього числа відмов в одиниці часу спостереження (випробульних) елементів:
λ являється мірою схильності елемента до відмов в залежності від часу λ(t).
Залежність λ(t) носить назву характеристики життя системи (об’єкта, елемента). Для більшості електричних елементів життя виражається у вигляді U- образною кривою.
1 – зона (ділянка) прироботка
2 – зона нормальної роботи
3 – зона знос і старіння λ (t)2=const
4) в практиці інженерних розрахунків застосовують:
λ≈ω
ω – інтенсивність потоку відмов для зони 2
5) 
.
6) 
,
де: N – число елементів,
n – число відмов за час спостереження.
,
де: tві - час ремонту або оперативного переключення (з урахуванням часу відшукування несправність).
· Розглянуті до цього показники надійності носять назву одиничних показників надійності, крім них в розрахунках використовують показники надійності.
Серед комплексних показників розглянемо 2 із них:
1. коефіцієнт готовності - представляє собою відношення періоду роботи до суми часу роботи і простою:
.
2. коефіцієнт примусового (аварійного) простою
.
Розрахунок надійності СЕП.
СЕП складається із багатьох елементів і ланок, тому оцінка надійності виробляється в залежності від засоба з’єднання цих елементів і ланок.
При цьому під способом з’єднання розуміють не електричну схему, а структурно-логічна схема надійності.
Яка б не була складна СЕП, в ній завжди можна виділити області (ділянки) з послідовним або паралельним з’єднанням елементів.
В цьому зв’язку розглянемо методику розрахунку систем з двома простими структурами: послідовної і паралельною.
Розглянемо простішу структуру надійності.
1. Структура з послідовним з’єднанням елементів.
Ця схема характеризується тим, що при виході із ладу хоч би одного із елементів виходе із ладу вся система.
Вірогідність безвідмовний роботи для такої структури
, (1)
Оскільки для більшості електротехнічних елементів вірогідність безвідмовної роботи описується експоненціальним законом:
, (2)
. (3)
Враховуюючи вираз (1) і (3) можна записати:
, або 
.
За середній час поновлення системи із n послідовних елементів приймається так зване середньозважене рішення, яке виражається:
.
Коефіцієнт готовності такої системи
.
Напрацювання на відмову
.
Оцінити надійність (вірогідної безвідмовної роботи для розглядаємої системи):
.
2. Структура з паралельними з’єднанням елементів.
Ця система працює, коли працює хоч би один елемент.
Не зупиняючись на висновках, запишемо основні відношення для оцінки параметрів надійності такої системи.
Вірогідність безвідмовної роботи:
.
Для структури, складеної із m паралельно з’єднаних елементів, інтенсивність відмови системи представляє собою проведення:
, пригідна якщо ω в (ч-1)
Час відновлення
Коефіцієнти готовності
,
.
У випадку довільної структурної логічної схеми (при зміїному з’єднанні елементів) здійснюється перетворення (еквівалентні) вихідних схем до простіших, для яких відомі розрахункові формули надійності.
Приклади розрахунку надійності
Дата публикования: 2014-10-17; Прочитано: 715 | Нарушение авторского права страницы | Мы поможем в написании вашей работы!
