Донецкий Национальный Технический Университет Электротехнический факультет Кафедра эс группа эс-00




Скачать 90.83 Kb.
НазваниеДонецкий Национальный Технический Университет Электротехнический факультет Кафедра эс группа эс-00
Дата конвертации10.04.2013
Размер90.83 Kb.
ТипДокументы

САМАРСКИЙ ГЕННАДИЙ СЕРГЕЕВИЧ

Донецкий Национальный Технический Университет

Электротехнический факультет

Кафедра ЭС Группа ЭС-00


Тема выпускной работы магистра: "Анализ численных методов решения дифференциальных уравнений электрических станций и систем"

Руководитель: проф. В.Ф. Сивокобыленко

http://masters.donntu.edu.ua/2005/eltf/samarsky/diss/index.htm 08.01.2007

АВТОРЕФЕРАТ


АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ

В настоящее время на электростанциях (ЭС) и в энергетических системах получают применение быстродействующие микропроцессорные устройства релейной защиты и автоматики (РЗА), реагирующие на мгновенные значения величин. Для оценки поведения таких защит и выбора уставок их срабатывания требуются расчеты мгновенных значений токов и напряжений при коротких замыканиях (КЗ) в электрических сетях, особенно это важно для мощных системных узлов, какими являются блочные электростанции с агрегатами единичной мощностью 200-1000 МВт. Используемые в настоящее время методы расчета токов КЗ для выбора уставок РЗА, как правило, являются упрощенными и не вполне пригодными для микропроцессорных защит.

Хотя теория расчета переходных процессов (ПП) в электрических системах разработана достаточно хорошо (Горев А.А., Казовский Е.Я., Страхов С.В., Городский Д.А., Веников В.А., Ульянов С.А., Сивокобыленко В.Ф. и др.), в существующих на сегодняшний день моделях (EMTP, ДАКАР, РИТМ, УДАР и др.) используется ряд допущений (приближенный учет параметров генераторов и других элементов системы, изменений их скоростей, особенностей систем возбуждения и т.д.), вносящих погрешности в расчеты токов КЗ и в ряде случаев не позволяющих рассчитать некоторые режимы и оценить поведение защит, а обеспечение надёной и бесперебойной работы любой электростанции является одной из важнейших задач электроэнергетики.

Одной из причин ограниченного использования точных моделей, основанных на полных дифференциальных уравнениях (ДУ), является отсутствие необходимых сведений о параметрах схем замещения элементов. В первую очередь это относится к синхронным генераторам и двигателям. В том виде, в котором эти данные приводятся в литературных источниках (в виде частотных характеристик (ЧХ) или многоконтурных схем замещения) использовать их затруднительно. На данный момент существует много способов составления и решения систем дифференциальных уравнений электрических станций, но многие из них составлены с некоторыми допущниями, например явление вытеснения тока в пазу статора и ротора электрической машины учитывают с помощью двухконтурной схемы замещения, котрая на данный момент наиболее точно отражает процессы, происходящие в электрической машине во время переходного процесса. Но эта схема на самом деле не отражает тех процессов, которые происходят в машине, потому что она учитывает лишь два состояния машины, а их на самом деле бесконечное множество. Поэтому актуальным является также получение параметров схем замещения генераторов, удобных для использования при моделировании, и учитывающие эти состояния.

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью работы являтеся усовершенствование существующих на данный момент методов расчёта характеристик схем замещения и решение ДУ с помощью новых численных методов решения.

СОСТАВЛЕНИЕ СХЕМ ЗАМЕЩЕНИЯ

Задача заключается в том, чтобы по известным каталожным или экспериментальным данным найти такие параметры схемы замещения, рассчитанные по которым токи и моменты точно бы совпадали с исходными, например для скольжений номинального, критического и т.д. Для решения этой задачи применяются многоконтурные схемы замещения.



Рисунок 1 - Схема замещения глубокопазного асинхронного двигателя с двумя м а контурами на роторе

 

Теория и методы алгоритмизации переходных процессов в многомашинных системах электроснабжения.

Постановка задачи.

В настоящее время для анализов режимов работы энергосистем широко применяют методы математического моделирования. Большое развитие получили модели для расчёта стационарных режимов, а также основанные на упрощённых уравнениях Парка-Горева модели для анализа статической и динамической устойчивости энергосистем. В последнее время в связи с бурным развитием вычислительной техники, а также в связи с повышением требований к точности моделирования при разработке и создания высоконадёжных систем электроснабжения АЭС, ТЭС и других ответственных установок с крупными асинхронными двигателями (АД) и синхронными двигателями (СД), значительно возрос интерес к моделям многомашинных систем электроснабжения (ММСЭ), основанным на полных уравнениях Парка-Горева как для машин, так и для всех элементов питающей сети. Актуальным является создание универсальных моделей, позволяющих исследовать как кратковременные (АПВ, АРВ, короткие замыкания), так и длительные (пуск, самозапуск) переходные процессы в группе машин с учётом их взаимного влияния, с учётом зависимостей параметров от вытеснения токов и насыщения магнитных цепей.

При создании моделей многоузловых ММСЭ для расчёта переходного процесса в отдельных машинах используют обычно метод контурных токов, а для определения напряжений в узлах – метод узловых напряжений (подробнее на Махно). В этом случае понижается порядок обращаемых на каждом шаге матриц, что сокращает затраты машинного времени. Однако при этом понижается численная устойчивость решаемых уравнений и уменьшается расчётный шаг. Поэтому актуальным являются способы использования многоконтурных схем замещения в моделях ММСЭ, методы совершенствования численного интегрирования и повышения численной устойчивости дифференциальных уравнений.

В ММСЭ часто возникают режимы коммутации при отключении коротких замыканий одной или группы машин, участков сети и др. Применение для моделирования замкнутых и разомкнутых контактов выключателей, значительно отличающихся по величине активных сопротивлений, не в полной мере отражает физику явлений и, кроме того, приводит к большим расходам машинного времени. В данной работе мы рассмотрим один из более предпочтительных способов моделирования режимов коммутации, основанный на принципе постоянства потокосцеплений замкнутых контуров.

Весьма распространён в ММСЭ режим группового выбега электродвигателей, возникающий после отключения источника питания и имеющий весьма важное значение, например, в системе собственных нужд АЭС. Результаты экспериментального исследования этого режима приведены в ряде работ, однако теория и методы расчёта для наиболее общего случая не разработаны.

Для рассматриваемых ММСЭ актуальным является разработка и создание комплекса алгоритмов и программ для формирования различного типа математических моделей, основанных на полных или упрощённых уравнениях Парка-Горева или на алгебраических уравнениях для стационарных режимов; программ для расчёта параметров схем замещения машин; программ для расчёта переходных режимов с учётом действия релейной защиты и автоматики.

Так как решение уравнений, непосредственно записанных для всей многоузловой ММСЭ, связано с обращением матриц большой размерностей, то лучше воспользоваться более рациональным так называемым методом структурного моделирования. Сущность его состоит в том, что на каждом шаге решают дифференциальные уравнения элементов при условии постоянства напряжения в узлах схемы. Напряжения находят по данным предшествующего шага расчёта из системы алгебраических уравнений, записанной на основе первого закона Кирхгофа для производных от узловых токов, приведённых предварительно к единой для всех элементов системе координат. Для статических элементов сети, а также для обладающих симметрией статора и ротора асинхронных машин используются неподвижная ( w к=0) или вращающаяся с синхронной скоростью ( w к=1) система координат. Для синхронных машин применяется система координат d и q , жёстко связанная с собственным ротором. При этом в дифференциальных уравнениях каждой из машин периодические коэффициенты исчезают, однако появляется необходимость преобразования части переменных состояния машин к общим осям.

Математическое моделирование режимов коммутации

При расчётах переходных процессов в ММСЭ возникают трудности с учётом изменений интегрируемых переменных в режимах коммутации в схеме. Последние возникают при включениях и отключениях нагрузки, коротких замыканиях, действии устройств релейной защиты, изменении структуры схемы или параметров её элементов. Процесс коммутации обычно длится не более ста микросекунд и зависит от многих факторов: характеристик выключателя и его дугогасительных устройства, значений R , L , C параметров контуров утечек на землю и др. Математическое описание этого режима является самостоятельной задачей и требует при анализе больших затрат машинного времени. Поэтому будем считать, что коммутационный режим происходит мгновенно и нам требуется только найти начальные условия для переменных состояния, т.е. их значения после коммутации в новой схеме, если полностью известен предшествующий режим.

В рассматриваемых ММСЭ при многих видах коммутаций требование непрерывности токов в индуктивностях приводят к нарушению соотношений, вытекающих из законов Кирхгофа. Поэтому при указанных, как принято их называть, некорректных коммутациях, имеющих место, например, в режимах группового выбега, отключения нагрузки, короткого замыкания и др., начальные условия находятся на основе обобщённого закона коммутаций, согласно которому алгебраическая сумма потокосцеплений по любому замкнутому контуру остаётся неизменной, т.е. сохраняется непрерывность потокосцеплений замкнутых контуров:

(1)

При использовании (1) остаются справедливыми законы Кирхгофа, в чём и состоит его достоинство. Кроме того, из (1) также следует, что при коммутациях в узлах рассматриваемых нами ММСЭ для всех электрически связанных между собой контуров отдельных элементов заданного узла скачкообразные изменения потокосцеплений будут одинаковыми. Скачкообразно могут изменяться потокосцепления и токи статоров отдельных машин, токи роторов, нагрузки и межузловых связей, напряжений в узлах. Потокосцепления роторных контуров, частоты вращения и углы поворота роторов остаются неизменными, что следует из условия невозможности скачкообразного изменения запасённой электромагнитной и механической энергий. Указанные условия представим в виде соотношений:

(2),

(2а)

Так как при использовании (1), (2) справедливы законы Кирхгофа , то задача определения начальных условий при коммутациях может быть сведена нахождению только части переменных состояния: только статорных потокосцеплений и зависящих от них токов в межузловых связях.

Алгоритм расчёта установившегося доаварийного режима ММСЭ

При расчетах на ЦВМ динамических режимов ММСЭ необходимо предварительно определить из доаварийного режима начальные условия для все интегрируемых переменных. Исходными данными при этом являются: напряжение системы или одного из ведущих узлов, где подключена основная часть исследуемых электродвигателей, коэффициенты загрузки механизмов, коэффициенты мощности асинхронных двигателей, сопротивления нагрузок в узлах.

Так как полная мощность двигателей зависит от напряжения в узлах схемы, то задачу нужно решать методом простой итерации, при этом необходимо составить рекурентное выражение. Приняв начальные приближения для узловых напряжений, из уравнения элементов дляустановившегося можо найти токи статоров, ЭД0С возбуждения и углы положения роторов синхронных двигателей, скольжения и токи статоров асинхронных двигателей, узловые проводимости, затем новые значения узловых напряжений и т.д.

На данный момет была в пакете MathCad была смоделирована схема собственных нужд одного энергоблока электрической станции и были исследованы различные режимы работы. Один из таких режимов, а именно режим самозапуска, можно увидеть, если кликнуть сюда.

Полученные результаты – лишь начальный этап моей работы, т.к. исследования пока проводились с учётом некоторых допущений, которые в дальнейшем приниматься не будут (Например, будет учитываться предвключённая нагрузка).

ПЕРЕЧЕНЬ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ВЫПУСКНОЙ РАБОТЫ


1. Сивокобыленко В.Ф., Меженкова М.А. Метод определения мгновенных значений симметричных составляющих токов и напряжений в переходных режимах// Вісник Нац. унів-ту "Львівська політехніка".- Львів: Львівська політехника. - 2000. - №403. - С. 149-156.


2.Сивокобыленко В.Ф., Меженкова М.А. Расчет на ПЭВМ токов коротких замыканий для выбора уставок релейной защиты электростанций // Сб. науч. трудов Донецкого гос. техн. унив-та. Серия: “ Электротехника и энергетика ”. - Донецк: ДонГТУ. - 1999. - Вып. 4. - C. 186-190.

3. Сивокобыленко В.Ф., Меженкова М.А. Определение параметров эквивалентных схем замещения турбогенераторов для расчетов на математических моделях // Зб. наук. праць Донецького держ. техн. унів-ту.. Серія “Електротехніка і енергетика”. - Донецьк: ДонДТУ. - 2000. - Вип. 17. - С. 38-41.

4.Сивокобыленко В.Ф., Меженкова М.А. Метод определения мгновенных значений симметричных составляющих токов и напряжений в переходных режимах// Вісник Нац. унів-ту "Львівська політехніка".- Львів: Львівська політехника. - 2000. - №403. - С. 149-156.

5.Сивокобыленко В.Ф., Меженкова М.А. Анализ поведения резервных защит генераторов блочных электростанций при внешних симметричных коротких замыканиях // Зб. наук. праць Донецького держ. техн. унів-ту.. Серія “Електротехніка і енергетика”. - Донецьк: ДонДТУ. - 2000. - Вип. 21. - С.120-122.

6.Сивокобыленко В.Ф., Меженкова М.А. Анализ поведения резервных защит генераторов блочных электростанций при внешних симметричных коротких замыканиях // Зб. наук. праць Донецького держ. техн. унів-ту. . Серія “Електротехніка і енергетика”. - Донецьк: ДонДТУ. - 2000. - Вип. 21. - С.120-122.

7.Сивокобыленко В.Ф., Меженкова М.А. Разработка резервной защиты генераторов с системами самовозбуждения с помощью математической модели ТЭС // Книга за матеріалами п'ятої міжнар. науково-техн. конф. “ Контроль і управління в складних системах ” (КУСС-97 ) . - Вінниця: УНІВЕРСУМ-Вінниця. - 1999. - Том 3. - C. 248-254.

8.Сивокобыленко В.Ф., Меженкова М.А. Эквивалентные схемы замещения современных крупных турбогенераторов // ICEE-2000. Материалы IV Междунар. конф. “ Электротехника, електромеханика и электротехнологии ”. - Россия, Москва, Клязьма, 18-22 сентября 2000.

9.Сивокобыленко В.Ф., Меженкова М.А. Математическое моделирование симметричных составляющих токов и напряжений в переходных режимах// Тези доповідей 3-ї Міжнар. наук.-техн. конф. “Математичне моделювання в електротехніці, електроніці та електроенергетиці”. – Львів. - 1999. - С. 242.

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Донецкий Национальный Технический Университет Электротехнический факультет Кафедра эс группа эс-00 iconЗвягинцева А. В., к т. н., доц. Донецкий национальный технический университет
Опасность и риск как характеристики особых состояний экологических и техногенных систем

Донецкий Национальный Технический Университет Электротехнический факультет Кафедра эс группа эс-00 iconДонецкий национальный технический университет «информатика и компьютерные технологии 2005» Сборник трудов первой международной студенческой
Приветственное слово

Донецкий Национальный Технический Университет Электротехнический факультет Кафедра эс группа эс-00 iconДонецкий национальный технический университет донецкое учебно-научно-производственное
В монографії публікуються наукові статті щодо питань технології підземної

Донецкий Национальный Технический Университет Электротехнический факультет Кафедра эс группа эс-00 iconМинистерство образования и науки, молодежи и спорта Украины Донецкий национальный технический университет Кафедра физического воспитания и спорта Адаптация основных физиологических систем организма в процессе физического воспитания студентов.
Предназначены для студентов всех специальностей и преподавателей физической культуры

Донецкий Национальный Технический Университет Электротехнический факультет Кафедра эс группа эс-00 iconИ. А. Назарова Донецкий национальный технический университет
Эффективность параллельных алгоритмов оценки локальной апостериорной погрешности для численного решения задачи Коши

Донецкий Национальный Технический Университет Электротехнический факультет Кафедра эс группа эс-00 iconГосударственное высшее учебное заведение донецкий национальный технический университет
В. Г. Коваленко, В. В. Пушина, А. В. Гурова, К. А. Таранец, Т. Ю. Мирошникова; ред. А. А. Петрова. Донецк, 2010. 365 с

Донецкий Национальный Технический Университет Электротехнический факультет Кафедра эс группа эс-00 iconНациональный исследовательский ядерный университет «мифи» физико-технический факультет кафедра физических проблем материаловедения
Вступительный экзамен по магистерской программе «Наноструктурные материалы» включает 4 блока дисциплин

Донецкий Национальный Технический Университет Электротехнический факультет Кафедра эс группа эс-00 iconНауки Украины Донецкий Национальный Технический Университет Кафедра Философии
Мы часто слышим слова: философия, личность, развитие. А вопрос, то в том понимаем ли мы о чем говорим и есть ли взаимопонимание со...

Донецкий Национальный Технический Университет Электротехнический факультет Кафедра эс группа эс-00 iconИ. М. Мищенко /к т. н./, Я. Ю. Асламова, Г. И. Стамбулжи гвуз "Донецкий национальный технический университет" (Донецк, Украина)
Некоторые аспекты развития и повышения экологической безопасности предприятий черной металлургии украины

Донецкий Национальный Технический Университет Электротехнический факультет Кафедра эс группа эс-00 iconДонецкий национальный технический университет
Метод основан на опытных данных, регистрируемых при включении неподвижной электрической машины в сеть на две фазы. Приводятся результаты...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница