И электрические сети 2 страница

Таблица 4.1

Ва- ри- ант	Марка провода и длина линии, км	Нагрузка, МВА	Коэффицинты
L1	L2	L3	L4	Рн1+jQн1	Рн2+jQн2	Рн3+jQн3	К1	К2
	АС-240	АС-120	АС-120	АС-240	20+j12	25+j15	30+j17	1,15	1,05
	АС-240	АС-120	АС-120	АС-240	15+j8	30+j15	20+j10	1,0	1,05
	АС-240	АС-120	АС-120	АС-240	40+j15	20+j15	15+j8	1,15	1,1
	АС-240	АС-120	АС-120	АС-240	12+j7	20+j15	40+j15	1,1	1,15
	АС-240	АС-120	АС-120	АС-240	35+j18	20+j12	15+j6	1,1	1,05
	АС-185	АС-120	АС-120	АС-185	15+j6	9+j5	25+j12	1,05	1,1
	АС-185	АС-120	АС-120	АС-185	30+j15	22+j10	10+j6	1,05	1,15
	АС-185	АС-120	АС-120	АС-185	30+j15	10+j6	20+j15	1,05	1,0
	АС-185	АС-120	АС-120	АС-185	20+j10	20+j15	20+j7,5	1,1	1,15
	АС-185	АС-120	АС-120	АС-185	15+j9	30+j15	20+j9	1,1	1,05

4.3.4. Установить на модели погонные параметры и длины линий L1…L4. Для этого необходимо два раза щелкнуть на пиктограмме линии (вид пиктограммы линии представлен на рис. 1 приложения 2). На экране дисплея появиться окно задания параметров линии, аналогичное окну рис. 3 приложения 2. Далее необходимо следовать указаниям приложения 2 для линии. Параметры “Frequency used for R L C specification (Hz)”, “Number of pi sections” и “Measurements” изменять не следует.

4.3.5. Установить на модели параметры нагрузки S_n1...S_n3 (параметры нагрузки задаются для одной фаза, т.е. S_ni/3). Для этого необходимо два раза щелкнуть на пиктограмме нагрузки (вид пиктограммы нагрузки представлен на рис. 4 приложения 2). На экране дисплея появиться окно задания параметров нагрузки, аналогичное окну рис. 5

приложения 2. Далее необходимо следовать указаниям приложения 2 для нагрузки. Параметры “Nominal voltage Vn (Vrms)”, “Nominal frequency fn (Hz)”, “Capacitive reactive power QC (negative var)” и “Measurements” изменять не следует.

4.3.6. Установить на модели напряжения источников питания А и В согласно п. 4.2.1а. Для этого необходимо два раза щелкнуть на пиктограмме трансформатора Т1 или Т2 (вид пиктограммы трансформатора представлен на рис. 6 приложения 2). На экране дисплея появиться окно задания параметров трансформатора, аналогичное окну рис. 8 приложения 2. Далее необходимо следовать указаниям приложения 2 для трансформатора. Параметры “Nominal power and frequency [Pn(VA) fn(Hz)]”, “Winding 1 parameters [V1(Vrms) R1(pu) L1(pu)]”, “Three windings transformer”, “Magnetization resistance and reactance [Rm(pu) Lm(pu)]” и “Measurements” изменять не следует.

4.3.7. Кнопкой пуск запустить программу (см. п.4.3.3). По окончании выполнения программы (прекращение изменения показаний дисплеев) записать показания приборов в таблицу.

4.3.8. Повторить п.п. 4.3.6, 4.3.7 для напряжений, указанных в п.п. 4.2.1б, 4.2.1в. При выполнении п.4.2.1в параметры трансформатора Т2 изменять не следует. Нужно выполнить п. 4.3.4 для линии L4 и установить ее активное сопротивление 10000 Ом.

4.4. Содержание отчета.

4.4.1. Сформулировать цель работы и дать краткие теоретические сведения по изучаемой теме.

4.4.2. Привести схему замещения электрической сети.

4.4.3. Привести расчетную схему электрической сети и указать на ней потокораспределение мощностей (карту режима) на основании аналитического расчета согласно п. 4.2.4в.

4.4.4. Представить результаты моделирования в виде таблиц и карт режимов.

4.4.5. Сопоставить результаты аналитического расчета и с результатами моделирования. На основании этого сопоставления сделать выводы.

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а №5

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ НЕОДНОРОДНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ

5.1. Цель работы:

– исследование потокораспределения и потерь активной мощности в замкнутых неоднородных электрических сетях;

– изучение путей повышения экономических показателей рассматриваемых сетей.

5.2. Исходные положения.

5.2.1. Известно, что в неоднородной замкнутой электрической сети естественное потокораспределение отличается от оптимального. Это означает, что потери активной мощности в такой сети не минимальны. Естественное потокораспределение совпадает с экономическим либо в сети с активными сопротивлениями, либо в однородной сети, у которой X/R на всех участках сети величина постоянная. Чем больше неоднородность сети, тем больше естественное потокораспределение отличается от экономического, и тем больше величина потерь активной мощности.

5.2.2. В общем случае в замкнутых электрических сетях мощность на любом i-м участке можно представить в виде

S _i= S _ie+ S _ур,

где S _ie – мощность на i-м участке при естественном потокораспределении, когда уравнительная ЭДС и уравнительная мощность в замкнутом контуре отсутствуют; S _ур – уравнительная мощность в замкнутом контуре при наличии в ней уравнительной ЭДС.

При уравновешенных коэффициентах трансформации трансформаторов в контуре (К_Т1 = К_Т2) уравнительные ЭДС и мощность равны нулю, т.е. S_ур=0 и Е_ур=0. Естественное распределение потоков мощности в замкнутом контуре нарушается при неуравновешенных коэффициентах трансформации. В этом случае увеличиваются потери активной мощности в сети и напряжения в узах. Таким образом, изменяя коэффициенты трансформации трансформаторов, можно изменить потокораспределение в замкнутом контуре. В контуре появляется уравнительная ЭДС, которая имеет две составляющих. Продольная составляющая Е_ур1 позволяет свести естественное распределение реактивных мощностей к экономическому, а поперечная Е_ур2 – свести естественное распределение активных мощностей к экономическому. В общем случае задача заключается в том, чтобы для заданной сложной схемы замкнутой сети и заданных нагрузках подобрать такие коэффициенты трансформации трансформаторов, которые бы соответствовали бы минимуму потерь активной мощности в сети.

5.2.3. В местных сетях (например, в городских) оптимальное распределение мощностей может быть достигнуто нахождением соответствующих точек разрыва замкнутых контуров. Местоположение точек разрыва определяется местоположением точек потокораздела. Для этой цели проводят расчеты замкнутой сети и определяют точку потокораздела. При решении сложных задач применяют моделирование электрической сети.

5.2.4. В данной работе проводится исследование замкнутой электрической сети напряжением 10 кВ. Исследуемая сеть представлена на рис. 5.1 и состоит из шести кабельных линий L1…L6 10 кВ, воздушной линии 110 кВ и пяти нагрузок S _н1… S _н5. Питание нагрузок выполнено от двух трансформаторов ТДН-25000/110/10.

5.2.5. Параметры исследуемой сети представлены в табл. 5.1. Напряжение вторичной обмотки трансформатора Т1 принять равным 10,5 кВ, т.е. U_Т1=10,5 кВ. Напряжение вторичной обмотки трансформатора Т2 (U_Т2) также принять равным 10,5 кВ, если нет дополнительных указаний при выполнении отдельных пунктов лабораторной работы.

5.2.6. Исследование режимов работы электрической сети с двухсторонним питанием проводится на ПК с применением математической модели системы MATLAB совместно с пакетом ситуационного блочного моделирования Simulink. На рис. 5.2 представлена однофазная модель исследуемой электрической сети. В качестве источника питания в модели рис. 5.2 используется энергосистема Е бесконечно большой мощности. Обозначения линий L1…L7, трансформаторов Т1 и Т2 исследуемой сети рис. 5.1 и модели рис. 5.2 совпадают. Нагрузка исследуемой сети моделируется параллельно включенными активным и индуктивным сопротивлениями (S_n1…S_n5). Для измерения параметров режима электрической сети используются измерительные блоки (Uzel_A, Uzel_1 и т.д.) совместно с дисплеями (UA, U1, SA=S1’ и т.д.). В модели предусмотрено измерение энергетических показателей режима сети с помощью блока “Blok izmeren”. Из энергетических показателей режима сети на дисплеи выводятся: Pseti – мощность, потребляемая из сети; Ppotrebitelei – суммарная мощность потребителей;

Таблица 5.1

Ва-ри-ант

Нагрузка потребителей

Число х сечение кабеля-провода (мм^2) длина линии (км)

К

Sн1, МВА

Sн2, МВА

Sн3, МВА

Sн4, МВА

Sн5, МВА

L1

L2

L3

L4

L5

L6

L7

2,0+j0,9

2,4+j0,8

3,0+j1,2

2,7+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240) 2,0

2(3х185) 3,5

3х150 3,2

3х150 2,8

2(3х185) 3,6

2(3х240) 3,0

АС-120

1,0

2,4+j0,8

3,0+j1,2

2,7+j0,9

3,0+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240) 2,5

2(3х185) 2,7

3х150 3,0

3х150 3,5

2(3х185) 3,0

2(3х240) 2,9

АС-120

1,02

3,0+j0,9

2,4+j0,8

1,8+j1,2

2,7+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240) 3,5

2(3х185) 2,5

3х150 3,0

3х150 1,5

2(3х185) 3,0

2(3х240) 2,9

АС-120

1,1

2,8+j0,8

3,0+j0,9

2,4+j0,8

1,8+j0,9

2,7+j0,9

2(3х240) 2,0

2(3х185) 3,5

3х150 1,5

3х150

2(3х185) 2,3

2(3х240) 2,0

АС-120

1,075

3,0+j0,9

2,4+j0,8

1,8+j0,7

2,7+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240) 2,0

2(3х185) 3,5

3х150

3х150

2(3х185) 1,5

2(3х240) 2,0

АС-120

1,09

3,3+j0,8

1,8+j0,6

2,7+j0,9

3,0+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240) 2,0

2(3х185) 3,5

3х150 4,5

3х150 2,0

2(3х185) 4,0

2(3х240) 3,0

АС-120

1,12

2,8+j0,8

2,4+j0,8

3,0+j0,9

1,8+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240) 2,5

2(3х185) 3,5

3х150 4,5

3х150 2,0

2(3х185) 4,0

2(3х240) 2,0

АС-120

1,03

1,8+j0,9

2,8+j0,8

3,0+j0,9

2,4+j0,8

3,0+j0,9

2(3х240) 2,0

2(3х185) 3,5

3х150 2,5

3х150

2(3х185) 2,0

2(3х240) 3,0

АС-120

1,15

3,0+j0,9

2,4+j0,8

2,4+j0,8

3,0+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240) 2,0

2(3х185) 2,5

3х150 1,8

3х150 3,0

2(3х185) 2,4

2(3х240) 3,0

АС-120

1,1

3,4+j0,8

1,8+j0,9

2,7+j0,9

3,0+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240) 2,0

2(3х185) 3,5

3х150

3х150

2(3х185) 1,0

2(3х240) 2,0

АС-120

1,0

Ppoteri_otn10 – потери мощности в сети 10 кВ, отнесенные к суммарной мощности потребителей; Ppoteri_otn110 – потери мощности всей сети, отнесенные к суммарной мощности потребителей. Все показания параметров режима на дисплеи выводятся как для трехфазной сети, т.е. в виде линейных напряжений и суммарных мощностей трех фаз.

5.2.7. Перед выполнением лабораторной работы на модели необходимо изучить модель рис. 5.2 и методику ввода параметров модели по приложению 2.

5.3. Порядок выполнения работы.

5.3.1. Загрузить файл Lab_N5.mdl, если он не был загружен ранее.

5.3.2. Сохранить данный файл под новым именем xxxxxx_Lab_N5.mdl в папке Студенты\3курс (хххх- любой набор латинских символов).

5.3.3. Проверить работу модели. Для этого кнопкой пуск (кнопка ► на панели инструментов) запустить программу при тех параметрах, которые были установлены ранее. С выдержкой времени несколько секунд на дисплеях измерительных приборов модели появиться мелькание цифр. Это указывает на то, что программа выполняется. По окончании выполнения программы (прекращение изменения показаний дисплеев) можно приступать к выполнению лабораторной работы. Для досрочного прекращения работы необходимо нажать кнопку стоп (кнопка ■ на панели инструментов).

5.3.4. Установить на модели погонные параметры и длины линий L1…L7. Для этого необходимо два раза щелкнуть на пиктограмме линии (вид пиктограммы линии представлен на рис. 1 приложения 2). На экране дисплея появиться окно задания параметров линии, аналогичное окну рис. 3 приложения 2. Далее необходимо следовать указаниям приложения 2 для линии. Параметры “Frequency used for R L C specification (Hz)”, “Number of pi sections” и “Measurements” изменять не следует. Для кабельных линий L1…L6 вводятся только значения погонных активных сопротивлений и их длины.

5.3.5. Установить на модели параметры нагрузки S_n1...S_n5 (параметры нагрузки задаются для одной фаза, т.е. S_ni/3). Для этого необходимо два раза щелкнуть на пиктограмме нагрузки (вид пиктограммы нагрузки представлен на рис. 4 приложения 2). На экране дисплея появиться окно задания параметров нагрузки, аналогичное окну рис. 5 приложения 2. Далее необходимо следовать указаниям приложения 2 для нагрузки. Параметры “Nominal voltage Vn (Vrms)”, “Nominal frequency fn (Hz)”, “Capacitive reactive power QC (negative var)” и “Measurements” изменять не следует.

5.3.6. Установить на модели параметры трансформаторов Т1 и Т2. Для этого необходимо два раза щелкнуть на пиктограмме трансформатора Т1 или Т2 (вид пиктограммы трансформатора представлен на рис. 6 приложения 2). На экране дисплея появиться окно задания параметров трансформатора, аналогичное окну рис. 8 приложения 2. Далее необходимо следовать указаниям приложения 2 для трансформатора. Параметры “Three windings transformer”, “Magnetization resistance and reactance [Rm(pu) Lm(pu)]” и “Measurements” изменять не следует.

5.3.7. Кнопкой пуск запустить программу (см. п.5.3.3). По окончании выполнения программы (прекращение изменения показаний дисплеев) записать показания приборов для напряжений и энергетических показателей в таблицу. Определить точку потокораздела.

5.3.8. Разорвать замкнутую сеть в точке потокораздела. С этой целью необходимо отключить наименее загруженную линию, прилегающую к точке потокораздела. Для указанной линии в окне задания параметров (см. п. 5.3.4) установить ее длину равной 10000 км. Снова запустить программу и записать показания приборов аналогично п.5.3.7. Далее необходимо привести значение длины отключенной линии в исходное состояние.

5.3.9. Разорвать замкнутую сеть в точке А (создать послеаварийный режим). С этой целью необходимо отключить линию, прилегающую к точке А. Для указанной линии в окне задания параметров (см. п. 5.3.4) установить ее длину равной 10000 км. Снова запустить программу и записать показания приборов аналогично п.5.3.7. Далее необходимо привести значение длины отключенной линии в исходное состояние.

5.3.10. Изменить коэффициент трансформации трансформатора Т2. Для этого в окне задания параметров трансформатора (см. п. 5.3.6) установить значение напряжения вторичной его обмотки равным U_Т2 = K∙U_ном. Снова запустить программу и записать показания приборов аналогично п.5.3.7. Далее необходимо привести значение напряжения U_Т2 в исходное состояние.

5.4.Содержание отчета.

5.4.1. Сформулировать цель работы и дать краткие теоретические сведения по изучаемой теме.

5.4.2. Привести схему замещения электрической сети. При этом учесть, что кабельные линии 10 кВ в схемах замещения представляются упрощенно.

5.4.3. Представить результаты моделирования для всех опытов в виде таблиц и карт режимов. На картах режимов указать только напряжения в узлах сети.

5.4.4. Провести анализ результатов моделирования. При этом сопоставить значения напряжений в узлах сети и потерь мощности в ней при различных опытах. На основании этого сопоставления сделать выводы о влиянии исследуемых факторов на качество электрической энергии в узлах сети и потери активной мощности в ней.

6. Л а б о р а т о р н а я р а б о т а №6

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

6.1. Цель работы: изучение различных способов регулирования напряжения в электрических се3ях.

6.2. Исходные положения.

6.2.1. В электрических сетях величина потерь напряжения изменяется с изменением нагрузок потребителей. Это вызывает отклонение напряжения у потребителей по отношению к его номинальному значению. Значительные отклонения напряжения приводят к ухудшению качества электрической энергии, подводимой к потребителю. Согласно стандарту на качество электрической энергии допустимые отклонения напряжения для большинства электроприемников в нормальном режиме работы сети устанавливается в пределах ±5 % от номинального напряжения. Требуемое качество напряжения у потребителей можно обеспечить следующими способами:

– регулированием напряжения на электростанциях путем изменения тока возбуждения генераторов;

– применением поперечной компенсации реактивной мощности у потребителей или в узлах нагрузки энергосистемы. Это позволяет изменять потребление реактивной мощности из системы и, тем самым, воздействовать на продольную составляющую падения напряжения в электрической сети;

– применением конденсаторных батарей продольной компенсации и, тем самым, изменять реактивное сопротивление питающей сети;

– применением трансформаторов с регулируемыми коэффициентами трансформации (путем переключения ответвлений первичной обмотки трансформатора).

6.2.2. Конденсаторная батарея продольной компенсации включается в рассечку линии, как это показано на рис. 6.1. Емкостное сопротивление компенсирует часть индуктивного сопротивления линии и результирующее реактивное сопротивление цепи, равное Х-Х_с, уменьшается. Потери напряжения ΔU также снижаются, что и обеспечивает повышение напряжения в конце линии. Применение продольной компенсации приводит к изменению параметров сети. Этот способ регулирования напряжения позволяет уменьшить не только отклонения напряжения, но и снизить его колебания при резко переменных нагрузках.

6.2.3. Конденсаторная батарея поперечной компенсации включается параллельно нагрузке, как это показано на рис. 6.2. В этом случае реактивная мощность, передаваемая из системы, уменьшается на величину Q_к (мощность, генерируемая БК). Аналогичную функцию выполняют и синхронные компенсаторы.

6.2.4. В лабораторной работе изучаются все перечисленные способы регулирования напряжения в электрических сетях на примере модели сети, показанной на рис. 6.3а. Нагрузка сети приведена на рис. 6.3б.

6.2.5. Исходные данные для нескольких вариантов сети представлены в табл. 6.1.

6.2.6. Оборудование, используемое при проведении работы: трехфазные трансформаторные группы ТТГ1 и ТТГ2; модель линии электропередачи МЛЭ2; устройство продольной емкостной компенсации УПЕК4; регулировочный трансформатор РТ1; активная, индуктивная и емкостная нагрузки (АН4, ИН6, ЕН4); измеритель мощностей ИМ5; блок мультиметров.

Таблица 6.1

№ вари-анта	Параметры линии	Нагрузка
R, Ом	L, Гн	Активная, %	Индуктивная, %
		0,9
		0,6
		0,3
		0,9
		0,6
		0,3

6.3. Порядок выполнения работы.

6.3.1. Рассчитать индуктивное сопротивление модели линии электропередачи согласно заданному варианту. Согласно рассчитанному значению индуктивного сопротивления модели линии выбрать емкость устройства емкостной компенсации. Сопротивление емкости должно быть близко индуктивному сопротивлению модели линии.

6.3.2. Собрать схему модели электрической сети, представленной на рис. 6.2а. Комплексная нагрузка модели сети представлена на рис. 6.2б.

6.3.3. Переключатели пределов в измерителе мощностей установить: напряжения – 300 В; тока – 0,1 А. Пределы измерения вольтметров в блоке мультиметров установить на метке 1000 В.

6.3.4. Установить переключатели модели сети в следующие положения: R и L линии – в положение согласно заданному варианту, а переключатель С линии – в положение «0»; переключатели активной нагрузки – в положение согласно заданному варианту, а переключатели индуктивной и емкостной нагрузок – в положения «0»; емкость устройства емкостной компенсации – в соответствии со значением, определенным в п. 6.3.1; переключатель ответвлений трансформаторов ТТГ1 и ТТГ2 – на метку 226 В; из переключатели ответвлений трансформатора РТ1 – метку «0».

6.3.5. После проверки схемы преподавателем включить питание измерительных приборов.

6.3.6. Зашунтировать емкости устройства емкостной компенсации, включить источник питания, переключателями трансформатора РТ1 установить напряжение на нагрузке 175 В и записать показания приборов. Значения напряжений, полученные в данном опыте, будут базовыми U_1б, U_2б, относительно которых будут рассчитываться изменения напряжения в остальных опытах.

6.3.7. Установить переключатель индуктивной нагрузки в положение согласно заданному варианту (см. табл. 6.1) и записать показания приборов. Определить относи-

тельные изменения напряжения на нагрузке по формуле

6.3.8. Исследовать влияние изменения напряжения в узле питания на напряжение нагрузки. Для этого установить переключатель ответвлений трансформатора ТТГ1 на метку 230 В и записать показания приборов. Определить относительные изменения напряжения на нагрузке по формуле п. 6.3.7. Возвратить переключатель ТТГ1 в исходное положение.

6.3.9. Исследовать влияние коэффициента трансформации трансформатора РТ1 на напряжение нагрузки. Для этого вторым переключателем трансформатора РТ1 установить напряжение на нагрузки близкое к величине, которая была при подключении только активной нагрузки (см. п.6.3.6), и записать показания приборов. Возвратить второй переключатель РТ1 в исходное положение.

6.3.10. Исследовать влияние поперечной компенсации на величину напряжения нагрузки. Для этого переключателями емкостной нагрузки установить значение реактивной мощности нагрузки близкое к 0 и записать показания приборов. Определить относительные изменения напряжения на нагрузке по формуле п. 6.3.7. Возвратить переключатели емкостной нагрузки в исходное положение.

6.3.11. Исследовать влияние продольной компенсации на напряжение нагрузки. Для этого расшунтировать емкости устройства продольной компенсации и снять следующие характеристики:

– при заданном значении активной нагрузки характеристику U_н=f(Q_н);

– при заданном значении индуктивной нагрузки характеристику U_н=φ(Р_н).

Для каждой из характеристик снять не менее шести точек при изменении нагрузок от 0 до максимального значения.

6.4. Содержание отчета.

6.4.1. Сформулировать цель работы и дать краткие теоретические сведения по изучаемой теме.

6.4.2. Все опытные данные представить в отчете. Для п. 6.3.11 необходимо представить графики ΔU_н=f(Q_н) и ΔU_н=φ(Р_н). ΔU_н рассчитывается по формуле п. 6.3.7.

6.4.3. Произвести анализ полученных результатов и на основании этого сделать выводы.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Выбор масштабов моделирования

Параметры схемы замещения и режима ее работы воспроизводятся на модели сети в определенном масштабе. Напряжения, мощности и токи модели оказываются меньше соответствующих параметров режима сети-оригинала. Соотношения между параметрами оригинала и модели называются масштабными коэффициентами (масштабами) моделирования.

При моделировании электрических сетей масштабы определяются следующим образом:

масштаб напряжения (П1)

масштаб тока (П2)

масштаб мощности (П3)

масштаб сопротивления (П4)

Дата добавления: 2014-11-29