ДонНТУ   Портал магистров

Непосидяка Илона Игоревна

Электротехнический факультет(ЭТФ)

Кафедра электрических станций(ЭС)

Специальность «Электрические станции»(ЭС)

Имитационное моделирование аварийных режимов в многомашинных электрических системах

Научный руководитель: д.т.н., проф. Сивокобыленко Виталий Фёдорович

Резюме Биография Реферат Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел

Реферат по теме выпускной работы

Содержание

• Введение
• 1. Актуальность темы
• 2. Цель и задачи исследования
• 3. Особенность расчёта
• 4. Обзор исследований по теме
• 5. Математическая модель асинхронной машины (АМ)
• 6. Реализация разработанных методов и алгоритмов в виде программы – симулятора
• Выводы
• Список источников

Введение

Обеспечение надежной и бесперебойной работы любой электростанции является одной из важнейших задач энергетики. Ее решение существенным образом зависит от создания надежной системы энергоснабжения собственных нужд. Система с.н. современной блочной электростанции и используемые в ней электродвигатели должны удовлетворять следующим требованиям:

- иметь высокую надежность схем питания с.н. в сочетании с ее гибкостью, экономичностью, а также возможностью предотвращения развития аварии;

- применяемые для привода основных механизмов котла и турбины электродвигатели большой мощности должны допускать прямой пуск;

- должен обеспечиваться успешный самозапуск электродвигателей при кратковременных перерывах питания.

Опыт эксплуатации показывает, что невыполнение указанных требований может явиться причиной выхода из строя блочного агрегата и создания аварийных ситуаций в энергосистеме.[1]

В системах с.н. ТЭС и АЭС применяют асинхронные с короткозамкнутым ротором двигатели большой единичной мощности. С целью улучшения пусковых характеристик таких двигателей их ротор выполняют глубокопазным со стержнями трапецеидальной или колбовидной формы. При разработке математических моделей такого типа двигателей требуется учет эффекта вытеснения тока в роторе. Из-за указанного эффекта активное и индуктивное сопротивления зависят от частоты тока в роторе, в связи с чем их часто представляют в виде функциональных зависимостей от скольжения [4]. В таком виде схемы замещения АД могут быть использованы только для расчета стационарных и квазистационарных режимов. Поведение двигателей в переходных режимах более точно отражают многоконтурные схемы замещения, в которых ротор представлен в виде нескольких параллельно включенных RL – цепочек (контуров), параметры которых остаются постоянными независимо от частоты тока в роторе.

1. Актуальность темы

В настоящее время актуальной задачей является разработка математической модели электрической станции, позволяющей анализировать переходные процессы, возникающие при однофазных и многофазных коротких замыканиях. В терминалах защитных устройств, выполняющих обработку сигналов и прогнозирование в масштабе реального времени (РВ), возникает необходимость точного моделирования переходных процессов (ПП) с использованием расчета мгновенных величин. При разработке таких моделей составляется система дифференциальных уравнений (ДУ), описывающая исследуемую сеть, как для отдельных ее элементов, так и для их связей. Решение сложных систем дифференциальных уравнений (СДУ), имеющих место в данном случае, является возможным только с применением численных методов интегрирования. Существуют два метода разработки модели. Явный метод – используется для решения систем, включающих в себя электрические машины. Преимуществом этого метода является простота и высокая точность расчёта. Неявные методы, в свою очередь требуют пошагового решения алгебраических уравнений, что сокращает скорость расчёта, но даёт преимущество в численной устойчивости и достаточно высокой точности.Применение неявных методов численного интегрирования дифференциальных уравнений (ДУ) является более перспективным, поскольку с их помощью возможно получить устойчивое решение при моделировании многократных коммутаций в электрических сетях любой сложности.[5]

2. Цель и задачи исследования

Цель работы – разработка универсальной математической модели, предназначенной для анализа аварийных ситуаций в крупных электрических системах с учетом коммутаций, вызванных действиями устройств РЗиА.

Основные задачи исследования:

1. Совершенствование общей математической модели ММЭС на основе применения формул численного дифференцирования 1 – 6 порядка;

2. Разработка дискретных схем основных элементов ЭЭС на основе полученных матричных выражений;

3. Расчёт переходных режимов в сетях, содержащих электрические машины переменного тока, как синхронные, так и асинхронные, учитывая эффект вытеснения тока в роторах мощных ЭМ;

4. Реализация разработанных методов и алгоритмов в виде программы-симулятора

3. Особенность расчёта

Особенность расчета многократных коммутаций в ММЭС заключается в учете сильных возмущений в системе с резко различающимися постоянными времени. Этим обусловлена сложность построения математической модели, которой требуется поддерживать численную устойчивость при обеспечении необходимой точности расчета параметров состояния ЭМ.

4. Обзор исследований по теме

Для анализа режимов работы энергосистем широко применяют методы математического моделирования. Это связано с бурным развитием вычислительной техники, а также с повышением требований к точности моделирования при разработке и создании высоконадежных систем электроснабжения АЭС, ТЭС.

Представим обзор исследований и разработок по теме:

1. Глобальный. В настоящее время разработками математического моделирования переходных процессов занимаются многие фирмы, совершенствуются уже существующие программы и пакеты для создания математический моделей.

2. Национальный. Математическая модель играет важную роль не только на электрических станциях, но и на любом предприятии. Если машины будут работать непрерывно, то это поднимет потенциал Донбасса, а затем и Украины.

3. Локальный. Большинство тем магистерских и аспирантских работ кафедры ЭС связаны с математическим моделированием. Это объясняется актуальностью создания математических моделей и универсальностью их применения.

5.Математическая модель асинхронной машины (АМ)

Для математических моделей электрических машин за основу были взяты уравнения Парка-Горева с учетом эффекта вытеснения тока в пазах ротора. При формировании математической модели АМ воспользуемся классической схемой замещения [3], в которой цепи ротора представлены двумя контурами. Расчетная схема замещения АМ изображена на рис.1

Система дифференциальных уравнений асинхронного электродвигателя (АЭД), записанная в неподвижной системе координат x, y , выглядит следующим образом:

Далее составляются матрицы угловых скоростей вращения ротора и индуктивности контуров (АМ)

Все величины в системе уравнений рис.1 выражены в относительных единицах. Вектор переменных состояния АЭД состоит из вектора токов AM и угловой скорости:

Для решения данной системы неявным методом необходимо применить формулу Гира, выполним линейные преобразования:

Тогда дискретная математическая модель для расчета токов всех контуров АЭД будет соответствовать выражению для обобщенной ДММ сложного элемента:

Седьмая переменная состояния, которую мы принимаем неизменной на текущем шаге, с достаточно высокой точностью вычисляется по явному методу Эйлера:

Дискретная математическая модель АЭД является составной частью ДММ основной многоузловой схемы, состоящей из двухполюсников. Согласно методу подсхем, дискретная схема замещения АМ для расчёта внешних узловых напряжений будет содержать только две эквивалентные статорные ветви, соответствующие осям x и y (рис. 2). Математическая модель АМ, приведенная к схеме замещения рис. 2 содержит только статорные величины токов и напряжений[2]:

Полученные величины интегрируются в ДММ общей схемы как блоки матрицы Yэкв.s.

Резюме Биография Библиотека Ссылки Отчет о поиске Индивидуальный раздел