Новые информационные технологии в энергетике

Министерство образования и  науки Российской Федерации

 

 

Иркутский государственный технический  университет

 

 

Кафедра электроснабжения и электротехники

 

 

 

                                                                  Допускаю к защите

                                                                  Руководитель______________подпись___________

                                                                                                          ________________________

                                                                                                                   И.О.Фамилия

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К курсовой работе

по дисциплине: «Новые информационные технологии в энергетике»

Вариант № 8

 

 

 

 

 

 

             Выполнил студент группы     ________    ____________     И.Ю.Жданов

                                                                 шифр              подпись         И.О. Фамилия

 

               Нормоконтроль                                           ____________     В.А.Пионкевич

                                                                                        подпись          И.О. Фамилия

 

             Курсовой проект защищен с оценкой _______________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск 2014

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1 Расчет токов короткого замыкания Ошибка! Закладка не определена.

1.1 Расчет параметров модели воздушной ЛЭП Ошибка! Закладка не определена.

1.2 Расчет параметров модели трансформатора Ошибка! Закладка не определена.

1.3 Параметры модели нагрузки Ошибка! Закладка не определена.

1.4 Модель системы 7

1.5 Процедура расчетов на модели системы Ошибка! Закладка не определена.

2 Рассчитать и построить аппроксимирующую характеристику повторяемости скоростей ветра Ошибка! Закладка не определена.

3 Переходные процессы…………………………………………………….13

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 155

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 166

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Эффективный подход к компьютерной реализации научно-технических расчетов и, в частности, расчетов электрических  цепей в современных условиях связан с применением универсальных  вычислительных систем, таких как  MATLAB и др. Они обладают развитыми средствами визуализации результатов вычислений и их использование не требует больших затрат времени на составление и отладку программ. Поэтому перечисленные программные средства широко применяются при преподавании инженерных дисциплин во всем мире, и действующая в России программа курса «Математические задачи электроэнергетики» также предусматривает их использование.

Использование этих программ требуют от студента лишь ввода исходных данных, после чего, нажав на ту или  иную клавишу, он получает решение в  идее таблиц и графиков. При этом алгоритм вычислений – используемые формулы и последовательность их расчетов, заданные разработчиком программы,–  обычно остается вне поля зрения пользователя.

Программа Simulink является приложением к пакету MATLAB. При моделировании с использованием Simulink реализуется принцип визуального программирования, в соответствии с которым пользователь на экране из библиотеки  стандартных  блоков  создает  модель  устройства  и  осуществляет  расчеты. При этом в отличие от классических способов моделирования пользователю не нужно  досконально  изучать  язык  программирования  и  численные методы математики, а достаточно общих знаний, требующихся при работе на компьютере и, естественно, знаний той предметной области, в которой он работает.

В первой части работы мы проведем расчет токов короткого  замыкания в разных точках системы  электроснабжения.  Во второй части  мы рассчитаем аппроксимирующую характеристику повторяемости скоростей ветра.

И после решения мы должны убедиться в простоте и быстроте, а главное точности использования  вычислительной системы MATLAB и использования ее приложения Simulink.

Система MATLAB является одним из эффективнейших средств выполнения расчетов, визуализации их результатов, обработки данных эксперимента, их анализа и моделирования. Формулировка задач и схема их решения средствами MATLAB изображаются понятными математическими выражениями, близкими к традиционным формулам, связывающим векторные или особенно если они имеют матричную или векторную форму, быстрее чем с помощью программ, написанных на «скалярных» языках типа С или ФОРТРАН. Программы, составляемые для сравнительно несложных вычислений в среде MATLAB, компактны и являются продуктами «разового» пользования. Вместе с тем на базе MATLAB могут создаваться и большие программные комплексы, предназначенные для решения сложных прикладных задач.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание 1

Используя библиотеки Simulink и SimPowerSystems набрать в трехфазном исполнении модель системы электроснабжения, схема которой представлена на рисунке 1.

 

 

                                 Рисунок.1

 

Технические данные трансформатора:

Тип: ТДН-16000/35

Мощность:16 МВА.

Напряжение обмоток:

ВН – 36,75 кВ

НН – 6,3 кВ

Uk – 10 %.

ΔPкз – 100 кВт.

I0 – 0,6 %.

 

Расчет параметров модели воздушной  ЛЭП:

По заданному значению выбираем длину линии и удельное сопротивление линии .

= 50 км;  

 

 

 

 

Марка провода ЛЭП: АС – 240

 

 

 

 

 

Расчет параметров модели трансформатора:

 

 

 

 

 

Модель системы:

 

 

Модель нагрузки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Модель, составленная в SimPowerSystem.

 

                         Рисунок 2. Модуль системы электроснабжения при КЗ-1.

 

 

 

Рисунок 3. Осциллограмма напряжения и тока фазы А при КЗ-1

 

                   Рисунок 4. Периодическая и апериодическая составляющая тока при КЗ-1.

 

 

 

Короткое замыкание в точке  К2.

Рисунок 5. Модель системы электроснабжения при КЗ-2.

 

Рисунок 6. Осциллограмма напряжения и тока фазы А при КЗ-2.

 

Рисунок 7. Периодическая и апериодическая составляющая тока при КЗ-2.

 

 

 

Задание 2

Рассчитать  и построить аппроксимирующую характеристику повторяемости скоростей ветра по многолетним данным фактических наблюдений.  Многолетние данные представлены в виде гистограммы повторяемости скоростей ветра в заданном диапазоне  скоростей. Для аппроксимации использовать двухпараметрическое распределение Вейбулла, имеющее следующее выражение:

 

где t – вероятность появления текущей скорости ветра; интервал градаций скоростей ветра; V – текущая скорость ветра в интервале параметры распределения Вейбулла.

Исходными данными  для расчета является гистограмма (частость) скорости ветра в заданном интервале скоростей ветра, регламентированных нормативными документами по обработке фактических данных наблюдений, получаемых с метеорологических станций.

Регламентированные  интервалы скоростей ветра, в  которых определяется частость появления скоростей по данным многолетних наблюдений, м/с:

0-1; 2-3; 4-5; 6-7; 8-9; 10-11; 12-13; 14-15; 16-17; 18-20; 21-24; 25-28; 29-34; 35-40.

Средние значения скорости ветра  в интервале, м/с:

0,5; 2,5; 4,5; 6,5; 8,5; 10,5; 12,5; 14,5; 16,5; 19; 22,5; 26,5; 31,5; 37,5.

Фактическая повторяемость скоростей ветра  задается в справочных данных по каждому месяцу года в виде следующей таблицы:

Таблица 1. Повторяемость скоростей  ветра в году                                     

 Задача аппроксимации состоит  в том, чтобы гистограмму повторяемости  скоростей ветра, являющейся дискретной функцией от скорости ветра (повторяемость задана постоянным значением в интервале скоростей ветра),       превратить в непрерывную функцию вероятности появления скоростей ветра для любого заданного значения скорости ветра V.

   Для определения параметров  уравнения Вейбулла β, γ, аппроксимирующего фактические данные повторяемости, используются следующие расчетные соотношения:

 

где - коэффициент вариации; среднее значение скорости ветра в интервале; Г(x) –гамма функция интегральное преобразование, определяемое выражением

 

   Коэффициент вариации подсчитывается  по выражению

 

   В выражениях для коэффициента  вариации:  М₂ – относительный начальный момент второй степени; z – число градаций скоростей ветра, при которых фактическая повторяемость больше нуля.

   Задачей расчета является  вычисление М₂, С_V, а затем β и γ с использованием программы MATLAB, позволяющего выполнять операции с векторами.

Расчет.

Для метеостанции  U-6, «Узур- июнь» фактическая повторяемость скоростей ветра составляет:

 

Таблица 2.

ΔV ,м/с	0-1	2-3	4-5	6-7	8-9	10-11
ΔV ср, м/с	0,5	2,5	4,5	6,5	8,5	10,5
t,%0	232	415	243	79	24	7

 

   В табл.2 – интервалы градаций скоростей ветра, м/с; - средняя скорость в интервале, м/с; t,%о - повторяемость скоростей ветра в интервале в процентилях (тысячных процентах).

   В результате расчетов  получаем:

М₂ = 1.4536; C_V = 0.6735; γ = 1.4848; β = 1.8154. Для определения β предварительно потребовалось рассчитать значение Г-функции от аргумента   (1+1/γ)= 1.6735которое определялось в MATLAB, задав команду gamma(1+1/1.4848).

 

Программа расчета в MATLAB:

>> v=[0.5 2.5 4.5 6.5 8.5 10.5]

t=[232 415 243 79 24 7]

a=v*(t')*0.001

b=(v.^2)*(t')*0.001

m=b/(a^2)

Cv=sqrt(m-1)

gamma=1/Cv

GF=(1+1/gamma)

beta=a/GF

v=0:0.1:12; t=(2/beta)*((v/beta).^(gamma)).*exp(-(v/beta).^gamma)*100;

plot(v,t); grid on;

v = 0.5000    2.5000    4.5000    6.5000    8.5000   10.5000

t = 232   415   243    79    24     7

a = 3.0380

b = 13.4160

m = 1.4536

Cv = 0.6735

gamma = 1.4848

GF = 1.6735

beta = 1.8154

Рисунок 8. Годовая энергия ветрового  потока.

 

>> v=[0.5 2.5 4.5 6.5 8.5 10.5]

t=[232 415 243 79 24 7]

A=(v.^3)*(t')*0.001 

W=A*0.5*1.22*8760

plot(v,t);grid on

v =0.5000    2.5000    4.5000    6.5000    8.5000   10.5000

t = 232   415   243    79    24     7

A = 73.1945

W =3.9112e+005

plot(v,t);grid on

Рисунок 9. Годовая энергия ветрового  потока.

 

 

Задание 3

В третьем  задании следует рассчитать переходные процессы в линейных электрических цепях постоянного тока, вызванные включением (отключением) коммутационного аппарата (выключателя). Задание взято из курсовой работы по ТОЭ, как пример еще одного способа решения задачи расчета электрических цепей с использованием новых информационных технологий.

Исходные  данные:

Вариант 8

Рис.8

R₁ = 10 Oм

R₂ = 10 Oм

R₃ = 10 Oм

L₁ = 10 мГн

C₂ = 40 мкФ

Е = 30 В

Определить:

U_L1(t), U_R1(t)-?

 

Электрическая схема:

 

      Рисунок 10. Электрическая схема.

 

Схема MATLAB:

Рисунок 11. Схема MATLAB.

 

 

 

 

Осциллограммы тока и напряжения:

 

Рисунок 11. Осциллограммы напряжения и тока.

 

 

 

 

 

                                      ЗАКЛЮЧЕНИЕ                                                                                                     Использование системы MATLAB показало, что расчеты и построения графиков в ней намного проще и удобней, чем расчет вручную. В первом разделе нашей курсовой работы достаточно рассчитать необходимые данные для ввода в программу и в результате мы получаем точные графики токов короткого замыкания. С помощью которых уже легко вычислить все необходимые нам значения. К примеру такие как ударная сила тока, апериодическая и периодическая составляющие тока короткого замыкания.

Во втором разделе строили аппроксимирующую характеристику повторяемости скоростей ветра. С помощью нее мы получили среднегодовую удельную энергию ветра. Этот расчет показывает какого будет использования ветроэнергетики в данном районе, стоит ли там устанавливать ветро-установку.

Овладение основным приемам работы с программой позволяет нам резко  сократить затраты времени на такой рутинный элемент учебной  работы, как построение графиков по результатам вычислений и экспериментов  при выполнении расчетных заданий и отчетов.

 

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

 

1. MATLAB в электроэнергетике: учеб. пособие / М.А. Новожилов. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2008. – 208 с.

2. Новгородцев, А.Б. Расчет  электрических цепей в MATLAB  | Текст |: Учебный курс. А.Б. Новгородцев. – СПб.: Питер, 2004. – 250 с.: ил. ISBN 5-94723-699-0

3. Дьяконов, В.П. MATLAB 6/6.1/6.5 + Simulink 4/5/. Основы применения | Текст |: Полное руководство пользователя. В.П. Дьяконов. М.: СОЛОН-Пресс. - 2002. - 768 с. ISBN 5-98003-007-7

4. Мартынов Н.Н. Введение  в MATLAB.-М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2002 – 352

5. Федоренков А.П. Кимаев А.М. AutoCAD 2002: практический курс.- М.; Издательство “Десс Ком”, 2002. -576 с., ил.