Новые информационные технологии в энергетике

 

Министерство  образования и науки Российской Федерации

 

 

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электроснабжения и электротехники

 

 

   

 

 Допускаю  к защите

                                                          Руководитель _ М.А. Новожилов         _________

                                                                                                                            подпись

         

                                                                  

 

 

 

НОВЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЭНЕРГЕТИКЕ

Вариант №23

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

 

Новые информационные технологии в Энергетике

 

 

 

Выполнил студент группы      ________                   

                                       шифр     подпись                   И.О. Фамилия

 

Нормоконтроль                                       ____________   ____________________

                                                                    подпись                  И.О. Фамилия 

 

Курсовой проект защищен с оценкой ___________________________________________

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск 2013г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

1 Расчет токов короткого замыкания 3

1.1 Расчет параметров модели воздушной ЛЭП 3

1.2 Расчет параметров модели трансформатора 3

1.3 Параметры модели нагрузки 3

1.4 Модель системы 3

1.5 Процедура расчетов на модели системы 3

2 Рассчитать и построить аппроксимирующую характеристику повторяемости скоростей ветра. 3

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 3

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 3

 

 

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.

 

1. Расчет токов  короткого замыкания

Используя  библиотеки  Simulink и SimPowerSystems набрать  в  трехфазном  исполнении  модель  системы  электроснабжения,  схема  которой представлена  на  рисунке.  Уровни  напряжения  системы  определяются уровнями напряжения  трансформатора  на  его  высокой и низкой  стороне.

Рис.1 Система электросеабжения

1. Расчет  параметров модели воздушной ЛЭП

Активное  и  индуктивное  сопротивление  ВЛ  определяется  выраже-

ниями

 – реактивное сопротивление  схемы замещения линии;

 – активное сопротивление  схемы замещения линии,

где

– погонное реактивное сопротивление линии, Ом/км;

 – погонное активное сопротивление  линии, Ом/км;

Протяженность воздушной ЛЭП  зависит от напряжения на высокой 

стороне  трансформатора и выбирается согласно таблице, здесь же выбираем приближенные  значения  удельных  индуктивных  сопротивлений 

ЛЭП.

Сечение провода  рассчитывается по  экономической  плотности  тока

jэк в соответствии  с выражением: 

F_ЭК

,

где  Fэк  –  сечение  провода;  jэк  –  экономическая  плотность  тока,  которую следует  принять  равной  jэк  =  1,1  А/мм2;  Iном  –  ток  по  линии,  в  данном случае  соответствующей  номинальной  мощности  трансформатора  на высоком напряжении. Его можно вычислить по выражению 

 

 

По  рассчитанному сечению   F_эк выбирается ближайшее большее сечение провода в соответствии с таблицей

Активное  удельное  сопротивление провода  рассчитывается по формуле 

 

где  ρ  –  удельное  сопротивление  металла  или  сплава,  из  которого изготовлен провод, Ом·мм²/км; F_пр – сечение провода, выбранное из ряда

номинальных сечений выпускаемых промышленностью  проводов. Приближенно можно принять  как для алюминиевых, так и  для сталеалюминиевых проводов  воздушных линий значение ρ = 32 Ом·мм2/км.

Расчет  производим в системе MATLAB:

Исходные  данные:

 

№	Тип	Uн,кВ		Схема и группа со- единений обмоток	Потери, Вт		Uк,%	I 0, % от I н
					ХХ	КЗ
23	ТМ-100	35	0,4	Y/Z-11	420	1970	6,5	2,6

Расстояние  линии примем 40км 

Индуктивное сопротивление линии согласно ВН тр-ра (35.кВ):

>> x=0.4*40

x =

    16.Ом

Вычисляем номинальный ток по линии:

>> In=100/(sqrt(3)*35)

In =

       1.6496.А

Вычисляем сечение провода 

>> F=In/1.1

F =

     1.4996.мм²

Выбираем  марку провода А-50

Вычисляем активное сопротивление линии:

>> r0=32/50

r0 =

    0.64.Ом/км

>> R=r0*40

R =

      25.6.Ом

Перевод индуктивного сопротивления из Ом в Гн выполняем  делением на 314 Ом/314. Т.к  , где =2*3,14*50=314

2. Расчет  параметров модели трансформатора

В настроечной  коробке двух обмоточного  трехфазного  трансформатора  задаются  его  параметры,  соответствующие  параметрам  схемы  замещения  одной фазы трансформатора.

Параметры  схемы  замещения  трансформатора  рассчитываются    по

следующим выражениям:

Сопротивления ветви намагничивания:

,

где ∆P_кз, ∆P_xx, S_н  задается в МВА, U_н в кВ. В скобках приведены формулы для вычисления параметров в относительных единицах.

В  двух  обмоточном  трансформаторе  сопротивление  первичной  обмотки  близко к приведенному сопротивлению  вторичной обмотки, т.е. = ,

Расчет  производим в системе MATLAB:

 

По  каталожным данным ∆P_xx = 3,9.КВт

Вычисляем сопротивления в относительных  единицах:

>> x1=0.5*(6.5/100)

x1 =

    0.0325

>> r1=0.5*(0.0235/2.5)

r1 =

    0.0047

>> Xmi=100/1.1

Xmi =

   90.9091

>> Rmi=0.0039/2.5

Rmi =

    0.0016

3. Параметры модели нагрузки 

Мощность  нагрузки  соответствует  номинальной  мощности  трансформатора.  Нагрузка  моделируется  блоком  3  Phase  Parallel  RLC  Load  на напряжении  обмотки  низкой  стороны  трансформатора.  Коэффициент мощности нагрузки принять  равным cosφ =0,85 при активно-индуктивной  нагрузке. 

 

 

 

 

Расчет  производим в системе MATLAB:

>> InNN=2500/6.3

InNN =

  396.8254.A

>> P=6300*InNN*0.85

P =

     2125000.Вт

>> Q=sqrt(2500000^2-P^2)

Q =

    1317000.вар

4. Модель  системы

Система моделируется блоком   3 Phase Sourсe. Следует  учитывать, что системы напряжением 35, 10, 6 кВ имеют изолированную нейтраль, а нейтраль  системы  напряжением  110  кВ  и  выше  заземлены. В  этой  связи  обмотка  трансформатора, подключенная  к  трехфазному  источнику  с номинальным уровнем  напряжения 35, 10, 6 кВ, должна быть соединена  в треугольник.

Внутреннее  сопротивление источника трехфазного  напряжения в  его настроечной  коробке выбирается следующим образом. Активное внутреннее сопротивление  источника принимается равным нулю, а индуктивное рассчитывается по выражению

 

где Uном – номинальное напряжение сети,

- ток трехфазного короткого замыкания  в сети, значение которого следует  принять равным 50 кА.

Расчет  производим в системе MATLAB:

>> Xvn=35/(sqrt(3)*50)

Xvn =

    0.4041

5. Процедура расчетов на модели системы

Установить  трехфазный  короткозамыкатель  в  одной  из  точек схемы  системы, и настроить его на трехфазное кз. Установить в модели измерительные  приборы.  Установить параметры моделирования  в опции Simulation, соответствующие особенностям модели. Запустить модель. Выбрать  фазу,  ток короткого  замыкания    в которой имеет наибольшее значение максимального переходного тока (это фаза с начальным  значением  напряжения   в  трехфазном источнике  равном нулю)..

Расчет  тока КЗ в т.1:

 

Рис. 2 Система электроснабжения в  Simulink

 

Максимального  значения  переходного (ударного) тока КЗ равно 450.А.

Рис.3 осциллограмма максимального  значения  переходного (ударного) тока кз

 

Выделить  периодическую  и  апериодическую  составляющие  переходного тока, используя специальную программу. Определить  графически  постоянную  времени  апериодической  составляющей переходного тока

Рис.4 Периодическая и апериодическая тока кз

 

Расчет  тока КЗ в т.2:

Рис. 5 Система электроснабжения в  Simulink

 

 

Максимального  значения  переходного (ударного) тока КЗ равно 2500.А.

Рис.6 осциллограмма максимального  значения  переходного (ударного) тока кз

 

 

Выделить  периодическую  и  апериодическую  составляющие  переходного тока, используя специальную программу. Определить  графически  постоянную  времени  апериодической  составляющей переходного тока

 

Рис.7 Периодическая и апериодическая тока кз

 

 

2. Рассчитать  и построить аппроксимирующую характеристику повторяемости скоростей ветра.

Для метеостанции Узур в  феврале месяце ( ) фактическая повторяемость скоростей ветра по многолетним данным фактических наблюдений составляет:

, м/с	0-1	2-3	4-5	6-7	8-9	10-11	12-13	14-15
, м/с	0,5	2,5	4,5	6,5	8,5	10,5	12,5	14,5
, ‰	204	426	251	77	26	13	1	2