ЭССЭС ЛР 2013

3.3. Порядок выполнения работы.

3.3.1.Загрузить файл Lab_N3.mdl, если он не был загружен ранее.

3.3.2.Сохранить данный файл под новым именем xxxx_Lab_N3.mdl в папке «Студенты\3курс» (хххх – любой набор латинских символов).

3.3.3.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). После этого можно приступать к снятию характеристик режимов линии электропередачи согласно при активной нагрузке (п. 3.1а). Необходимо помнить, что все характеристики снимаются при напряжении U2 = const.

Рис. 3.2

3.3.4.Установить на модели погонные параметры и длину линии l. 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” из-

менять не следует.

3.3.5.Установить предварительно на модели напряжение источника питания узла 1 – 110 кВ. Для этого необходимо два раза щелкнуть на пиктограмме

11

трансформатора Т (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.

3.3.6. Установить на модели параметры нагрузки Рn2=0,1Рнат, QnL=0. QnC=0 для первой точки характеристик режимов (параметры нагрузки задаются для одной фаза, т.е. Sn2/3). 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)”

и “Measurements” изменять не следует.

Кнопкой пуск запустить программу (см. п. 3.3.3.). По окончании выполнения программы (прекращение изменения показаний дисплеев) необходимо зафиксировать напряжение U2. Если это напряжение не соответствует величине 110 кВ, то необходимо изменить напряжение источника узла 1 по методике, изложенной в п. 3.3.5. и снова запустить программу. После того, как будет установлен заданный режим (U2 = 110 кВ), записать показания приборов в табл. 3.2 (столбец Q2 можно не заполнять).

									Таблица 3.2
			Р2= _______; Q2L= ________; Q2С= ________;
	№ опыта	U2, кВ	Р2,	Q2,	U1, кВ	Р1,	Q1,	S1,	tg φ	К.П.Д.
			МВт	Мвар		МВат	Мвар	МВА		( )
	1
	2

3.3.7. Повторить п. 3.3.6. для значений активных мощностей нагрузки

Р2=0,2Рнат; Р2=0,4Рнат; Р2=0,6Рнат; Р2=0,8Рнат; Р2=1,0Рнат; Р2=1,2Рнат; Р2=1,4Рнат и

результаты занести в табл. 3.2.

3.3.8.Исследовать влияние реактивной индуктивной нагрузки на параметры режима в начале линии электропередачи при постоянстве напряжения на нагрузке (п. 3.1б). В этом случае мощность активной нагрузки устанавливается

равной натуральной мощности линии (Р2 = Рнат), а мощность реактивной ѐмкостной – равной нулю. Реактивная индуктивная нагрузка задается следующими значениями: 0,05; 0,15; 03; 0,45; 0,6; 0,75; 0,9 от натуральной мощности. Далее опыт проводится аналогично опыту п. 3.2.6. и результаты заносятся в таблицу 3.2 (столбец Р2 можно не заполнять).

3.3.9.Исследовать влияние реактивной ѐмкостной нагрузки на параметры режима в начале линии электропередачи при постоянстве напряжения на нагрузке (п. 3.1б). В этом случае мощность активной нагрузки устанавливается равной натуральной мощности линии (Р2 = Рнат), а мощность реактивной индук-

12

тивной – равной нулю. Реактивная ѐмкостная нагрузка задается следующими значениями: 0,05; 0,15; 03; 0,45; 0,6; 0,75; 0,9 от натуральной мощности. Далее опыт проводится аналогично опыту п. 3.2.6. и результаты заносятся в табл. 3.2 (столбец Р2 можно не заполнять).

3.4. Содержание отчета.

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

3.4.3. По опытным данным построить следующие графики:

–зависимостей Р1, Q1, U1, tg φ1, η от Р2 при Q2=0;

–зависимостей Р1, Q1, U1, tg φ1, η от Q2 при Р2=Рнат для случаев индуктивной

иѐмкостной нагрузок.

3.4.4.Для Р2 = Рнат аналитически определить Р1, Q1, U1, tg φ1, η. линии электропередачи и сопоставить их с результатами математического моделирования.

3.4.5.Построить векторные диаграммы для следующих случаев:

–Q2 = 0; Рн = var;

–Р2 = Рнат, Q2 = var при индуктивном и ѐмкостном характерах нагрузок.

Для построения векторных диаграмм используется выражение

U U			Pн Rл Qн Х л	j	Рн Х л Qн Rл	.
	2
1			U2		U2

Вектор U2 совмещается с действительной осью. Реактивная мощность берется с учетом знака.

3.4.6. Проанализировать полученные результаты и сделать выводы о влиянии Рн и Qн на параметры режима в начале линии.

4. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4. ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СЕТИ

СДВУХСТОРОННИМ ПИТАНИЕМ

4.1.Цель работы:

–исследование установившихся режимов электрической сети с двухсторонним питанием при одинаковых и различающихся напряжениях источников питания (определение потокораспределения активных и реактивных потоков мощностей, потерь мощностей и напряжения на участках сети, уровней напряжения в узлах присоединения нагрузок);

–опытное подтверждение теоретических положений, лежащих в основе методики расчета подобных сетей.

4.2. Исходные положения.

4.2.1. Исследуемая электрическая сеть представлена на рис. 4.1 и состоит из четырех линий L1…L4 и трех нагрузок Sн1…Sн3. Номинальное напряжение сети Uном = 110 кВ. В работе рассматриваются три режима работы электрической сети:

13

а) напряжения источников питания одинаковы, т.е. UА = UB = К1Uном;

б) напряжения источников питания различны – UА = К1Uном; UB = К2Uном; в) источник питания В отключен от сети, а UА = К1Uном.

A

1

B

L1

L2

2

L3

3

L4

Sн1

Sн2

Sн3

Рис. 4.1

4.2.2. Параметры исследуемой сети представлены в табл. 4.1.

Таблица 4.1

	Вари-	Марка провода и длина линии, км				Нагрузка, МВА			Коэффици-
									енты
	ант
		L1	L2	L3	L4	Рн1+jQн1	Рн2+jQн2	Рн3+jQн3	К1	К2
	1	АС-240	АС-120	АС-120	АС-240	20+j12	25+j15	30+j17	1,15	1,05
		40	85	30	50
	2	АС-240	АС-120	АС-120	АС-240	15+j8	30+j15	20+j10	1,0	1,05
		20	55	65	30
	3	АС-240	АС-120	АС-120	АС-240	40+j15	20+j15	15+j8	1,15	1,1
		45	30	20	65
	4	АС-240	АС-120	АС-120	АС-240	12+j7	20+j15	40+j15	1,1	1,15
		90	15	65	35
	5	АС-240	АС-120	АС-120	АС-240	35+j18	20+j12	15+j6	1,1	1,05
		75	20	65	45
	6	АС-185	АС-120	АС-120	АС-185	15+j6	9+j5	25+j12	1,05	1,1
		45	30	20	65
	7	АС-185	АС-120	АС-120	АС-185	30+j15	22+j10	10+j6	1,05	1,15
		65	30	30	45
	8	АС-185	АС-120	АС-120	АС-185	30+j15	10+j6	20+j15	1,05	1,0
		85	20	30	35
	9	АС-185	АС-120	АС-120	АС-185	20+j10	20+j15	20+j7,5	1,1	1,15
		40	65	50	30
	10	АС-185	АС-120	АС-120	АС-185	15+j9	30+j15	20+j9	1,1	1,05
		85	20	30	35

4.2.3. 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. 4.2 представлена однофазная модель исследуемой электрической сети. В качестве источников питания A и B электрической сети рис. 4.1 в модели рис. 4.2 используются трансформаторы Т1 и Т2 большой мощности с бесконечно малым сопротивлением обмоток. Обозначения линий L1…L4 исследуемой сети рис. 4.1 и модели рис. 4.2 совпадают. Нагрузка исследуемой сети моделируется параллельно включенными активным и индуктивным сопротивле-

14

ниями (Sн1…Sн3). 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.). Все показания параметров режима на дисплеи выводятся как для трехфазной сети, т.е. в виде линейных напряжений и суммарных мощностей трех фаз.

4.2.4. Перед выполнением лабораторной работы на модели необходимо:

–составить схему замещения исследуемой сети;

–составить расчетную схему исследуемой сети;

–рассчитать параметры режима электрической сети для случая, когда напряжения источников питания А и В равны (см. п. 4.2.1а);

–изучить модель (см. рис. 4.2) и методику ввода параметров модели по приложению 2.

4.3. Порядок выполнения работы.

4.3.1. Загрузить файл Lab_N4.mdl, если он не был загружен ранее.

4.3.2. Сохранить данный файл под новым именем xxxx_Lab_N4.mdl в папке «Студенты\3курс» (хххх – любой набор латинских символов).

4.3.3. 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).

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 Sн1...Sн3 (параметры нагрузки задаются для одной фаза, т.е. Sнi/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.

15

16

Рис. 4.2.

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 режи-

мов.

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

5. ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №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 потоко-

17

распределение 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.

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

Si=Sie+Sур,

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

5.2.4.При уравновешенных коэффициентах трансформации трансформато-

ров в контуре (КТ1 = КТ2) уравнительные ЭДС и мощность равны нулю, т.е. Sур=0 и Еур = 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 состав-

ляющая Еур1 позволяет свести естественное распределение реактивных мощностей к экономическому, а поперечная Еур2 – 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.

5.2.5.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.

5.2.6.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 на-

грузок Sн1…Sн5. Питание нагрузок выполнено от двух трансформаторов ТДН25000/110/10.

18

110 кВ

Т1

A

L1

1

L2

2

L3

3

10 кВ

Sн1

Sн2

Sн3

L7

Т2

B

L6

5

L5

4

L4

10 кВ

Sн5

Sн4

Рис. 5.1

5.2.7.Параметры исследуемой сети представлены в табл. 5.1. Напряжение

вторичной обмотки трансформатора Т1 принять равным 10,5 кВ, т.е. UТ1=10,5 кВ. Напряжение вторичной обмотки трансформатора Т2 (UТ2) также принять равным 10,5 кВ, если нет дополнительных указаний при выполнении отдельных пунктов лабораторной работы.

5.2.8.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 (см. 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 ак-

тивным и индуктивным сопротивлениями (Sн1…Sн5). 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; Ppoteri_otn10 – потери мощности в сети 10 кВ, отнесенные

ксуммарной 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.

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

19

Таблица 5.1

Ва

Нагрузка потребителей

Число х сечение кабеля-провода (мм2)

длина линии (км)

ри

К

Sн1,

Sн2,

Sн3,

Sн4,

Sн5,

ант

L1

L2

L3

L4

L5

L6

L7

МВА

МВА

МВА

МВА

МВА

1

2,0+j0,9

2,4+j0,8

3,0+j1,2

2,7+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240)

2(3х185)

3х150

3х150

2(3х185)

2(3х240)

АС-120

1,0

2,0

3,5

3,2

2,8

3,6

3,0

15

2

2,4+j0,8

3,0+j1,2

2,7+j0,9

3,0+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240)

2(3х185)

3х150

3х150

2(3х185)

2(3х240)

АС-120

1,02

2,5

2,7

3,0

3,5

3,0

2,9

25

3

3,0+j0,9

2,4+j0,8

1,8+j1,2

2,7+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240)

2(3х185)

3х150

3х150

2(3х185)

2(3х240)

АС-120

1,1

3,5

2,5

3,0

1,5

3,0

2,9

12

4

2,8+j0,8

3,0+j0,9

2,4+j0,8

1,8+j0,9

2,7+j0,9

2(3х240)

2(3х185)

3х150

3х150

2(3х185)

2(3х240)

АС-120

1,07

2,0

3,5

1,5

3

2,3

2,0

18

5

3,0+j0,9

2,4+j0,8

1,8+j0,7

2,7+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240)

2(3х185)

3х150

3х150

2(3х185)

2(3х240)

АС-120

1,09

2,0

3,5

2

3

1,5

2,0

10

6

3,3+j0,8

1,8+j0,6

2,7+j0,9

3,0+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240)

2(3х185)

3х150

3х150

2(3х185)

2(3х240)

АС-120

1,12

20

2,0

3,5

4,5

2,0

4,0

3,0

18

7

2,8+j0,8

2,4+j0,8

3,0+j0,9

1,8+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240)

2(3х185)

3х150

3х150

2(3х185)

2(3х240)

АС-120

1,03

2,5

3,5

4,5

2,0

4,0

2,0

20

8

1,8+j0,9

2,8+j0,8

3,0+j0,9

2,4+j0,8

3,0+j0,9

2(3х240)

2(3х185)

3х150

3х150

2(3х185)

2(3х240)

АС-120

1,15

2,0

3,5

2,5

2

2,0

3,0

8

9

3,0+j0,9

2,4+j0,8

2,4+j0,8

3,0+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240)

2(3х185)

3х150

3х150

2(3х185)

2(3х240)

АС-120

1,1

2,0

2,5

1,8

3,0

2,4

3,0

15

10

3,4+j0,8

1,8+j0,9

2,7+j0,9

3,0+j0,9

2,8+j0,8

2(3х240)

2(3х185)

3х150

3х150

2(3х185)

2(3х240)

АС-120

1,0

2,0

3,5

4

3

1,0

2,0

14