УСТОЙЧИВОСТЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

УСТОЙЧИВОСТЬ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Учебная программа
для специальности 1-43 01 02 «Электроэнергетические системы и сети»
1. Цели и задачи учебной дисциплины
Цель дисциплины – формирование знаний по физическим процессам, протекающим
в элементах электроэнергетических систем при переходе от одного режима к другому,
методам их расчета и анализа, формирование умений и компетенций по основам
обеспечения устойчивости электроэнергетических систем, развитие и закрепление
академических и социально-личностных компетенций.
Основными задачами дисциплины являются: усвоение физики изучаемых явлений,
получение знаний о средствах и способах управления электромеханическими
переходными процессами, приобретения опыта и умения практических расчетов и
экспериментальных исследований устойчивости электроэнергетических систем.
в результате изучения дисциплины студент должен
знать:
- терминологию по устойчивости электроэнергетических систем;
- физическую сущность электромеханических переходных процессов в
электроэнергетических системах;
- основные математические выражения;
- математические модели основных элементов электроэнергетической системы;
- критерии статической и динамической устойчивости;
- методы оценки устойчивости электроэнергетических систем;
- пути повышения статической и динамической устойчивости;
уметь:
- выбирать модели и методы для оценки устойчивости электроэнергетических
систем;
- рассчитывать статическую и динамическую устойчивость электроэнергетической
системы и узлов нагрузки, применяя традиционный ручной счет и специальные
программные средства на ЭВМ;
- давать инженерную оценку полученных результатов расчетов устойчивости;
- рассчитывать запасы устойчивости систем;
- выбирать рациональные пути повышения статической и динамической
устойчивости при расчетных или нормативных возмущениях в электроэнергетической
системе.
2. Виды занятий и формы контроля
Виды занятий и формы контроля
Дневное
Заочное
отделение
отделение
Курс
4
4, 5
Семестр
7
8, 9
Лекции, час
48
12
Лабораторные занятия, час
16
8
Практические занятия, час
32
8
Экзамен (семестр)
7
8
Курсовая работа (семестр)
7
9
Самостоятельная работа, час
96
164
Аудиторных часов
96
28
Всего часов изучения дисциплины
192
192
3 Содержание учебной дисциплины
3.1 Темы и их содержание
Тема 1. Введение. Математические модели основных элементов
электроэнергетической системы
Характеристика курса и его место в обучении. Краткая история возникновения и
развития проблемы устойчивости электроэнергетических систем. Сущность проблемы
устойчивости электроэнергетических систем. Основные понятия и определения.
Математические модели и схемы замещения синхронной машины. Математические
модели и схемы замещения асинхронного двигателя. Математические модели и схемы
замещения электрической сети. Математические модели нагрузки.
Тема 2. Статическая устойчивость электроэнергетических систем
Характеристика мощности простейшей системы электропередачи. Физический
смысл угла . Понятие о статической устойчивости системы. Характеристика мощности
при сложной связи синхронной машины с энергосистемой. Влияние параметров схемы на
характеристики мощности. Характеристики мощности генераторов с автоматическими
регуляторами возбуждения. Действительный предел мощности. Векторные диаграммы и
основные уравнения простейшей системы. Упрощенное представление генераторов в
расчетах статической устойчивости. Векторная диаграмма и характеристики мощности
явнополюсных машин.
Тема 3. Динамическая устойчивость электроэнергетических систем
Понятие о динамической устойчивости системы. Основные допущения
упрощенного анализа динамической устойчивости. Схемы замещения системы при
коротком замыкании. Оценка динамической устойчивости системы методом площадей.
Определение предельного угла отключения короткого замыкания. Оценка эффективности
АПВ линий электропередачи методом площадей. Аналитическое определение
предельного времени отключения трехфазного короткого замыкания. Численное решение
уравнения движения ротора методом последовательных интервалов. Определение
предельного времени отключения КЗ.
Тема 4. Устойчивость нагрузки электроэнергетических систем
Общая характеристика узлов нагрузки. Характеристики синхронных двигателей.
Характеристики асинхронных двигателей. Оценка статической устойчивости
асинхронных и синхронных двигателей. Вторичные критерии устойчивости нагрузки.
Влияние конденсаторных батарей на устойчивость нагрузки. Лавина напряжения в узле
нагрузки. Влияние больших возмущений на режим работы нагрузки. Динамическая
устойчивость двигателей при изменении напряжения. Наброс нагрузки на двигатели.
Самозапуск двигателей.
Тема 5. Асинхронные режимы электроэнергетических систем
Возникновение и общая характеристика асинхронных режимов. Параметры
основных элементов электроэнергетических систем при асинхронных режимах.
Нарушение синхронизма и переход в асинхронный режим. Изменение режимных
параметров системы при асинхронном ходе. Последствия асинхронных режимов.
Ресинхронизация и результирующая устойчивость.
Тема 6. Устойчивость сложных энергосистем
Общий подход к анализу устойчивости. Метод малых колебаний для оценки
статической устойчивости электроэнергетической системы. Анализ статической
устойчивости системы с учетом демпфирования Самораскачивание и самовозбуждение в
электроэнергетической системе. Критерий Гурвица для оценки статической устойчивости.
Критерий устойчивости Рауса. Критерий устойчивости Михайлова. Метод D-разбиения.
Оценка статической устойчивости системы при автоматическом регулировании
возбуждения генераторов. Второй метод Ляпунова для оценки устойчивости системы.
Оценка динамической устойчивости сложных энергосистем. Нормативные требования
устойчивости энергосистем. Новые методы и программы на ЭВМ для оценки
устойчивости энергосистем.
Тема 7. Неустойчивость частоты энергосистемы
Общая характеристика проблемы. Лавина частоты. Динамические характеристики
энергосистемы по частоте. Отключение части потребителей при аварийном снижении
частоты.
Тема 8. Мероприятия по повышению устойчивости электроэнергетических
систем
Классификация мероприятий повышающих устойчивость электроэнергетических
систем.
Конструктивное
улучшение
параметров
основных
элементов
электроэнергетической системы. Дополнительные средства повышения устойчивости.
Повышение устойчивости средствами автоматики. Мероприятия эксплуатационного
характера для обеспечения устойчивости электроэнергетических систем.
4. Информационно-методическое обеспечение
4.1 Основная литература
1. Калентионок Е.В. Устойчивость электроэнергетических систем – Минск:
Техноперспектива, 2007. – 350 с.
2. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических
системах. – М.: Высшая школа, 1985. – 536 с.
3. Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем. – М.: Энергия, 1978.
– 456 с.
4. Устойчивость электроэнергетических систем. Сборник задач и примеры их
решений/ Е.В. Калентионок, А.А. Волков, Е.В. Мышковец, В.М. Цыганков. – Минск:
БНТУ, 2007. – 131 с.
5.
Калентионок
Е.В.,
Филипчик
Ю.Д.
Исследование
устойчивости
электроэнергетических систем на ЭВМ. Методическое пособие к курсовой работе. –
Минск: БНТУ, 2010. – 84 с.
4.2 Дополнительная
1.
Электрические
системы.
Управление
переходными
процессами
электроэнергетических систем / Под ред. В.А. Веникова. – М.: Высшая школа, 1982. – 247
с.
2. Переходные процессы электрических систем в примерах и иллюстрациях. – М.:
ГЭИ, 1967. – 457 с.
3. Гуревич Б.Е., Либова Л.Е., Хачатрян Э.А. Устойчивость нагрузки электрических
систем. – М.: Энергоатомиздат, 1981. – 208 с.
4. Гуревич Б.Е., Либова Л.Е. Окин А.А. Расчеты устойчивости и противоаварийной
автоматики. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 390 с.
5. Андерсон П., Фуад А. Управлением энергосистемами и устойчивость. - М.:
Энергия, 1980. – 568 с.
6. Винославский В.Н., Пивняк Г.Г. Несен Л.И., Рыбалко А.Я., Прокопенко В.В.
Переходные процессы в системах электроснабжения. – Киев: Вища школа, 1989.– 422 с.
7. Лабораторные работы (практикум) по дисциплине “Устойчивость электрических
систем”. – Минск: БГПА, 1998. – 98 с.
8. Куликов Ю.А. Переходные процессы в электрических системах. – М.: Мир, 2003.
– 283 с.
9. Горев А.А. Переходные процессы синхронной машины. – М.-Л.: Госэнергоиздат,
1950. – 551 с.
10. Калентионок Е.В., Файбисович В.Н. Применение вычислительной техники для
анализа электромеханических переходных процессов в системах электроснабжения. –
Мн.: БПИ, 1987. – 76 с.
11. Руководящие указания по устойчивости энергосистем. – Минск: Белэнерго,
2005. – 19 с.
12. Совершенствование средств анализа переходных процессов для повышения
эффективности противоаварийного управления режимами энергосистем / Ю.П.
Первушин, В.ПА. Иванов, Б.Г. Гуревич, Л.Е. Либова. – Рига: ЛатвНИИНТИ, 1985. – 56 с.
13. Рабинович Р.С. Автоматическая частотная разгрузка энергосистем. – М.:
Энергоатомиздат, 1989. – 352 с.
14. Самовозбуждение и самораскачивание в электрических системах / В.А.
Веников, Н.Д. Анисимова, А.И. Долгинов и др. – М.: Высшая школа, 1964. – 198 с.
15. Литкенс И.В., Пуго В.И. Колебательные свойства электрических систем. – М.:
Энергоатомиздат, 1988. – 216 с.
16. Электроэнергетические системы и сети. Терминологический словарь / Под ред.
В.Т. Федин. – Минск: БНТУ, 2007. – 244 с.
4.3. Примерный перечень лабораторных занятий
1. Определение собственных и взаимных проводимостей схемы замещения
электроэнергетической системы.
2. Исследование режимов и статической устойчивости электрической системы на
электродинамической модели.
3. Влияние вида и места коротких замыканий на характеристики мощности
электрической системы и ее динамическую устойчивость.
4. Исследование характеристик и устойчивости нагрузки.
5. Оценка параметров асинхронного режима.
6. Улучшение устойчивости электрических систем с шунтирующими реакторами.
7. Влияние АРВ на параметры электрической системы и статическую
устойчивость.
8. Оценка эффективности применения продольно-емкостной компенсации для
повышения устойчивости электроэнергетических систем.
4.4. Примерный перечень практических занятий
1. Схемы замещения и определение параметров элементов электроэнергетических
систем.
2. Статическая устойчивость и характеристики мощности электроэнергетических
систем.
3. Динамическая устойчивость сложных электроэнергетических систем.
4. Устойчивость нагрузки электроэнергетических систем.
5. Асинхронные режимы, неустойчивость частоты.
6. Повышение устойчивости электроэнергетических систем.
4.5. Содержание курсовой работы
Тема: Расчет и анализ статической и динамической устойчивости
электроэнергетической системы.
Содержание
задания:
составить
комплексную
схему
замещения
электроэнергетической системы и построить три угловые характеристики мощности
одной из электростанций для различных схем сети и вида регулирования возбуждения
синхронных генераторов. Выполнить расчет предельного времени отключения короткого
замыкания на линии электропередачи. Оценить эффективность ее автоматического
повторного включения. Определить критическое напряжение и запас устойчивости узла
нагрузки в аварийных режимах энергосистемы.
Цель работы: определение предельных режимов и коэффициентов запаса
устойчивости электроэнергетической системы при малых и больших возмущениях.
Оценка устойчивости комплексного узла нагрузки.
4.6. Компьютерные программы
1. Программы расчета установившихся режимов электрических сетей RASTR,
REGUS, DIS-1.
2. Программы расчета электромеханических переходных процессов в
электроэнергетических системах DIS-2, MUSTANG, RUStab, EUROstag, ДАКАР.