МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Ю.В. Хрущев, К.И. Заподовников, А.Ю. Юшков ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ Рекомендовано Сибирским региональным учебно-методическим центром высшего профессионального образования для межвузовского использования в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению подготовки бакалавров 140400.62 «Электроэнергетика и электротехника» Издательство Томского политехнического университета 2012 1 УДК 621.311.018(075.8) ББК 31.27я73 Х95 Хрущев Ю.В. <...> Х95 Электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах: учебное пособие / Ю.В. Хрущев, К.И. Заподовников, А.Ю. Юшков; Томский политехнический университет. <...> Обобщенные параметры схемы замещения одномашинной энергосистемы . <...> Влияние промежуточных подключений на статическую устойчивость генератора . <...> Векторные диаграммы нерегулируемого и регулируемого генераторов . <...> Самораскачивание при наличии большого активного сопротивления в статорной цепи . <...> Самораскачивание при наличии зоны нечувствительности и запаздывания сигналов в системе автоматического регулирования возбуждения генератора . <...> Самораскачивание при неправильной настройке автоматического регулятора возбуждения . <...> Угловые характеристики, пределы мощности и пределы статической устойчивости двухмашинной энергосистемы . <...> Основы практических расчетов статической устойчивости сложных энергосистем . <...> Учет элементов энергосистемы при расчетах динамической устойчивости . <...> Правило площадей и критерий динамической устойчивости . <...> Определение предельного угла отключения поврежденной цепи линии электропередачи . <...> Динамическая устойчивость одномашинной энергосистемы при полном сбросе мощности . <...> Статические <...>
Электромеханические_переходные_процессы_в_электроэнергетических_системах_[Электронный_ресурс].pdf
УДК 621.311.018(075.8)
ББК 31.27я73
Х95
Хрущев Ю.В.
Х95
Электромеханические переходные процессы в электроэнергетических
системах: учебное пособие / Ю.В. Хрущев,
К.И. Заподовников, А.Ю. Юшков; Томский политехнический
университет. – Томск: Изд-во Томского политехнического университета,
2012. – 154 с.
ISBN 978-5-4387-0125-5
В пособии изложены наиболее важные положения учебного курса: основные
принципы и определения; практические методы анализа статической
и динамической устойчивости параллельной работы синхронных электрических
машин и нагрузки; средства обеспечения устойчивости. Освещены основы
метода малых колебаний, примеры его применения при анализе апериодической
и колебательной устойчивости электроэнергетических систем.
Предназначено для студентов, обучающихся по направлению подготовки
140400.62 «Электроэнергетика и электротехника» (квалификация «бакалавр»).
УДК 621.311.018(075.8)
ББК 31.27я73
Рецензенты
Доктор технических наук, профессор,
заслуженный деятель науки
заведующий кафедрой «электроэнергетические системы
и электротехника» Новосибирской государственной академии
водного транспорта
В.П. Горелов
Заместитель главного инженера
Томского предприятия «Магистральные электрические сети»,
филиала ОАО «ФСК ЕЭС»
А.М. Старцев
ISBN 978-5-4387-0125-5
© ФГБОУ ВПО НИ ТПУ, 2012
© Хрущев Ю.В., Заподовников К.И.,
Юшков А.Ю., 2012
© Оформление. Издательство Томского
политехнического университета, 2012
2
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................... 6
1. Основные понятия и определения .................................................................. 6
2. Основные положения, принимаемые при анализе ....................................... 9
ГЛАВА 1. СТАТИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ЭНЕРГОСИСТЕМ ................ 11
1.1. Уравнение движения ротора генератора .................................................. 11
1.2. Понятие о статической устойчивости ....................................................... 15
1.3. Обобщенные параметры схемы замещения одномашинной
энергосистемы ............................................................................................. 21
1.4. Угловые характеристики мощности одномашинной энергосистемы ... 24
1.5. Влияние промежуточных подключений на статическую
устойчивость генератора ............................................................................ 28
1.5.1. Влияние активной нагрузки ............................................................... 29
1.5.2. Влияние шунтирующего реактора ..................................................... 31
1.5.3. Влияние конденсаторной батареи ...................................................... 33
1.6. Метод малых колебаний для анализа статической устойчивости
энергосистем ............................................................................................... 34
1.6.1. Линеаризация уравнений и ее назначение ........................................ 34
1.6.2. Анализ статической устойчивости одномашинной
энергосистемы ...................................................................................... 39
1.7. Статическая устойчивость регулируемого генератора ........................... 41
1.7.1. Векторные диаграммы нерегулируемого и регулируемого
генераторов ........................................................................................... 41
1.7.2. Угловые характеристики регулируемого генератора ...................... 44
1.7.3. Упрощенные математические модели регулируемого
генератора ............................................................................................. 45
1.8. Понятие о самораскачивании ротора генератора .................................... 48
1.8.1. Самораскачивание при наличии большого активного
сопротивления в статорной цепи ....................................................... 48
1.8.2. Самораскачивание при наличии зоны нечувствительности
и запаздывания сигналов в системе автоматического
регулирования возбуждения генератора ........................................... 50
1.8.3. Самораскачивание при неправильной настройке
автоматического регулятора возбуждения ....................................... 53
1.9. Статическая устойчивость двухмашинной энергосистемы .................... 54
1.9.1. Исходные уравнения ........................................................................... 54
1.9.2. Уравнения малых колебаний и критерий статической
устойчивости ........................................................................................ 55
1.9.3. Угловые характеристики, пределы мощности и пределы
статической устойчивости двухмашинной энергосистемы ............ 58
1.10. Основы практических расчетов статической устойчивости
сложных энергосистем ............................................................................. 60
3
Стр.3
ГЛАВА 2. ДИНАМИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ ЭНЕРГОСИСТЕМ ........... 64
2.1. Понятие о динамической устойчивости ................................................... 64
2.2. Учет элементов энергосистемы при расчетах динамической
устойчивости ............................................................................................... 67
2.2.1. Учет турбин .......................................................................................... 67
2.2.2. Учет синхронных генераторов ........................................................... 68
2.2.3. Учет электрической сети .................................................................... 71
2.2.4. Учет нагрузки ....................................................................................... 72
2.3. Правило площадей и критерий динамической устойчивости ................ 72
2.4. Определение предельного угла отключения поврежденной
цепи линии электропередачи ..................................................................... 76
2.5. Метод последовательных интервалов ...................................................... 78
2.6. Динамическая устойчивость одномашинной энергосистемы
при полном сбросе мощности .................................................................... 82
2.7. Проверка устойчивости при наличии автоматического
повторного включения ............................................................................... 85
2.8. Процессы при отключении части генераторов ........................................ 87
2.9. Процессы при форсировке возбуждения .................................................. 89
2.10. Условия успешной синхронизации генератора ..................................... 93
2.11. Динамическая устойчивость энергосистем с дефицитом мощности .. 97
2.12. Динамическая устойчивость двухмашинной энергосистемы ............ 100
ГЛАВА 3. СТАТИЧЕСКАЯ УСТОЙЧИВОСТЬ НАГРУЗКИ ......................... 105
3.1. Статические характеристики нагрузки ................................................... 105
3.1.1. Осветительная нагрузка .................................................................... 106
3.1.2. Реактор и батарея статических конденсаторов .............................. 107
3.1.3. Синхронный компенсатор ................................................................ 108
3.1.4. Синхронный двигатель ..................................................................... 109
3.1.5. Асинхронный двигатель ................................................................... 111
3.1.6. Статические характеристики комплексной нагрузки
по напряжению................................................................................... 114
3.1.7. Статические характеристики комплексной
нагрузки по частоте ........................................................................... 115
3.1.8. Коэффициенты крутизны и регулирующие
эффекты нагрузки .............................................................................. 116
3.2. Статическая устойчивость асинхронного двигателя ............................. 118
3.2.1. Критерий статической устойчивости .............................................. 118
3.2.2. Предельные по статической устойчивости
параметры двигателя ......................................................................... 119
3.2.3. Влияние внешних условий на статическую
устойчивость двигателя .................................................................... 121
3.2.4. Вторичный признак (критерий) статической устойчивости
асинхронного двигателя ................................................................... 123
4
Стр.4
3.3. Вторичные признаки (критерии) статической устойчивости
комплексной нагрузки .............................................................................. 126
3.3.1. Влияние компенсирующих устройств на статическую
устойчивость нагрузки ...................................................................... 130
ГЛАВА 4. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ В УЗЛАХ НАГРУЗКИ
ЭНЕРГОСИСТЕМ ПРИ БОЛЬШИХ ВОЗМУЩЕНИЯХ ................................. 133
4.1. Возмущающие воздействия и большие возмущения
в узлах нагрузки ........................................................................................ 133
4.2. Динамические характеристики нагрузки ............................................... 134
4.2.1. Осветительная нагрузка .................................................................... 135
4.2.2. Асинхронный двигатель ................................................................... 136
4.2.3. Синхронный двигатель ..................................................................... 137
4.3. Динамическая устойчивость синхронного электродвигателя .............. 141
4.4. Условия самозапуска асинхронного электродвигателя .......................... 143
4.5. Процессы при пуске двигателей .............................................................. 144
4.5.1. Общая характеристика условий пуска ............................................ 144
4.5.2. Схемы пуска ....................................................................................... 146
4.5.3. Расчет времени пуска ........................................................................ 148
4.6. Самоотключения электроустановок и восстановление нагрузки ........ 150
4.7. Мероприятия по снижению больших возмущений ............................... 151
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ............................................................................... 153
5
Стр.5