© Беляев А.Н., кафедра «Электрические системы и сети», СПбГПУ, 2012 г.

Курсы лекций

• Жданов П.С. Вопросы устойчивости электрических систем. Под ред. Л.А. Жукова. М.: Энергия, 1979. 456 с.
• Беляев А.Н., Першиков Г.А., Рындина И.Е., Смоловик С.В., Чудный В.С. Основы переходных процессов в электроэнергетических системах. Конспект лекций. Часть II. СПб: Нестор, 2010. 76 с.
• Левинштейн М.Л., Щербачев О.В. Статическая устойчивость электрических систем. Учебное пособие. СПб.: СПбГТУ, 1994. 264 с.
• Беляев А.Н., Першиков Г.А., Рындина И.Е., Смоловик С.В. Переходные процессы в электроэнергетических системах. Часть III. СПб: СПбГПУ, 2012. 156 с.

Электромеханические переходные процессы в ЭЭС (группы 4022)

Основная литература

Непрерывно растущая протяженность электроэнергетических систем (ЭЭС), увеличение в них доли генераторов с ухудшенными параметрами, наметившаяся тенденция перевода их в режим потребления реактивной мощности с целью нормализации уровней напряжений в сети осложнили проблему обеспечения устойчивости ЭЭС. Все эти негативные факторы явились причиной участившихся нарушений колебательной устойчивости ЭЭС, подчеркивая актуальность и практическую важность решения данной проблемы.

Насыщенность современных ЭЭС высокоэффективными быстродействующими устройствами автоматического управления, в частности, устройствами регулирования возбуждения сильного действия, а также все более широкое использование автоматического управления мощностью паровых турбин обеспечили возможность полного использования связей по условиям статической и динамической устойчивости и интенсивного подавления электромеханических колебаний. С другой стороны, неудачный выбор законов управления или неточная настройка регуляторов, учитывая большие потенциальные возможности силовой части систем управления, существенным образом влияет на протекание переходных процессов, снижая пределы динамической устойчивости и приводя к непредсказуемому развитию аварий в условиях многократных возмущений.

Улучшение демпферных свойств системы, обеспечение устойчивости и высокого качества регулирования во всех схемно-режимных и аварийных условиях является чрезвычайно важной и актуальной задачей, решение которой способствует повышению надежности энергоснабжения потребителей и живучести энергообъединения. Рассмотрению указанных вопросов посвящен настоящий курс.

• Горев А.А. Избранные труды по вопросам устойчивости электрических систем. М.: Госэнергоиздат, 1960. 260 с.
• Андерсон П., Фуад А. Управление энергосистемами и устойчивость. Пер. с англ. под ред. Я.Н. Лугинского. М.: Энергия, 1980. 568 с.
• Юрганов А.А., Кожевников В.А. Регулирование возбуждения синхронных генераторов. СПб.: Наука, 1996. 138 с.
• Беляев А.Н., Горюнов Ю.П., Смирнов А.А., Смоловик С.В. Анализ развития крупных системных аварий: Учебное пособие по курсу «Электромеханические переходные процессы в электроэнергетических системах». СПб. СПбГПУ, 2006. 72 с.
• Вольдек А.И. Электрические машины: Учебник для вузов / 3-е изд., перераб. Л: Энергия, 1978. 832 с

Дополнительная литература

1. Система алгебро-дифференциальных уравнений синхронной машины. Общие принципы, допущения; уравнения роторных контуров, движения, статорных цепей.

2. Установившийся режим работы синхронной машины. Фиктивные эдс и эквивалентные схемы замещения. Уравнения установившегося режима и его векторная диаграмма.

3. Общие принципы управления. Классификация систем по характеру процессов и типовой набор элементов. Пример простейшей модели реальной системы управления.

4. Характеристическое уравнение системы и два способа его получения. Общее решение системы дифференциальных уравнений и характер протекания переходных процессов.

5. Постановка задачи исследования устойчивости. Основные определения. Общие соображения при исследовании устойчивости.

6. Угловые характеристики мощности. Простейший критерий статической устойчивости. Выводы по сформулированному критерию.

7. Угловые характеристики мощности явнополюсной синхронной машины. График обобщенной характеристики.

8. Линеаризация исходной нелинейной системы. Линеаризованное уравнения движения ротора. Выводы по полученному решению.

9. Изменение напряжения генератора при увеличении передаваемой в систему активной мощности. Обеспечение постоянства напряжения на шинах генератора.

10. Классификация устройств регулирования возбуждения. Современный автоматический регулятор возбуждения АРВ-СДП1.

11. Расчет пределов передаваемой мощности при различных видах регулирования возбуждения. Выражение для тока возбуждения.

12. Характеристики мощности при постоянстве напряжения на зажимах генератора. Последовательное увеличение предела мощности.

13. Асинхронный двигатель (АД) на ШБМ. Схема замещения АД и его параметры. Характеристики активной и реактивной мощности. Аппроксимация механического момента.

14. Статическая и динамическая устойчивость АД. Физические основы «лавины напряжения». Статические характеристики нагрузки. Переходные процессы в реальных узлах нагрузки.

15. Меры повышения статической устойчивости современных электроэнергетических систем. Основные принципы.

16. Продольная емкостная компенсация. Российский и мировой опыт внедрения установок управляемой продольной компенсации. Преимущества и недостатки.

17. Синхронные компенсаторы (СК) и статические тиристорные компенсаторы (СТК). Векторные диаграммы работы СК. Достоинства и недостатки СК и СТК.

18. Управляемые шунтирующие реакторы (УШР). Виды УШР и основные принципы их работы. Укрупненные стоимостные показатели устройств поперечной компенсации. Преимущества и недостатки УШР.

19. Общие положения теории динамической устойчивости. Уравнение движения ротора и «простой переход». Характеристики мощности при простом переходе.

20. Анализ протекания переходного процесса при большом возмущении. Работа сил ускорения и торможения. Правило площадей. Меры повышения динамической устойчивости.

21. Общий случай расчетов динамической устойчивости. Характеристики мощности в нормальном, аварийном и послеаварийном режимах. Расчет предельных времен отключения и сравнение с нормативными. Меры повышения динамической устойчивости.

22. Общий метод анализа статической устойчивости ЭЭС. Постановка задачи. Теоремы Ляпунова. Статически устойчивый установившийся режим. Характеристическое уравнение системы.

23. Общее решение системы линейных дифференциальных уравнений. Характер протекания переходного процесса. Косвенные критерии устойчивости. Границы апериодической и колебательной устойчивости.

24. Утяжеление режима ЭЭС из заведомо устойчивого (к 23 вопросу). Оптимизация систем регулирования возбуждения методом Д-разбиения. Определение границы устойчивости. Построение кривых равного затухания. Преимущества и недостатки метода Д-разбиения.

25. Аналитическое исследование устойчивости простейшей электроэнергетической системы. Уравнения малых возмущений. Характеристический полином системы и его анализ по критерию Гурвица.

26. Аналитическое исследование устойчивости регулируемой синхронной машины. Основные допущения. Влияние производных режимных параметров на статическую устойчивость.

27. Характеристики первичных двигателей генераторов электрических систем. Основные положения. Обобщенный анализ взаимодействия элементов системы регулирования. Статические и динамические характеристики турбины.

28. Простейшая модель турбины для сетевых расчетов. Механизм управления турбиной и статизм регулирования. Требования UCTE к регулированию частоты. Примеры реального поведения турбин при больших возмущениях.

Теоретическая часть

1. Определение полного комплекта параметров синхронной машины по известным справочным данным

2. Расчет установившегося режима работы синхронной машины

3. Оценка предела передаваемой мощности простейшей электропередачи при различных видах регулирования возбуждения

4. Анализ динамической устойчивости в простой схеме с помощью правила площадей

Практические занятия

Материалы по курсу «Электромеханические переходные процессы»