Моделювання процесів в електричній системі: Навчальний посібник

Міністерство освіти і науки,

молоді та спорту України

Національний Технічний університет

«Харківський Політехнічний інститут»

МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ В ЕЛЕКТРИЧНІЙ СИСТЕМІ

Навчальний посібник для вузів

Харків

2013

ЗМІСТ

Вступ

РОЗДІЛ ПЕРШИЙ. Математичні моделі СИЛОВИХ Елементів електричної системи

Глава 1. Математичні моделі генераторів в фазних координатах

1.1. Математична модель  синхронного генератора

1.2. Математична модель асинхронного генератора

1.3. Математична модель асинхронізованого генератора

1.4 Математична модель системи автоматичного регулювання збудження генератора

                    1.4.1 Математична модель системи збудження

1.4.2 Математична модель автоматичного регулятора збудження

1.5 Математична модель системи автоматичного регулювання швидкості синхронного генератора

1.5.1 Математична модель парової турбіни

1.5.2 Математична модель гідравлічної турбіни

1.5.3 Математична модель автоматичного регулятора швидкості

Глава 2. Математична модель  навантаження

2.1 Математична модель синхронного двигуна

2.2 Математична модель асинхронного двигуна з короткозамкненим ротором

2.3 Математична модель асинхронного двигуна з фазним  ротором

Глава 3. Математичні моделі лінії електропередач та трансформаторів

3.1 Математична модель лінії електропередач

3.2. Математична модель однофазного двохбмоткового трансфоматора

3.3. Математична модель трифазного двохобмоткового трансформатора

РОЗДІЛ ДРУГИЙ. МОДЕЛІСИЛОВИХ ЕлементІВ електрИчної системи в середовище Matlab

Глава 1.  Моделі синхронних та асинхронних машин

1.1. Моделі синхронних машин

1.2 Моделі асинхронних машин

Глава 2. Моделі статичних елементів

2.1 Силовий трансформатор

2.2 Лінія електропередач

2.3 Система безкінечної потужності

2.4 Статичне навантаження

РОЗДІЛ ТРЕТІЙ. СТВОРЕННЯ КОМП¢ЮТЕРНИХ МОДЕЛЕЙ ЕЛЕМЕНТІВ ЕЛЕКТРИЧНОЇ СИСТЕМИ ЗА ДОПОМОГОЮ ПРИКЛАДНИХ ПРОГРАМ

Глава 1. Створення комп’ютерної моделі електричної системи в пакеті Simulink програми Matlab

1.1 Рекомендації щодо створення комп¢ютерної моделі

1.2 Модель роботи синхронного генератора  на відокремлене навантаження

1.3 Модель паралельної роботи двох синхронних генераторів на навантаження  

Глава 2. Створення віртуальної моделі  електричної системи   в пакеті SimPowerSystems програми Matlab

2.1 Рекомендації щодо створення комп¢ютерної моделі

2.2 Модель паралельної роботи синхронного генератора  з енергосистемою

РОЗДІЛ ЧЕТВЕРТИЙ. МОДЕЛЮВАННЯ  ПРОЦЕСІВ В ЕЛЕКТРИЧНІЙ СИСТЕМІ – ЛАБОРАТОРНИЙ ПРАКТИКУМ   

Розділ перший

 Математичні моделі СИЛОВИХ Елементів елекТричної системи

Глава1. Математичні моделі генераторів в фазних координатах

1.1 Математична  модель синхронного генератора

Синхронні генератори широко використовуються на всіх видах електростанцій. Незалежно від класу напруги та потужності вони мають однаковий принцип дії. Якщо до обмотки збудження генератора підключити джерело незмінної напруги, то магніторушійною силою обмотки буде створено основне магнітне поле, що характеризується магнітною індукцією. При обертанні ротора за допомогою первинного двигуна (парова турбіна чи гідротурбіна) магнітне поле буде також обертатись. Так як катушки фаз обмотки статора мають однакове число витків та зміщені в просторі відносно одна одної на 120°, то при обертанні магнітного поля в трьох фазах будуть індукуватися три електрорушійні сили (ЕРС), однакові по амплітуді і частоті та здвинуті по фазі відносно одна одної також на 120°. Для того, щоб при постійній частоті обертання  ЕРС змінювалась по закону близькому до сінусоідального, магнітна індукція уздовж повітряного просвіту, що розділяє магнітопроводи статора та ротора, повина бути розподілена також приблизно по сінусоідальному закону.  В генераторах з явновираженими полюсами це досягается за рахунок неоднакового повітряного простору між магнітопроводом статора та полюсними наконечниками, в генераторах з неявновираженими полюсами за рахунок відповідного розподілу обмотки статора по пазам магнітопровода статора. Якщо до обмотки статора підключити приймач електричної енергії (навантаження), то під дією ЕРС в фазах обмотки статора і приймача з¢явиться струм. 

Спосіб представлення  синхронного генератора залежить від поставлених задач та від вимог, що висуваються до точності розрахунку. У спрощених розрахунках генератор зазвичай представляють  ЕРС та опором. У разі необхідності отримання  більш високої точності використовують або математичну модель генератора в фазних координатах або в dq координатах. В посібнику розглянуто математичні моделі генераторів (двигунів) в фазних координатах в відносних одиницях при номінальних умовах. Побудова цих математичних моделей базується на наступних припущеннях:

·  магнітна система машини ненасищена, через що індуктивності машини не залежать від сили намагнічування;