МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Электрические станции»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению курсовой работы

по курсу: «Математические задачи электроэнергетики»

для студентов специальности 090601

«Электрические станции»

                                                                                           Рассмотрено  на заседании

                                                                                            кафедры ЭС

                                                                                            протокол №2 от 7.10.04

                                                                                            Утверждено на  учебно-

                                                                                            издательском  совете

                                                                                            ДонНТУ

                                                                                            протокол № 2   от 7.10.2004

Донецк, ДонНТУ-2004

УДК 537.3.31

            Методические указания к выполнению курсовой работы по курсу «Математические задачи электроэнергетики» для студентов специальности 090601 «Электрические станции»  /  Автор: В.Ф. Сивокобыленко, Донецк, ДонНТУ, 2004. – 54 стр.

            Приведены исходные задания и методические указания  по решению комплекса математических задач, связанных с  анализом режимов работы электрических станций и электрических систем и требующих использования различных математических методов. Задания ориентированы на применение матричных методов анализа и решения уравнений численными методами с помощью ПЭВМ. Рассматриваются способы автоматического формирования математических моделей электрических систем для анализа стационарных и переходных режимов работы.

              Методические указания могут быть использованы также студентами специальностей 090602 «Электрические сети и системы» и 090603 «Электроснабжение промышленных установок», которые, как и студенты специальности 090601 «Электрические станции»,  обучаются по программе бакалавра с электротехники.

Составил             В.Ф. Сивокобыленко, проф., д.т.н.

Рецензенты             А.П. Ковалев, проф.,д.т.н.

                                   В.А.Павлюков,доц.к.т.н.

                                                  Рассмотрено и утверждено на заседании

                                                  кафедры «Электрические станции»

                                                  протокол №2 от 7.10.04

 Отв. за выпуск             В.Ф. Сивокобыленко, проф., д.т.н.  

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ   4

ВВЕДЕНИЕ   5

1          РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ    6

1.1       Построение схемы замещения и графа электрической сети. 6

1.2       Расчет параметров элементов схемы замещения. 8

2          МАШИННЫЙ РАСЧЕТ СТАЦИОНАРНОГО РЕЖИМА ЗАДАННОЙ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ МАТРИЧНЫХ УРАВНЕНИЙ   15

2.1       Алгоритм программы с методом узловых напряжений. 15

2.1.1      Метод узловых напряжений в линейном варианте (сопротивления всех нагрузок принимаем постоянными) 16

2.1.2      Метод узловых напряжений в нелинейном варианте. 20

2.2       Алгоритм программы с методом контурных токов. 24

2.2.1      Расчет методом контурных токов без учета нелинейности нагрузок

2.2.2      Расчет методом контурных токов с учетом нелинейности нагрузок. 27

2.3       Метод и программа расчета токов и напряжений в схеме на основе уравнений законов Ома и Кирхгофа в матричной форме. 29

2.4       Выбор емкостей для компенсации реактивной мощности нагрузок и оценка экономической эффективности этого метода. 30

3          РАСЧЕТ ПЕРЕХОДНОГО ПРОЦЕССА ПРИ КОРОТКОМ ЗАМЫКАНИИ В СЕТИ ПО ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ УРАВНЕНИЯМ    35

3.1       Алгоритм и программа расчета методом контурных токов. 35

3.2       Алгоритм и программа расчета методом узловых напряжений. 39

4          МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АСИНХРОННОГО РЕЖИМА РАБОТЫ ЭНЕРГОСИСТЕМЫ    42

5          ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБА ИЗМЕНЕНИЯ МОЩНОСТИ ГЕНЕРАТОРОВ ДЛЯ ПОКРЫТИЯ ЗАДАННОГО ГРАФИКА НАГРУЗКИ   43

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК   44

Приложение А. Варианты электрических схем ………………………………….45

Приложение Б. Исходные данные для заданий….……………………………….52

Приложение В. Стоимость конденсаторных батарей ……………………………54

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

В соответствии с полученным номером варианта задания  студенту  необходимо выполнить следующие разделы курсовой работы:

1. Определить параметры схемы замещения  заданной электрической системы и на основе типовой программы составить вариант программы, пригодный для расчета на ПЭВМ различных её режимов работы.
2. Рассчитать установившийся режим различными методами для случаев линейной и нелинейной нагрузок в узлах схемы. Проверить баланс токов и мощностей. Выбрать емкости для компенсации реактивной мощности  и оценить экономическую эффективность этого мероприятия.
3. Рассчитать переходный процесс при трехфазном коротком замыкании в   узлaх схемы, где подключается генератор и нагрузка. Расчет выполнить с использованием алгебраических и дифференциальных уравнений. Сравнить полученные результаты.
4. Смоделировать асинхронный режим энергосистемы (при разных частотах вращения генераторов). Оценить провал напряжения (U_max и U_min) в узлах при отличии частот генераторов на 3-8 %.
5. С помощью заданной модели исследовать зависимость активной мощности, выдаваемой генераторами, от их углов вылета ротора.
6. Оформить полученные результаты и защитить курсовую работу.

ВВЕДЕНИЕ

            Курс «Математические задачи энергетики» является промежуточным между курсами «Вычислительная техника», «Высшая математика», «Теоретические основы электротехники», с одной стороны, и курсами специальных дисциплин – с другой. В нем значительно углубляются сведения основополагающих дисциплин в направлении их обобщения и формализации, благодаря чему закладывается фундамент для изучения специальных дисциплин.

            Значительное внимание также уделено применению вычислительной техники и, в частности ПЭВМ.

            Цель данной курсовой работы состоит в закреплении лекционного материала по применению численных методов решения прикладных задач электроэнергетики. На примере анализа стационарных и переходных процессов в энергосистеме, состоящей из генераторов,трансформаторов, линий электропередач, подстанций иуэлектростанций, рассматриваются различные методы решения систем линейных и нелинейных алгебраических и дифференциальных уравнений. Решение отдельных этапов задания предусматривается вручную, а в полном объеме с помощью ПЭВМ по индивидуально составленным студентом программам на базе учебных программ.

            Курсовая работа должна быть выполнена и оформлена студентом в соответствии с общими требованиями к научно-техническим отчетам и защищена до начала зачетной сессии.