ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΣΤΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ. Εργασία 1 η : Χρήση του λογισμικού ΕΜΤΡ/ΑΤΡ για την προσομοίωση μεταβατικών φαινομένων σε εναέριες ΓΜ.

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟ ΟΙ ΣΤΑ ΕΝΕΡΓΕΙΑΚΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ Εργασία 1 η : Χρήση του λογισμικού ΕΜΤΡ/ΑΤΡ για την προσομοίωση μεταβατικών φαινομένων σε εναέριες ΓΜ. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2012

2 Γενικά εδομένα του Συστήματος ύο τριφασικά φορτία (φορτία #1 και #2) καταναλώνουν από S = 150 MVA, cosφ=0.85 επαγωγικό ο καθένας στα 150 kv. Ο ένας από τους παραπάνω καταναλωτές συνδέεται στον τερματισμό της γραμμής και ο άλλος σε κάποιο ενδιάμεσο σημείο όπως φαίνεται στο Σχήμα 1. Στον τερματισμό του πρώτου τμήματος της εναέριας γραμμής μεταφοράς (ΓΜ #1) συνδέεται συστοιχία πυκνωτών σε αστέρα με χωρητικότητα 25 μf ανά φάση. Οι εναέριες ΓΜ του συστήματος είναι απλού κυκλώματος σε οριζόντια διάταξη με έναν αγωγό ανά φάση και με τις διαστάσεις του Σχήματος 2. Πάνω από τους αγωγούς των φάσεων υπάρχουν 2 συμπαγείς, χαλύβδινοι αγωγοί προστασίας. Όλοι οι αγωγοί (φάσεων και προστασίας) θεωρούνται ιδανικά τανυσμένοι. Σχήμα 1: Συνολική διάταξη του συστήματος. Σχήμα 2: Διάταξη εναέριας γραμμής μεταφοράς.

3 Οι αγωγοί των φάσεων είναι τύπου ACSR με εσωτερική ακτίνα r in = 0.26 cm και εξωτερική r out = 0.82 cm. Η dc αντίσταση κάθε αγωγού είναι R dc = Ω/km. Σχήμα 3: Διατομή αγωγών φάσεων. Οι αγωγοί προστασίας είναι συμπαγείς με διάμετρο 0.35 cm και R dc = 2.61 Ω/km. Η τροφοδότηση της ΓΜ γίνεται από υποσταθμό υψηλής τάσης των 150 kv, 50 Hz. Η αναπαράσταση της τροφοδοσίας είναι αυτή του Σχήματος 4. Το Ζ eq απαρτίζεται από τα στοιχεία R = 190 Ω, L = 30 mh, C = 30 μf, ενώ R s-eq = 2 Ω. Ο συνδυασμός των R s-eq και Z eq παριστάνει τη σύνθετη αντίσταση της τροφοδοσίας (feeder). R s-eq Z eq 150 kv 3 AC Σχήμα 4: Ισοδύναμο μονοφασικό κύκλωμα της τροφοδότησης (feeder) Για τη ζεύξη/απόζευξη των στοιχείων του εξεταζόμενου συστήματος χρησιμοποιούνται τριφασικοί διακόπτες ισχύος SF6 τους οποίους θεωρούμε ιδανικούς. εδομένα ανά Ομάδα Οι ομάδες 1 έως 10 θα μοντελοποιήσουν τις εναέριες γραμμές μεταφοράς με τη χρήση Π-ισοδυνάμων κυκλωμάτων, οι ομάδες 11 έως 19 με το μοντέλο οδευόντων κυμάτων στο πεδίο του χρόνου Bergeron και οι ομάδες 20 έως 28 με τη χρήση του

4 εξαρτώμενου από τη συχνότητα μοντέλου JMarti (default fitting, 8 δεκάδες με 10 σημεία/δεκάδα ξεκινώντας από το 0.1 Hz). Σε όλες τις περιπτώσεις να θεωρηθεί (από όλες τις ομάδες) η ειδική αντίσταση του εδάφους ίση με 100 Ωm για τις δυο ΓΜ, εκτός αν ορίζεται διαφορετικά σε κάποιο ερώτημα. Το επιδερμικό φαινόμενο θα πρέπει να ληφθεί υπόψη σε όλες τις περιπτώσεις, καθώς και να θεωρηθεί ότι ο πίνακας ιδιομετασχηματισμού είναι πραγματικός. Οι αγωγοί προστασίας θεωρούνται συνεχώς γειωμένοι (segmented ground: unchecked). Το t που θα χρησιμοποιηθεί να κυμαίνεται από 10-7 s έως 10-6 s, ανάλογα με τις δυνατότητες του υπολογιστή. Ο χρόνος προσομοίωσης της κάθε περίπτωσης δεν καθορίζεται, εντούτοις θα πρέπει να είναι τέτοιος ώστε να καταλήγει σε στάσιμη κατάσταση και να παρατηρείται όλη η εξέλιξη του μεταβατικού φαινομένου. Το μήκος των ΓΜ για κάθε ομάδα είναι: 1 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 20 km και 2 ης ΓΜ 100 km 2 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 40 km και 2 ης ΓΜ 120 km 3 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 60 km και 2 ης ΓΜ 140 km 4 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 80 km και 2 ης ΓΜ 160 km 5 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 100 km και 2 ης ΓΜ 180 km 6 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 120 km και 2 ης ΓΜ 200 km 7 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 140 km και 2 ης ΓΜ 20 km 8 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 160 km και 2 ης ΓΜ 40 km 9 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 180 km και 2 ης ΓΜ 60 km 10 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 200 km και 2 ης ΓΜ 80 km 11 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 20 km και 2 ης ΓΜ 200 km 12 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 40 km και 2 ης ΓΜ 180 km 13 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 60 km και 2 ης ΓΜ 160 km 14 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 80 km και 2 ης ΓΜ 140 km 15 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 100 km και 2 ης ΓΜ 120 km

5 16 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 120 km και 2 ης ΓΜ 100 km 17 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 140 km και 2 ης ΓΜ 80 km 18 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 160 km και 2 ης ΓΜ 60 km 19 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 180 km και 2 ης ΓΜ 40 km 20 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 200 km και 2 ης ΓΜ 20 km 21 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 20 km και 2 ης ΓΜ 100 km 22 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 40 km και 2 ης ΓΜ 50 km 23 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 60 km και 2 ης ΓΜ 75 km 24 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 80 km και 2 ης ΓΜ 100 km 25 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 100 km και 2 ης ΓΜ 80 km 26 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 120 km και 2 ης ΓΜ 60 km 27 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 140 km και 2 ης ΓΜ 40 km 28 η ομάδα: μήκος 1 ης ΓΜ 160 km και 2 ης ΓΜ 20 km Ερωτήσεις Ομάδα ερωτημάτων Α Το σύστημα θεωρείται αρχικά αφόρτιστο με όλους τους διακόπτες ισχύος ανοιχτούς, πλην του S2 που θεωρείται κλειστός. Τη χρονική στιγμή t=10 ms ηλεκτρίζεται η ΓΜ #1 με το κλείσιμο του διακόπτη S1, ενώ τη χρονική στιγμή t=80 ms ηλεκτρίζεται και η ΓΜ #2 με το κλείσιμο του διακόπτη S3. Nα απαντηθεί από τις ομάδες 1 έως 10: i) Να θεωρηθεί ότι οι δυο ΓΜ αναπαρίστανται διαδοχικά από 1, 4 και 8 ισοδύναμα κυκλώματα σε αλυσίδα. Να καταγραφεί η τάση στη φάση c στο τέλος της ΓΜ #1 για τις 3 παραπάνω μοντελοποιήσεις και για παραμέτρους ΓΜ υπολογισμένες στα 1.5 khz. Να σχολιαστούν οι διαφορές που ενδεχόμενα προκύπτουν. ii) Για την περίπτωση των 8 ισοδυνάμων να υπολογιστεί ο χρόνος και η ταχύτητα διάδοσης του κύματος στις δυο ΓΜ. Να σχολιαστούν τα αποτελέσματα.

6 Nα απαντηθεί από τις ομάδες 11 έως 19: i) Να καταγραφεί συγκριτικά για την περίπτωση της αναπαράστασης των δυο ΓΜ με 2 ισοδύναμα η τάση στη φάση b στο τέλος της ΓΜ #1 για παραμέτρους ΓΜ υπολογισμένες στα 50 Hz, 1.5 khz και 10 khz. Σε ποια από τις παραπάνω περιπτώσεις έχουμε μικρότερη μέγιστη τιμή; Να αιτιολογηθεί η απάντηση. ii) Για την περίπτωση των 1.5 khz να υπολογιστεί ο χρόνος και η ταχύτητα διάδοσης του κύματος στις δυο ΓΜ. Να σχολιαστούν τα αποτελέσματα. Nα απαντηθεί από τις ομάδες 20 έως 28: i) Να θεωρηθεί μόνο για αυτό το ερώτημα ότι δεν είναι σταθερή η ειδική αντίσταση της γης. Να καταγραφεί συγκριτικά για την περίπτωση της αναπαράστασης των δυο ΓΜ με 1 ισοδύναμο η τάση στην φάση a στο τέλος της ΓΜ #1 για ειδική αντίσταση γης ρ=50 Ωm, 500 Ωm και 1000 Ωm. Σε ποια από τις παραπάνω περιπτώσεις παρατηρείται μικρότερη μέγιστη τιμή; Να αιτιολογηθεί η απάντηση (Θα γίνει μοντελοποίηση με συχνότητα υπολογισμού των πινάκων ιδιομετασχηματισμού τα 1 kηz). ii) Για την περίπτωση των 500 Ωm να υπολογιστεί ο χρόνος και η ταχύτητα διάδοσης του κύματος στις δυο ΓΜ. Να σχολιαστούν τα αποτελέσματα. Ομάδα ερωτημάτων Β Nα απαντηθεί από όλες τις ομάδες: Οι ΓΜ #1 και #2 είναι ηλεκτρισμένες και τροφοδοτούν τα 2 φορτία. Οι πυκνωτές αντιστάθμισης είναι εκτός λειτουργίας και ενεργοποιούνται τη χρονική στιγμή t=20 ms. Να χρησιμοποιηθούν 3 ισοδύναμα για κάθε γραμμή με παραμέτρους υπολογισμένες στα 50 Hz για τις ομάδες 1-19 και συχνότητα υπολογισμού του πινάκα ιδιομετασχηματισμού στα 2 khz για τις ομάδες i) Να καταγραφεί συγκριτικά η τάση της φάσης a στα δυο φορτία σε διάστημα 5 κύκλων. ii) Να καταγραφεί το μέγιστο (peak) της τάσης στα δυο φορτία για κάθε φάση.

7 iii) Συγκρίνοντας την τάση της φάσης a στους 2 ζυγούς των φορτίων, ποιες συχνότητες παρατηρούνται εποπτικά να εμφανίζονται και πώς εξηγούνται οι διαφορές; Ομάδα ερωτημάτων Γ Nα απαντηθεί από όλες τις ομάδες: Οι ΓΜ #1 και #2 είναι ηλεκτρισμένες και τροφοδοτούν τα 2 φορτία ενώ και οι πυκνωτές αντιστάθμισης είναι εντός λειτουργίας. Τη χρονική στιγμή t=30 ms παρουσιάζεται σφάλμα στον ζυγό του φορτίου που βρίσκεται στον τερματισμό της ΓΜ #1. Το σφάλμα έχει τη μορφή μονοφασικού βραχυκυκλώματος ως προς τη γη στη φάση b μέσω ωμικής αντίστασης 2 Ω και διαρκεί για 3 περιόδους, ενώ μετά το πέρας των 3 περιόδων απομονώνεται. Να χρησιμοποιηθούν 2 ισοδύναμα για κάθε γραμμή με παραμέτρους υπολογισμένες στα 500 Hz για τις ομάδες 1-19 και συχνότητα υπολογισμού του πινάκα ιδιομετασχηματισμού στo 1 khz για τις ομάδες Σε ποιο σημείο της διάταξης εμφανίζεται το μέγιστο ρεύμα και ποια είναι η τιμή του; Να καταγραφεί η κυματομορφή του. Αν υποτεθεί ότι το βραχυκύκλωμα είναι τριφασικό ως προς τη γη μέσω ωμικής αντίστασης 2 Ω/φάση για την ίδια διάρκεια, τι διαφοροποιήσεις προκύπτουν στο ρεύμα που βρέθηκε στην προηγούμενη περίπτωση; Να παρατεθούν συγκριτικά διαγράμματα για το ρεύμα κάθε φάσης στις δύο περιπτώσεις. ιευκρίνιση: Για την υλοποίηση του μονοφασικού βραχυκυκλώματος θα χρησιμοποιηθεί το Splitter (3 phase) που βρίσκεται στο Probes & 3-phase. Ομάδα ερωτημάτων Nα απαντηθεί από όλες τις ομάδες: Οι ΓΜ #1 και #2 είναι ηλεκτρισμένες και τροφοδοτούν τα 2 φορτία ενώ οι πυκνωτές αντιστάθμισης είναι εκτός λειτουργίας. Κάποια στιγμή συμβαίνει ένα κεραυνικό πλήγμα (5 ka, 1.2/5 μs) στη φάση c στο τέλος της ΓΜ #1. Να υπολογιστεί σε ποια χρονική στιγμή πρέπει να συμβεί το πλήγμα ώστε να δημιουργηθεί η χειρότερη

8 στιγμιαία τάση που μπορεί να αναπτυχθεί στο φορτίο #2. Να απεικονισθεί η τάση αυτή καθώς και οι άλλες 2 φάσεις με μορφή διαγράμματος. Για τις ομάδες 1 έως 10: Να θεωρηθεί ότι η ΓΜ αναπαρίσταται με 10 ισοδύναμα κυκλώματα σε αλυσίδα με παραμέτρους υπολογισμένες στα 1.5 khz. Για τις ομάδες 11 έως 19: Να θεωρηθεί ότι η ΓΜ αναπαρίσταται με 2 ισοδύναμα κυκλώματα σε αλυσίδα με παραμέτρους υπολογισμένες στο 1 khz. Για τις ομάδες 20 έως 28: Να θεωρηθεί ότι η ΓΜ αναπαρίσταται με 1 ισοδύναμα κυκλώματα σε αλυσίδα με πίνακα ιδιομετασχηματισμού υπολογισμένο στο 1 khz. ιευκρίνιση: Το κεραυνικό πλήγμα έχει εύρος 5 ka και περιγράφεται από μια LI 1.2/5 μs (χρόνος μετώπου / χρόνος ημίσεως εύρους). Στο ATPDraw προσομοιώνεται με μια πηγή ρεύματος Surge Type 15. Οι αρνητικοί όροι Α και Β είναι οι χρονικές σταθερές της διπλεκθετικής συνάρτησης που περιγράφει την LI (συμβουλευτείτε το help της πηγής στο ATPDraw) και για τη συγκεκριμένη περίπτωση είναι s -1 και s -1 αντίστοιχα. Στη περίπτωση που το ATPDraw δεν δέχεται κάποια τιμή, πατήστε στο Edit Definitions και αλλάξτε το εύρος (Min, Max) της μεταβλητής ώστε να περιέχει τη τιμή που θέλετε να δώσετε. Η χρονική στιγμή του πλήγματος καθορίζεται από την τιμή T start. Παρουσίαση αποτελεσμάτων: Θα παραδοθεί ένα αρχείο pdf με τις απαντήσεις στα παραπάνω ερωτήματα της 1 ης εργασίας. Στις περιπτώσεις που κρίνεται σκόπιμο, θα παρουσιαστούν τα αποτελέσματα έτσι ώστε να υπάρχει ευκρινής εστίαση (zoom in). Το αρχείο pdf θα πρέπει να παραδοθεί και εκτυπωμένο στο γραφείο του Ανδρέα Χρυσοχού (Υπόγειο κτιρίου Εργαστήριο ΣΗΕ & ΥΤ 1 η πόρτα αριστερά καθώς ανεβαίνετε τη μεταλλική σκάλα). Επίσης, κάθε ομάδα οφείλει να στείλει με στη διεύθυνση anchryso@auth.gr ένα συμπιεσμένο φάκελο (zip/rar) με ονομασία P01G01 για την ομάδα 1, P01G02 για την ομάδα 2 κ.ο.κ. Σε αυτό το συμπιεσμένο φάκελο θα περιέχονται τα αρχεία ATPDraw με όλες τις προσομοιώσεις που πραγματοποιήσατε. Τα αρχεία θα έχουν συγκεκριμένη ονομασία, όπως αυτή του παραδείγματος που ακολουθεί: Το αρχείο P01G15Q2C1 σημαίνει:

9 P01: 1 η εργασία του μαθήματος (είναι P01 για όλους σε αυτή την εργασία), G15: η ομάδα 15 δίνει το αρχείο, Q2: αποτελεί αρχείο ATPDraw του 2 ου ερωτήματος, C1: είναι το πρώτο case που σας ζητάμε να τρέξετε. Αν υπάρχουν παραπάνω cases που πρέπει να παρουσιαστούν θα στείλετε και C2, C3 κτλ. Η ημερομηνία ηλεκτρονικής παράδοσης είναι αυστηρά μέχρι και την Πέμπτη 13/12/2012 στις 12 το βράδυ. Η αντίστοιχη ημερομηνία παράδοσης του εκτυπωμένου κειμένου είναι μέχρι τη ευτέρα 17/12/2012.