Skip to content

Zadatak 8

Gauss-Seidel metoda, dve iteracije, napon 230 kV: rešen zadatak

Zadatak prof. dr Andrije T. Sarića. Rešenje: Miloš Sarić

Analiza elektroenergetskih sistema, TF Čačak

Zadatak

U sistemu na slici elektrana A je regulaciona i održava napon na sabirnicama 1 od U1=230U_1 = 230 kV. Odrediti vrednosti napona u sistemu primenom Gauss (-Seidel)-ove metode za proračun tokova snaga u dve iteracije.

A1L13 = 100 km3BSG3 = (130 + j60) MVAL12 = 80 km2L23 = 90 kmSP2 = (120 + j60) MVAzv = (0,1 + j0,4) Ω/kmy0v = (0 + j2,8)·10−6 S/km

Poznato

  • U1=230U_1 = 230kV
  • L12=80L_{12} = 80km
  • L13=100L_{13} = 100km
  • L23=90L_{23} = 90km
  • rv=0,1r_v = 0{,}1Ω/km
  • xv=0,4x_v = 0{,}4Ω/km
  • bv0=2,8b_v^0 = 2{,}8·10⁻⁶ S/km
  • PP2=120P_{P2} = 120MW
  • QP2=60Q_{P2} = 60MVAr
  • PG3=130P_{G3} = 130MW
  • QG3=60Q_{G3} = 60MVAr

Rešenje

Šta se traži i kojom metodom

Traže se naponi sabirnica 2 i 3 posle dve iteracije Gauss-Seidel-ove metode. Sabirnica 1 je referentno-balansna: elektrana A drži njen napon na 230 kV, a njen fazni ugao je referentni, 0°. Sabirnica 2 je potrošačka, a sabirnica 3 generatorska sa zadatim i aktivnim i reaktivnim snagama, pa su obe PQ-čvorovi i za obe se računa napon.

Računa se kao u prethodnom zadatku, bez svođenja na relativne jedinice: naponi u kV (linijski), admitanse u S, snage u MVA. Tada su i (Pi−jQi)/U‾i∗(P_i - \mathrm{j}Q_i)/\ph{U}_i^* i Y‾ijU‾j\ph{Y}_{ij}\ph{U}_j u kA, 3\sqrt{3} puta fazne struje, pa Gauss-Seidel-ova formula važi sa linijskim naponima. Za početne vrednosti uzima se ravan profil, U‾2(0)=U‾3(0)=230\ph{U}_2^{(0)} = \ph{U}_3^{(0)} = 230 kV /0∘‾\underline{/0^\circ}.

Parametri vodova

Y‾12g=1z‾vL12=18+j32=(0,007353−j0,02941) SY‾13g=1z‾vL13=110+j40=(0,005882−j0,02353) SY‾23g=1z‾vL23=19+j36=(0,006536−j0,02614) S\begin{aligned} \ph{Y}_{12}^g &= \frac{1}{\ph{z}_vL_{12}} = \frac{1}{8 + \mathrm{j}32} = (0{,}007353 - \mathrm{j}0{,}02941)\ \text{S} \\ \ph{Y}_{13}^g &= \frac{1}{\ph{z}_vL_{13}} = \frac{1}{10 + \mathrm{j}40} = (0{,}005882 - \mathrm{j}0{,}02353)\ \text{S} \\ \ph{Y}_{23}^g &= \frac{1}{\ph{z}_vL_{23}} = \frac{1}{9 + \mathrm{j}36} = (0{,}006536 - \mathrm{j}0{,}02614)\ \text{S} \end{aligned}

Otočne admitanse, po polovina na svakom kraju voda:

Y‾12g02=y‾v02L12=j2,8⋅10−62⋅80=j1,12⋅10−4 SY‾13g02=j2,8⋅10−62⋅100=j1,4⋅10−4 SY‾23g02=j2,8⋅10−62⋅90=j1,26⋅10−4 S\begin{aligned} \frac{\ph{Y}_{12}^{g0}}{2} &= \frac{\ph{y}_v^0}{2}L_{12} = \mathrm{j}\frac{2{,}8 \cdot 10^{-6}}{2} \cdot 80 = \mathrm{j}1{,}12 \cdot 10^{-4}\ \text{S} \\ \frac{\ph{Y}_{13}^{g0}}{2} &= \mathrm{j}\frac{2{,}8 \cdot 10^{-6}}{2} \cdot 100 = \mathrm{j}1{,}4 \cdot 10^{-4}\ \text{S} \\ \frac{\ph{Y}_{23}^{g0}}{2} &= \mathrm{j}\frac{2{,}8 \cdot 10^{-6}}{2} \cdot 90 = \mathrm{j}1{,}26 \cdot 10^{-4}\ \text{S} \end{aligned}

Matrica admitansi nezavisnih čvorova

Dijagonalni element je zbir rednih i otočnih admitansi grana u čvoru, a vandijagonalni negativna redna admitansa grane između dva čvora:

Y‾BUS=[Y‾12g+Y‾13g+Y‾12g02+Y‾13g02−Y‾12g−Y‾13g−Y‾12gY‾12g+Y‾23g+Y‾12g02+Y‾23g02−Y‾23g−Y‾13g−Y‾23gY‾13g+Y‾23g+Y‾13g02+Y‾23g02]\ph{\boldsymbol{Y}}_{BUS} = \begin{bmatrix} \ph{Y}_{12}^g + \ph{Y}_{13}^g + \dfrac{\ph{Y}_{12}^{g0}}{2} + \dfrac{\ph{Y}_{13}^{g0}}{2} & -\ph{Y}_{12}^g & -\ph{Y}_{13}^g \\[2ex] -\ph{Y}_{12}^g & \ph{Y}_{12}^g + \ph{Y}_{23}^g + \dfrac{\ph{Y}_{12}^{g0}}{2} + \dfrac{\ph{Y}_{23}^{g0}}{2} & -\ph{Y}_{23}^g \\[2ex] -\ph{Y}_{13}^g & -\ph{Y}_{23}^g & \ph{Y}_{13}^g + \ph{Y}_{23}^g + \dfrac{\ph{Y}_{13}^{g0}}{2} + \dfrac{\ph{Y}_{23}^{g0}}{2} \end{bmatrix}

Brojno, u S:

Y‾11=0,01324−j0,05269,Y‾12=−0,007353+j0,02941,Y‾13=−0,005882+j0,02353,Y‾22=0,01389−j0,05532,Y‾23=−0,006536+j0,02614,Y‾33=0,01242−j0,04941\begin{aligned} \ph{Y}_{11} &= 0{,}01324 - \mathrm{j}0{,}05269, \quad \ph{Y}_{12} = -0{,}007353 + \mathrm{j}0{,}02941, \\ \ph{Y}_{13} &= -0{,}005882 + \mathrm{j}0{,}02353, \quad \ph{Y}_{22} = 0{,}01389 - \mathrm{j}0{,}05532, \\ \ph{Y}_{23} &= -0{,}006536 + \mathrm{j}0{,}02614, \quad \ph{Y}_{33} = 0{,}01242 - \mathrm{j}0{,}04941 \end{aligned}

Gauss-Seidel-ov izraz

Napon svakog PQ-čvora računa se iz njegove jednačine injektiranja, sa najnovijim naponima ostalih čvorova; za čvor 2 se snaga uzima sa minusom, jer je čvor potrošački, a za čvor 3 sa plusom, jer elektrana B daje snagu u mrežu:

U‾2(k+1)=1Y‾22[−PP2−jQP2U‾2(k)∗−Y‾21U‾1−Y‾23U‾3(k)]U‾3(k+1)=1Y‾33[PG3−jQG3U‾3(k)∗−Y‾31U‾1−Y‾32U‾2(k+1)]\begin{aligned} \ph{U}_2^{(k+1)} &= \frac{1}{\ph{Y}_{22}}\left[-\frac{P_{P2} - \mathrm{j}Q_{P2}}{\ph{U}_2^{(k)*}} - \ph{Y}_{21}\ph{U}_1 - \ph{Y}_{23}\ph{U}_3^{(k)}\right] \\ \ph{U}_3^{(k+1)} &= \frac{1}{\ph{Y}_{33}}\left[\frac{P_{G3} - \mathrm{j}Q_{G3}}{\ph{U}_3^{(k)*}} - \ph{Y}_{31}\ph{U}_1 - \ph{Y}_{32}\ph{U}_2^{(k+1)}\right] \end{aligned}

U drugom izrazu stoji već izračunati U‾2(k+1)\ph{U}_2^{(k+1)}: to je razlika Gauss-Seidel-ove metode u odnosu na Gauss-ovu, koja bi uzela U‾2(k)\ph{U}_2^{(k)}.

1. iteracija

Članovi u zagradi za U‾2(1)\ph{U}_2^{(1)}, u kA:

−120−j60230=−0,5217+j0,2609Y‾21U‾1=−1,691+j6,765Y‾23U‾3(0)=−1,503+j6,013\begin{aligned} -\frac{120 - \mathrm{j}60}{230} &= -0{,}5217 + \mathrm{j}0{,}2609 \\ \ph{Y}_{21}\ph{U}_1 &= -1{,}691 + \mathrm{j}6{,}765 \\ \ph{Y}_{23}\ph{U}_3^{(0)} &= -1{,}503 + \mathrm{j}6{,}013 \end{aligned}
U‾2(1)=(−0,5217+j0,2609)−(−1,691+j6,765)−(−1,503+j6,013)0,01389−j0,05532=(224,267−j7,992) kV=224,409∠−2,041∘ kV\begin{aligned} \ph{U}_2^{(1)} &= \frac{(-0{,}5217 + \mathrm{j}0{,}2609) - (-1{,}691 + \mathrm{j}6{,}765) - (-1{,}503 + \mathrm{j}6{,}013)}{0{,}01389 - \mathrm{j}0{,}05532} \\ &= (224{,}267 - \mathrm{j}7{,}992)\ \text{kV} = 224{,}409\angle{-2{,}041^\circ}\ \text{kV} \end{aligned}

Za U‾3(1)\ph{U}_3^{(1)}, sa novim U‾2(1)\ph{U}_2^{(1)}:

130−j60230=0,5652−j0,2609Y‾31U‾1=−1,353+j5,412Y‾32U‾2(1)=−1,257+j5,915\begin{aligned} \frac{130 - \mathrm{j}60}{230} &= 0{,}5652 - \mathrm{j}0{,}2609 \\ \ph{Y}_{31}\ph{U}_1 &= -1{,}353 + \mathrm{j}5{,}412 \\ \ph{Y}_{32}\ph{U}_2^{(1)} &= -1{,}257 + \mathrm{j}5{,}915 \end{aligned}
U‾3(1)=(0,5652−j0,2609)−(−1,353+j5,412)−(−1,257+j5,915)0,01242−j0,04941=(235,797+j4,995) kV=235,850∠1,214∘ kV\begin{aligned} \ph{U}_3^{(1)} &= \frac{(0{,}5652 - \mathrm{j}0{,}2609) - (-1{,}353 + \mathrm{j}5{,}412) - (-1{,}257 + \mathrm{j}5{,}915)}{0{,}01242 - \mathrm{j}0{,}04941} \\ &= (235{,}797 + \mathrm{j}4{,}995)\ \text{kV} = 235{,}850\angle{1{,}214^\circ}\ \text{kV} \end{aligned}

2. iteracija

Isti izrazi, sa U‾2(1)\ph{U}_2^{(1)} i U‾3(1)\ph{U}_3^{(1)} (član Y‾21U‾1\ph{Y}_{21}\ph{U}_1 je isti kao u prvoj iteraciji):

−120−j60U‾2(1)∗=−0,5249+j0,2862Y‾23U‾3(1)=−1,672+j6,132U‾2(2)=(226,564−j5,580) kV=226,633∠−1,411∘ kV\begin{aligned} -\frac{120 - \mathrm{j}60}{\ph{U}_2^{(1)*}} &= -0{,}5249 + \mathrm{j}0{,}2862 \\ \ph{Y}_{23}\ph{U}_3^{(1)} &= -1{,}672 + \mathrm{j}6{,}132 \\ \ph{U}_2^{(2)} &= (226{,}564 - \mathrm{j}5{,}580)\ \text{kV} = 226{,}633\angle{-1{,}411^\circ}\ \text{kV} \end{aligned}
130−j60U‾3(1)∗=0,5565−j0,2427Y‾32U‾2(2)=−1,335+j5,96U‾3(2)=(236,626+j6,190) kV=236,707∠1,499∘ kV\begin{aligned} \frac{130 - \mathrm{j}60}{\ph{U}_3^{(1)*}} &= 0{,}5565 - \mathrm{j}0{,}2427 \\ \ph{Y}_{32}\ph{U}_2^{(2)} &= -1{,}335 + \mathrm{j}5{,}96 \\ \ph{U}_3^{(2)} &= (236{,}626 + \mathrm{j}6{,}190)\ \text{kV} = 236{,}707\angle{1{,}499^\circ}\ \text{kV} \end{aligned}

Kad se iteracije nastave, naponi se ustale na U‾2=227,346∠−1,217∘\ph{U}_2 = 227{,}346\angle{-1{,}217^\circ} kV i U‾3=237,006∠1,593∘\ph{U}_3 = 237{,}006\angle{1{,}593^\circ} kV, istom rešenju koje daje i Newton-Raphson-ov metod. Napon čvora 3 je viši od 230 kV jer elektrana B, osim aktivne, daje i 60 MVAr reaktivne snage u mrežu.

Pitanje za razmišljanje

Ako Q3Q_3 nije poznata, elektrana B mora da drži modul napona svojih sabirnica, pa je čvor 3 PV-čvor, sa zadatim P3P_3 i U3U_3. Tada se u svakoj iteraciji prvo proceni reaktivna snaga iz trenutnih napona,

Q3(k)=−Im{U‾3(k)∗(Y‾31U‾1+Y‾32U‾2(k+1)+Y‾33U‾3(k))},\begin{aligned} Q_3^{(k)} = -\mathrm{Im}\big\{\ph{U}_3^{(k)*}\big(&\ph{Y}_{31}\ph{U}_1 + \ph{Y}_{32}\ph{U}_2^{(k+1)} \\ &+ \ph{Y}_{33}\ph{U}_3^{(k)}\big)\big\}, \end{aligned}

sa njom se izračuna novi napon, a od njega se zadrži samo fazni ugao, dok se modul vrati na zadatu vrednost U3U_3.

Rezultat

Posle 1. iteracije: U‾2(1)=224,409∠−2,041∘\ph{U}_2^{(1)} = 224{,}409\angle{-2{,}041^\circ} kV, U‾3(1)=235,850∠1,214∘\ph{U}_3^{(1)} = 235{,}850\angle{1{,}214^\circ} kV

Posle 2. iteracije: U‾2(2)=226,633∠−1,411∘\ph{U}_2^{(2)} = 226{,}633\angle{-1{,}411^\circ} kV, U‾3(2)=236,707∠1,499∘\ph{U}_3^{(2)} = 236{,}707\angle{1{,}499^\circ} kV

Metod u predavanju

Slični zadaci

Teme

Tokovi snaga