Skip to content

Zadatak 4

Granična električna dužina voda i prirodna snaga: rešen zadatak

Zadatak i rešenje: prof. dr Andrija T. Sarić

Analiza elektroenergetskih sistema, TF Čačak

Zadatak

4. Kolika je granična "električna dužina" λ\lambda, za trofazni jednopolno prikazani jednomašinski sistem, u pogledu statičke stabilnosti, uzimajući da je elektromotorna sila iza sinhrone reaktanse generatora konstantna, a idealizovanim vodom se prenosi prirodna snaga?

GT1Zc = 330 Ω2jaka mrežaPnatU2 = ConstSGn = STn = 500 MVAUGn = 15,75 kVmT = 15,75/400 kV/kVxdG = 200 %xT = 14 %

Poznato

  • SGn=STn=500S_{Gn} = S_{Tn} = 500MVA
  • UGn=15,75U_{Gn} = 15{,}75kV
  • UTn=400U_{Tn} = 400kV
  • xdG=200x_{dG} = 200%
  • xT=14x_T = 14%
  • Zc=330Z_c = 330Ω

Rešenje

Jednopolna šema sistema je:

Jednopolna šema: elektromotorna sila E_Gf sa naponom V′_1 i strujom I′_1 u tački 1′, reaktansa jX_d(G+T) do tačke 1 (napon V_1, struja I_1), pa vod kao niz rednih induktivnosti i otočnih kapacitivnosti do tačke 2 (napon V_2, struja I_2).
Ista šema kao dva četvorokrajnika u kaskadi: od tačke 1′ do tačke 1 četvorokrajnik A, B, C, D, a od tačke 1 do tačke 2 četvorokrajnik voda A_v, B_v, C_v, D_v.

Četvorokrajnik između tačaka 1’ i 1 je:

V‾1′=A‾V‾1+B‾I‾1I‾1′=C‾V‾1+D‾I‾1⇒V‾1′=1⋅V‾1+jXd(G+T)I‾1I‾1′=0⋅V‾1+1⋅I‾1\begin{aligned} \ph{V}'_1 &= \ph{A}\ph{V}_1 + \ph{B}\ph{I}_1 \\ \ph{I}'_1 &= \ph{C}\ph{V}_1 + \ph{D}\ph{I}_1 \end{aligned} \quad\Rightarrow\quad \begin{aligned} \ph{V}'_1 &= 1 \cdot \ph{V}_1 + \mathrm{j}X_{d(G+T)}\ph{I}_1 \\ \ph{I}'_1 &= 0 \cdot \ph{V}_1 + 1 \cdot \ph{I}_1 \end{aligned}

Četvorokrajnik između tačaka 1 i 2 je (jednačine idealizovanog voda):

V‾1=A‾vV‾2+B‾vI‾2I‾1=C‾vV‾2+D‾vI‾2⇒V‾1=cos⁡λ⋅V‾2+jZc⋅sin⁡λ⋅I‾2I‾1=j1Zcsin⁡λ⋅V‾2+cos⁡λ⋅I‾2\begin{aligned} \ph{V}_1 &= \ph{A}_v\ph{V}_2 + \ph{B}_v\ph{I}_2 \\ \ph{I}_1 &= \ph{C}_v\ph{V}_2 + \ph{D}_v\ph{I}_2 \end{aligned} \quad\Rightarrow\quad \begin{aligned} \ph{V}_1 &= \cos\lambda \cdot \ph{V}_2 + \mathrm{j}Z_c \cdot \sin\lambda \cdot \ph{I}_2 \\ \ph{I}_1 &= \mathrm{j}\frac{1}{Z_c}\sin\lambda \cdot \ph{V}_2 + \cos\lambda \cdot \ph{I}_2 \end{aligned}

To znači da je:

[A‾eB‾eC‾eD‾e]=[1jXd(G+T)01][cos⁡λjZc⋅sin⁡λj1Zcsin⁡λcos⁡λ].\begin{bmatrix} \ph{A}_e & \ph{B}_e \\ \ph{C}_e & \ph{D}_e \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 1 & \mathrm{j}X_{d(G+T)} \\ 0 & 1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} \cos\lambda & \mathrm{j}Z_c \cdot \sin\lambda \\ \mathrm{j}\dfrac{1}{Z_c}\sin\lambda & \cos\lambda \end{bmatrix}.

Posle ovih množenja dobija se

A‾e=cos⁡λ−Xd(G+T)Zcsin⁡λ;B‾e=j[Xd(G+T)⋅cos⁡λ+Zc⋅sin⁡λ];C‾e=j1Zcsin⁡λ;D‾e=cos⁡λ.\begin{aligned} \ph{A}_e &= \cos\lambda - \frac{X_{d(G+T)}}{Z_c}\sin\lambda; \\ \ph{B}_e &= \mathrm{j}\left[X_{d(G+T)} \cdot \cos\lambda + Z_c \cdot \sin\lambda\right]; \\ \ph{C}_e &= \mathrm{j}\frac{1}{Z_c}\sin\lambda; \\ \ph{D}_e &= \cos\lambda. \end{aligned}

To znači da je ulazna impedansa

Z‾12=V‾1I‾1=B‾e=Xd(G+T)⋅cos⁡λ+Zc⋅sin⁡λ.\ph{Z}_{12} = \frac{\ph{V}_1}{\ph{I}_1} = \ph{B}_e = X_{d(G+T)} \cdot \cos\lambda + Z_c \cdot \sin\lambda.

To znači da je aktivna snaga koja se može preneti ovim sistemom:

P=EGU2Xd(G+T)⋅cos⁡λ+Zc⋅sin⁡λsin⁡θ=EGU2cos⁡λ(Xd(G+T)+Zc⋅tgλ)sin⁡θ,\begin{aligned} P &= \frac{E_GU_2}{X_{d(G+T)} \cdot \cos\lambda + Z_c \cdot \sin\lambda}\sin\theta \\ &= \frac{E_GU_2}{\cos\lambda\left(X_{d(G+T)} + Z_c \cdot \mathrm{tg}\lambda\right)}\sin\theta, \end{aligned}

gde je θ\theta fazni pomeraj između EGE_G i V2V_2.

U režimu prenosa prirodne snage voda, naponi i struje duž voda (odnosno na njegovom početku i kraju) se ne menjaju, pa je V1=V2=VV_1 = V_2 = V. Tada se ima prirodna snaga prenosa Pnat=U2ZcP_{nat} = \frac{U^2}{Z_c}, gde je V‾2=V2\ph{V}_2 = V_2 u referentnoj osi.

Sa zamenske šeme je

E‾G=U+jPnatXd(G+T)U=U+jU⋅Xd(G+T)Zc,\ph{E}_G = U + \mathrm{j}\frac{P_{nat}X_{d(G+T)}}{U} = U + \mathrm{j}\frac{U \cdot X_{d(G+T)}}{Z_c},

pa je efektivna vrednost unutrašnje elektromotorne sile generatora

EG=UZcZc2+Xd(G+T)2.E_G = \frac{U}{Z_c}\sqrt{Z_c^2 + X_{d(G+T)}^2}.

Iz prethodnog izraza za snagu prenosa, granična snaga prenosa ima se za θ=π/2\theta = \pi/2, pa je

P=Pnat=U2Zc=EGUcos⁡λ(Xd(G+T)+Zc⋅tgλ).P = P_{nat} = \frac{U^2}{Z_c} = \frac{E_GU}{\cos\lambda\left(X_{d(G+T)} + Z_c \cdot \mathrm{tg}\lambda\right)}.

Ako se u ovu jednačinu zameni izvedeno EGE_G, dobija se

P=U2Zc=U2ZcZc2+Xd(G+T)2cos⁡λ(Xd(G+T)+Zc⋅tgλ).P = \frac{U^2}{Z_c} = \frac{\dfrac{U^2}{Z_c}\sqrt{Z_c^2 + X_{d(G+T)}^2}}{\cos\lambda\left(X_{d(G+T)} + Z_c \cdot \mathrm{tg}\lambda\right)}.

Iz ove jednačine je

cos⁡λ(Xd(G+T)+Zc⋅tgλ)=Zc2+Xd(G+T)2.\cos\lambda\left(X_{d(G+T)} + Z_c \cdot \mathrm{tg}\lambda\right) = \sqrt{Z_c^2 + X_{d(G+T)}^2}.

Sređivanjem se dobija

(Xd(G+T)⋅sin⁡λ−Zc⋅cos⁡λ)2=0, odnosno tgλ=ZcXd(G+T)\left(X_{d(G+T)} \cdot \sin\lambda - Z_c \cdot \cos\lambda\right)^2 = 0, \text{ odnosno } \mathrm{tg}\lambda = \frac{Z_c}{X_{d(G+T)}}

Konkretna vrednost reaktanse bloka generator-transformator je

Xd(G+T)=(xdG+xT)(%)100⋅UGn2SGn=214100⋅4002500=684,8 Ω,\begin{aligned} X_{d(G+T)} &= \frac{(x_{dG} + x_T)(\%)}{100} \cdot \frac{U_{Gn}^2}{S_{Gn}} \\ &= \frac{214}{100} \cdot \frac{400^2}{500} = 684{,}8\ \Omega, \end{aligned}

pa je

tgλ=ZcXd(G+T)=330684,8=0,482,\mathrm{tg}\lambda = \frac{Z_c}{X_{d(G+T)}} = \frac{330}{684{,}8} = 0{,}482,

odnosno

λ=25,734∘=0,06∘⋅L,\lambda = 25{,}734^\circ = 0{,}06^\circ \cdot L,

pa je dozvoljena dužina voda

L=25,734∘0,06∘=428 km.L = \frac{25{,}734^\circ}{0{,}06^\circ} = 428\ \text{km}.

Rezultat

tgλ=Zc/Xd(G+T)=0,482\mathrm{tg}\lambda = Z_c/X_{d(G+T)} = 0{,}482, granična električna dužina λ=25,734∘\lambda = 25{,}734^\circ, dozvoljena dužina voda L=428L = 428 km.

Metod u predavanju

Slični zadaci

Teme

Stabilnost · Vodovi i kablovi