Skip to content

Zadatak 6

Klasifikacija čvorova i DC model tokova snaga: rešen zadatak

Zadatak i rešenje: prof. dr Andrija T. Sarić

Analiza elektroenergetskih sistema, TF Čačak

Zadatak

Za elektroenergetski sistem prikazan na slici:

  • a) Izvršiti klasifikaciju čvorova i napisati jednačine za proračun modula i faznih uglova napona u čvorovima usvajajući čvor 1 kao referentno-balansni.
  • b) Napisati jednačine za proračun tokova aktivnih i reaktivnih snaga u granama 1–2, 1–3 i 2–3.
  • c) Primenom DC modela proračunati fazne uglove napona u čvorovima, tokove aktivnih snaga u granama i aktivnu snagu injektiranja referentnog čvora. (radi se kasnije na vežbama).
12Yg12 = (0,25 − j2,5) r.j.SG1V1 = 1 r.j.θ1 = 0°SP2 = (2 + j1) r.j.SG2 = (3 + jQ2) r.j.V2 = 1 r.j.Yg13 = (0,5 − j4) r.j.Yg23 = (0 − j5) r.j.3SP3 = (4 + j2) r.j.

Poznato

  • G12g=0,25G^g_{12} = 0{,}25r.j.
  • −B12g=2,5-B^g_{12} = 2{,}5r.j.
  • G13g=0,5G^g_{13} = 0{,}5r.j.
  • −B13g=4-B^g_{13} = 4r.j.
  • −B23g=5-B^g_{23} = 5r.j.
  • PP2=2P_{P2} = 2r.j.
  • QP2=1Q_{P2} = 1r.j.
  • PG2=3P_{G2} = 3r.j.
  • PP3=4P_{P3} = 4r.j.
  • QP3=2Q_{P3} = 2r.j.
  • V1=1V_1 = 1r.j.
  • V2=1V_2 = 1r.j.

Rešenje

a. Klasifikacija čvorova

Klasifikacija čvoraPoznatoNepoznato
1 SL (Ref.-Balansni)θ1\theta_1 i V1V_1P1P_1 i Q1Q_1
2 PVP2P_2 i V2V_2θ2\theta_2 i Q2Q_2
3 PQP3P_3 i Q3Q_3θ3\theta_3 i V3V_3

Vektor specificiranih veličina: X=[θ1V1P2V2P3Q3]T\boldsymbol{X} = \begin{bmatrix} \theta_1 & V_1 & P_2 & V_2 & P_3 & Q_3 \end{bmatrix}^{\mathrm{T}}

Vektor nepoznatih veličina: Y=[P1Q1θ2Q2θ3V3]T\boldsymbol{Y} = \begin{bmatrix} P_1 & Q_1 & \theta_2 & Q_2 & \theta_3 & V_3 \end{bmatrix}^{\mathrm{T}}

Aktivne i reaktivne snage injektiranja:

P1=PG1;P2=PG2−PP2=3−2=1 r.j.;P3=PG3−PP3=−4 r.j.;Q1=QG1;Q2=QG2−QP2=(QG2−1) r.j.;Q3=QG3−QP3=−2 r.j.\begin{aligned} P_1 &= P_{G1}; \\ P_2 &= P_{G2} - P_{P2} = 3 - 2 = 1\ \rj; \\ P_3 &= P_{G3} - P_{P3} = -4\ \rj; \\ Q_1 &= Q_{G1}; \\ Q_2 &= Q_{G2} - Q_{P2} = (Q_{G2} - 1)\ \rj; \\ Q_3 &= Q_{G3} - Q_{P3} = -2\ \rj \end{aligned}

Matrica admitansi nezavisnih čvorova

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

Posle zamene brojčanih vrednosti ova matrica je

Y‾BUS=[0,75−j6,5−0,25+j2,5−0,5+j4−0,25+j2,50,25−j7,5j5−0,5+j4j50,5−j9]\ph{\boldsymbol{Y}}_{BUS} = \begin{bmatrix} 0{,}75 - \mathrm{j}6{,}5 & -0{,}25 + \mathrm{j}2{,}5 & -0{,}5 + \mathrm{j}4 \\ -0{,}25 + \mathrm{j}2{,}5 & 0{,}25 - \mathrm{j}7{,}5 & \mathrm{j}5 \\ -0{,}5 + \mathrm{j}4 & \mathrm{j}5 & 0{,}5 - \mathrm{j}9 \end{bmatrix}

Jednačine aktivnih i reaktivnih injektiranja u čvoru 1 (referentno-balansni) su:

P1=G11V12+V1V2[G12cos⁡(θ1−θ2)+B12sin⁡(θ1−θ2)]+V1V3[G13cos⁡(θ1−θ3)+B13sin⁡(θ1−θ3)]Q1=−B11V12+V1V2[G12sin⁡(θ1−θ2)−B12cos⁡(θ1−θ2)]+V1V3[G13sin⁡(θ1−θ3)−B13cos⁡(θ1−θ3)]\begin{aligned} P_1 = G_{11}V_1^2 &+ V_1V_2\left[G_{12}\cos(\theta_1 - \theta_2) + B_{12}\sin(\theta_1 - \theta_2)\right] \\ &+ V_1V_3\left[G_{13}\cos(\theta_1 - \theta_3) + B_{13}\sin(\theta_1 - \theta_3)\right] \\ Q_1 = -B_{11}V_1^2 &+ V_1V_2\left[G_{12}\sin(\theta_1 - \theta_2) - B_{12}\cos(\theta_1 - \theta_2)\right] \\ &+ V_1V_3\left[G_{13}\sin(\theta_1 - \theta_3) - B_{13}\cos(\theta_1 - \theta_3)\right] \end{aligned}

Posle zamene brojčanih vrednosti (za θ1=0\theta_1 = 0) je

P1=0,75⋅12+1⋅1(−0,25⋅cos⁡θ2−2,5⋅sin⁡θ2)+1⋅V3(−0,5cos⁡θ3−4sin⁡θ3)Q1=6,5⋅12+1⋅1(0,25⋅sin⁡θ2−2,5⋅cos⁡θ2)+1⋅V3(0,5sin⁡θ3−4cos⁡θ3)\begin{aligned} P_1 = 0{,}75 \cdot 1^2 &+ 1 \cdot 1\left(-0{,}25 \cdot \cos\theta_2 - 2{,}5 \cdot \sin\theta_2\right) \\ &+ 1 \cdot V_3\left(-0{,}5\cos\theta_3 - 4\sin\theta_3\right) \\ Q_1 = 6{,}5 \cdot 1^2 &+ 1 \cdot 1\left(0{,}25 \cdot \sin\theta_2 - 2{,}5 \cdot \cos\theta_2\right) \\ &+ 1 \cdot V_3\left(0{,}5\sin\theta_3 - 4\cos\theta_3\right) \end{aligned}

Na sličan način se formiraju jednačine specificiranih injektiranja:

P2=1=0,25⋅12−0,25⋅cos⁡θ2+2,5⋅sin⁡θ2+5⋅V3⋅sin⁡(θ2−θ3)P3=−4=0,5⋅V32−0,5⋅V3⋅cos⁡θ3+4⋅V3⋅sin⁡θ3+5⋅V3⋅sin⁡(θ3−θ2)Q3=−2=9⋅V32−0,5⋅V3⋅sin⁡θ3−4⋅V3⋅cos⁡θ3−5⋅V3⋅cos⁡(θ3−θ2)\begin{aligned} P_2 = 1 &= 0{,}25 \cdot 1^2 - 0{,}25 \cdot \cos\theta_2 + 2{,}5 \cdot \sin\theta_2 \\ &\quad + 5 \cdot V_3 \cdot \sin(\theta_2 - \theta_3) \\ P_3 = -4 &= 0{,}5 \cdot V_3^2 - 0{,}5 \cdot V_3 \cdot \cos\theta_3 + 4 \cdot V_3 \cdot \sin\theta_3 \\ &\quad + 5 \cdot V_3 \cdot \sin(\theta_3 - \theta_2) \\ Q_3 = -2 &= 9 \cdot V_3^2 - 0{,}5 \cdot V_3 \cdot \sin\theta_3 - 4 \cdot V_3 \cdot \cos\theta_3 \\ &\quad - 5 \cdot V_3 \cdot \cos(\theta_3 - \theta_2) \end{aligned}

U prethodne tri jednačine postoje tačno tri nepoznate: V3V_3, θ2\theta_2 i θ3\theta_3, što znači da se sistem jednačina može numerički rešiti.

b. Tokovi snaga po granama

Tokovi snaga po traženim granama dobijaju se iz opštih izraza koji važe u slučaju zanemarenih otočnih elemenata:

S‾ij=3V‾iI‾ij∗=3V‾iY‾ijg∗(V‾i∗−V‾j∗)=Y‾ijg∗Ui2−Y‾ijg∗U‾iU‾j∗=Y‾ijg∗Ui2−Y‾ijg∗(Ui/θi‾⋅Uj/−θj‾)=Y‾ijg∗Ui2−Y‾ijg∗UiUj/θij‾,\begin{aligned} \ph{S}_{ij} &= 3\ph{V}_i\cj{\ph{I}}_{ij} = 3\ph{V}_i\ph{Y}_{ij}^{g*}(\cj{\ph{V}}_i - \cj{\ph{V}}_j) \\ &= \ph{Y}_{ij}^{g*}U_i^2 - \ph{Y}_{ij}^{g*}\ph{U}_i\cj{\ph{U}}_j = \ph{Y}_{ij}^{g*}U_i^2 - \ph{Y}_{ij}^{g*}(U_i \underline{/\theta_i} \cdot U_j \underline{/{-\theta_j}}) \\ &= \ph{Y}_{ij}^{g*}U_i^2 - \ph{Y}_{ij}^{g*}U_iU_j \underline{/\theta_{ij}}, \end{aligned}

Iz prethodne jednačine kada su sve veličine u relativnim jedinicama (V‾i=U‾i\ph{V}_i = \ph{U}_i) može se napisati

Pij=Vi2Gijg−ViVj(Gijgcos⁡θij+Bijgsin⁡θij)Qij=−Vi2Bijg−ViVj(Gijgsin⁡θij−Bijgcos⁡θij)\begin{aligned} P_{ij} &= V_i^2G_{ij}^g - V_iV_j(G_{ij}^g\cos\theta_{ij} + B_{ij}^g\sin\theta_{ij}) \\ Q_{ij} &= -V_i^2B_{ij}^g - V_iV_j(G_{ij}^g\sin\theta_{ij} - B_{ij}^g\cos\theta_{ij}) \end{aligned}

odnosno

P12=0,25−0,25⋅cos⁡(θ1−θ2)+2,5⋅sin⁡(θ1−θ2)=0,25−0,25⋅cos⁡θ2−2,5⋅sin⁡θ2Q12=2,5+0,25⋅sin⁡θ2−2,5⋅cos⁡θ2P13=0,5−0,5⋅V3⋅cos⁡θ3−4⋅V3⋅sin⁡θ3Q13=4+0,5⋅V3⋅sin⁡θ3−4⋅V3⋅cos⁡θ3P32=5⋅V3⋅sin⁡(θ3−θ2)Q32=5V32−5V3⋅cos⁡(θ3−θ2)\begin{aligned} P_{12} &= 0{,}25 - 0{,}25 \cdot \cos(\theta_1 - \theta_2) + 2{,}5 \cdot \sin(\theta_1 - \theta_2) \\ &= 0{,}25 - 0{,}25 \cdot \cos\theta_2 - 2{,}5 \cdot \sin\theta_2 \\ Q_{12} &= 2{,}5 + 0{,}25 \cdot \sin\theta_2 - 2{,}5 \cdot \cos\theta_2 \\ P_{13} &= 0{,}5 - 0{,}5 \cdot V_3 \cdot \cos\theta_3 - 4 \cdot V_3 \cdot \sin\theta_3 \\ Q_{13} &= 4 + 0{,}5 \cdot V_3 \cdot \sin\theta_3 - 4 \cdot V_3 \cdot \cos\theta_3 \\ P_{32} &= 5 \cdot V_3 \cdot \sin(\theta_3 - \theta_2) \\ Q_{32} &= 5V_3^2 - 5V_3 \cdot \cos(\theta_3 - \theta_2) \end{aligned}

c. DC model

Ovo će se rešiti kod zadataka iz DC modela tokova snaga:

[P2P3]=[PG2−Pp2−Pp3]=−[B22B23B32B33][θ2θ3]\begin{bmatrix} P_2 \\ P_3 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} P_{G2} - P_{p2} \\ -P_{p3} \end{bmatrix} = -\begin{bmatrix} B_{22} & B_{23} \\ B_{32} & B_{33} \end{bmatrix}\begin{bmatrix} \theta_2 \\ \theta_3 \end{bmatrix}

odnosno

[3−2−4]=−[−7,555−9][θ2θ3], ili[θ2θ3]=−[−7,555−9]−1[1−4]=[−0,2584−0,5882]=[−14,8∘−33,7∘]\begin{gathered} \begin{bmatrix} 3 - 2 \\ -4 \end{bmatrix} = -\begin{bmatrix} -7{,}5 & 5 \\ 5 & -9 \end{bmatrix}\begin{bmatrix} \theta_2 \\ \theta_3 \end{bmatrix}, \text{ ili} \\ \begin{bmatrix} \theta_2 \\ \theta_3 \end{bmatrix} = -\begin{bmatrix} -7{,}5 & 5 \\ 5 & -9 \end{bmatrix}^{-1}\begin{bmatrix} 1 \\ -4 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} -0{,}2584 \\ -0{,}5882 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} -14{,}8^\circ \\ -33{,}7^\circ \end{bmatrix} \end{gathered}

Tokovi snaga po granama su

P12=−B12(θ1−θ2)=−2,5⋅(−0,2584)=0,646=64,6 MWP13=−B13(θ1−θ3)=−4⋅(−0,5882)=2,352=235,2 MWP23=−B23(θ2−θ3)=−5⋅(0,2584−0,5882)=1,649=164,9 MWP1=P12+P13=299,8 MW≈PG1\begin{aligned} P_{12} &= -B_{12}(\theta_1 - \theta_2) = -2{,}5 \cdot (-0{,}2584) = 0{,}646 = 64{,}6\ \text{MW} \\ P_{13} &= -B_{13}(\theta_1 - \theta_3) = -4 \cdot (-0{,}5882) = 2{,}352 = 235{,}2\ \text{MW} \\ P_{23} &= -B_{23}(\theta_2 - \theta_3) = -5 \cdot (0{,}2584 - 0{,}5882) = 1{,}649 = 164{,}9\ \text{MW} \\ P_1 &= P_{12} + P_{13} = 299{,}8\ \text{MW} \approx P_{G1} \end{aligned}

Rezultat

Čvor 1 SL, čvor 2 PV, čvor 3 PQ; nepoznate V3V_3, θ2\theta_2 i θ3\theta_3.

DC model: θ2=−0,2584\theta_2 = -0{,}2584 (−14,8∘ -14{,}8^\circ), θ3=−0,5882\theta_3 = -0{,}5882 (−33,7∘ -33{,}7^\circ); P12=64,6P_{12} = 64{,}6 MW, P13=235,2P_{13} = 235{,}2 MW, P23=164,9P_{23} = 164{,}9 MW, P1=299,8P_1 = 299{,}8 MW.

Metod u predavanju

Slični zadaci

Teme

Tokovi snaga