Влияние регулируемого ку на ур электрической сети рассмотрим на примере вл пс1-пс6 (рис. 1.3). Соотношения между параметрами ур вл приближенно описываются следующим образом:

; (1.16)

;

; (1.17)

; (1.18)

; (1.19)

; (1.20)

; (1.21)

. (1.22)

В выражениях (1.16) – (1.22) приняты следующие обозначения:

• нижние индексы (О) и (К) соответствуют режимам работы сети с отключенным и включен­ном КУ; верхний индекс (^//) соответствует величине мощности в конце ВЛ 1-6.

Выражения (1.19) – (1.20) справедливы при следующих допущениях:

• не учтена поперечная составляющая вектора падения напряжения в ветви 1-6 (U = 0);

• зарядная мощность ВЛ учтена в реактивной нагрузке линии;

• , т.е. пренебрегается влияние потерь активной и реактивной мощностей в ВЛ на потокораспределение в ней;

• нагрузки сети представлены постоянными мощностями (Р_б = пост,, Q₆ = пост.); U₁₍₀₎ = U_1(K).

На рис.1.4 показана зависимость потерь активной мощности Р в ВЛ ПС 1 – ПС 6 от величины и знака мощности Q_K КУ 6, полученная в результате расчета УР на ПК.

Кривая Р = f(Q_K) имеет минимум при мощности Q_K, равной реактивной мощности нагрузки Q.

При работе КУ 6 с любой другой мощностью Q_K Q потери активной мощности Р увеличиваются по сравнению с их минимальными значениями. Такой же характер, как и зависимость Р = f(Q_K), имеет характеристика тока ВЛ I_1-6 = f(Q_K).

На рис.1.4 показаны четыре характерные зоны, определяемые режимом работы КУ 6 :

– генерации, когда Q_K < 0, а КУ выдает в сеть реактивную мощность;

– потребления, когда Q_K > 0, а КУ потребляет реактивную мощность из сети;

– перекомпенсации, когда Q_K < 0, |Q_K| > Q, а в ВЛ возникает встречный переток реактивной мощности (узел 6 является избыточным по реактивной мощности);

– недокомпенсации, когда Q_K  0, а узел 6 является дефицитным по реактивной мощности.

В режиме перекомпенсации реактивной мощности ПС 6 величина напряжения на ее шинах U₆ превышает напряжение U₁ , что при определенных условиях может стать опасным для изоляции электрооборудования.

Важно иметь в виду, что при значительной степени недокомпенсации или перекомпенсации реактивной мощности потери мощности и энергии в сети могут значительно увеличиться.

Характеристика, показанная на рис.1.4, рассчитана при условии, что Р₆ и Q₆ заданы постоянными мощностями для конкретного режима работы потребителя.

В реальных условиях мощности Р₆ и Q₆ изменяются в течение суток в соответствии с графиками нагрузок потребителя, в связи с чем кривая Р = f(Q_K) при увеличении мощностей Р₆ и Q₆ будет смещаться влево, а при их уменьшении – вправо. Это означает, что для обеспечения снижения потерь активной мощности и энергии в сети могут потребоваться регулируемые КУ с достаточно широким диапазоном изменения мощности Q_K.

Рис.1.4. Зависимость потерь мощности от мощности КУ

Одновременно со снижением потерь мощности и энергии КУ позволят обеспечить регулирование напряжения U₆ в течение суток, а также будут способствовать поддержанию баланса реактивной мощности в сети в целом (см. разд. 1.3.6).

Зависимость изменения прироста потерь активной мощности Р₁₆ от величины Q_K (табл. 1.8) показывает, что при увеличении генерации КУ с 10 до 20 Мвар, т.е. в два раза, потери мощности уменьшаются всего лишь на 0,09 МВт, т.е. на 12 %. В то же время полное отключение КУ увеличивает потери мощности по сравнению с режимами, когда Q_K = -10 Мвар, на 0,24 МВт, т.е. на 25 %. Достаточно пологий характер кривой Р₁₆=f(Q_K6) вблизи ее минимума позволяет на практике в целях снижения стоимости КУ выбирать его мощность так, чтобы выполнялось условие

(Q_K6 < Q₆) (1.23)

вместо условия (Q_K6 = Q₆). (1.24)

Именно поэтому нормативные документы по проектированию электрических сетей рекомендуют обеспечивать величину коэффициента мощности за счет применения различных видов КУ в соответствии с неравенством

cos < 1, (1.25)

а не выполнять полную компенсацию реактивной мощности, при которой

cos = 1. (1.26)

_{Таблица 1.8. Изменение потерь активной мощности от величины Qк}

QK	Р16	tg(6)	Р16
-20	0,00	0,65	-0,33
-10	0,33	0,74	-0,24
0	0,67	0,98	0,00
10	1,00	1,38	0,40
20	1,33	1,97	0,99

Для компенсации реактивной мощности на подстанциях энергосистем и промышленных предприятий применяются батареи статических конденсаторов (БСК).

Реактивная мощность, генерируемая БСК, пропорциональна квадрату напряжения в узле, где она подключена. Такая особенность статической характеристики мощности БСК оказывает неблагоприятное влияние на баланс реактивной мощности узла сети при снижении напряжения.

Рассмотрим этот вопрос на примере схемы сети, приведенной на рис. 1.5,а.

Реактивная мощность Q^//, определяющая баланс реактивной мощности узла 2 и равная

Q^//(U₂)=Q(U₂)-Q_K(U₂), (1.27)

влияет на уровни напряжения в узле 2 и потери активной мощности в линии 1 – 2.

Как видно из рис.1.5,б, из-за разной крутизны характеристик Q_K=f(U₂) и Q = f(U₂) величина Q^// при снижении напряжения U₂ по любой причине возрастает и тем самым способствует дальнейшему снижению этого напряжения, что может вызвать лавину напряжения в узле 2 и как следствие нарушение работы всех потребителей, питающихся от этого узла. Особенно заметно увеличивается величина Q^//, когда напряжение U₂ в процессе его снижения приближается к величине U_2KP=(0,7…0,8)U_2HOM, при котором начинается рост нагрузки Q(U₂), что видно на рис. 1.5,б.

В связи с этим в узлах сети, имеющих БСК большой мощности, должны предусматриваться меры по предотвращению лавины напряжения, а именно:

• автоматическое включение дополнительных секций БСК;

• форсировка мощности имеющихся БСК;

• использование форсировки реактивной мощности синхронных машин (двигателей, компенсаторов, генераторов), связанных с таким узлом, за счет действия автоматического регулирования возбуждения (АРВ);

• автоматическое отключение части менее ответственных потребителей при действии специальной автоматики отключения нагрузки (САОН).

Рис.1.5. Зависимость баланса реактивной мощности от уровня напряжения

Все эти меры позволяют уменьшить переток реактивной мощности Q ^// при снижении напряжения на шинах БСК и уменьшении ее мощности Q_К за счет увеличения генерации реактивной мощности в узле с БСК или уменьшения нагрузки в узле, т.е. позволяют уменьшить дефицит реактивной мощности в узле (улучшить баланс реактивной мощности в узле с БСК).

Влияние включения дополнительной секции БСК и форсировки ее мощности за счет переключения БСК со схемы «звезда» на схему «треугольник» показано на рис. 1.6,а и б соответственно.

На рис.1.6,а показано, как изменяется баланс реактивной мощности узла с БСК в случае включения в нем второй секции батареи такой же мощности, как и первой секции.

На нем приведены характеристики:

А – статическая характеристика нагрузки Q = f(U₂);

B – статическая характеристика первой секции БСК Q_K1 = f (U);

C – статическая характеристика БСК при включенных обеих секциях Q_K = f(U₂), где Q_K = Q_K1 + Q_K2;

D – изменение перетока реактивной мощности к узлу 2 Q^// = f(U₂), где Q^// = Q-Q_K.

Рис.1.6. Изменение зависимости баланса реактивной мощности от напряжения при подключении дополнительной секции БСК

При работе первой секции БСК изменение величины Q^// при снижении напряжения U₂ идет по кривой D, показанной сплошной линией. При заданном напряжении U₂ = U_2фаз за счет работы автоматики включается вторая секция БСК и происходит уменьшение мощности Q^// на величину Q_K2. Это вызывает переход на характеристику D, показанную пунктирной линией, в результате чего напряжение U₂ увеличивается по сравнению с напряжением, при котором была включена вторая секция.

На рис.1.6,б показано изменение баланса реактивной мощности узла с БСК при форсировке мощности батареи за счет переключения со "звезды" на "треугольник", что вызывает увеличение мощности батареи в три раза.

На этом же рисунке приведены характеристики:

A – статическая характеристика нагрузки Q f(U₂);

B – статическая характеристика БСК при включении в "звезду";

C – статическая характеристика БСК при включении в "треугольник";

D – изменение перетока реактивной мощности к узлу 2 Q^// = f(U₂) до и после переключения БСК со "звезды" на "треугольник" (сплошная и пунктирная линии соответственно).

Как и в предыдущем случае, форсировка БСК значительно уменьшает переток Q^//, в результате чего напряжение U₂ возрастает.

Как было отмечено ранее, такое увеличение (форсировка) генерации реактивной мощности в узле нагрузки при снижении напряжения является весьма эффективным способом предотвращения лавины напряжения.

Аналогично можно проиллюстрировать и влияние на величину Q^//(U₂) автоматического отключения (ограничения) нагрузки

(рис 4.19,а, б).

На рис.1.7, а показаны:

A – статическая характеристика реактивной нагрузки узла в режиме максимальных нагрузок, т.е. при 100 % нагрузке;

B – статическая характеристика реактивной нагрузки узла при отключении части нагрузки ( %);

C – статическая характеристика БСК Q_K = f(U₂);

D – характеристика перетока реактивной мощности к узлу 2 Q^//=f(U₂) до и после отключения части нагрузки (сплошная и пунктирная линии соответственно).

На рис1.7,б приведены аналогичные характеристики, которые будут иметь место в случае, если снижение нагрузки будет более значительным. Как видно, в этом случае величина Q^// в диапазоне изменения рабочих напряжений U₂ = (0,8…1,1) U_ном становится отрицательной, что свидетельствует о возможности перекомпенсации реактивной мощности в режиме минимальных нагрузок в том случае, если не будет уменьшена мощность БСК. Уменьшение мощности БСК может быть выполнено за счет отключения одной или нескольких секций батареи.

При расчетах режимов сетей на ПК снижение напряжения в узле 2 до величины U₂ = U_2форс можно моделировать за счет уменьшения напряжения в балансирующем узле, а эффективность различных способов уменьшения Q^//(U₂) – за счет снижения нагрузки Q(U₂) или соответствующего изменения реактивного сопротивления батареи Х_БСК. Оценить эффективность рассмотренных способов воздействия на УР можно по новой величине напряжения в узле 2 U₂, которая будет получена при расчете УР при напряжении в узле 2, равном U_2форс, после моделирования соответствующих переключений. Способ воздействия на величину Q^//(U₂) будет тем более эффективным, чем больше новое напряжение U₂ будет превышать напряжение U_2форс, при котором вводился в действие тот или иной способ, призванный уменьшить величину Q^//(U₂).

Рис.1.7. Изменение зависимости баланса реактивной мощности от напряжения при отключении части нагрузки