1.5. Баланс генерируемой мощности и потребления электроэнергии в энергосистеме

Для обеспечения устойчивой и надежной работы энергосистемы необходимо, чтобы в каждый момент времени t соблюдался баланс электрических мощностей в энергосистеме. Для обеспечения нормальных параметров энергосистемы необходимо соблюдение не только баланса активной мощности, но и реальной.

Б а л а н с а к т и в н о й м о щ н о с т и. В энергосистеме в любой момент времени соблюдается баланс активных мощностей. Баланс активной мощности в условно изолированной энергосистеме в момент времени t имеет вид

, (1.5)

где – суммарная генерируемая активная мощность генераторов;- сумма потерь мощности в сети;- суммарная мощность собственных нужд электростанций энергосистемы;- суммарная нагрузка потребителей.

Правая часть уравнения – потребляемая мощность (нагрузка), левая – генерируемая активная мощность.

Нарушение баланса активной мощности приводит к снижению частоты электрического тока в системе, т.е. к снижению качества электрической энергии. Рассмотрим составляющие этого баланса.

Учитывая, что практически все энергосистемы России взаимосвязаны, для отдельной системы из группы баланс активной мощности будет иметь следующее выражение:

(1.6)

где –суммарная мощность, получаемая со стороны в каждый момент времени из других систем;- суммарная мощность, передаваемая в каждый момент времени в другие системы.

Оптимизация режима начинается с составления баланса мощности. Для целей эксплуатации такой баланс планируется помесячно и для каждых суток. При планировании режимов работы и развития энергосистемы составляются плановые балансы мощности на более длительный период (годовой, перспективный на несколько лет), которые нужны для периода прохождения годового максимума нагрузки (обычно это последняя декада декабря).

Б а л а н с р е а к т и в н о й м о щ н о с т и. Аналогично балансу активной мощности в энергосистемах должен соблюдаться баланс реактивной мощности, который влияет на уровни напряжения:

, (1.7)

где Q_ген.р. - реактивная мощность генераторов электростанций; Q_комп- мощность компенсирующих устройств (регулируемых и нерегулируемых); Q_{зарядн.}- зарядная мощность линий электропередачи; Q_р.потр.- реактивная мощность потребителей; Q_потр.р.- потери реактивной мощности.

При снижении приходной части баланса реактивной мощности происходит снижение уровня напряжения в электрической сети и, как правило, рост потерь активной мощности. Поэтому, баланс должен быть составлен так, чтобы поддержать во всех узлах допустимые уровни напряжения. При проектировании развития электрической системы кроме проверки допустимых уровней напряжения рассматривается экономическая целесообразность установки дополнительных компенсирующих устройств (повышение приходной части баланса реактивной мощности), если это приводит к снижению потерь энергии в электрических сетях.

Основное отличие баланса реактивной мощности от активной заключается в том. что избыток реактивной мощности в одной части (районе) энергосистемы не всегда может компенсировать недостаток ее в другой части. Это объясняется тем, что передача реактивной мощности на большие расстояния не всегда выгодна и не всегда возможна из-за роста или снижения уровня напряжения в приемной части энергосистемы.

Резервы реактивной мощности предусматриваются в узлах, имеющих особо ответственных потребителей, предъявляющих высокие требования к качеству напряжения. Высокий коэффициент мощности крупных турбоагрегатов и высокий уровень потерь реактивной мощности в линиях и в трансформаторах приводят к необходимости устанавливать дополнительные источники реактивной мощности в виде синхронных компенсаторов. На каждый 1 кВт вновь вводимой активной мощности обычно требуется 0,9-1,2 кВар реактивной мощности дополнительных источников.

1.6. Резерв мощности

Для повышения надежности электроснабжения потребителей используется резервирование активной мощности. резерв мощности в энергосистеме в общем случае может быть обеспечен как за счет содержания резервных генерирующих мощностей, так и за счет регулирования режима электропотребления, однако поддерживание баланса между производством и потреблением мощности в энергосистеме за счет потребителей можно рассматривать лишь как вынужденную временную меру. Такой способ используют в основном только при аварийных режимах, в условиях, когда исчерпаны все резервы генерирующей мощности [7,8,9]. Если в энергосистемах имеются промышленные предприятия, где технологические особенности производства позволяют снизить нагрузки на некоторое время (например, электронагрев, электролиз, цементное производство, производство алюминия), то такое снижение может быть использовано для выравнивания графиков нагрузки, и снижения ее пиков. Однако возможности такого выравнивания графиков нагрузки очень ограничены. Вопрос об использовании потребителей – регуляторов является одновременно и экономической задачей. С учетом всего сказанного резерв мощности можно разделить на резерв генерирующей мощности и резерв потребляющей части системы.

Резервом генерирующей мощности называется разность между располагаемой мощностью и ее нагрузкой в каждый данный момент времени. По своему функциональному назначению в соответствии с [7,8,9] резерв генерирующей мощности разделяется на две составляющие: ремонтный резерв и оперативный резерв.

Ремонтный резерв предназначен для компенсации снижения располагаемой мощности системы, вызываемого выводом генерирующего оборудования в предупредительный или плановый (текущий. средний и капитальный) ремонт или на реконструкцию.

Этот резерв устанавливается в первую очередь в тех случаях, если «ремонтная площадка» в летние месяцы не обеспечивает проведение полного объема ремонтных работ.

Оперативный резерв предназначается для компенсации небаланса между генерированием и потреблением мощности, вызванного отказами элементов оборудования, непредвиденным увеличением нагрузки, а также ее случайными колебаниями. Поэтому при возникновении небалансов мощности оперативный резерв в свою очередь делят на аварийный и нагрузочный [7].

Аварийный резерв служит для компенсации снижения располагаемой мощности системы, вызванного частичными или полными отказами оборудования. Обычно величина аварийного резерва выбирается такой, чтобы быть не меньше мощности самого мощного агрегата.

Нагрузочный резерв служит для компенсации покрытия непредвиденного увеличения нагрузки, включая ее случайные колебания.

Оперативный резерв обычно меньше суммы его арифметических составляющих, поскольку причины, вызывающие необходимость их использования, являются случайными и одновременное их появление маловероятно.

Приведенные выше составляющие резерва генерирующей мощности являются расчетными, позволяющими определить общий необходимый резерв. В реальный условиях эксплуатации в каждый момент времени часть генерирующих агрегатов находится в нерабочем состоянии и в распоряжении эксплуатационного персонала остается рабочая мощность и соответственно та часть полного резерва, которая определяется разностью между рабочей мощностью системы и ее нагрузкой в данный момент времени. Этот резерв называется эксплуатационным [7].

Оперативный резерв мощности (в реальный условиях эксплуатации – эксплуатационный) обеспечивает: первичное регулирование частоты; вторичное регулирование частоты и перетоков мощности, а также ограничение перетоков мощности; быструю коррекцию режима и компенсацию небаланса мощностей в рассматриваемый момент времени.

7. Регулирование частоты и активной мощности в энергосистеме