3. Режимы сетей передачи и распределения электроэнергии
3.1. Виды режимов электроэнергетических систем. Общие положения расчета установившихся режимов
Состояние системы в любой момент времени или на некотором интервале времени называется режимом системы. Различают три основных вида режимов ЭЭС:
нормальный установившейся режим, применительно к которому проектируется электрическая сеть и определяются ее технико-экономические характеристики;
послеаварийный установившийся режим, наступающий после аварийного отключения какого-либо элемента сети или ряда элементов (в этом режиме ЭЭС и, соответственно, сеть могут работать с ухудшенными технико-экономическими характеристиками);
переходный режим, во время которого ЭЭС переходит из одного установившегося состояния в другое.
Режим сетей передачи распределения электроэнергии определяется показателями, которые называются параметрами режима. К их числу относятся:
токи и мощности в элементах сети;
напряжения в узлах сети;
потери мощности и электроэнергии.
При проектировании электросетей расчеты режимов выполняются с целью:
проверки допустимости параметров режима для элементов сети (проверка допустимости величин напряжений по условиям работы изоляции, величин токов − по условиям нагрева проводов, величин мощностей − по условиям работы источников активной и реактивной мощности и т.д.);
оценки допустимости величин отклонений напряжений в узлах и элементах сети от номинальных значений;
оценке экономичности режима по величинам потерь мощности и электроэнергии в электрической сети.
оценки токов короткого замыкания, соответствия существующей или намечаемой к установке аппаратуры ожидаемым токам короткого замыкания, мероприятий по ограничению токов короткого замыкания;
проверки пропускной способности сети по условиям устойчивости.
Необходимость расчета режимов электросетей в процессе эксплуатации возникает при изменении:
передаваемых мощностей;
нагрузок;
схемы электрических соединений из-за повреждений в сети.
Следует различать параметры режима и параметры сети.
Параметры сети определяют коэффициенты, входящие в зависимости, которые связывают между собой параметры режима. Эти коэффициенты зависят от физических свойств элементов сети, от способа соединения этих элементов между собой, а также от некоторых допущений расчетного характера. К параметрам сети относятся сопротивления и проводимости элементов, коэффициент трансформации и т.п. Например, ток на участке ЛЭП определяется зависимостью:
,
где I, U1 и U2 – параметры режима; Z – полное сопротивление участка ЛЭП, являющееся одним из параметров сети.
Параметры сети в большинстве практических задач расчета режимов полагают постоянными и определяются по схеме замещения сети. Схема замещения сети состоит из схем замещения ее элементов, объединенных в соответствии с принципиальной схемой сети [10, 21, 24].
Расчет установившегося режима – нормального или послеаварийного – предполагает определение токов, напряжений и мощностей в элементах сети, которые, с учетом специфики режима, принимаются неизменными.
Исходными данными для расчета режима являются:
принципиальная схема электрической сети, отражающая взаимную связь между ее отдельными элементами;
расчетная схема замещения сети, состоящая из схем замещения отдельных элементов сети;
сопротивления и проводимости схемы замещения;
значения мощностей в узлах нагрузки;
значения напряжений в отдельных точках сети.
Электрическая сеть с позиций теоретической электротехники является электрической цепью, т.е. для нее справедливы законы Ома и Кирхгофа, и ее можно рассчитать с помощью прямого метода расчета электрических цепей, известного из ТОЭ. Однако непосредственное применение прямого метода затруднено, если в начале расчета известны мощности нагрузок и напряжение на источнике питания. Для того, чтобы найти значения мощностей в конце и начале каждого элемента, нужно вычислить потери мощности. Для их вычисления необходимо знать ток в каждом элементе. Его значение можно вычислить при известном напряжении на шинах нагрузки, а оно в начале расчета неизвестно. Поэтому применять в этом случае законы Кирхгофа непосредственно для получения однозначного решения невозможно, и основным методом расчета режимов электрических сетей становиться метод последовательных приближений (итерационный метод).
Итерацией называется повторяющаяся вычислительная процедура. Применение метода требует задания начальных приближений к искомому решению. На первой итерации осуществляется переход от начальных приближений к более точным значениям искомых величин. На последующих итерациях эти значения последовательно уточняются. Вычислительная процедура заканчивается при достижении заданной точности вычислений, т.е. когда разница между результатами последней и предпоследней итерации оказывается меньшей либо равной допустимой погрешности.
В расчетах режимов электросетей в качестве начального приближения принимают, что напряжение во всех узлах схемы равны номинальному напряжению сети. По принятому значению напряжения и заданной мощности нагрузки можно рассчитать ток нагрузки и значения прочих параметров режима, в том числе и значения напряжения в узлах сети. Эти значения напряжения будут вторым приближением к истинным значениям, и могут быть использованы для осуществления следующей итерации. Практика показала, что в большинстве задач расчета режимов можно ограничиться решениями, полученными на первой-второй итерации. Возможность малого количества итераций привела к появлению нестрогих, но дающих приемлемые результаты методов. [10, 21].