Электропередачи при различных свойствах нагрузки

Очевидно, степень снижения напряжения на шинах нагрузки будет тем меньше, чем больше номинальная мощность приемной системы.

При данной мощности нагрузки существенное значение имеют ее характеристики, а также характеристики местных генераторов. Уменьшение индуктивных сопротивлений этих генераторов способствует стабилизации напряжения на шинах нагрузки.

Влияние мощности нагрузки на напряжение в точке ее включения определяется так называемым регулирующим эффектом нагрузки по напряжению, то есть степенью снижения активной и реактивной мощности нагрузки с уменьшением напряжения на ее шинах, характеризуемой производными и .

Влияние регулирующего эффекта нагрузки на действительный предел мощности довольно значительно, и с ним приходиться считаться в практических расчетах устойчивости.

Строгое решение задачи приводит к представлению нагрузок их статическими характеристиками, дающими зависимости активной и реактивной мощностей нагрузки от напряжения. Касательные к этим характеристикам позволяют определить производные и , то есть регулирующий эффект нагрузки.

Заметим, что увеличение угла между э.д.с. передающей и местной электростанциями (рис.6.1) сопровождается снижением напряжения на шинах нагрузки. Однако, с уменьшением напряжения уменьшается и мощность, потребляемая нагрузкой, - как активная, так и реактивная.

Уменьшение потоков мощности в сети, питающей нагрузку, уменьшает падение напряжения в генераторах , трансформаторах и линиях, что в некоторой степени поддерживает напряжение нагрузки, снижающееся при увеличении угла .

14.Статические характеристики комплексной нагрузки при изменении напряжения и частоты в системе. Понятие о регулирующем эффекте нагрузки.

Простейшим видом нагрузки являются неизменные активные и индуктивные сопротивления (рис.6.5).

Рис.6.5. Представление нагрузки постоянным сопротивлением

В этом случае активная и реактивная мощность нагрузки пропорциональна квадрату напряжения и регулирующий эффект нагрузки по активной и реактивной мощности равен

.

В относительных единицах при регулирующий эффект

будет

.

В действительности нагрузки обладают иными характеристиками, чем неизменные активное и индуктивное сопротивления, и поэтому их регулирующий эффект имеет другие значения.

Обычно более 50% нагрузки составляют асинхронные двигатели (АД), к характеристикам которых мы и обратимся.

На рис. 6.6 показаны графики зависимости потребляемой активной мощности или вращающего момента АД от скольжения для номинального и пониженных значений напряжения на его выводах.

Рис.6.6. Характеристики активной мощности асинхронного двигателя

при различных значениях напряжения на его выводах

Известно, что характеристики вращающего момента АД изменяются пропорционально квадрату напряжения на его выводах. Предполагая тормозной момент (момент сопротивления на валу, преодолеваемый двигателем) постоянным ( ), можно установить, что уменьшение напряжения на выводах АД должно сопровождаться увеличением скольжения до такого значения, чтобы вращающий момент вновь уравновесил тормозной момент.

Так, например, при уменьшении напряжения на АД со 100 до 80% двигатель переходит из режима, характеризуемого точкой 1 (рис.6.6) в режим, характеризуемый точкой 2, с соответствующим увеличением скольжения от до .Увеличение скольжения АД влечеет за собой изменение его эквивалентного сопротивления.

Как вытекает из схемы замещения АД (рис.6.7), с увеличением скольжения падает эквивалентное активное сопротивление цепи ротора .

Поэтому ток в цепи снижается в меньшей степени, чем в случае неизменности активного сопротивления ротора, а в определенных условиях

( при постоянном ) даже возрастает.

Те же соображения справедливы и в отношении реактивной мощности, теряемой в индуктивном сопротивлении рассеяния ротора .

С этой точки зрения регулирующий эффект по реактивной мощности АД должен быть ниже, чем в случае нагрузки в виде постоянного сопротивления и может даже оказаться отрицательным (если ток , а с ним и реактивная мощность не снижаются с уменьшением напряжения на выводах АД, а возрастают).

Рис.6.7. Схема замещения асинхронного двигателя

При напряжении, близком к номинальному, АД работает с насыщенной магнитной цепью (точка на рис.6.8) и небольшое снижение напряжения приводит к настолько резкому уменьшению , что суммарный регулирующий эффект АД может получиться даже более высоким, чем у нагрузки в виде неизменного сопротивления.

Рис.6.8. Зависимость намагничивающего тока асинхронного двигателя от напряжения

При низких напряжениях преобладает отрицательное влияние изменения эквивалентного активного сопротивления ротора, рассмотренного выше.

Результирующая характеристика реактивной мощности АД показана на рис. 6.9. Как видно, регулирующий эффект, определяемый по касательной к этой характеристике изменяет свой знак.

Рис.6.9. Статические характеристики активной и реактивной мощности

асинхронного двигателя при постоянном тормозном моменте на его валу

При неизменном тормозном моменте АД регулирующий эффект по активной мощности, очевидно равен нулю.

Это положение тем более справедливо в отношении синхронных двигателей (СД), частота вращения которых в установившемся режиме не зависит от напряжения.

Регулирующий эффект по реактивной мощности у СД , а также у синхронных компенсаторов (СК) очень мал.

Зависимость реактивной мощности СК от напряжения на его выводах можно установить из векторной диаграммы (рис.6.10).

Рис.6.10. Векторная диаграмма синхронного компенсатора

Из очевидного соотношения , где - синхронное индуктивное сопротивление СК; - э.д.с. холостого хода СК - можно определить модуль токa и найти реактивную мощность СК ( здесь положительной считается мощность, отдаваемая СК в сеть).

Если же положительной считать реактивную мощность, потребляемую СК из сети ( так же, как реактивную мощность нагрузки), то в найденном выражении следует изменить знаки.

Регулирующий эффект СК в последнем случае находится по выражению

и, следовательно,зависит от э.д.с. , то есть от возбуждения машины.

Если СК вырабатывает реактивную мощность, близкую к номинальной, то обычно , что приводит к отрицательному значению регулирующего эффекта.

При регулирующий эффект равен нулю, и только при он становится положительным. Однако и здесь регулирующий эффект численно невелик ввиду пологости характеристики СК в зависимости от напряжения при неизменном токе возбуждения (рис.6.11).

Представляет также практический интерес сопоставление с этой точки зрения СК с другим типом компенсирующего устройства – статическими конденсаторами (рис.6.12).

Конденсаторы отдают(“генерируют”) реактивную мощность в сеть. Следовательно, получаемая ими реактивная мощность, также, как и перевозбужденного СК, отрицательна: , где .

Эта зависимость показана на рис.6.11.

Рис.6.11. Характеристики реактивной мощности

синхронного компенсатора и статического конденсатора:

1, 2, 3 – синхронный компенсатор; 4 – статический конденсатор

Рис.6.12. Статический конденсатор в роли источника реактивной мощности

Регулирующий эффект статичских конденсаторов можно определить как

.

Таким образом, при отрицательной мощности регулирующий эффект также отрицателен и в относительных единицах равен –2.

Следовательно, характеристики мощности статических конденсаторов с точки зрения поддержания напряжения при изменении режима работы электрической системы еще более неблагоприятны, чем у СК.

Отметим, что все выше приведенные соображения относятся к нерегулируемым устройствам.

При автоматическом регулировании СК, так же как и статических конденсаторов, обеспечивается возможность широкого изменения реактивной мощности компенсирующих устройств в пределах, достаточных для поддержания постоянства контролируемых напряжений.

Если обратиться к вопросу о статических характеристиках мощности других типов потребителей, то следует отметить, что реактивная мощность осветительной нагрузки (в виде ламп накаливания) может быть принята равной нулю. Активная мощность под влиянием изменения активного сопротивления ламп накаливания с температурой изменяется примерно пропорционально напряжению в степени 1, 6: .

Активная мощность выпрямительной нагрузки и печей сопротивления пропорциональна квадрату напряжения.

В реальных условия узел нагрузки включает все рассмотренные типы потребителей.

В зависимости от процентного состава различных типов потребителей такой комплексной нагрузки ее статические характеристики существенно изменяются.

В расчетах устойчивости широкое применение находят типовые статические характеристики комплексной нагрузки, полученные для усредненной модели системы электроснабжения потребителей от шин 110 и 10(6) кВ подстанций районных электрических сетей.

Зависимости активной и реактивной мощностей комплексной нагрузки от уровня напряжения на подстанциях 10(6) и 110(35) кВ, питающих нагрузку, соответствующие типовым статическим характеристикам представлены на рис. 6.13.

Рис.6.13. Статические характеристики комплексной нагрузки

Регулирующий эффект, определяемый по типовым статическим характеристикам при номинальном напряжении ( ) составляет:

Приведенные на графике значения и даны в относительных единицах и должны быть умножены на действительные значения соответственно активной и реактивной мощностей нагрузки в нормальном режиме при определении их величин в именованных единицах.

При напряжении, отличном от номинального, регулирующий эффект определяют, используя кривые рис.6.13.