7семестр / ЭСС_ (Барбашов)ЭЗ-31(12.06.14) / ТЛ-2_н

На формирование потоков реактивной мощности, кроме факторов, определяющих потоки активной мощности, значительное влияние оказы- вают потери реактивной мощности в сети и зарядная мощность линий напряжением 220 кВ и выше.

Для выявления наибольших значений расчетных длительных пото- ков мощности, как правило, достаточно ограничиться рассмотрением сле- дующих характерных режимов:

−максимальных нагрузок в зимние сутки (обычно 18−19 часов рабо- чего дня в середине недели последней декады декабря), когда возникают потоки мощности, связанные с наибольшим потреблением электроэнергии

инаиболее полным использованием мощности электростанций;

−дневного снижения нагрузки в зимние сутки (12−14 ч), когда воз- никают потоки мощности, связанные с остановом пиковых электростанций при относительно небольшом снижении нагрузок (10−15 %) по сравнению с максимальными;

−минимальных нагрузок в зимние сутки (1−3 ч ночи), когда возни- кают потоки мощности, связанные с появлением местных избытков мощ- ности в районе расположения электростанций с недостаточной регулиро- вочной способностью (АЭС, угольные ТЭС и др.) и дефицитов мощности в районах, где расположены глубокоразгружаемые или аккумулирующие электростанции;

−максимальных нагрузок летних суток (20−22 ч), когда возникают потоки, связанные с проведением капитальных ремонтов на электростан- циях.

Для получения экономических характеристик работы сети на какой- либо период времени необходимо рассмотрение и других режимов, напри- мер, режима минимальных нагрузок воскресных и праздничных летних дней, характеризующего условия работы сети при наименьших в течение года нагрузках, режимов наиболее полного использования возможности выработки электроэнергии на АЭС, на отдельных ГЭС или каскадах в це- лом в период паводка, режимов повышенного использования ТЭС, сжига- ющих недефицитные виды топлива с ограничением выработки электро- энергии на топливе, баланс которого складывается напряженно, и т. п.

183

Для выявления максимальных значений нерегулярных потоков мощ- ности необходимо в первую очередь рассмотреть послеаварийные режимы, возникающие при:

−отключениях наиболее загруженных линий, трансформаторов и ав- тотрансформаторов;

−аварийном выходе в отдельном узле (районе) значительной гене- рирующей мощности;

−необходимости мобилизации расположенного в данном узле (рай- оне) свободного аварийного резерва для передачи его в другие части си- стемы.

Иногда возникает необходимость в рассмотрении особых режимов, например, режима одностороннего включения линии для оценки повыше- ний напряжений на отключенном конце линии.

4.4. Задание источников и нагрузок при расчетах режимов элек- трических систем

Параметры пассивных элементов электрических систем (линии и трансформаторы) в расчетах принимаются постоянными, эти элементы рассматриваются как линейные. Активные элементы электрических систем (нагрузки и генераторы) представляются в виде линейных и нелинейных источников. В зависимости от способа задания нагрузок и генераторов уравнения установившегося режима линейны или нелинейны. Способы представления нагрузок и генераторов при расчетах режимов зависят от вида сети и целей расчета.

4.4.1. Способы задания источников, соответствующих генерато-

рам электрических станций, при расчетах установившихся режимов

Источники, соответствующие генераторам электрических станций, при расчетах установившихся режимов, могут задаваться:

1) постоянными активной и реактивной мощностями Рг = const,

Qг = const. В этом случае мощность генераторов отличается только знаком от случая задания постоянной активной и реактивной мощностей нагрузки потребителей. Задание постоянной активной мощности соответствует ре- альным условиям работы генераторов в электрической системе: она может поддерживаться за счет регулирования частоты на генераторах. Задание

184

постоянной реактивной мощности не соответствует реальному управлению режимом в электрической системе, так как на генераторах нет регуляторов реактивной мощности. Задание Qг = const часто бывает необходимо при расчетах установившихся или оптимальных режимов, например, в тех слу- чаях, когда Qг необходимо принять равным его предельному допустимому значению. Обычно для генерирующих узлов при фиксированных Pг и Qг не известны модуль и фаза напряжения узла Uг и dг (либо активные и реак- тивные составляющие напряжения Uг' и Uг'');

2) постоянными активной мощностью и модулем напряжения Рг = const и Uг = const. В этом случае переменными являются реактивная мощность и фаза напряжения. Узлы со свободной реактивной мощностью при Рг = 0 соответствуют синхронным компенсаторам, а при Рг ¹ 0 – гене- раторам. Такие узлы называют балансирующими по реактивной мощности. Задание постоянного модуля напряжения при Qг = var соответствует ре- альным условиям работы генераторов или синхронных компенсаторов с регуляторами напряжения, поддерживающими Uг = const;

3)постоянными модулем и фазой напряжения Uг = const и dг = const.

Вэтом случае переменными являются активная и реактивная мощности. Такой способ задания исходных данных соответствует узлам, балансиру- ющим по активной и реактивной мощностям и базисным по напряжению.

Вкачестве балансирующего узла целесообразно принимать пункт присо- единения одной из наиболее крупных электростанций или смежной энер- госистемы, за счет изменений мощности которых будет покрываться до- полнительная нагрузка, возникающая в системе, и компенсироваться не- точность предварительного определения потерь мощности. В расчетах установившихся режимов, а также при их оптимизации возможно задание нескольких балансирующих узлов, каждый из которых соответствует станции, участвующей в регулировании частоты (принимающей на себя небалансы активной мощности и поддерживающей при этом постоянную частоту в системе). Введение одного или нескольких балансирующих уз- лов соответствует предположению о том, что частота в электрической си- стеме постоянна.

Примечание. При расчетах сетей с Uном £ 35 кВ ИП могут задаваться токами

185

режимов

Нагрузки при расчетах установившихся режимов могут задаваться: 1) постоянным по модулю и фазе током (рис.5.1, а)

Такая форма представления нагрузки принимается при всех расчетах распределительных сетей напряжения до 1 кВ. Как правило, так задается нагрузка в городских, сельских и промышленных сетях с напряжением до 35 кВ. В распределительных сетях ИП являются шины низкого напряже- ния районных ПС. Как правило, предполагается, что напряжение ИП из- вестно. При этом фазы токов определяются относительно исходного век- тора напряжения пункта опорного по напряжению. В случае задания нагрузки в виде постоянного по модулю и фазе тока (4.5) установившийся режим описывается системой линейных алгебраических уравнений, по- дробно рассматриваемой в теоретических основах электротехники. Осо- бенность этих уравнений в том, что, как правило, отсутствуют ЭДС в вет- вях, а в нагрузочных узлах заданы источники тока.

В питающих сетях уровни напряжения узлов существенно отличают- ся по значению и фазе, а потому возможны большие погрешности при за- дании постоянных токов нагрузок потребителей. Задание тока в соответ- ствии с формулой (4.5) при расчетах питающих сетей приводит к очень большим погрешностям и является недопустимым.

Фиксирование значений токов нагрузок узлов допустимо лишь на отдельных этапах итерационного расчета при линеаризации нелинейной системы уравнений расчета режима на каждом шаге расчета исходя из предположения, что фиксированные значения токов в узлах будут уточне- ны на последующих этапах расчета;

2) постоянной по значению мощностью, не зависящей от соответ- ствующих напряжений:

Такая форма представления нагрузки принимается при расчетах установившихся режимов питающих и иногда распределительных сетей высокого напряжения (см. рис. 4.1, б).

186

В питающих сетях Sн = const задается при неизвестном напряжении в узле. Это значит, что в узле задан нелинейный источник тока, мощность

При использовании выражений (4.6) и (4.7) уравнения установивше- гося режима питающей сети нелинейны. Задание постоянной мощности нагрузки соответствует многолетней практике эксплуатации электриче- ских сетей и систем. Одна из причин задания Sн = const в том, что эконо- мические расчеты осуществляются за полученную электроэнергию. Соот- ветственно расчеты текущего (для данного момента времени) режима про- водятся в мощностях, а не токах.

Этот способ задания нагрузки является достаточно точным для элек- трических систем, полностью обеспеченных устройствами регулирования напряжения. В этих системах на ЭП поддерживается постоянное напряже- ние вследствие широкого использования трансформаторов и автотранс- форматоров с регулированием напряжения под нагрузкой, а также путем оснащения нерегулируемых трансформаторов на существующих ПС ли- нейными регулировочными трансформаторами. Кроме того, широко ис- пользуются средства местного регулирования напряжения (управляемые батареи конденсаторов, синхронные двигатели). В этих условиях при из- менениях режима напряжение на нагрузке практически не меняется и пол- ная мощность нагрузки остается постоянной. В протяженных, тяжело за- груженных сетях, которые характерны для большинства энергосистем, за- дание постоянных мощностей нагрузок может привести к грубым ошибкам в оценке режима, особенно по реактивной мощности, так как в действи- тельности у потребителей таких сетей не обеспечивается поддержание по- стоянного по модулю напряжения. В этом случае задание постоянной мощности нагрузки потребителей приводит к ошибкам при расчетах уста- новившихся режимов питающих сетей в сравнении с учетом Рн(U), Qн(U). Эта ошибка тем больше, чем больше отличается напряжение потребителей от номинального.

При расчетах распределительных сетей низкого напряжения в случае задания Sн = const предполагают также, что напряжения во всех узлах рав-

187

ны номинальному. Это значит, что в узле задан линейный источник тока, не зависящий от напряжения узла.

При выполнении условий (5.6) и (5.8) уравнения установившегося режима в распределительных сетях линейны. Расчет потоков мощностей в линиях ведется по мощностям нагрузок, но уравнения остаются линейны- ми. Фактически, задание постоянной мощности нагрузки в предположе- нии, что напряжение в узле равно номинальному, эквивалентно выраже-

нию (4.5); 3) постоянной проводимостью или постоянным сопротивлением

(рис. 4.1, в, г), включенными в точках приложения нагрузки:

Уравнения установившегося режима при условиях (4.9) или (4.10) нелинейны. Указанный подход приводит к появлению существенных по- грешностей результатов расчета, поскольку в действительности проводи- мости нагрузок сети являются функциями напряжений, приложенных к уз- лам сети. Задание постоянной проводимости нагрузки используется при расчете электромеханических переходных процессов.

4) статические характеристики нагрузок по напряжению (рис. 4.1, д)

более полно отражают свойства нагрузки, чем в случае задания постоянно- го тока, мощности или проводимости, но их использование приводит к усложнению расчетов. Во многих случаях эти характеристики неизвестны, и возможно применение лишь типовых, описывающих некоторую услов- ную нагрузку, скомбинированную из различного состава потребителей. Учет статических характеристик по напряжению оказывает существенное влияние на результаты расчета послеаварийных установившихся режимов, когда напряжение сильно отличается от номинального.

Статические характеристики нагрузки по частоте должны учиты- ваться при расчетах послеаварийных установившихся режимов, в которых имеет место дефицит мощности и частота отличается от номинальной. Та- кие расчеты установившихся режимов учитывают изменение частоты и

188

применяются для анализа действия устройств регулирования частоты и противоаварийной автоматики;

5) случайным током при расчетах электрических систем с большой долей электротяговой нагрузки. Электрифицированный транспорт − это специальный вид нагрузки, у которой во времени (по мере движения элек- тровоза) меняется значение и место подключения. Такая нагрузка пред- ставляется в виде Iн(q), где q − случайная величина (рис. 4.1, е). Расчеты, учитывающие случайный характер нагрузки, применяются для специаль- ного анализа режимов электрических сетей, и в особенности для электро- снабжения железных дорог. В этих расчетах может учитываться несим- метричный или несинусоидальный характер нагрузки.

Рисунок 4.1 – Способы задания нагрузок при расчетах режимов

электрических систем

4.5. Расчетные нагрузки (мощности) ПС

При анализе режимов электрических сетей энергосистем использу- ются понятия приведенная и расчетная нагрузка (мощность), которые вво- дятся (в тех случаях, когда можно вводить упрощающие допущения) с це-

189

лью упрощения расчетных схем сетей, их математических моделей и со- кращения объемов расчетов.

Приведение нагрузки (мощности) заключается в том, что нагрузка, приложенная к шинам НН и СН ПС, переносится на шины ВН ПС с учетом потерь мощности в сопротивлениях и проводимостях схемы замещения силовых трансформаторов. Приведенная нагрузка, представляющая собой алгебраическую сумму нагрузок, приложенных к шинам НН и СН ПС, и потерь мощности в продольных сопротивлениях Zт и поперечных прово- димостях Yт силовых трансформаторов, считается включенной на шинах ВН ПС, а сами трансформаторы исключаются из расчетной схемы.

Для ПС с двухобмоточными трансформаторами (рис. 4.2) приве-

мощности в поперечных проводимостях схемы замещения трансформато- ров.

Yл2 / 2

Yт

Рисунок 4.2 − Схема замещения узла электрической сети с двухобмоточными трансформаторами на ПС

190

где Sс − нагрузка на шинах СН ПС; ∆Sн(Z), ∆Sс(Z), ∆Sв(Z) − потери мощности в продольных сопротивлениях схемы замещения трехобмоточных транс- форматоров и автотрансформаторов (обмотках НН, СН и ВН).

Приведенная нагрузка электростанции представляет собой алгеб-

раическую сумму мощностей всех генераторов электростанции Sг, нагруз- ки собственных нужд электростанции Sс.н, нагрузки местного района элек- троснабжения, получающего питание от шин электростанции Sм, а также потерь мощности в продольных сопротивлениях Zт и поперечных прово-

Рисунок 4.3 − Схема замещения узла электрической сети с трехобмоточными трансформаторами и автотрансформаторами на ПС

Расчетная нагрузка ПС (электростанции) представляет собой ал-

гебраическую сумму приведенной нагрузки ПС (электростанции) и поло- вины мощностей, генерируемых и теряемых в поперечных проводимостях (Yл) всех линий, отходящих от шин ВН ПС (электростанции), и определя-

Таким образом, представление ПС (электростанций) в электрической сети одного номинального напряжения некоторой расчетной нагрузкой (мощностью) Sp приводит к тому, что схема замещения такой сети содер- жит лишь сопротивления продольных ветвей линий.

191

При расчете электрических сетей напряжением до 220 кВ включи- тельно активной проводимостью линий Gл пренебрегают, а поперечные ветви, соответствующие емкостным проводимостям линий Bл и комплекс- ным проводимостям трансформаторов и автотрансформаторов Yт заменя- ют постоянными (не зависящими от режима) мощностями. Так взамен ем- костных проводимостей линий используется емкостная (зарядная) мощ- ность линий Qзар, а взамен комплексных проводимостей трансформаторов

Л2

Рисунок 4.4 − Схема замещения узла электрической сети (Uном ≤ 220 кВ)

с двухобмоточными трансформаторами на ПС

Приведенная нагрузка ПС с трехобмоточными трансформаторами

192