книги из ГПНТБ / Мельников, Н. А. Проектирование электрической части воздушных линий электропередачи 330-500 кВ

Технико-экономические показатели применения продольной емкостной компенсации на электропередачах 500 кВ Волжская ГЭС имени В. И. Ленина — Москва и первой очереди УПК на линии Братск — Иркутск сведены в табл. 14-6.

Установка продольной компенсации на линии Братск — Ир­ кутск при одинаковом увеличении пропускной способности пере­ дачи на 450 МВт вследствие лучших конструктивных и схемных решений и экономии установленной мощности конденсаторов имеет лучшие (почти вдвое) экономические показатели, чем по­ казатели УПК на передаче Куйбышев — Москва. Если же учесть

у установки на линии Куйбышев — Москва.

Если говорить об экономическом эффекте УПК в целом, то он чрезвычайно высок для обеих установок: общие затраты на

80 руб/кВт. В то же время дополнительная пропускная способ­ ность, обеспечиваемая установками продольной емкостной ком­

Расчет установки УПК заключается в следующем. По току линии в нормальном режиме при наибольшей нагрузке выбира­ ется число параллельно включенных цепей конденсаторов. Ток в каждом конденсаторе не должен превышать его номинально­ го значения. В целях создания лучших условий работы конден­ саторов это число целесообразно выбирать кратным четырем. Число последовательно включенных конденсаторов при этом определяется требуемым емкостным сопротивлением уста­ новки УПК-

После этого следует проверить полученное решение по усло­ виям динамической устойчивости конденсаторов. Для этого на­ до сравнить с допустимой величиной энергию, которая может выделиться в конденсаторе в режиме его короткого замыкания при отказе главного предохранителя. При этом надо считаться с возможностью повышенного напряжения (до четырехкратно­ го), до которого он может быть заряжен. Далее производится конструктивная разработка установки УПК.

В настоящее время, как правило, из линий сверхвысоких но­ минальных напряжений образуются соответствующие сети, ко­ торые принято называть основными или системообразующими. При этом отдельные подстанции, включенные в эти сети в ка­ честве понижающих, располагаются на расстояниях около 300 км друг от друга. Это несколько облегчает задачу исполь­ зования реактивной мощности, генерируемой линиями, и состав­ ление баланса ее по узлам.

Однако генерируемая реактивная мощность превышает по­ требляемую (теряемую в индуктивном сопротивлении линии)

386

только при сравнительно небольших нагрузках. При загрузке линии натуральной мощностью избыточная реактивная мощ­ ность равна нулю. Но реактивная мощность требуется в узлах нагрузки обычно именно в режимах больших нагрузок; в режи­ мах малых нагрузок ее использовать значительно труднее.

Поэтому, как правило, требуется применение поперечно включенных реакторов, которые могли бы поглотить избыточ­ ную реактивную мощность. Это необходимо по условиям балан­ са реактивной мощности по узлам электрической системы, так как исключает передачу реактивной мощности по сети, т. е. по­ вышает ее технико-экономические показатели и улучшает ре­ жим напряжений.

Наиболее удачное решение может быть получено только пу­ тем выполнения технико-экономических расчетов. Путь решения обычный: составляется несколько предположительно целесооб­ разных вариантов и производится их сравнение по критерию ми­ нимума приведенных (расчетных) затрат. При этом надо исхо­ дить из перспективного графика нагрузки данной линии. Со­ ставляются два-три варианта с разной степенью компенсации генерируемой емкостью линии реактивной мощности. Чем выше эта степень, тем лучшими оказываются режимы малых нагру­ зок, но большими затраты на компенсацию.

Для улучшения режимов работы линий реакторы целесооб­ разно отключать по мере роста нагрузки. Однако это связано с достаточно частой работой их выключателей.

Г л а в а п я т н а д ц а т а я

Э К О Н О М И Ч Н О С Т Ь

РА Б О Ч И Х

РЕ Ж И М О В С Е Т И

Экономически наивыгоднейшие рабочие режимы должны определяться сразу по всем показате­ лям. Здесь имеется в виду наивыгоднейшее распределение актив­ ной мощности между электрическими станциями в системе и между отдельными агрегатами на каждой электростанции, а также и в сети в связи с влиянием неоднородности ее замкну­ тых частей; наивыгоднейшее распределение реактивной мощно­ сти между ее регулируемыми источниками (в число которых мо­ гут входить и емкостные проводимости сети — при автоматиче­ ском регулировании уровня напряжения в данной сети) и в самой сети (в связи с возможностью различия коэффициентов трансформации); наивыгоднейшие режимы напряжений в сети каждой ступени трансформации.

Связь между отдельными перечисленными параметрами уже неоднократно отмечалась ранее, равно как и взаимодействие между отдельными устройствами, применяемыми при регулиро­ вании рабочего режима. В сети сверхвысокого напряжения эти связи оказываются особенно сильными, пренебрегать ими нельзя.

Однако решение такой задачи в целом получается настолько сложным и громоздким, что его приходится признать нецелесо­ образным. Его можно рассматривать как перспективное, лежа­ щее в основе будущей кибернетической системы автоматическо­ го управления рабочим режимом объединенной энергосистемы

вцелом.

Внастоящее время целесообразно некоторые задачи решать отдельно и лишь учитывать получаемые результаты при реше­ нии других задач.

388

В частности, достаточно самостоятельной сравнительно слабо связанной с другими является задача повышения экономичности рабочих режимов неоднородных частей замкнутых электросетей, если она решается средствами регулирования э. д. с. вольтодо­ бавочных трансформаторов. Действительно при этом хотя и по­ лучается заметное снижение потерь активной мощности (при повышении потерь реактивной мощности), но влияние на сум­ марные величины потребляемых активной и реактивной мощно­ сти оказывается мало заметным, находящимся в пределах точ­ ности расчетов.

В значительной мере самостоятельной можно считать и за­ дачу регулирования уровня напряжения в сети или какой-либо ее части средствами изменения коэффициентов трансформации. Опять же при этом хотя и получается заметный эффект в сниже­ нии потерь активной мощности, но влияние на распределение ак­ тивной и реактивной мощности между их источниками оказыва­ ется достаточно малым, так как в большей мере связано с при­ менением дополнительных устройств близ этих линий.

Менее самостоятельной в принципе можно считать задачу распределения реактивной мощности в сети сверхвысокого на­ пряжения и даже между ее источниками. Однако практически и эта задача обычно может рассматриваться независимо. Причи­ на этого заключается в том, что практически передача реактив­ ной мощности в больших количествах экономически не оправды­ вается в таких сетях, а в большинстве случаев оказывается не­ допустимой уже по режиму напряжений. Влияние ее на решение задачи наивыгоднейшего распределения активной мощности между электростанциями получается поэтому косвенным — че­ рез значения напряжения, и это должно учитываться.

Здесь может быть применен прием решения путем последова­ тельных приближений. Сначала находится экономически наивы­ годнейшее распределение активной мощности между электро­ станциями (с учетом наивыгоднейшего распределения ее между отдельными агрегатами станций) при предположительных зна­ чениях напряжений в сети. Затем определяется наивыгоднейшее

в решение задачи наивыгоднейшего распределения активной мощности между электростанциями с учетом более точных зна­ чений напряжений.

Практически решение задачи наивыгоднейшего распределе­ ния активной мощности между электростанциями системы суще­ ственно усложняется, если в системе имеются гидростанции с во­ дохранилищами длительного регулирования. В связи со случай­ ным характером процесса водотока в реках эта задача должна решаться вероятностными методами с учетом имеющихся стати­ стических данных за длительный период времени. Детермини-

389

стическая постановка этой задачи возможна только при опреде­ лении суточных режимов работы системы.

Существенно усложняет решение наличие в электрической системе нагрузок, величины которых являются в значительной мере случайными. При этом решение должно выполняться веро­ ятностными методами независимо от типа питающих сеть элек­ тростанций. Вероятностные методы расчета требуются и при определении наивыгоднейшего распределения реактивной мощ­ ности между ее источниками. К. сожалению, такие методы еще находятся в стадии разработки и проверки, а поэтому здесь под­ робно не излагаются.

Применение вероятностных методов расчета в наибольшей мере необходимо для оценки несимметричных режимов и, в ча­ стности, для определения токов и напряжений обратной после­ довательности в отдельных частях электросистемы (токов — в ге­ нераторах, напряжений — на зажимах нагрузок). Исследование симметричных режимов обычно удается выполнять детермини­ стическими методами.

Определение наивыгоднейшего рабочего режима неоднород­ ной замкнутой сети. Имеется в виду схема любой сложности с э. д. с. в некоторых ветвях. Эти э. д. с. должны иметь такие значения, при которых потери активной мощности получаются наименьшими. Задающие токи предполагаются известными и не­ изменными.

За исходное можно принять контурное уравнение, записан­ ное в матричной форме.

Для произвольной схемы контурное уравнение имеет вид1:

ÈK= NZaC0j + ZKiK.

При отсутствии взаимных сопротивлений между ветвями схе­ мы это уравнение может быть записано иначе2:

с искомыми э. д. с. — индексом Ь, то это уравнение принимает следующий вид:

1 См. «Электрические системы» под ред. В. А. Веникова, т. I, изд-во «Высшая школа», 1970 г., стр. 100.

2 См. там же, стр. 89—90. Из условия Zpa = 0 вытекает, что

390

Оно может быть записано и в виде двух матричных урав­ нений:

\ А Л i + K J . + z . t h = o

и

NaA a C0j + Z j fl + Zfc = Ë.

Из первого получается:

к = - К . ' ( ^ л + к Л л > ) .

тогда второе принимает следующий вид:

к эквивалентной, содержащей только независимые контуры с ре­ гулируемыми э. д. с. Наивыгоднейшее распределение токов в та­ кой схеме определяется одними активными сопротивлениями (при предположении об однородности сети)

RaaCoj + N3R3i&= 0 .

Отсюда можно выразить матрицу контурных токов через ма­ трицу задающих токов

N 7 4 ac0j-

Полученное дополнительное условие, соответствующее требо­ ванию наибольшей экономичности рассматриваемого рабочего режима, позволяет определить матрицу искомых э. д. с.

é = (N.Zoa- Z ,R ,- , NT, Rra)(Vi.

Как уже указывалось, действительные э. д. с. должны отли­ чаться от найденных не более чем на половину ступени регули­ рования. Это относится к каждой слагающей — продольной и по­ перечной (которые не совпадают с вещественной и мнимой со­ ставляющими найденных э. д. с.) и справедливо только в преде­ лах располагаемого регулировочного диапазона.

В общем случае при найденных значениях э. д. с. следует определить напряжения в узлах сети и уточнить значения зада­ ющих токов. После этого можно произвести проверку правиль­

391

ности выполненного расчета. В случае надобности полученные ранее э. д. с. соответственно изменяются.

Определение наивыгоднейшего уровня напряжений на дан­ ном участке сети. При некотором исходном режиме напряжений суммарные потери активной мощности предполагаются известны­ ми раздельно — нагрузочные Дд„ и коронные Рдк. Наивыгод­ нейшим считается такой режим напряжений, при котором сумма этих значений получается наименьшей:

^Д = Р Ан + Р АК= тІП-

Поскольку изменяться может только уровень напряжения, который определяется добавкой Ѵу*, определяемой в относитель­ ных единицах, то условие наивыгоднейшего режима напряжений записывается в следующем виде:

Для получения решения нужно иметь функциональные зави­ симости слагающих потерь от величины добавки. Приближенно можно принять:

^д„ = ^ д „ о О -2 V J

и

^ДК= ^ Д к о О + ^ .) .

Дифференцирование приводит к соотношению

оР = hP

“*Дк>

которое при заданных функциях определяет значение добавки

где

■^ДнО

При этом получается не только относительное значение до­ бавки, но и ее знак. Существенно, что величина добавки при­ близительно соответствует изменению коэффициентов трансфор­ мации на границах данного участка сети. Отсюда видно, что в действительности она может быть реализована только с точ­ ностью до половины ступени регулирования (точнее — зоны не­ чувствительности автоматического регулятора, если он имеется).

392

Важно отметить, что величина Р дко должна соответствовать фактическому состоянию погоды. В одних условиях погоды наивыгодиейшим оказывается один уровень напряжения, а в дру­ гих— другой при одних и тех же нагрузках сети. Ухудшение по­ годы приводит к целесообразности снижения уровня напряжения. Естественно, что такое изменение можно производить только в том случае, если оно допустимо по другим условиям — устой­ чивости работы электрической системы, токовым нагрузкам и ре­ жиму работы сети в целом.

Следует напомнить, что под уровнем напряжения понимает­ ся некоторая средняя величина напряжения в сети. Изменять уровень напряжения можно только тогда, когда данная часть сети со всех сторон (на границах) имеет регулируемые коэффи­ циенты трансформации или генераторы, соединенные в блоки с трансформаторами. Добавка уровня напряжения производит­ ся практически одновременным изменением всех указанных ко­ эффициентов трансформации.

Нетрудно видеть, что указанная операция приводит только к изменению уровня напряжения в данной части сети; в трансформаторно связанных сетях режим напряжений остается неиз­ менным. Практически в них неизменными остаются также и зна­ чения токов и активной и реактивной мощности. Последнее может оказаться неправильным, если изменение уровня напряже­ ния произведено в достаточно большом размере. Тогда нужно учитывать изменение экономичности работы соответствующей сети.

напряжений во всех пунктах сети (в связи с наличием в них электрических аппаратов и трансформаторов, а также из-за до­ полнительных требований по условиям регулирования напряже­ ния в соответствующих распределительных сетях), а также зна­ чения реактивной мощности, которые должны находиться в пре­ делах располагаемых величин.

Градиентный метод заключается в следующем. За исходное принимается одно из допустимых решений, т. е. рабочий режим, приемлемый по его параметрам. Для всех узлов с регулируемы­ ми значениями генерируемой или потребляемой реактивной мощ­ ности определяются производные функции суммарных потерь активной мощности в сети по величине генерируемой реактивной мощности. Полученные значения производных уже дают пред­ ставление о целесообразности изменения ранее полученных (ис­

ходных) значений реактивной мощности по узлам. Положитель­ ная производная свидетельствует о целесообразности снижения генерируемой реактивной мощности в данном узле, а отрица­ тельная— о целесообразности ее увеличения.

Изменение в нужных направлениях величин генерируемой реактивной мощности в тех узлах, для которых получены наи­ большие значения производных, должно приводить к повыше­ нию экономичности рабочего режима. Изменение величин долж­ но быть сравнительно небольшим, так как заранее неизвестно, как это повлияет на параметры режима и на значения производ­ ных. Поэтому после выполнения указанного изменения следует выполнить расчет рабочего режима при новых значениях генери­ руемой реактивной мощности и вновь определить значения про­ изводных по тем же узлам. Если ограничений еще нет, то та же операция продолжается: производится новое изменение значений генерируемой реактивной мощности, определяется рабочий ре­ жим и вычисляются производные. Происходит постепенное дви­ жение к наивыгоднейшему режиму.

Порядок расчета нарушается, если обнаруживается, что на­ кладывается ограничение. В том случае, если ограничение накла­ дывается на величину реактивной мощности (исчерпана вся рас­ полагаемая мощность или отключены все имеющиеся компенси­ рующие устройства), то соответственно уменьшается число переменных: в соответствующих узлах реактивная мощность при­ нимается постоянной величиной.

Несколько сложнее обстоит дело в том случае, если наклады­ вается ограничение по величине напряжения в каком-либо пунк­ те сети. Тогда число степеней свободы снижается на единицу путем наложения дополнительного условия на искомые значения генерируемой реактивной мощности: увеличение ее в одном ме­ сте, приводящее к повышению напряжения, которое оказывается уже предельно допустимым, должно сопровождаться снижением ее в других местах настолько, чтобы ограничение было выпол­ нено.

Практически число степеней свободы должно уменьшаться достаточно быстро, так как в силу вступают ограничения как по значениям напряжений, так и значениям располагаемой реак­ тивной мощности. Решение считается законченным, если число степеней свободы дошло до нуля. Полученный рабочий режим считается наивыгоднейшим (при данных значениях нагрузок, па­ раметрах сети и ограничениях).

В современных сетях сверхвысокого напряжения шаг изме­ нения генерируемой реактивной мощности можно принимать около 20 Мвар. Расчет целесообразно выполнять с помощью ЦВМ. Ниже приведен возможный алгоритм расчета. При этом предполагаются заданными значения полной мощности по уз­ лам. В случае необходимости эти значения могут быть исправле­ ны в ходе расчета.

394

За исходное принимается формула для определения потерь активной мощности в сети

Р А = Re (J,Zi) = J,R i.

где

л . л

J = Uä S

при

s = - SH+ /QK

и

и = U, + ZJ.

Матрица производных может быть получена одновременно для всех узлов схемы с задающими токами

аРд

= J ,R j + JÄR j' = PÄ.

dQ{

После выполнения всех необходимых преобразований с неко­ торыми допущениями получается формула, пригодная для вы­ полнения расчета с помощью ЦВМ:

p ; = _ 2 R e ( Ü - i RU-1),

где элементы матрицы QK предполагаются сравнительно малы­ ми, приводящими к незначительному изменению элементов ма­

трицы U (что и принято в качестве допущения).

На ЦВМ может быть возложена и операция приближения ис­ ходного рабочего режима к наивыгоднейшему при выбранном шаге с наложением ограничений. Дополнительных пояснений требует наложение ограничений по значениям напряжений в уз­ лах сети.

Изменение значений генерируемой реактивной мощности, предположенное на данном этапе расчета, вызывает следую­ щее изменение напряжений в узлах сети:

AÜ = /ц) AQK.

Если значения напряжений

и = и, + /и; до , = е, (Ц, + И /и , ДО,)-

* Здесь матрица е (диагональная) определяет фазы узловых напряжений.