учеб. пособие / С. С. Гиршин, Е. В. Румянцева, С. Ю. Прусс [и др.] ; Минобрнауки России, Ом. гос. техн. ун-т. – Омск : Изд-во ОмГТУ, 2023. – 1 CD-ROM (1,27 Мб). – Систем. требования: процессор с частотой 1,3 ГГц и выше ; 256 Мб RAM и более ; свободное место на жестком диске 300 Мб и более ; Windows XP и выше ; разрешение экрана 1024×768 и выше ; CD/DVD-ROM дисковод ; Adobe Acrobat Reader 5.0 и выше. – Загл. с титул. экрана. – ISBN 978-5-8149-3611-0.

Даны общие сведения о режимах электроэнергетических систем. Рассмотрены

основные формы записи уравнений установившегося режима и методы их решения. Наряду с нормальными режимами изложены принципы и методы расчета несимметричных и несинусоидальных режимов электрических систем. Представлены методы решения и математическая формулировка основных задач оптимизации установившихся режимов. Приведены организационные вопросы, задачи и теоретические основы диспетчерского управления электрическими сетями.

Издание предназначено для обучающихся по направлению 13.04.02 «Электро-

энергетика и электротехника».

Редактор О. В. Маер

Компьютерная верстка О. Г. Белименко

Для дизайна этикетки использованы материалы

из открытых интернет-источников

––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

Сводный темплан 2023 г. © ОмГТУ, 2023 Подписано к использованию 11.04.23. Объем 1,27 Мб.

ВВЕДЕНИЕ

Электроэнергетика представляет собой одну из наиболее динамичных

и быстро развивающихся отраслей промышленности. Это связано как с введением новых технологий производства, преобразования и передачи электроэнергии, так и с постоянным изменением структуры электропотребления. При этом развитие электроэнергетики почти с самого начала шло по пути укрупнения систем. Повышение надежности и экономичности одновременно приводит к усложнению систем и происходящих в них процессов.

С точки зрения управляемости электроэнергетические системы отно-

сятся к человеко-машинным системам. Неавтоматическая часть управления осуществляется главным образом на основе математических моделей систем, которые позволяют производить расчеты и оптимизацию режимов. При современном уровне развития электроэнергетики математические модели режимов могут включать в себя до нескольких тысяч уравнений (в зависимости от масштабов решаемой задачи).

Передача электроэнергии на большие расстояния приводит к значительным падениям напряжения и потерям энергии в сети. Нормализация напряжений и снижение потерь энергии относятся к одним из главных задач управления энергосистемой, решение которых основано на расчетах режимов. Кроме того, расчеты режимов необходимы для правильной настройки релейной защиты и автоматики, выбора мероприятий по повышению пропускной способности сети и т. д.

В настоящее время существует тенденция к децентрализации производства электроэнергии. Несмотря на снижение средней протяженности линий при приближении генераторов к потребителям, децентрализация электроэнергетики приведет не к упрощению, а к усложнению режимов, поскольку увеличится число источников энергии, а также количество линий и трансформаторов.

При управлении электроэнергетическими системами расчеты режимов производятся несколько раз в сутки. Существующие методы и алгоритмы расчета и оптимизации режимов еще не достигли 100-процентной эффективности, что обусловлено объективной сложностью математических моделей. Поэтому численные методы расчета и оптимизации режима постоянно совершенствуются в направлении повышения их быстродействия, точности и универсальности.

1. РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ

1.1.

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЖИМОВ

Режимом электрической системы называется ее состояние в какой-

либо момент времени или на каком-либо интервале времени.

Переменные, характеризующие состояние системы, называются

параметрами режима. В зависимости от изменения параметров режима во времени различают установившиеся и переходные режимы.

Установившимся называется режим, параметры которого постоянны

во времени или меняются по периодическому закону. Так, в электрических сетях переменного тока в установившемся режиме мгновенные значения токов и напряжений изменяются во времени по синусоидальному закону. При этом действующие значения остаются постоянными.

Переходные режимы (процессы) возникают при любых изменениях

в системе и характеризуются непериодическим изменением параметров режима во времени. Наличие этих процессов обусловлено инерционностью системы. Они протекают при переходе от одного установившегося режима к другому. В некоторых случаях изменения приводят к тому, что новый режим не формируется. Тогда переходные процессы сопровождают развитие системной аварии.

По условиям возникновения режимы электрических систем подразде-

ляются на нормальные, аварийные, послеаварийные и ремонтные.

Нормальным называется установившийся режим, возникающий при нормальной схеме коммутаций в системе, причем параметры режима находятся в технически допустимых пределах.

Аварийным называется режим, возникающий в момент аварии и продолжающийся до ее устранения. Этот режим в начальный момент времени всегда является переходным; затем, при достаточной продолжительности аварии, он может переходить в установившийся.

Послеаварийным называется режим, который возникает после устра- нения аварии. Обычно при этом имеется в виду установившийся режим. Параметры послеаварийных режимов могут как находиться в технически допустимых пределах, так и выходить за них. В отдельных случаях после-

аварийные режимы являются автоколебательными (действующие значения



токов и напряжений меняются во времени по периодическому закону).

Ремонтным называется установившийся режим, возникающий после

планового вывода в ремонт какого-либо элемента системы. В целом этот режим сходен с послеаварийным, однако параметры ремонтных режимов должны находиться в технически допустимых пределах.

Кроме того, отдельно выделяются особые режимы электроэнергети-

ческих систем. К ним относятся:

1) режимы, параметры которых выходят за технически допустимые

пределы, в частности несимметричные и несинусоидальные режимы;

2) режимы холостого хода линий электропередачи;

3) режимы, близкие к пределу по статической устойчивости;

4) различные неустойчивые режимы, в том числе автоколебательные.

Перечисленные виды режимов, как правило, реализуются не во всей электроэнергетической системе в целом, а на отдельных ее участках. При этом разграничение областей с разными режимами условно и часто определяется административными и юридическими соображениями.

1.2. ПАРАМЕТРЫ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ

Состояние электрической системы в установившихся режимах характеризуется несколькими параметрами.

1. Напряжения в узлах. В сетях переменного тока в качестве напря-

жений рассматриваются комплексы их действующих значений. При допущении, что режим трехфазной сети является симметричным и синусои-

дальным, используются напряжения напряжениям, а по фазе – фазным напряжениям. При расчете несимметричных режимов применяются либо симметричные составляющие напря-

жений

, либо фазные напряжения

, равные по модулю линейным

. В несинусоидальных режимах используются гармонические составляющие напряжений

, где ν – номер гармоники.

2. Токи в ветвях схемы замещения электрической сети. В сетях пере-

менного тока – комплексы действующих значений

; в несимметричных

режимах – симметричные составляющие токов



3 cos 3 sin 3

S P jQ UI j UI UI

∗

= + = ϕ+ ϕ=



( )

ij i j ij

I U UY= −

 

; в несинусоидальных режимах – гармонические составляющие

или фазные токи

токов

3. Мощности, передаваемые по элементам сети. В сетях постоянного

тока существует только активная мощность P. В сетях переменного тока в синусоидальных режимах передача энергии характеризуется активной,

реактивной и полной мощностью P, Q и

. В несинусоидальных режимах

дополнительно вводится мощность искажения T. В трехфазных сетях при расчетах обычно используются суммарные мощности, передаваемые по всем трем фазам.

В симметричных синусоидальных режимах

, (1.1)

где индекс «*» обозначает сопряженный комплекс.

Выразим мощность через напряжения. Пусть ветвь схемы замещения

соединяет узлы с номерами i, j, напряжения в которых равны (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Ветвь схемы замещения

Ток в ветви, направленный от узла i к узлу j,

, (1.2)

где Yij – комплексная проводимость ветви1.

Здесь и далее обозначение j будет использоваться в двух смыслах: 1) как мнимая еди-

ница (обычный строчный символ); 2) как номер узла (подстрочный индекс).

Тогда мощность в начале ветви (со стороны узла i), передаваемая

(

)

* * **

ij i ij i i j ij

S UI U U U Y

′′

= = −





( )

* **

ij j i j ij

S UU UY

′

= −



( )

гг

UE U

−



( )

гг

cos sin

EU j U

δ− δ −



sin

гг

cosδ

EU U

−

в направлении от узла i к узлу j,

. (1.3)

Аналогично выразится мощность в конце ветви (со стороны узла j),

передаваемая в том же направлении:

. (1.4)

4. Мощности генераторов. Формулу (1.4) можно применить также для

ветви схемы замещения генератора. Напряжениям в узлах соответствует ЭДС генератора

и напряжение на выводах генератора

. Тогда для не-

явнополюсного генератора

, (1.5)

где xd – индуктивное сопротивление генератора вдоль продольной оси.

Примем фазу напряжения на выводах генератора равной нулю. В этом случае фаза ЭДС будет равна углу нагрузки δ. Выражение (1.5) примет вид

(1.6)

Разделив действительную и мнимую части, получим формулы для активной и реактивной мощностей:

(1.7)

(1.8)

1 / 121 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ

КЛАССИФИКАЦИЯ РЕЖИМОВ

1.2. ПАРАМЕТРЫ УСТАНОВИВШИХСЯ РЕЖИМОВ