1.3 Баланс активной и реактивной мощности

Исходными данными для расчета потокораспределения при курсовом проектировании являются активные нагрузки пунктов потребления P_i и их коэффициенты мощности (cos φ_i )

По заданным значениям активных нагрузок P_i и коэффициентам мощности потребителей cos φ_i определяются tg φ_i,, заданные реактивные нагрузки - Q_зi и полные нагрузки S_зi:

Q_зi=tg φ_i P_i; (1.6)

S_зi=(1.7)

Пример1.3. Определить нагрузки подстанций при следующих исходных данных:

№ подстанции	1	2	3	4	5
Рм, Мвт	20	25	15	11	8
сos j	0,75	0,75	0,76	0,77	0,78

Для первой нагрузки по сosj₁=0,75 определяем

tgj₁= 0,88,

Значение tgjможно определять по выражению.

Реактивная и полная нагрузка первого потребителя

Q_з1=tg φ₁ P₁

Q_з1=0,8820=17,6 Мвар;

S_з1=

S_з1= =26,7 МВА;

Расчет для остальных нагрузок сводим в таблицу 1.5

Таблица 1.5 Определение заданных нагрузок

№ n/c	Pi , MBт	Cos φi	tg φi	Qзi, Mвар	Sзi, MBA
1	20	0,75	0,88	17,6	26,7
2	25	0,75	0,88	22,1	33,3
3	15	0,76	0,86	12,8	19,7
4	11	0,77	0,83	9,1	14,3
5	8	0,78	0,80	6,4	10,3
Итого	79			68,0	104,3

1.3.1 Баланс активной мощности

При проектировании районных электрических сетей предполагается, что установленная мощность генераторов системы достаточна для покрытия потребности в активной мощности, то есть баланс по активной мощности выполняется с учетом покрытия потерь активной мощности в элементах сети, мощности собственных нужд электростанций, а так же обеспечения необходимого резерва

Р_г=Р_нагр+Р_сн+Р_р+Р_сети, (1.8)

где: Р_г – мощность, вырабатываемая генераторами энергосистемы (МВт);

Р_нагр – суммарная мощность нагрузки потребителей (МВт);

Р_сн – расход мощности на собственные нужды станции (МВт). В зависимости от типа станции Р_СН составляет от 2,5% до 6% от Р_нагр;

Р_р – резерв мощности на станции (МВт), который может быть принят равным 10% от Р_нагр.

Потери активной мощности Р_сети=Р_тр+Р_лэп;

где Р_тр – потери активной мощности в трансформаторах (МВт);

Р_лэп – потери мощности в ЛЭП (МВт);

Приближенно потери активной мощности в элементах сети составляют (5-7,5)% от мощности нагрузок, т.е. Р_сети=(0,05-0,075)Р_нагр;

1.3.2 Баланс реактивной мощности

В отличие от активной потребность в реактивной мощности, как правило, не может быть обеспечена только генераторами станций. Генерация и передача требуемой реактивной мощности с учетом потерь, собственных нужд и резерва реактивной мощности только на электростанциях является экономически не целесообразной. Эффективнее использовать компенсирующие устройства, устанавливаемые в сети. Кроме того, дефицит реактивной мощности приводит к ухудшению режима напряжения у потребителей. Поэтому целью составления баланса по реактивной мощности является определение суммарной мощности компенсирующих устройств с учетом располагаемой мощности генераторов станций.

Баланс реактивной мощности в проектируемой сети определяется выражением

Q_г=Q_нагр+Q_сн+Q_р+Q_сети-Q_ку , (1.9)

где Q_нагр – заданная суммарная реактивная мощность нагрузок;

Q_сн – расход реактивной мощности на собственные нужды станций, который можно принять равным. (2,56)% от полной суммарной полной нагрузки потребителей, то есть от S_нагр;

Q_p – резерв реактивной мощности на станциях, составляющий примерно 10 % от S_нагр;

Q_сети – потери реактивной мощности в сети (Мвар);

Суммарные реактивные потери в сети складываются из потерь в линиях и трансформаторах - Q_сети= Q_тр+Q_лэп;

С учетом средних значений коэффициента загрузки трансформаторов 0.7-0.85 величина потерь реактивной мощности в трансформаторах составляет около 10% от суммарной передаваемой через них мощности;

Потери мощности в линиях электропередачи складываются из двух составляющих, имеющих противоположные знаки Q_лэп=-Q_c+Q_л;

здесь Q_c – реактивная мощность, генерируемая ЛЭП;

Q_л – потери реактивной мощности в индуктивных сопротивления ЛЭП.

При ориентировочных расчетах, при отсутствии в сети линий 330 кВ и выше допускается принимать, что потери реактивной мощности в индуктивных сопротивлениях ВЛ и генерация реактивной мощности этими линиями в период максимальных нагрузок взаимно компенсируются, т.е. Q_c =Q_л. Тогда Q_лэп=0. С учетом этого Q_сети= Q_тр=0,1S_нагр.

Q_ку – суммарная реактивная мощность компенсирующих устройств, устанавливаемых в сети;

Располагаемая реактивная мощность системы определяется выражением

Q_г=Р_гtg_с, (1.10)

где tg_с системы находится по заданному cos_с энергосистемы.

Из уравнения баланса реактивной нагрузки находим суммарную мощность компенсирующих устройств, устанавливаемых на подстанциях

Q_ку= Q_нагр+Q_сн+Q_р+Q_сети-Q_г. (1.11)

Компенсирующие устройства необходимы в первую очередь по условиям разгрузки генераторов станции по реактивной мощности.

Кроме того, компенсация реактивной мощности у потребителей разгружает элементы электрической сети (ЛЭП, трансформаторы), что уменьшает потери мощности в сети и улучшает режим напряжения вследствие снижения падения напряжения в элементах сети. Разгрузка элементов сети от реактивной мощности позволяет загрузить эти элементы дополнительной активной мощностью или в некоторых случаях уменьшить сечения ЛЭП или снизить установленную мощность трансформаторов.

Выбор и размещение устройств компенсации реактивной мощности в электрических сетях должен производиться исходя из необходимости обеспечения требуемой пропускной способности сети в нормальных и послеаварийных режимах работы при поддержании необходимых уровней напряжения и запасов устойчивости.

Оптимальное распределение компенсирующих устройств по сети является сложной технико-экономической задачей и в данном курсовом проекте не рассматривается.

В учебном проектировании для упрощения последующих расчетов распределяем компенсирующие устройства по потребителям так, чтобы уравнять их коэффициенты мощности до величины tg_ср.вз. Такое упрощение позволяет в дальнейшем вести расчеты потокораспределения по сети отдельно и независимо по активной и реактивной мощности.

Находим средневзвешенный коэффициент мощности - tg_ср.вз..

tg_ср.вз.= (Q_нагр- Q_ку)/ P_нагр (1.12)

Определяем мощность компенсирующих устройств устанавливаемых на каждой из подстанций электрифицируемого района.

Q_куi = P_i(tg φ_i - tg φ_cр.взв.) (1.13)

С учетом компенсации части реактивной мощности определяем реактивные нагрузки потребителей

Q_i = Q_зi- Q_куi; (1.14)