7.2 Расчёт функциональной надёжности в объединении из двух эс со слабой связью

Рисунок 7.7 – Схемы энергообъединения

а) принципиальная схема; б) схема замещения

При объединении ЭС (рисунок 7.7) основную опасность для надёжности представляет:

• отключение линий связи Л1 или Л2;

• появление аварийного небаланса мощности (потеря генерирующей мощности в ЭС-2, отключение узлов нагрузки в ЭС-1) в объединяемых системах.

На рисунке 7.7 Х_С1 и Х_С2 – эквивалентные сопротивления в ЭС-1, ЭС-2, Х_Л – сопротивление Л1 или Л2.

Обозначим Р_Г1 и Р_Н1, Р_Г2 и Р_Н2 – генерируемые мощности и мощности нагрузок в ЭС-1 и ЭС-2;

Р_Л – мощность, передаваемая по межсистемной связи.

Электромеханические переходные процессы в каждой из ЭС:

(7.4)

(7.5)

где T_j1, T_j2 – механические постоянные инерции ЭС-1 и ЭС-2

(7.6)

(7.7)

(7.8)

Для получения уравнения электромеханического переходного процесса в объединении из двух энергосистем используем уравнения (7.4), (7.5):

(7.9)

где (7.10)

(7.11)

Отключение одной цепи межсистемной связи представлено на рисунке 7.8.

Рисунок 7.8 – Отключение цепи межсистемной связи

Для двух цепей: Р₀=Р_Л и δ₀=δ⁰₁₂.

После отключения одной цепи имеем .

Для обеспечения устойчивости необходима разгрузка межсистемной связи до Р’₀, чтобы обеспечить устойчивость динамического перехода и статическую устойчивость нового установившегося режима. Для обеспечения динамической устойчивости должно соблюдаться условие: S_тS_у (δ_р – угол, при котором происходит разгрузка межсистемной передачи, т.е. переход с уровня Р₀ на Р’₀). Запас статической устойчивости:

Снижение Р₀ до возможно за счёт уменьшения инерции в ЭС-1 на или уменьшения нагрузки в ЭС-2 на .

(7.12)

откуда разгрузка связи:

Причиной нарушения устойчивости может быть и появление небаланса мощности в ЭС-1 или ЭС-2. Из рисунка 7.9 видно, что к увеличению перетока мощности может привести потеря части нагрузки в ЭС-1 (или в ЭС-2). В общем случае это может быть авария дающая избыток мощности или дефицит мощности .

Изменения мощности ΔP_Н и ΔP_Г вызывают отклонение частоты Δf:

(7.13)

где К_Г,i, К_Н,i, – крутизна частотной характеристики мощности нагрузки i-ой системы.

Рисунок 7.9 – Угловая характеристика мощности

При небалансе мощности Р имеем отклонение частоты f:

(7.14)

где n – количество систем в объединении.

7.3 Критерии режимной надёжности и их нормирование

Надёжность режима ЭС – её способность выдерживать возмущения. Этот фактор оценивается устойчивостью ЭС.

Рассмотрим две типичные схемы, приводившиеся в подразделах 7.1, 7.2 результаты анализа которых можно распространить на сложные ЭС.

Рисунок 7.10 – Типичные схемы систем

Надёжность нормируется в виде критериев режимной устойчивости в узловых точках ЭС, отражающих её запас (К_P, К_U) и расчётного возмущения для проверки динамической устойчивости.

Численные значения этих величин определяются соотношениями:

(7.15)

(7.16)

где Р_нер – увеличение передаваемой мощности нерегулярными колебаниями по межсистемной передаче для схемы “станция – электропередача – система”;

Р – передаваемая активная мощность;

U_кр – значение напряжения, при котором нарушается устойчивость.

где Р_ген – мощность меньшей из объединяемых электрических систем.

Коэффициенты запаса статической устойчивости нормируются в следующих пределах:

К_Р  20%, К_U  15% – нормальный режим ЭС;

К_P  10% – аварийный режим.

Для исследования статической устойчивости ЭС составляем схемы замещения:

Рисунок 7.11 – Схемы замещения

Для схемы 1 мощность передаваемая в систему:

(7.17)

где

(7.18)

На рисунке 7.12 представлена угловая характеристика мощности станции, передающей мощность в систему.

Рисунок 7.12 – Угловая характеристика мощности

Точка «а» – установившийся режим. Покажем это: а +, P/ > 0 – положительное значение синхронизирующей мощности dP/d обеспечивает статическую устойчивость ЭС.

На устойчивость положительно влияет АРВ генераторов, увеличивая предельно передаваемую мощность Р_пред (если используем в схеме замещения X’_d – АРВ пропорционального действия).

Зная Р_mах, по формуле (7.15) при Р = 0, находим передаваемую мощность, соответствующую нормативному коэффициенту запаса статической устойчивости:

(7.19)

Для послеаварийного режима:

(7.20)

Для схемы 2:

(7.21)

Здесь считаемся с нерегулярными колебаниями перетока по межсистемной связи.

В нормальном режиме:

(7.22)

В аварийном режиме:

(7.23)

Динамическая устойчивость нормируется расчётными условиями – видами и длительностью КЗ:

• двухфазные КЗ на землю длительностью 0,18 с для сетей 110-220 кВ;

• двухфазные КЗ на землю длительностью 0,12 с для сетей 330-750 кВ;

• для сетей 500 кВ и выше в отдельных случаях допускается обеспечение динамической устойчивости при однофазных КЗ с учётом неуспешного АПВ.