Требования, предъявляемые к режимам

Различают требования, предъявляемые к установившимся режимам и к

переходным процессам. Во время переходного процесса система перехо­дит от одного установившегося режима к другому и после переходного про­цесса возвращается к исходному установившемуся режиму или близкому к нему. Режимы электроэнергетических систем как установившиеся, так и переходные должны отвечать определенным требованиям, которые необхо­димо учитывать при проведении расчетов. Так, в исходном установившемся ре­жиме работы должны быть обеспечены следующие требования:

Качество электроснабжения потребителей должно отвечать нормам, которые установлены в ГОСТ 13109-97. В основном же качество характери­зуется величиной и частотой напряжения у потребителей.

Надежность электроснабжения. Надежность – снабжение электрической энергией без перерывов и со степенью устойчивости не ниже нормативной.

Экономичность электроснабжения. Под экономичностью понимают надежное снабжение потребителей электроэнергией удовлетворительного качества при минимальных затратах на ее производство и передачу.

При расчетах переходных процессов необходимо в основном удовлетворение следующих условий:

– осуществимость режима, который должен наступить после окончания переходного процесса;

– устойчивость перехода от одного режима к другому, а также устойчивость режима, который должен наступить после затухания переходного процесса;

– удовлетворительное качество переходного процесса;

– экономичность мероприятий, которые обеспечивают соблюдение требований, предъявляемых к переходному процессу.

Осуществимость или условие существования установившегося режима после возмущения и последующего перехода в режим, который должен установиться, требует выполнения баланса мощности. Так, активная мощность, вырабатываемая генераторами системы Р_г , должна быть в любой момент времени равна мощности потребления нагрузки Р_н и потерям мощности, которые имеют место во всех элементах системы от места генерации до места потребления:

. (2.54)

В электрических сетях переменного тока аналогичное условие баланса должно выполняться и для реактивной мощности:

. (2.55)

Эти выражения связаны соотношением

. (2.56)

Уравнения (2.54) и (2.55) нельзя рассматривать как независимые и пользоваться ими без дополнительных условий, которые отражают те или иные связи. В каждом конкретном случае эти связи необходимо исследовать, однако практика работы современных электроэнергетических систем установила некоторые закономерности, которые необходимо знать:

1. Изменение активной мощности, вырабатываемой генераторами, главным образом влияет на изменение частоты f в системе и почти не влияет на изменение напряжения (связка «Р–f»). Промышленная частота f = 50 Гц. Если , то f > 50 Гц, если же , то f < 50 Гц.

2. Изменение реактивной мощности, выдаваемой устройствами, ее генерирующими, главным образом влияет на изменение напряжения в системе (связка «Q–U»). Если потребление (передача) реактивной мощности возрастает, то напряжение уменьшается.

Приближенно отклонение частоты в системе от нормальной (f_ном = 50 Гц) определим по выражению

,

где – средний по системе статизм регуляторов скорости турбины (АРЧВ) в рабочей зоне. Из данного выражения следует, что если система не имеет резерва и не может быть увеличена при увеличении , то при данном условии ( < ) неизбежно снижение частоты.

Регулирование активной мощности, выдаваемой генераторами, осуществляется регулированием мощности турбин. В результате действий регулятора в конце процесса, при уменьшении электрической нагрузки, восстановится прежняя скорость или установится некоторая новая скорость , обычно близкая к прежней . Если после изменения нагрузки и окончания переходного процесса регулятор восстанавливает прежнюю скорость турбин, то такое регулирование называется астатическим. Если устанавливается новая скорость , отличная от прежней, то такая система регулирования называется статической. Чем больше будет изменение скорости при изменении нагрузки, тем больше будет статизм регулятора, определяемый как

.

Уровень частоты связан с величиной баланса активной мощности:

_,

_,

где – небаланс активной мощности.

Говорить о небалансе активной и реактивной мощности можно лишь условно, так как физически в заданный момент генерирующая мощность равна мощности, потребляемой нагрузкой и запасаемой во вращающихся элементах. Употребляя эти понятия, имеют в виду, что значения f и U в системе не должны выходить из некоторого, заданного нормативами, диапазона, т. е. должны соответствовать определенному уровню баланса мощности.

Необходимость баланса P и Q, т. е. выполнения (2.54) и (2.55), приводит к применению правила «метод пересечения характеристик». Так, в установившемся режиме работы , , где П – некоторый параметр режима. В установившемся режиме эти две зависимости всегда имеют общую точку пересечения либо точку касания друг с другом при некотором . При этом зависимости для реактивных мощностей , также будут иметь общую точку при том же самом .

Поясним это правило на следующем примере. Рассмотрим схему, представленную на рис. 2. 12.

Нагрузка в этой схеме будет нелинейна, так как её активное сопротивление зависит от приложенного напряжения: . Предположим, что значение этого сопротивления нагрузки уменьшилось с до (нагрузка возросла

с до ). Выясним, какие параметры будет иметь новый установившийся

режим, если активная мощность генератора и индуктивное сопротивление . В качестве характерного параметра П возьмем напряжение U в точке Н (рис. 2.13 и 2.14).

1.

Рис. 2.12. Исходная схема простейшей системы

Рис. 2.13. Определение установившегося режима

Рис. 2.14. Баланс реактивной мощности

Кривая 1 (рис. 2. 13) построена для и для активного сопротивления нагрузки . Перестроим кривую 1 для сопротивления . Для этого ординаты характеристики 1 увеличим в отношении и получим кривую 2 для , которая характерна для . В этом случае получим точку пересечения характеристики 2 с характеристикой мощности – точку а. Здесь а указывает на значение , которое должно установиться, если режим будет существовать. Но для того, чтобы он мог существовать, необходим также баланс реактивных мощностей. При баланс реактивных мощностей соблюдается, при , как видно из графика (рис. 2.14), реактивная мощность , выдаваемая генератором, больше, чем (мощность, потребляемая нагрузкой). Следовательно, такой режим при и активном сопротивлении существовать не может. Для его осуществления надо изменить так, чтобы при она уравнивалась с , и тогда кривая должна иметь вид . Уменьшение достигается за счет уменьшения возбуждения генератора и тем самым уменьшения ЭДС генератора. Другим же возможным осуществлением режима является подключение к точке Н дополнительной реактивной нагрузки, которая поглотит избыток реактивной мощности . Для осуществимости заданного режима необходимо воздействовать на баланс реактивной мощности (т. е. осуществлять регулирование возбуждения СМ) и активной (осуществлять регулирование турбин электрических станций).