Выбор экономичного режима совместной работы конденсационных и гидравлических электростанций в энергосистемах

Выбор экономичного режима совместной работы конденсационных и гидравлических электростанций является наиболее характерной задачей эксплуатации большинства энергосистем страны.

Современные энергосистемы включают различные типы электростанций, объединенных электрической сетью. При наличии в системе двух типов электростанций - тепловых и гидравлических, вопрос выбора экономичного режима их совместной работы отпадает для следующих случаев:

1. При отсутствии водохранилища, позволяющего регулировать нагрузку гидростанции;

2. В период паводка, когда для уменьшения холостых сбросов воды через плотину гидростанция загружается на полную мощность;

3. В маловодный период режим работы гидростанций определяется не условиями экономичности, а соображениями надежности работы системы и балансом ее мощности.

Во всех остальных случаях для каждой гидростанции, независимо от цикла ее регулирования (годичное, недельное, суточное), может быть установлен ее суточный расход энергоресурса Q_сут, который определяется однозначно при принятом диспетчерском графике сработки и наполнения водохранилища из условия оптимального использования воды за весь цикл регулирования. В этом отношении совместная работа тепловых и гидравлических станций аналогична случаю совместной работы конденсационных электростанций, когда на некоторых из них жестко задан суточный расход топлива. За критерий оптимальности совместной работы тепловых и гидравлических станций принимается минимум расхода топлива на n тепловых электростанциях

(7.24)

при условии полного использования заданного суточного расхода воды на каждой из m гидростанций

(7.25)

и соблюдении баланса мощности системы в каждый момент времени t

(7.26)

где Q_jt – расход воды на j-й гидростанции в момент t; N_брit и N_брjt - мощность брутто i-й тепловой и j-й гидравлической станции.

Вспомогательная функция Лагранжа в свернутом виде может быть представлена выражением

(7.27)

Приравнивая нулю первые частные производные функции Лагранжа по нагрузке тепловых и гидравлических станций в каждый момент времени, получим следующие условия экономичности их совместной работы:

(7.28)

где g _jt - частичный удельный расход воды на j-й гидростанции.

Таким образом, для обеспечения экономичного суточного режима совместной работы тепловых и гидравлических станций в системе необходимо, чтобы в каждый момент времени они работали с нагрузкой, отвечающей условию (7.28). Причем, если величина коэффициента l_t зависит от нагрузки системы Р_ct, то коэффициентов l_yj — от заданного расхода гидроресурса Q_{сут j}. Коэффициент l_yj имеет размерность ту.т/м3 и показывает, какую экономию топлива мы получаем при использовании 1 м3 воды на гидростанции. Определяется он методом подбора.

Практическое использование условия (7.28) аналогично использованию условия (7.23).

Дополнительные трудности выбора экономичного режима совместной работы тепловых и гидравлических станций возникают в случае, когда рабочий напор Н_р на гидростанциях не остается постоянным и существенно зависит от расхода воды и сработки водохранилища.

7.5. Экономические вопросы эксплуатации электрических сетей

Основная задача эксплуатации электрических сетей – снижение потерь электроэнергии во всех ее элементах.

Уравнение потерь на участке трехфазной сети (не имеющей отводов) выглядит следующим образом:

(7.29)

где U – линейное напряжение, R – активное сопротивление проводов каждой фазы, P – нагрузка сети (активная и реактивная), определяемая потребителем.

При заданной активной нагрузки потери будут уменьшаться при увеличении уровня напряжения в сети и cos j. Конкретные пути снижения потерь зависят от класса сети по напряжению, а именно – сети низкого напряжения (ниже 0,4 кВ), среднего (от 6 кВ до 35 кВ) и высокого (110 кВ и выше).

Рассмотрим сети низкого напряжения. Целью эксплуатации является минимум отклонений уровня напряжения от стандарта. Уровень потерь в этих сетях зависит от режима активной и реактивной нагрузки потребителей. Уровень напряжения остается фиксированной величиной, т.к. является показателем качества электроэнергии (т.е. стандартом) для потребителя. Пути снижения потерь следующие:

1. Повысить cosj путем снижения передаваемой по сетям реактивной мощности. Это достигается проведением соответствующей тарифной политики, направленной на стимулирование потребителей к установке оборудования компенсирующего избыточную реактивную мощность (синхронные компенсаторы и др.).

2. Снизить суточную неравномерность потребления энергии. Это достигается путем применения тарифов, дифференцируемых по зонам суток (пиковая, полупиковая и базисная часть графика нагрузки).

Рассмотрим сети среднего напряжения. Целью эксплуатации является минимум суммарных потерь во всех элементах сети. Пути снижения потерь следующие:

1. Регулировать уровень напряжения на подстанциях, чем оно выше, тем ниже потери. Это самый эффективный способ.

2 и 3. - те же, что и для сетей низкого напряжения.

Рассмотрим сети высокого напряжения (высоковольтные сети). Цель эксплуатации таких сетей определяется конфигурацией высоковольтных сетей. Существует две разные схемы.

Первая схема применяется для энергосистем, обслуживающих регион с потребительской нагрузкой, распределенной по большой территории.

Вторая схема применяется для энергосистем, обслуживающих регион с большой потребительской нагрузкой, сосредоточенной на небольшой территории. Такая конфигурация называется высоковольтное кольцо и оно применяется для электроснабжения городов с населением более 500 тыс.чел.

Схема 1.

Схема 2.

На этих схемах есть два типа линий – штриховые и сплошные.

Рассмотрим штриховые линии. Их нагрузка определяется только режимом работы потребителя. Цель их эксплуатации – минимум суммарных потерь во всех элементах сети Пути снижения потерь – повысить cos j и повысить уровень напряжения (путем установления регулирующих устройств на обоих концах участка линии), т.е. те же, что и для сетей среднего напряжения.

Рассмотрим сплошные линии. Их нагрузка зависит от распределения суммарной нагрузки системы между электростанциями. Цель эксплуатации – не минимум суммарных потерь, а минимум топлива (или стоимости топлива) в энергосистеме в целом. Потери мощности учитываются при выборе режима работы энергосистемы. Например, потери могут быть больше, но и экономия топлива больше при использовании удаленной от потребителей КЭС работающей на дешевом топливе.