2.4. Максимальные и предельные нагрузки

Можно найти максимальные значения параметров режима (максимальные нагрузки), т. е. те наибольшие значения, которые могут иметь токи, мощ-

ности в каком-либо элементе системы.

Например, участок сети с чисто индуктивным сопротивлением (рис. 2.9)

имеет максимальную мощность при .

Рис. 2.9. Участок сети с чисто индуктивным сопротивлением

Таким образом, в данном случае максимальные мощности по данной ЛЭП, представленной в расчетной схеме замещения чисто индуктивным сопротивлением, будут достигаться при максимально возможном угле по электропередаче, равном 90°. При представлении той же линии полным сопротивлением (рис. 2.10) максимальная мощность, определенная по генераторному концу, равна

,

где – дополняющий угол, град, при сопротивлении,, максимальная мощность достигается при .

Рис. 2.10. Участок сети с полным сопротивлением

Наличие максимальной мощности обусловлено свойствами передачи электроэнергии на переменном токе. Эта величина не связана с факторами практического порядка (температурный режим оборудования, изменение у нагрузок напряжения и т. д.). Ограничения такого вида, т. е. по факторам практического порядка, называются предельными нагрузками. Эти факторы выявляют расчетом либо экспериментом и подчеркивают, что имеет место ограни­чение мощности по нагреву, по напряжению короны или другому фактору.

При учете сопротивления генераторов максимальная мощность электропередачи оказывается меньше за счет роста сопротивления (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Участок сети с учетом сопротивления генераторов

,

.

Сравнивая эти три режима, видим, что за счет роста сопро­тивления рассматриваемой цепи.

Для предельных нагрузок, когда ограничивают величину мощности либо током статора, током возбуждения и другими значениями, установленными по условиям работы, то указывают время, в течение которого данная предельная нагрузка может быть допущена. Кроме понятия максимальной (предельной) нагрузки, часто вводят понятие пропускной спо­собности элемента системы. Под пропускной способностью понимают наибольшую мощ­ность, которую с учетом всех факторов (устойчивость, нагрев и др.) можно передать через данный элемент. Иногда пропускную способность определя­ют так же, как и предельную нагрузку. В этом случае указывают: «пропускная способность по току», «по устойчивости» и т. д.

2.5. 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 электроснабженияпотребителей 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 системыР_г, должна быть в любой момент времени равна мощности потребления нагрузкиР_ни 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 fв системе и почти не влияет на изменение напряжения (связка «Р–f»). Промышленная частотаf = 50 Гц. Если, тоf > 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 ине 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 называетсяастатическим. Если устанавливается новая скорость, отличная от прежней, то такая система регулирования называетсястатической. 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 реактивноймощности 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 значенияfиUв системе не должны выходить из некоторого, заданного нормативами, диапазона, т. е. должны соответствовать определенному уровню баланса мощности.

Необходимость баланса PиQ, 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 сдо(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 напряжениеUв точке Н (рис. 2.13 и 2.14).

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 отношениии получим кривую 2 для, которая характерна для. В этом случае получим точку пересечения характеристики 2 с характеристикой мощности– точкуа. Здесьауказывает на значение, которое должно установиться, если режим будет существовать. Но для того, чтобы он мог существовать, необходим также баланс реактивных мощностей. Прибаланс реактивных мощностей соблюдается, при, как видно из графика (рис. 2.14), реактивная мощность, выдаваемая генератором, больше, чем(мощность, потребляемая нагрузкой). Следовательно, такой режим прии активном сопротивлениисуществовать не может. Для его осуществления надо изменитьтак, чтобы приона уравнивалась с, и тогда кривая должна иметь вид. Уменьшениедостигается 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).