Распределение активной мощности в системе

Энергетическая система объединяет электростанции раз- личного типа, каждая из которых имеет несколько генера- торов. Обычно суммарная мощность установленных генера- торов превышает нагрузку энергосистемы. При этом возни- кает вопрос о распределении активной нагрузки между электростанциями и отдельными генераторами. При определении оптимального режима надо учитывать технико-экономические показатели оборудования электростанций, стоимость топлива и потери мощности в электрической сети. В качестве критерия оптимального распределения активных мощностей между тепловыми электростанциями у нас в стране принимают минимум суммарного расхода топлива в энергосистеме В при соблюдении баланса мощ- ности.

Для каждой электростанции и отдельного генератора существует расходная характеристика, определяющая зависимость расхода топлива В от мощности Р. Рассмотрим две электростанции с различными расходными характеристиками В i = f (P i )

При уменьшении нагрузки станции 1 на P П расход топлива B 1 снизится на величину B 1 и станет равным B 1 2 (a), При увеличении нагрузки станции 2 на P расход топлива B 2 увеличится на B 2 и станет равным B 2 2. Режим 2 соответствует мощностям станций P 1 2 и P 2 2, причем их сумма та же, что и в режиме 1. Режимы 1 и 2 при одинаковой суммарной мощности станций различаются суммарным расходом топлива. При P 1 =P 2 оказывается, что B 1 =B 2. Увеличение на P мощности станции 2 и уменьшение P 1 на P привело к сни- жению B, так как B 1 > B 2.

Отношение B/ P является важным технико-экономическим показателем станции. Предел этого отношения называется относительным приростом расхода топлива. Станция, у которой меньше значение, меньше увеличивает расход топлива B при росте нагрузки, следовательно, надо сначала загружать эту станцию. Перераспределение нагрузок по условию осуществляется воздействием на устройства изменения уставок регуляторов скорости турбин либо вручную, либо автоматически.

Распределение нагрузки между различными электростанциями производят, учитывая особенности их технологического режима. В нижней – базовой части графика нагрузок работают те электростанции, мощность которых по условиям работы оборудования регулироваться не может. Это гидроэлектростанции (ГЭС) без водохранилищ либо ГЭС с водохранилищами, которые должны вырабатывать мощность, определенную санитарным пропуском воды, а также теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и атомные станции (АЭС). В полупиковой части графика работают конденсационные электростанции (КЭС), а в верхней - пиковой части - ГЭС с водохранилищами и гидроаккумулирующие станции (ГАЭС). Электростанции, работающие в пиковой части графика нагрузки, регулируют активную мощность, т. е. загружаются позже других и разгружаются раньше. Это маневренные станции, регулирующие частоту и обменные потоки мощности с другими энергосистемами. Они должны иметь достаточный диапазон регулирования и надежное оборудование с хорошо работающей системой вторичного регулирования частоты.

БАЛАНС РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И ЕГО СВЯЗЬ С НАПРЯЖЕНИЕМ При выработке и потреблении энергии на переменном токе равенству вырабатываемой и потребляемой электроэнергии в каждый момент времени отвечает равенство вырабатываемой и потребляемой не только активной, но и ре- активной мощности. Эти условия можно записать так: P Г = P П = P Н + P, Q Г = Q П = Q Н + Q, где P Г и Q Г генерируемые активная и реактивная мощности станций за вычетом собственных нужд; P Н, Q Н активная и реактивная мощности потребителей; P, Q суммарные потери активной и реактивной мощностей в сетях; P П, Q П суммарное потребление активной и реактивной мощностей.

Баланс реактивной мощности по всей системе в целом определяет некоторый уровень напряжения. Необходимость в оценке баланса реактивной мощности возникает прежде всего при проектировании подсистемы регулирования напряжения - реактивной мощности АСДУ (автоматизированной системы диспетчерского управления). В ряде случаев оценка изменений условий баланса производится и в практике эксплуатации, например при вводе новых регулирующих устройств, установленных мощностей электростанций, изменениях схемы сети.

Нарушение баланса реактивной мощности приводит к изменению уровня напряжения в сети. Если генерируемая реактивная мощность становится больше потребляемой ( Q Г > Q П ), то напряжение в сети повышается. При дефиците реактивной мощности ( Q Г < Q П ), напряжение в сети понижается. Например, емкостный ток линии на холостом ходу повышает напряжение на ее конце. Соответственно избыток генерируемой реактивной мощности приводит к повышению, а ее недостаток – к понижению напряжения. Обычно энергосистемы дефицитные по активной мощности, дефицитны и по реактивной мощности. Однако недостающую реактивную мощность эффективнее не переда- вать из соседних энергосистем, а генерировать в компенсирующих устройствах, установленных в данной энергосистеме.

РЕГУЛИРУЮЩИЙ ЭФФЕКТ НАГРУЗКИ При понижении U 2 в соответствии со статическими характеристиками будут уменьшаться значения P 2 и Q 2, а также P 12 K и Q 12 K, следовательно, будут уменьшаться потери U 12, а значение U 2 вследствие этого будут увеличиваться. Рост U 2 при уменьшении U 12 понятен из приведенной выше формулы в предположении, что U 1 поддерживается постоянным. U>U КР =(0,7 0,8) U НОМ.

Нагрузка имеет положительный регулирующий эффект при U>U КР и отрицательный регулирующий эффект при U Q Г, что в свою очередь приводит к понижению U. Остановить снижение напряжения при этой аварии можно, лишь отключив нагрузку. В настоящее время применяются автоматические регуляторы возбуждения (АРВ) на генераторах и мощных синхронных двигателях, стабилизирующие напряжение, поэтому напряжение в системе не понижается ниже критического.

ВЫРАБОТКА РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ НА ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯХ Полная мощность, вырабатываемая генератором, включает активную и реактив- ную составляющие: где соs – коэффициент мощности генератора.

Синхронные генераторы на электростанциях вместе с другими источниками реактивной мощности обеспечива-ют и регулируют баланс реактивной мощности в современных электрических сетях. При этом изменение реактивной мощности синхронных генераторов достигается соответствующим изменением тока возбуждения. В номинальном режиме генератор вырабатывает номинальные значения активной и реактивной мощностей при cos НОМ. Уменьшая ток возбуждения, можно снизить реактивную мощность, выдаваемую генератором. При снижении активной мощности в сравнении с номинальным значением возможна вы- дача увеличенной реактивной мощности сверх номинальной. Такое увеличение может быть допущено в пределах, ограничиваемых номинальными токами статора и ротора.

В схему замещения генератора входят неизменное продольное синхронное реактивное сопротивление x d и ЭДС E q, находящаяся за ним. Комплексная ЭДС E q определяется как сумма векторов U Г и I НОМ jx d : где I НОМ jx d :– вектор падения напряжения в сопротивлении x d. На векторной диаграмме из точки О проведена дуга окружности радиусом E q, которая определяет допустимые значения тока возбуждения или ЭДС E q по условиям нагрева ротора машины. Для удобства сопоставления параметров режима, предельных по условиям нагрева как статора, так и ротора, из точки А проведена окружность радиусом I НОМ x d, при этом ОВ= E q i B, ОА=U Г.

Рассмотрим работу генератора при 1 > НОМ, т.е. при соs 1

Из рис. видно, что активная составляющая тока статора при 1 > НОМ меньше номинальной. Это следует из того, что B 1 C 1

Работа генераторов при 1 cos НОМ соответствует выработке большей, чем номинальная, активной мощности и меньшей реактивной. На рис от- дельно изображены векторные диаграммы генератора при 1 P НОМ и Q 2

Возможность увеличения реактивной мощности за счет уменьшения активной допустимо использовать в случае избытка активной мощности, т. е. в режиме минимума активной нагрузки. В этом случае некоторая часть генераторов, несущих активную нагрузку, может переводиться на работу с пониженным коэффициентом мощности. Все генераторы оборудованы АРВ, которые при снижении напряжения на зажи- мах генератора автоматически увеличивают ток возбуждения и выработку реактивной мощности. Однако для увеличения выработки реактивной мощности нужно иметь в нор- мальном режиме резерв по току ротора при > НОМ и по току статора при < НОМ.

Анализ режима генератора, приведенный выше, показывает, что увеличить вырабатываемую им реактивную мощность можно лишь за счет уменьшения активной. Увеличение Q Г в режиме наибольших нагрузок за счет умень- шения P Г экономически нецелесообразно. Эффективнее вместо снижения P Г применять для выработки реактивной мощности компенсирующие устройства. Поэтому, как правило, в сетях для покрытия потребности в реактивной мощности применяют компенсирующие устройства.