Распределение активной мощности в системе. Энергетическая система объединяет электростанции раз- личного типа, каждая из которых имеет несколько генера- - презентация

1 Распределение активной мощности в системе

2 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.

3 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 )

4 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.

5 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.

6 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.

7 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.

8 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.

9 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.

10 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.

11 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.

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

13 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.

14

15 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.

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

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

18 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

19 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.

20 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.