Постановка задачи оптимизации режима по напряжению

Кафедра электроэнергетических систем

УПРАВЛЕНИЕ РЕЖИМОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПО НАПРЯЖЕНИЮ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Методические указания к лабораторной работе

Дисциплина «Оптимизация в электроэнергетических системах»

Киров 2007

Цель работы

Целью данной лабораторной работы является определение параметров режима электрической системы и его оптимизация по напряжению и реактивной мощности с использованием программы расчета установившихся режимов на ЭВМ.

Взаимосвязь регулирования напряжения

И реактивной мощности

Основными особенностями электроэнергетических систем является мгновенная передача энергии от источников к потребителям и невозможность накапливания выработанной электроэнергии в заметных количествах. Эти свойства определяют одновременность процесса выработки и потребления электроэнергии.

При генерации и потреблении энергии на переменном токе равенству вырабатываемой и потребляемой энергии в каждый момент времени отвечает соответственно равенство вырабатываемой и потребляемой активной и реактивной мощностей. Это условие для реактивных мощностей может быть записано в виде равенства:

, (1)

где суммарная генерируемая реактивная мощность;

суммарная потребляемая реактивная мощность.

Равенство генерируемой и потребляемой реактивной мощности выполняется в любом установившемся режиме работы электрической сети и определяет ее режим напряжений. Всякое изменение генерации или потребления реактивной мощности приводит к нарушению установившегося баланса и изменению уровня напряжения. В результате устанавливается новое состояние равновесия между потреблением реактивной мощности и ее генерацией, но уже при новом уровне напряжения в электрической сети. При недостатке источников реактивной мощности баланс будет сопровождаться пониженными напряжениями в узлах, а при избытке – напряжения в узлах будут повышаться.

Поэтому на практике под балансом реактивной мощности понимают не просто равенство генерируемой и потребляемой реактивной мощности, а их равенство при условии допустимого режима напряжения во всех узлах электрической сети при всех режимах ее работы.

Если уровень напряжения в сети выйдет за рамки допустимого, необходимо принять меры для введения режима напряжений в допустимую область. Это может быть достигнуто, например, изменением генерации реактивной мощности. Наименьшее значение генерируемой реактивной мощности, которая должна быть подключена в узле, чтобы режим напряжений вошел в допустимые пределы, называется дефицитом реактивной мощности. Под резервом реактивной мощности понимают наибольшее значение реактивной мощности, которая может дополнительно потребляться в данном узле при допустимых отклонениях напряжения.

Таким образом, задачи обеспечения баланса реактивной мощности и регулирования напряжения в электрических системах являются взаимосвязанными как по физической природе явлений, так и по применяемым для этого техническим средствам решения этих задач.

Постановка задачи оптимизации режима по напряжению

И реактивной мощности

Оптимизации режима по напряжению и реактивной мощности заключается в определении такого установившегося режима электрической системы, при котором были бы выдержаны технические ограничения, и потери активной мощности в сети были бы минимальными.

При решении задачи оптимизации режима по напряжению и реактивной мощности считаются заданными активные мощности электрических станций, за исключением станции в узле баланса, а также активные и реактивные мощности узлов нагрузки. При оптимизации учитываются ограничения по напряжениям во всех узлах, в том числе и в узлах нагрузки, по реактивным мощностям генерирующих источников, по коэффициентам трансформации трансформаторов, а также по токам в контролируемых линиях.

Задача оптимизации режима электрической сети по напряжению и реактивной мощности является частью более общей комплексной задачи оптимального распределения активных и реактивных мощностей, либо является самостоятельной задачей минимизации потерь активной мощности.

Рассмотрим задачу оптимизации режима по напряжению и реактивной мощности применительно к электрической системе, схема которой приведена на рис.1.

Рис.1. Расчетная схема исследуемой системы

Расчетная схема состоит из двух генерирующих узлов, четырех нагрузочных узлов, соединенных тремя линиями электропередачи 110 (220) кВ (рис.1).

Один из генерирующих узлов представлен генераторной станцией ЭС, выдающей в соответствии с диспетчерским графиком мощность . На схеме рис.1 электрическая станция условно изображена в виде эквивалентного генератора и трансформатора Т1.

Вторым генерирующим узлом являются шины высшего напряжения подстанции мощной энергетической системы С, которая на схеме условно изображена в виде эквивалентного генератора и трансформатора . Эквивалентная нагрузка системы изображена на схеме рис.1 пунктиром в виде отбора мощности величиной от узла С. Этот генерирующий узел является балансирующим по активной и реактивной мощности.

Нагрузочные узлы 2, 3, 4 представляют шины ВН подстанции, узел 6 – шины НН подстанции. Линии W1, W2, W3 – двухцепные.

Целевой (оптимизируемой) функцией являются суммарные потери активной мощности в сети , которые складываются из потерь в линиях W1, W2, W3, в трансформаторах Т1 и Т2.

При изменении реактивной мощности, выдаваемой генераторной станцией , происходит и изменение потоков мощности по участкам сети. Потери активной мощности в одних элементах электрической сети увеличиваются, в других – могут уменьшаться, поскольку от передаваемой по элементу электрической сети (линии или трансформатору) реактивной мощности зависят потери активной мощности в этом элементе:

. (2)

Изменение передаваемой реактивной мощности также влияет и на изменение потерь напряжения в сети:

. (3)

В результате меняются напряжения в узлах сети, что в свою очередь оказывает дополнительное влияние на изменение потерь активной мощности по участку сети.

В результате суммарные потери активной мощности оказываются зависимыми от реактивной мощности генераторной станции , имея минимальное значение при некоторой оптимальной реактивной мощности станции .

Задача оптимизации режима по напряжению и реактивной мощности и заключается в поиске этого наилучшего режима с минимальными потерями активной мощности. При этом параметры режима должны удовлетворять следующим ограничениям:

- по располагаемой мощности генераторов электрических станций:

; (4)

- по величине напряжения в узлах сети:

, (5)

где верхний уровень ограничения напряжения обусловлен условиями работы изоляции, а нижний - условиями регулирования напряжения в распределительных сетях и условиями устойчивости;

- по величине напряжения на шинах генератора

, (6)

где номинальное напряжение генератора;

- по нагреву линии электропередачи:

, (7)

где допустимый по условию нагрева ток линии;

- по располагаемой мощности источников реактивной мощности:

. (8)

3. Средства регулирования напряжения и реактивной

Мощности

В электрических сетях могут применяться средства регулирования напряжения и реактивной мощности следующих видов [3]:

а) нерегулируемые или регулируемые с недельным или сезонным циклом:

- шунтирующие реакторы;

- батареи статических конденсаторов (БСК);

- трансформаторы с переключением ответвлений обмоток без возбуждения (ПБВ).

б) непрерывно автоматически регулируемые:

- синхронные генераторы (СГ);

- синхронные компенсаторы (СК);

- синхронные двигатели (СД)

- статические тиристорные компенсаторы (СТК);

- асинхронизированные генераторы (АСТГ);

- управляемые реакторы (УР).

в) дискретно автоматически регулируемые:

- трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой (РПН);

- статические конденсаторы со ступенчатым управлением.

Рассмотрим основные технические характеристики и режимы работы синхронных генераторов, а также особенности регулирования напряжения путем изменения коэффициентов трансформации трансформаторов.

Синхронные генераторы являются основными источниками реактивной мощности в электроэнергетических системах и одними из основных средств регулирования напряжения.

Изменение реактивной мощности СГ достигается соответствующим изменением тока возбуждения. Регулирование реактивной мощности генератора и поддержание напряжения на его зажимах осуществляется автоматическим регулятором возбуждения (АРВ).

Регуляторы возбуждения пропорционального действия (АРВ ПД) осуществляют регулирование по отклонению напряжения на зажимах генератора. Существенно большую интенсивность воздействия на систему возбуждения по сравнению с АРВ ПД оказывают регуляторы возбуждения сильного действия (АРВ СД). Отличительной особенностью АРВ СД является то, что он реагирует на изменение нескольких параметров режима и их производных, имеет высокое быстродействие и большие коэффициенты усиления по отклонению напряжения, что позволяет обеспечить с большей точностью заданное напряжение на зажимах генератора.

Генераторы могут работать как в режиме выдачи реактивной мощности (режим перевозбуждения), так и в режиме потребления реактивной мощности (режим недовозбуждения).

Работа генератора в режиме перевозбуждения, ограничена по условиям допустимого нагрева токами ротора

(9)

и статора

, (10)

где - допустимый ток ротора,

- допустимый ток статора.

Ограничения определяются возможностями охлаждения обмоток. В нормальных установившихся режимах запрещается длительная эксплуатация синхронного генератора при токах возбуждения и токах статора больших, чем номинальные, т.е.

, (11)

. (12)

В аварийных режимах допускается перегрузка генераторов.

где , – кратности перегрузки, зависящие от ее длительности. Данные о перегрузке генераторов по току ротора приведены в табл.1.

Таблица 1.

Допустимые перегрузки генераторов по току ротора

Продолжительность перегрузки, мин.	60	10	6	4	1	0,3
Кратность перегрузки,	1,05	1,1	1,15	1,2	1,5	2,0

Допустимый диапазон изменения активной и реактивной мощностей генератора определяется из диаграммы допустимых режимов работы генератора. Эта диаграмма представляет собой зависимость располагаемой активной мощности от реактивной при различных коэффициентах мощности.

Для пояснения построения диаграммы допустимых режимов рассмотрим векторную диаграмму неявнополюсного генератора, схема замещения которого приведена на рис.2.

Рис.2. Схема замещения синхронного генератора

На рис. 3 построена векторная диаграмма для номинального режима работы генератора.

Рис.3. Векторная диаграмма токов и напряжений синхронного генератора

На основании векторной диаграммы вектор э.д.с. равен:

, (13)

где - продольная составляющая падения напряжения,

- поперечная составляющая падения напряжения.

Из рассмотрения треугольника ОАВ (рис.3) следует, что при неизменном напряжении на выводах генератора отрезок ОВ, равный продольной составляющей падения напряжения, пропорционален реактивной мощности, а отрезок АВ=О D, равный поперечной составляющей падения напряжения, пропорционален активной мощности. Тогда отрезок ОА, как гипотенуза прямоугольного треугольника ОАВ будет пропорционален полной мощности генератора. Следовательно, если построить систему координат с началом в точке О так, как показано на рис.3, то ось абсцисс этой системы будет являться осью реактивных мощностей, а ось ординат – осью активных мощностей. Отрезок СА, равный э.д.с. гнератора, пропорционален току возбуждения.

Рассмотрим, как определяются ограничения по току статора.

Условие ограничения по току статора (10) с учетом (11) будет иметь вид:

или

, (14)

где , , - параметры генератора в расчетном режиме,

, , - параметры генератора в номинальном режиме.

При условие (14) приобретает вид:

, (15)

где - полная мощность генератора в номинальном режиме.

Условие представляет собой окружность МАК (рис.4) в координатах , с центром в точке О и радиусом, равным полной номинальной мощности .

Рис.4. Диаграмма допустимых режимов синхронного генератора

Чтобы исключить увеличение тока статора сверх номинального, значения активных и реактивных мощностей генератора не должны выходить за границы окружности 1 (рис.4).

Соблюдение условия ограничения по току статора (14) контролируется дежурным персоналом электростанций. Если ток превысит максимально допустимый уровень, то уставку АРВ по напряжению снижают, это приводит к уменьшению тока возбуждения, к уменьшению выдачи реактивной мощности и снижению тока статора. При этом уменьшается и напряжение . Если напряжение снижено до минимально разрешенного значения, то дальше для снижения тока необходимо разгружать генератор по активной мощности.

Рабочее напряжение на шинах генератора обычно может изменяться в пределах от 0,95 до 1,05 [3].

Рассмотрим, как определяются ограничения по току ротора.

Условие ограничения по току ротора (9) с учетом (12) будет иметь вид:

(16)

Это условие равносильно условию:

где - э.д.с. генератора в номинальном режиме:

э.д.с. генератора в расчетном режиме.

На векторной диаграмме (рис.3, 4) отрезок СА, равный э.д.с. генератора в номинальном режиме пропорционален номинальному току возбуждения. Следовательно, чтобы получить область допустимых по условию нагрева обмоток ротора режимов, нужно провести окружность FA(2) радиусом, равным с центром в точке С (рис.4). Точка А на диаграмме допустимых режимов соответствует номинальному режиму работы генератора: .

При работе на участке А F полная мощность генератора меньше номинальной, машина имеет пониженное значение коэффициента мощности по сравнению с номинальным, а также пониженное значение тока статора.

При перегрузке по току ротора дежурный персонал поступает так же, как и при перегрузке по току статора: снижает уставку АРВ по напряжению, в результате ток возбуждения, а следовательно, и э.д.с. уменьшаются, выдаваемая генератором реактивная мощность снижается.

На некоторых типах генераторов условие ограничения по току ротора контролируется автоматикой, входящей в устройство АРВ – ограничитель верхнего предела возбуждения или ограничитель перегрузки.

Ограничение по мощности турбины.

Выдаваемая активная мощность генератора также ограничена мощностью турбины. Обычно генераторы не могут быть загружены активной мощностью, превышающей номинальную мощность турбины

На диаграмме допустимых режимов (рис.4) этому ограничению соответствует прямая 3, параллельная оси реактивных мощностей. Иногда турбина может быть загружена мощностью, превышающей номинальную. Эти допустимые возможности турбин выявляются в процессе специальных испытаний.

При работе генератора с коэффициентом мощности, равным единице ( ), рабочие точки, характеризующие режимы работы генератора, располагаются на прямой ОЕ (рис.4). Прямой ОЕ диаграмма допустимых режимов делится на две части. Зона справа от прямой ОЕ характеризуется режимом выдачи реактивной мощности. В зоне слева от прямой ОЕ генератор работает в режиме потребления реактивной мощности, т.е. в режиме недовозбуждения.

В режимах недовозбуждения работа генератора ограничена:

- по условиям нагрева торцевых зон;

- по условиям статической и динамической устойчивости синхронных машин.

Повышение нагрева торцевых зон стали статора обусловлено возрастанием результирующей магнитной индукции в концевых областях машины при сложении полей лобовых частей обмоток статора и ротора в режимах, с коэффициентом мощности, близким к единице и, особенно, в режимах недовозбуждения. Ограничения по нагреву торцевых зон статора в режимах недовозбуждения указываются заводом-изготовителем или определяются на основании испытаний.

В табл.2 представлены примеры реактивных мощностей, минимально допустимых по нагреву, для некоторых типов турбогенераторов [3].

Таблица 2.

Допустимые значения реактивной мощности, потребляемой генераторами

при работе их в режимах недовозбуждения

Тип турбогенератора	Допустимое значение потребляемой реактивной мощности, Мвар, при активной мощности, %
Тип турбогенератора	100	90	80	60	40
ТВФ-60-2 ( = 6,3 кВ)	13	18	23	31	37
ТВФ-60-2, ТВФ-100-2 ( = 10,5 кВ)	16	22	28	37	42
ТВВ-165-2 ( = 160 МВт)	20	31	40	50	56
ТВВ-200-2	22	39	47	62	74
ТВВ-320-2	80	95	108	125	135
ТГВ-200	0	0	17	35	50
ТГВ-200 после модернизации системы охлаждения	16	40	50	65	75
ТГВ-200 М	25	40	50	65	75
ТГВ-300	46	96	102	108	112

Ограничения по устойчивости в режимах недовозбуждения зависят от многих факторов: от схемы энергосистемы и параметров ее элементов, типа автоматического регулирования возбуждения генераторов, его настроенных параметров и пр.

Практическая оценка допустимости работы генератора в режиме недовозбуждения, исходя из требований обеспечения устойчивости, производится общими методами анализа устойчивости энергосистем.

С точки зрения управления режимом электрической системы по напряжению и реактивной мощности, синхронные генераторы можно характеризовать следующими переменными: величиной выдаваемой реактивной мощности и напряжением на зажимах генератора . Диапазон располагаемых значений реактивной мощности генератора устанавливается в соответствии с неравенством, отражающим технические и режимные ограничения (рис.4):

, (17)

где , - максимальная и минимальная реактивная мощности генератора с учетом ограничений по току статора, току ротора, нагреву, устойчивости.

Эффект действия АРВ отражается равенством:

. (88)

При этом заданное значение напряжения (уставка АРВ) устанавливается в соответствии с плановым графиком напряжения на электростанции, либо, при наличии централизованного управления напряжением и реактивной мощности, определяется исходя из минимума потерь активной мощности в сетях энергосистем.

Изменение реактивной мощности станции происходит при изменении уставки АРВ.

Регулирование напряжения путем изменения коэффициента трансформации трансформаторов.

Трансформаторы районных подстанций могут быть присоединены в различных пунктах электрических сетей, в которых режим напряжения заранее обычно не известен и, кроме того, может изменяться в процессе эксплуатации. Поэтому трансформаторы снабжаются, помимо основных, еще и дополнительными регулировочными ответвлениями. Изменяя эти ответвления, можно изменять коэффициент трансформации (в пределах 10-20 %).

По конструктивному исполнению различаются трансформаторы двух типов:

а) с переключением регулировочных ответвлений без возбуждения, т.е. с отключением от сети (трансформаторы с ПБВ);

б) с переключением регулировочных ответвлений под нагрузкой (трансформаторы с РПН).

Трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой имеют специальное переключающее устройство, позволяющее изменить число витков обмотки высшего напряжения без отключения нагрузки. При этом меняется коэффициент трансформации трансформаторов:

, (19)

где - номинальное напряжение обмотки низшего напряжения;

- номинальное напряжение обмотки высшего напряжения;

- напряжение одной ступени регулирования;

n – число ступеней регулирования.

Правила устройства электроустановок (ПУЭ) рекомендуют осуществлять на шинах подстанций напряжением 6-20 кВ, к которым присоединены распределительные сети, встречное регулирование напряжения. В соответствии с ПУЭ устройства регулирования напряжения должны обеспечивать поддержание напряжения на указанных шинах в пределах не ниже 105 % от номинального в период наибольших нагрузок и не выше 100 % номинального в период наименьших нагрузок сетей.

Регулирование напряжения путем изменения коэффициента трансформации выполняется, как правило, автоматически. С этой целью разработаны и эксплуатируются автоматические регуляторы напряжения трансформаторов АРНТ различных типов и модификаций. Они автоматически осуществляют поддержание заданного напряжения на шинах низшего напряжения трансформатора в течение суток (при изменении нагрузки).

Для расчета оптимального режима электрической сети по напряжению и реактивной мощности используются специальные оптимизационные программы. Задачей этих расчетов является определение оптимальных уровней напряжения в заранее выбранных контрольных узлах. В качестве таких опорных узлов назначаются шины электрических станций, крупных подстанций, имеющих источники реактивной мощности, шины среднего напряжения трансформаторов связи, т.е. узлы, напряжение которых может регулироваться с помощью технических средств управления. Практически оптимизация режима по напряжению и реактивной мощности и коэффициентом трансформации осуществляется путем планирования и поддержания оптимальных уровней напряжения в контрольных узлах - составляются графики напряжений. Поддержание напряжения на требуемом (оптимальном уровне приведет к такому распределению потоков реактивной мощности в сети, при котором потери активной мощности в сети будут минимальными.

Для определения оптимального режима могут быть использованы и обычные программы расчета установившегося режима. С этой целью при расчете исследуется влияние изменения какого-либо режимного параметра: или , и т.п. В этом случае решается частная задача оптимизации. Оптимальный режим определяется исходя из условия минимальных потерь активной мощности опытным путем.

В электроэнергетических системах применяются различные устройства, с помощью которых может осуществляться регулирование напряжения и реактивной мощности (разд.3). Эти устройства имеют различные регулировочные диапазоны, оснащаются собственными (локальными) системами регулирования. Локальные устройства автоматического управления, расположенные на энергетических объектах, используют информацию, доступную лишь в пределах объекта и не могут обеспечить наилучший режим энергосистемы в целом. Для этой цели необходима общесистемная информация, на основе которой производится управление частью наиболее крупных и важных объектов, существенно влияющих на экономичность режима. Оптимальное управление связано с минимизацией целевой функции, в данном случае – потерь мощности в электрической сети.

Для обеспечения оптимального режима необходимо централизованное управление режимом питающих электрических сетей на основе большого объема получаемой информации с учетом ограничений по напряжению. Управление требует иерархической структуры, включающей локальные устройства управления, корректируемые централизованно.

Пояснения к работе

В лабораторной работе рассматриваются вопросы оптимального управления режимом электрической системы по напряжению и реактивной мощности применительно к расчетной схеме, приведенной на рис.1.

Задача заключается в нахождении такого распределения реактивной мощности между источниками ( и ), таких уровней напряжения на шинах генератора , на шинах системы , таких коэффициентов трансформации трансформаторов и , при которых суммарные потери активной мощности в сети оказались бы минимальные, а параметры режима удовлетворяли бы ограничениям (4) – ( 7).

Поиск оптимального режима осуществляется путем выполнения серии расчетов установившихся режимов системы при различных значениях выдаваемой генератором реактивной мощности от номинальной до с шагом 5 – 10 Мвар и при варьировании напряжения на шинах системы (в балансирующем узле) в допустимых пределах. Оптимальный режим определяется исходя из условия минимума потерь активной мощности.

Расчеты режимов электрической системы выполняются по программе «REGIM». Программа предназначена для расчета установившихся режимов электрических систем. Исходной информацией для расчетов являются данные о топологии схемы, параметрах ее элементов, активных и реактивных нагрузках узлов потребления, активных мощностях, напряжениях или реактивных мощностях генерирующих источников, информации о балансирующем узле.

Выходной информацией являются модули и фазные углы напряжений всех узлов схемы, активные и реактивные мощности генерирующих источников, потоки активной и реактивной мощности в ветвях схемы, потери активной и реактивной мощности в ветвях схемы и их суммарные значения.

Расчетная схема замещения исследуемой сети с указанием номеров узлов приведена на рис.5. При составлении схемы замещения потери холостого хода трансформаторов не учитывались.

Рис.5. Расчетная схема замещения электрической системы

Подготовка исходных данных для расчета установившегося режима электрической системы с помощью программы «REGIM».

Исходные данные готовятся в виде файла на основании схемы замещения электрической системы. Узлы в схеме замещения нумеруются произвольным образом. Информация о схеме состоит из групп данных. Эти группы отличаются по номеру первой цифры в записях файла данных. Каждая запись состоит из чисел, числа разделены пробелом. Признаком прекращения ввода числа в строке служит знак « / » (косая черта).

Группы данных следующие:

1. Общая информация:

1 EPS/,

где - номер балансирующего узла,

EPS - максимально допустимый небаланс активной мощности в узлах (МВт).

2. Информация о ветвях

301 I J R X B к_Т /,

где I, J – номера узлов, ограничивающих ветвь (I – номер узла начала ветви,

J – номер узла конца ветви);

R – активное сопротивление ветви, Ом;

X – индуктивное сопротивление ветви, Ом;

B – емкостная проводимость, мСм;

к_Т– коэффициент трансформации.

При задании коэффициента трансформации считается, то сопротивление приведено к узлу I

3. Информация об узлах

201 N /,

где N – номер узла;

- номинальное напряжение в узле, кВ;

- активная мощность нагрузочного узла, МВт;

- реактивная мощность нагрузочного узла, Мвар;

- генерируемая в узле активная мощность, МВт;

- генерируемая в узле реактивная мощность, Мвар;

- модуль заданного напряжения в узле, кВ. Задается в балансирующем узле и в опорных узлах. Опорным узлом является узел с фиксированным напряжением.

Пример заполнения данных для расчетной схемы замещения, приведенной на рис.5.

UIRS

1 5 0.5 /

301 1 2 0 /

301 2 3 /

301 3 5 /

301 3 4 /

301 4 6 0 /

201 1 /

201 2 /

201 3 /

201 4 /

201 5 0 0 0 0 / - балансирующий узел

201 6 /

В минимальном режиме мощности нагрузок составляют 50 % от нагрузок в максимальном режиме. Активная мощность генераторной станции не изменяется.

Программа работы

Варианты заданий к лабораторной работе приведены в Приложении (табл.П1, П2).

1. В соответствии с заданным вариантом исходных данных составить схему замещения исследуемой системы (рис.5), рассчитать ее параметры. Данные о параметрах элементов электрической сети приведены в табл.3,4.

Таблица 3

Параметры трансформаторов

№	Марка трансформатора	, кВ	, кВ	, Ом	, Ом
1	ТДЦ-250/220	242	13,8 15,75	0,61	25,8
2	ТДЦ-125/110	121	10,5 13,8	0,37	12,3
3	ТДЦ-400/220	242	13,8 15,75 20	0,32	16,1
4	ТДЦ-250/110	121	15,75	0,15	6,1
5	ТРДЦН-63/220	230	11	4	100
6	ТРДН-40/110	115	10,5	1,44	34,8
7	ТРДЦН-63/110	115	10,5	0,87	22
8	ТРДЦН-100/220	230	11	1,9	63,5

Таблица 4

Расчетные характеристики воздушных линий электропередачи на 1 км

№	Марка провода	Активное сопротивление , Ом/км	Индуктивное сопротивление , Ом/км и емкостная проводимость , 1/Омкм
			110 кВ		220 кВ

1	АС-240/32	0,118	0,401	2,84	0,43	2,64
2	АС-300/39	0,096	-	-	0,424	2,68
3	АС-400/51	-	-	-	0,415	2,74

Определить номинальные коэффициенты трансформации трансформаторов Т1 и Т2 в соответствии с выражением (19).

Определить номинальную реактивную мощность генератора по выражению:

либо по выражению:

, (20)

где .

Значения параметров схемы замещения, рассчитанные коэффициенты трансформации трансформаторов и , данные о нагрузках в узлах сети указать на схеме замещения.

2. Проверить правильность подготовки исходных данных. С этой целью результаты расчета схемы замещения следует сопоставить с исходными данными, представленными в файле исходных данных UIRS1, UIRS2… (последняя цифра в названии файла соответствует варианту исходных данных). В случае необходимости внести соответствующие изменения.

Для редактирования содержимого файла следует использовать клавиши F4 (открыть для редактирования), F10 (выход).

3. Используя программу «REGIM», рассчитать режим работы электрической системы при заданном напряжении на шинах системы (табл.П2), и номинальной активной и реактивной мощности генераторной станции G1.

Результаты расчета – напряжения в узлах сети, потоки мощности по участкам сети - нанести на схему замещения или расчетную схему и табл.5. Записать также результаты расчета суммарных потерь активной и реактивной мощности, а также структуру потерь в сети, указать потери активной мощности для каждого участка сети.

Таблица 5

Результаты расчета параметров режима

№ расчета

кВ

Мвар

Напряжения в узлах сети,

кВ

1 2 …

Продолжение таблицы 5

№ расчета

Потери активной мощности,

МВт

Вывод о соответствии условиям (4)-(7) допустимости режима

1 2 …

4. Определить допустимость полученного режима электрической системы исходя из условий (4) – (7).

В выражении (5) в качестве максимально допустимого напряжения в узлах 2, 3, 4 следует принять значение напряжения, равное . Минимально допустимый уровень напряжения в выражении (5) для режима максимальных нагрузок обусловлен возможностью обеспечения условия встречного регулирования напряжения на шинах низшего напряжения подстанции . Минимальное напряжение на этих шинах, которое возможно отрегулировать до требуемого ( ) по условию встречного регулирования напряжения равно:

. (21)

Если условие в узле 6 выполняется, то имеющихся средств регулирования будет достаточно для обеспечения встречного регулирования напряжения на шинах низшего напряжения трансформатора Т2.

Выводы о соответствии полученных параметров режима условиям их допустимости (4)–(7) записать в табл.5.

5. Выполнить серию расчетов при различных значениях выдаваемой генератором реактивной мощности.

Меняя выдаваемую генератором реактивную мощность от с шагом 5-10 Мвар, выполнить расчеты режима сети. Результаты занести в табл.5. Определить допустимость каждого из рассчитанных режимов.

По результатам расчета построить зависимости , . На рисунках штриховкой указать зоны допустимых изменений и . Зависимости построить на одном рисунке.

Определить, какой из рассчитанных режимов, является оптимальным режимом. Выбор осуществить исходя из критерия минимальных потерь активной мощности с учетом того, что оптимальный режим – это наилучший из допустимых.

Меняя коэффициент трансформации трансформатора Т2 согласно (19) с учетом возможностей его регулирования опытным путем добиться выполнения условия встречного регулирования напряжения на шинах НН этого трансформатора для оптимального режима.

Результаты расчета параметров оптимального режима с учетом найденного коэффициента трансформации трансформатора Т2 нанести на схеме замещения или на расчетной схеме. Указать также структуру потерь мощности в сети.

6. Выполнить расчеты, аналогичные указанным в п.п. 3, 4, 5, при изменении напряжения на шинах системы до величины . Результаты расчета представить в табл.5. Зависимости , при измененном напряжении построить на тех же рисунках , что и для п. 5. Выбрать оптимальный режим работы сети при новом напряжении .

Результаты расчета этого оптимального режима сети представить на схеме замещения или на расчетной схеме. Дать рекомендации по величине напряжения, поддерживаемого на шинах генератора (узел 1) и на шинах системы (узел 5) с целью обеспечения наименьших потерь активной мощности в сети.

7. Выполнить расчеты, аналогичные указанным в п.п. 3, 4, 5 для режима минимальных нагрузок. В минимальном режиме мощности нагрузок составляют 50 % от нагрузок в максимальном режиме. Активная мощность генераторной станции не изменяется.

8. Выполнить анализ полученных результатов. С этой целью сравнить потокораспределение и уровни напряжений в узлах в исходном режиме (при номинальной реактивной мощности) и в оптимальном режиме.

Пояснить, как изменяются потери активной мощности в сети при изменении генерируемой на электрической станции реактивной мощности, как изменяются потери активной мощности в отдельных ветвях сети. Почему при увеличении в одних линиях потери активной мощности увеличиваются, а в других уменьшаются. Как и почему изменяются при изменении напряжения в узлах сети.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается оптимизация режима электрической системы по напряжению и реактивной мощности.

2. Поясните, каков критерий оптимальности при решении задачи оптимизации режима по напряжению, реактивной мощности и коэффициентам трансформации.

3. Перечислите и поясните режимные и технические ограничения при оптимизации режима.

4. Поясните, как связано обеспечение баланса реактивной мощности с уровнями напряжений в узлах. Поясните принципы управления режимами энергосистем.

5. Поясните понятия резерва и дефицита реактивной мощности.

6. Поясните, как осуществляется регулирование реактивной мощности синхронных генераторов.

7. Перечислите и поясните ограничении, накладываемые на режимы работы генераторов.

8. Перечислите и поясните средства регулирования напряжения и реактивной мощности в электрических сетях.

Библиографический список

1. Идельчик В.И. Электрические системы и сети. – М.: Энергоатомиздат, 1989 – 592 с.

2. Веников В.А., Идельчик В.И., Лисеев М.С. Регулирование напряжения в электроэнергетических системах – М.: Энергоатомиздат, 1985 – 216 с., ил.

3. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей Российской федерации. – М.: С ПО ОРГРЭС, 1996.

4. Гуревич Ю.Е., Либова Л.Е., Окин А.А. Расчеты устойчивости и противоаварийной автоматики в энергосистемах. – М.: Энергоатомиздат, 1990. – 390 с., ил.

5. Баркан Я.Д. Автоматизация режимов по напряжению и реактивной мощности. – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 160 с., ил.

Приложение

Таблица П1

Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 993; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!