Баланс активної і реактивної потужності - якість електроенергії та його забезпечення
Сторінка 7 з 9
- БАЛАНС АКТИВНОЇ І реактивної потужності в електричних СИСТЕМАХ
Всі елементи електричної системи (станції, підстанції, лінії електропередач, мережі, приймачі енергії) взаємопов'язані безперервним процесом генерування, передачі, розподілу та споживання електричної енергії. Момент виробництва електроенергії практично збігається з моментом її споживання, тому в будь-який момент часу потужність, що віддається генеруючими установками, повинна бути точно дорівнює потужності сумарного навантаження системи, т. Е. Повинен дотримуватися баланс генеруються і споживаних потужностей в системі. Невиконання цієї умови або, як кажуть, порушення балансу потужностей системи призводить до відхилення параметрів її режиму.
Баланс активної потужності може підтримуватися тільки самою системою, т. Е. Генераторами системи.
Баланс реактивної потужності підтримується не тільки системою, але і шляхом розміщення джерел генерації реактивної потужності (компенсуючих пристроїв) безпосередньо на місці споживання електроенергії. Це виправдано і технічними і економічними міркуваннями, оскільки зниження передачі реактивної потужності по мережах призводить до зниження в них втрат енергії і підвищення їх пропускної спроможності.
Орієнтовно можна вважати, що близько двох третин реактивної потужності надходить споживачам від компенсуючих пристроїв і лише одна третина від системи.
Балансу активної потужності супроводжує параметр режиму-частота, а балансу реактивної потужності - напруга (див. 1.3, 1.4).
2.3.1. Баланс активних потужностей
В електричній системі при будь-яких режимах має задовольнятися рівняння балансу активних потужностей
(28)
де Рраб - сумарна активна потужність, що виробляється генераторами електростанцій (робоча потужність системи), МВт; Рн сумарна активна потужність навантажень системи, МВЧ; - сумарні втрати активної потужності в системі (у всіх ланках від генераторів станцій до споживачів енергії), МВт; Ра, - сумарна активна потужність власних потреб електростанцій, МВт; Рпотр - сумарна споживана активна потужність, МВт.
Втрати активної потужності можуть досягати 5. 15% or сумарного навантаження системи, а витрата на власні потреби станцій в залежності від їх типу становить 1. 12% -
Порушення балансу активних потужностей в системі викликається зміною навантаження, аваріями, зміною продуктивності обладнання та іншими причинами, тому система повинна мати у своєму розпорядженні більшою потужністю, т. Е. Мати резерв.
Повний резерв Рре3 активної потужності системи умовно розділяється на експлуатаційний Ррез (непланованої) і ремонтний Ррез2 (планований) резерви:
(29)
Повний резерв повинен бути не менше 10% від робочої активної потужності системи.
Встановлена потужність системи включає в себе робочу потужність і повний резерв:
(30)
Частина встановленої потужності, що складається з робочої потужності та експлуатаційного резерву, виділяють як располагаемую потужність системи:
(31)
Оскільки з ростом навантаження, резерв зменшуватися не повинен, то необхідно в системі вводити додаткові потужності, щоб зберегти його необхідний рівень.
Зміна частоти, що має місце при порушенні балансу потужності (28), призводить до зміни споживання активної та реактивної потужностей узагальненої навантаженням системи. Характер зміни споживання залежить від складу споживачів системи. Так, наприклад, система з переважно промислової навантаженням (Uн = 110 кВ) має узагальнені типові характеристики при зміні частоти, показані на рис. 14. На малюнку видно практично лінійний характер зміни споживання активної потужності при зміні частоти системи і явно виражений нелінійний характер зміни споживання реактивної потужності, особливо при зниженні частоти, коли споживання реактивної потужності різко зростає.
Мал. 14
Зниження споживання активної потужності при зменшенні частоти викликається зниженням продуктивності робочих механізмів, що залежить від їх швидкості, а істотне зростання споживання реактивної потужності відбувається через збільшення втрат реактивної потужності в індуктивних опорах ЛЕП, асинхронних двигунах і трансформаторах (збільшення намагнічує струму).
Зміна вироблення активної потужності в системі пов'язано з регулюванням частоти, яке в сучасних системах здійснюється автоматично. Це завдання зазвичай покладається на одну або кілька електростанцій системи (див. 1.3). При важких аварійних режимах, коли відключається значна частина генераторного парку системи і баланс активної потужності різко порушується, застосовують автоматичну частотну розвантаження (відключають частину споживачів) для відновлення балансу. Після відновлення режиму роботи системи вступає в дію частотне АПВ.
2.3.2. Баланс реактивних потужностей
Для нормальної роботи електроприймачів потрібна і активна, і реактивна енергія, причому в будь-який момент часу сумарна генерується реактивна потужність в системі повинна бути точно дорівнює споживаної реактивної потужності. Джерелами реактивної потужності в системі є не тільки генератори електростанцій, але також повітряні і кабельні ЛЕП, батареї конденсаторів, синхронні компенсатори, синхронні двигуни, статичні компенсують установки та ін. Таким чином, баланс реактивних потужностей в системі записується у вигляді:
(32)
де Qpаб - сумарна реактивна потужність, що генерується всіма джерелами системи (робоча потужність), Мвар; Qr, Ол, Qk, Qkу - реактивні потужності, що генеруються відповідно генераторами електростанцій, лініями електропередач (зарядна потужність), конденсаторними батареями, компенсують установками (синхронні компенсатори, синхронні двигуни, статичні компенсують установки і т. П.), Мвар; - відповідно сумарна реактивна потужність навантажень системи, втрат реактивної потужності в системі і витрата реактивної потужності на власні потреби системи, Мвар; Q, 10tp - сумарна споживана реактивна потужність, Мвар.
Рівняння балансу (28) і (32) включають в себе активну і реактивну потужності, що виробляються генераторами електростанцій, які пов'язані залежністю
(33)
тому генерація реактивної потужності електростанціями залежить від числа і потужності працюючих генераторів, що забезпечують покриття активного навантаження системи. Беручи до уваги середній коефіцієнт потужності сучасних генераторів - 0,8. 0,9, можна сказати, що розташовується реактивна потужність генераторів системи становить 60. 70% від їх розташовується активної потужності. Крім того, втрати реактивної потужності досягають 30. 35% від видаваної в мережу. Це пояснюється тим, що індуктивний опір мережі значно вище активного і при передачі електроенергії має місце велике число трансформацій (3-4 і більше). В результаті сумарна потреба в реактивної потужності перевищує располагаемую реактивну потужність генераторів системи, т. Е. Існує дефіцит реактивної потужності, що досягає 10. 15% і більше. Дефіцит особливо проявляється в літні місяці, коли па електростанціях частина машин виводиться в ремонт.
При дефіциті реактивної потужності в системі порушується баланс (32). Щоб «звести» баланс реактивних потужностей в системі встановлюють додаткові джерела реактивної потужності. Сучасні джерела реактивної потужності випускаються на напругу до 110 кВ і з номінальною потужністю до 450 Мвар (СК - до 320 Мвар, 20 кВ; МКУ - до 450 Мвар, 110 кВ; БК - до 93 Мвар, 110 кВ).
Порушення балансу реактивної потужності призводить до відхилень напруги, при цьому в різних вузлах системи відхилення можуть бути різними, на відміну від відхилень частоти, які відбуваються одночасно у всій системі. Регулювання напруги здійснюють регулюванням реактивної потужності, причому це регулювання в різних точках системи може виконуватися незалежно. Як правило, це регулювання здійснюється таким чином, щоб забезпечити мінімум втрат потужності в мережах.
Зміна напруги при порушенні балансу реактійной потужності викликає зміна споживання навантаженням системи і активної і реактивної потужності. На рис. 15 наведені характеристики узагальненої навантаження системи (Uн = 110 кВ, навантаження переважно промислова). показують, як змінюється споживання активної та реактивної потужностей при відхиленнях напруги. При зниженні напруги зменшується споживання активної та більш різко - реактивної потужностей, причому при зниженні напруги до 0,8UH і нижче споживання реактивної потужності починає зростати, зростають втрати напруги в мережі і виникає процес лавинного зниження напруги, лавина напруги - це важкий аварійний режим, який запобігає за допомогою спеціальних заходів (форсировкой збудження генераторів, синхронних двигунів і ін.).
Мал. 15
При загальному зниженні напруги в системі його відновлення можливе тільки при наявності достатнього резерву реактивної потужності системи. При місцевому зниженні напруги його регулювання здійснюють за допомогою місцевих джерел реактивної потужності, що встановлюються на прийомних підстанціях або на передавальних кінцях ліній живлення. Питання регулювання напруги та реактивної потужності розглянуті раніше (див. 1.4; 1.5; 1.6).