Рабочие режимы и требования предъявляемые к ним

В каждой энергосистеме в той или иной степени происходит постоянное непрерывное изменение ее параметров (частоты f напряжения U, тока I, мощностей Р и Q, углов сдвига между напряжениями в разных точках линии и др. ). Различное сочетание этих, влияющих друг на друга параметров в каждый момент времени называется режимом энергосистемы.

Требования нормативного характера • удовлетворительное качество энергии, которой снабжаются потребители; • достаточную надежность снабжения потребителей энергией (потребители должны получать энергию без перерывов и без снижения ее качества); • высокую экономичность снабжения потребителей энергией при удовлетворительном ее качестве, достаточной надежности, возможно меньших затратах средств на ее производство, передачу и распределение.

Основные функции диспетчера энергетической системы при наличии разработанных соображений о режиме работы системы ограничиваются: • проведением оперативных переключений и установлением нагрузок важнейших элементов, предусмотренных разработанным режимом работы системы в целом; • самостоятельным изменением режима работы отдельных элементов лишь в той мере, в какой суммарная нагрузка энергетической системы или режим отдельных элементов отклоняется от запланированной величины (эти отклонения редко бывают значительными); • ликвидацией аварийных нарушений режима.

Режимы энергетической системы должны удовлетворять ряду основных требовании: • полное удовлетворение спроса на мощность и электроэнергию в нормальных условиях; • минимум удельной стоимости полезно отпущенной энергии; • экономически оптимальное регулирование качества энергии; • экономически оптимальный уровень надежности и бесперебойности энергоснабжения потребителей.

Требования к надежности и качеству энергии легко координируются, так как поддержание надлежащего качества энергии, как правило, не снижает надежности работы ЭЭС как в нормальном, так и в аварийном режимах. Наоборот, снижение качества энергии в большинстве случаев снижает надежность работы системы. Наибольшая экономичность работы ЭЭС должна осуществляться не за счет снижения уровня надежности и качества энергии против оптимального значения. Это положение базируется на том, что убытки от снижения надежности работы и от снижения качества энергии обычно значительно превосходят возможную экономию, получаемую при этом в ЭЭС за счет уменьшения затрат.

ТРЕБОВАНИЯ К РЕЖИМУ РАБОТЫ ОТДЕЛЬНЫХ ЗВЕНЬЕВ ЭЭС • надежность и безопасность работы каждого данного звена для обслуживающего персонала и оборудования; • максимальная экономичность работы каждого данного звена; • возможность полного использования всей располагаемой мощности каждого звена.

Баланс активной мощности и его связь с частотой

Передача энергии но линиям электрической сети электромагнитными волнами осуществляется со скоростью, близкой к скорости света. Практически мгновенная скорость движения энергии приводит к тому, что производство и потребление энергии происходят одновременно. В электрической системе отсутствуют элементы, в которых электрическая энергия может аккумулироваться в значительных количествах. Поэтому в каждый момент времени установившегося режима системы ее электрические станции должны выдавать мощность, равную мощности потребителей и потерям в сети, т. е. должен иметь место баланс выдаваемой и потребляемой мощности.

Применительно к балансу мощности выделяются эксплуатационная и проектная постановки задачи его анализа. В процессе эксплуатации целью составления баланса мощности и анализа его составляющих является проверка достаточности имеющихся в системе мощностей (активной и реактивной) для покрытия ее максимальной нагрузки в суточном, месячном и годовом разрезах

Аналогичная цель преследуется и составлением баланса мощности при решении задач перспективного проектирования. Отличительной чертой здесь является многовариантность соответствующих расчетов, определяемая как различными прогнозами динамики роста электропотребления, так и различными стратегиями развития структуры генерирующих мощностей.

Баланс активной мощности в ЭЭС определенного иерархического уровня составляется прежде всего для момента прохождения абсолютного годового максимума нагрузки системы. При наличии в энергосистеме крупных сезонных потребителей либо электростанций с существенным сезонным изменением располагаемой мощности (ГЭС, ТЭЦ) производится проверка баланса для весеннелетнего периода. Для энергосистем с большим удельным весом базисных нерегулируемых электростанций (АЭС) баланс мощности необходимо составлять и для минимальной нагрузки выходных дней.

В зависимости от принадлежности системы к тому или иному иерархическому уровню при составлении баланса активной мощности нагрузка потребителей приводится к той или иной ступени номинального напряжения и представляется в виде некоторой эквивалентной нагрузки на шинах понижающих подстанций. Для районных энергосистем это приведение осуществляется обычно к шинам 110 к. В, для ОЭС — 220 к. В.

Разность между суммарной потребностью энергосистемы в мощности и суммарной возможной к использованию в балансе мощности электростанций (с учетом экспорта и импорта мощности) представляет собой дефицит или избыток мощности в системе. Баланс мощности считается удовлетворительным, если отклонение приходной части баланса от расходной не превышает половины мощности наиболее крупного агрегата. В случае наличия дефицита необходима корректировка планов развития генерирующих мощностей.

Причинами нарушения баланса мощности могут быть: • аварийное отключение генератора; • неожиданный (неплановый, не предусмотренный расчетами) рост потребления мощности, например увеличение потребления мощности электронагревателями в результате сильного снижения температуры; • аварийное отключение линий или трансформаторов связи.

Частота переменного тока представляет собой общесистемный параметр качества электроэнергии в УР работы. В любой точке системы в УР частота имеет одно и то же значение. Поэтому безразлично по условиям регулирования частоты, в каком из районов системы осуществляется изменение активной мощности станций для поддержания требуемого значения частоты при нарушении исходного баланса мощности. Исходный баланс активной мощности, отвечающий частоте 50 Гц должен составляться для всей системы в целом.

Повышенный уровень частоты в энергосистеме относительно номинальной означает избыток генерируемой активной мощности относительно потребления энергосистемы, и наоборот, пониженный уровень частоты означает недостаток генерируемой активной мощности относительно потребления.

Отклонение частоты - это отличие ее фактического значения от номинального в данный момент времени, выраженное в герцах или процентах.

Основные требования к регулированию режима по частоте и активной мощности 1. Частота электрического тока в нормальном режиме работы должна быть номинальной – 50 Гц с отклонениями не более ± 0, 05 Гц (нормально допустимые) и кратковременно не более ± 0, 2 Гц (максимально допустимые). При этом восстановление отклонений частоты до нормально допустимых должно обеспечиваться за время не более 15 минут. 2. Перетоки мощности в основной сети ЕЭС не должны выходить за пределы установленных допустимых перетоков. 3. Суммарные обменные мощности между отдельными энергосистемами (сальдо перетоков мощности по внешним связям) при номинальной частоте должны соответствовать заданным с необходимой точностью, а внутри отдельных энергосистем мощности электростанций должны соответствовать заданным. 4. При нарушении баланса мощности из-за возмущения, возникающего в какой-либо части энергосистемы, процесс регулирования должен обеспечить переход к условиям нормальной работы с определенной динамикой и определенным участием в регулировании отдельных энергосистем и электростанций.

Поддержание качества энергии в нормированных пределах требует осуществления мероприятий по регулированию баланса мощности. Превышение вырабатываемой мощности над потребляемой, приводящее к росту частоты, можно ликвидировать, уменьшая мощность генераторов или отключая часть из них. Понижение частоты из-за превышения потребляемой над вырабатываемой мощности требует мобилизации резерва мощности или автоматической частотной разгрузки

Резерв мощности может быть горячим (генераторы загружаются до мощности меньше номинальной и очень быстро набирают нагрузку при внезапном нарушении баланса активной мощности) и холодным, для ввода которого нужен длительный промежуток времени.

Нагрузочный резерв служит для покрытий случайных колебаний и непредвиденного увеличения нагрузки сверх учтенной в балансе регулярного максимума нагрузки. Ремонтный резерв должен обеспечивать возможность проведения необходимого плановопредупредительного (текущего и капитального) ремонта оборудования электростанций. Аварийный резерв предназначен для замены агрегатов, выбывших из работы и результате аварии. Если резерв станций исчерпан, а частота в системе не достигла номинального значения, то в действие вступают устройства АЧР, которые предназначены для быстрого восстановления баланса мощности при ее дефиците путем отключения части менее ответственных потребителей.

Статические характеристики нерегулируемых турбин

Процессы, протекающие при изменении частоты

Нагрузка любого узла однозначно определяется частотой и напряжением в этой точке. Статические характеристики нагрузки в некоторой узловой точке представляют собой, как известно, зависимости активной и реактивной мощностей этой нагрузки от напряжения при заданной частоте.

В системе должен быть баланс активных и реактивных мощностей: сумма активных и реактивных мощностей всех генераторов должна равняться сумме активных и реактивных мощностей нагрузок всех узловых точек и потерь активной и реактивной мощностей во всех элементах сетей. Следовательно, частота во всей системе, а также величина и фаза напряжения в каждой из узловых точек установятся как раз такими, которые требуются по условию баланса мощностей.

Условия обеспечения надлежащих значений частоты и напряжений в сетях электроэнергетической системы сводятся к следующему: 1. Располагаемая активная мощность станций должна быть достаточной для того, чтобы покрыть всю активную нагрузку системы и потери активной мощности в сетях при нормальных напряжениях и частоте. 2. Располагаемая реактивная мощность генераторов и синхронных компенсаторов должна быть достаточной для того, чтобы покрыть всю реактивную нагрузку системы и по тери реактивной мощности в сетях при нормальных напряжениях и частоте.

3. Распределение располагаемой реактивной мощности генераторов и синхронных компенсаторов в системе должно быть таким, чтобы в каждом районе, отделенном от других районов относительно длинными линиями, реактивная нагрузка всех потребителей вместе с потерями реактивной мощности в сетях в основном могла быть покрыта местными генераторами и компенсаторами и уравнительные потоки реактивной мощности между районами были большими и не приводили к значительной потере напряжений в сетях.

Результирующая статическая характеристика активной мощности энергосистемы по частоте

Крутизной характеристики зависимости активной мощности от частоты называется отноше ние процентного изменения мощности к процентному изменению частоты:

Задачи расчетов УР с учетом изменения частоты: • регулирование частоты и перетоков активной мощности; • воздействие на мощность генераторов и нагрузки с целью обеспечения необходимых запасов устойчивости в послеаварийных режимах; • расчетное определение предельных перетоков активной мощности по условию статической апериодической устойчивости.

Алгоритм расчета с учетом частоты 1. Балансирующий узел в электрической сети отсутствует. В то же время в сети должен быть задан базисный узел. Но в обычном расчете значения Рген и Qген для балансирующего узла определяются в ходе расчета режима, при использовании же расчета режима с учетом частоты базисный узел является обычным узлом в котором нужно задать Рген и Qген

2. Возникающие в сети небалансы мощности распределяются между выделенными генераторами по формуле:

3. Частотный эффект нагрузки учитывается путем введения обобщенной статической характеристики нагрузки по частоте и напряжению: Для учета частотного эффекта нагрузки задается ее Кст < 0.

При расчете режима с учетом частоты в систему включаются все уравнения, в том числе и для базисного узла. За счет увеличения числа уравнений добавляется новая неизвестная — отклонение частоты После решения уравнений определяются модули и углы напряжений, а также отклонение частоты. Узлы, участвующие в регулировании частоты, берут на себя возникающие небалансы мощности в соответствии со своей Рном и Кст. При равенстве всех Кст небалансы мощности распределяются пропорционально Рном. Чем больше Кст, тем большую долю небалансов берет на себя этот узел.