ТЕМА 6 ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 1

ТЕМА № 6 ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЕЙ 1

6. 3 Управление потоками мощности в замкнутых электрических сетях Замкнутые электрические сети, как правило, являются неоднородными, xapaктеризующимися различным отношением Xi/Ri на участках. Неоднородность сети объясняется: - применением различных площадей сечений на разных участках; - наличием трансформаторов, соединяющих в контуре линии разных номинальных напряжений (в этом случае неоднородность особенно сильна). На рисунке 6. 5 естественная мощность, выходящая в линию от источника А, будет равна: (6. 18) 2

где i – номер узла нагрузки; n – число узлов нагрузки в сети. Для однородной сети выражение (6. 18) может быть записано через активные сопротивления участков: (6. 19) Рис. 6. 5 Схема сети: (а) - замкнутая; (б) – разрезанная по источнику 3 питания

Запишем выражение для потерь активной мощности в сети на рис. 6. 5: (6. 20) Выразим мощности S 12 и SБ через SА, S 1 и S 2: (6. 21) Подставим выражения (6. 21) в формулу (6. 20), заменив полные мощности через соответствующие активные и реактивные: (6. 22) 4

Найдем экономичные мощности РАэ и QАэ, соответствующие минимуму потерь активной мощности. Для этого возьмем частные производные выражения (6. 22) по РА и QА и приравняем их нулю: (6. 23) После преобразований получим: (6. 24) Или через полные мощности: (6. 25) 5

В общем виде (6. 25) будет выглядеть так: (6. 26) Сравнение выражения (6. 18) с (6. 26), а также (6. 19) с (6. 26) позволяет сделать следующие выводы: 1) в неоднородной сети естественное распределение мощностей не совпадает с экономичным. 2) в однородной сети естественное распределение мощностей одновременно является экономичным. Таким образом, можно сделать вывод о том, что неоднородность сети вызывает в контуре уравнительную мощность (6. 27) которая приводит к перераспределению потоков мощности по 6 ветвям и увеличению потерь мощности.

Отсюда следует, что для перехода от режима сети с естественным распределением мощностей к экономичному режиму необходимо в контуре компенсировать уравнительную мощность SУ. Это можно сделать, создав в контуре принудительную уравнительную мощность SУ. П, направленную навстречу SУ : (6. 28) Для получения мощности SУ. П в контур необходимо ввести соответствующую ЭДС EЭ. Тогда: (6. 29) где ZК – сопротивление контура. 7

Отсюда требуемая ЭДС EЭ: (6. 30) После преобразований получим продольную EЭ/ и поперечную EЭ// ЭДС, которые необходимо создать в контуре для получения экономичного распределения мощностей: (6. 31) (6. 32) 8

Поскольку в сетях напряжением 110 к. В и выше X>>R, то, если принять R=0, тогда: (6. 33) (6. 34) Пример создания положительных уравновешивающих ЭДС EЭ/ и EЭ// показан на рисунке 6. 6, а, где U - напряжение с учётом воздействия ЭДС. Из формул (6. 33) и (6. 34) можно записать: (6. 35) (6. 36) 9

Отсюда следует, что введение в контур продольной ЭДС в основном оказывает влияние на перераспределение реактивных мощностей, а поперечной ЭДС – на перераспределение активных мощностей. Рис. 6. 6 Векторная диаграмма с ЭДС (а) и схема неоднородной замкнутой сети (б) 10

ЭДС в контуре создается трансформаторами, включенными в данный конур. Если в контуре содержится один трансформатор, то (6. 37) где U 0 – напряжение опорного узла; k. Т – коэффициент трансформации трансформатора, учитывающий изменение величины и фазы напряжения. Если в контур включено n трансформаторов, то (6. 38) где коэффициенты трансформации направлению обхода контура. подставляются по 11

Для создания продольной ЭДС достаточно иметь обычные трансформаторы (автотрансформаторы) с ответвлениями. В этом случае (6. 39) При этом трансформаторы с РПН позволяют получить в контуре регулируемую ЭДС. Для создания поперечной или продольно-поперечной ЭДС применяют специальные вольтодобавочные трансформаторы (ВДТ). Пример включения их в контур показан на рисунке 6. 6, б. 12

6. 4 Выбор установки трансформаторов регулирования в замкнутой сети поперечного Конкретный выбор числа и мест установки трансформаторов поперечного регулирования в замкнутой электрической сети с многими контурами и несколькими номинальными напряжениями представляет собой достаточно сложную задачу проектирования. Рассмотрим один из возможных алгоритмов решения данной задачи: 1) на основании расчетов режимов сети определяют естественное и экономичное распределение мощностей при номинальных коэффициентах трансформации трансформаторов связи; 2) находят по формуле (6. 28) требуемые принудительные уравнительны мощности в независимых контурах; 13

3) находят по формулам (6. 31) и (6. 32) параметры устройств продольно-поперечного регулирования для каждого независимого контура, при этом установку этих устройств предусматривают в цепях трансформаторов связи; 4) вводят поочередно устройства продольно-поперечного (поперечного) регулирования в каждый контур и определяют экономическую эффективность его установки. При этом для создания продольной ЭДС максимально использую возможности устройств РПН трансформаторов связи. Установка дополнительного устройства экономически целесообразна, если выполняется условие: (6. 40) где 3 Эt — доход, характеризующийся эффектом от снижения потерь электроэнергии в сети в год t; ИУ. П. Р. t, KУ. П. Р. t - годовые издержки и капитальные затраты на дополнительное устройство поперечного 14 регулирования в год t;

5) принимают к установке устройство поперечного регулирования, дающее наибольшее значение (6. 41) 6) расчеты по п. п. 1 -5 с учетом ранее выбранных устройств поперечного регулирования повторяют до тех пор, пока соблюдается условие (6. 40); 7) находят срок окупаемости каждого из дополнительных устройств поперечного регулирования и в зависимости от его численного значения принимают решение о целесообразности применения данного устройства. В связи с тем, что наибольшее снижение потерь мощности может иметь место как в режиме наибольших нагрузок, так и в других режимах энергосистемы, параметры устройств поперечного регулирования приходится выбирать на основе анализа ряда характерных режимов и их продолжительности. 15

6. 5 Оптимизация режимов работы замкнутых сетей с помощью установок продольной компенсации В связи с тем, что в однородных замкнутых сетях естественное распределение мощностей совпадает с экономичным, переход к экономичному режиму возможен путем настройки сети на однородную. Отметим, однако, что такой способ мало пригоден для сложнозамкнутой сети. Он может быть рассмотрен применительно к одному контуру либо к двум параллельным воздушной и кабельной линиям (рисунок 6. 7). Рис. 6. 7 Схемы неоднородных сетей: (а) – замкнутой; (б) – с двумя 16 параллельными линиями

Пусть на участке 123 (рис. 6. 7, а) отношение индуктивного сопротивления к активному больше аналогичного отношения на участке 143: (6. 42) Для создания однородной сети включим в линию 12 устройство продольной компенсации с сопротивлением Хс такой величины, чтобы (6. 43) Отсюда для настройки сети на однородную емкостное сопротивление должно быть равно (6. 44) 17

Целесообразность такого решения проверяется по критерию чистого дисконтированного дохода (6. 40), в котором учитываются годовые издержки и капитальные затраты на устройство продольной компенсации. 18