Общая характеристика проблемы

Часть электроэнергетической системы, непосредственно осуществ­ляющая снабжение электрической энергией потребителей, называется сис­темой электроснабжения. Она содержит питающие и распределительные сети, трансформаторы, компенсирующие устройства (синхронные компен­саторы, конденсаторы) и устройства, в которых электрическая энергия используется в производственных или бытовых целях. Эти устройства обычно называются приемниками электрической энергии, нагрузками.

Места подключения отдельныхсистемэлектроснабжения к высо­ко­вольтным сетям электрических систем называются узлами нагрузки.

При нормальной работе систем электроснабжения и во время различ­ных пусков и остановок оборудования происходят нормальные переход­ные процессы.

Отключение отдельных элементов, короткие замыкания в них приво­дят к аварийным переходным процессам.

Установившиеся режимы и переходные процессы в системах элек­троснабжения должны удовлетворять общим требованиям, которые сфор­мулированы применительно к электрической системе в целом.

Переходные процессы в системах электроснабжения можно различать по виду возмущения (малое, большое, длительное). В нормаль­ном ре­жиме системы при малых его возмущениях возникает необходи­мость проверки статической устойчивости синхронных двигателей, син­хронных компенсаторов, больших групп асинхронных двигателей, кото­рые, имея мощность, соизмеримую с мощностью питающих их генерато­ров, могут оказаться неустойчивыми, причем эта неустойчивость может проявиться в виде специфического явления, называемоголавиной напря­жения.

Пуски двигателей, резкие колебания момента на их валу и т.д. при­во­дят к изменениям значения и фазы напряжения в узлах нагрузки. От­кло­нения этих величин не должны превышать допустимых пределов. Влия­ние резких изменений режима двигателей обычно заметно проявля­ется в распределительных сетях в виде колебаний напряжения. Более медлен­ные изменения режимов двигателей, связанные с технологиче­скими про­цессами, в которых участвуют двигатели, преимущественно отражаются на уровнях напряжения в питающих сетях (на отклонении на­пряжения).

Такие нарушения режима, как короткие замыкания в элементах пита­тельных сетей, отключения и повторные включения синхронных двигате­лей, самозапуск асинхронных двигателей после перерывов питания, само­возбуждение и самораскачивание двигателей при работе на емкостное со­противление и т.д., могут существенно сказываться на режиме всей системы электроснабжения, поэтому переходные процессы в ее элементах рассмат­риваются не только с точки зрения обеспечения их надежности и устойчи­вости, но и с точки зрения обеспечения надежности всей системы электро­снабжения.

Переходные процессы в узлах нагрузки могут рассматриваться с двух точек зрения:

-поведения собственно нагрузки при переходных процессах и влияния этих процессов на работу потребителей (например, ухудшение ка­чества продукции при изменении скорости двигателей во время из­мене­ния напряжения или частоты, мигание ламп при колебаниях напряжения и т.п.);

-влияния переходных процессов в нагрузке на режим сис­темы в це­лом(например, самозапуск двигателей может привести к не­допусти­мому снижению напряжения в системе и даже к нарушению ее ус­тойчивости).

Кроме того, процессы, непрерывно происходящие в ка­кой-либо на­грузке, могут оказывать неблагоприятное влияние на работу остальных по­требителей системы.

7.1. Представление нагрузки при расчёте устойчивости СЭС

При расчетах устойчивости СЭС в зависимости от особенностей ре­шаемой задачи нагрузки могут быть представлены в схемах различными расчетными моделями. Полнота математического описания электрической нагрузки оказывает существенное влияние на результаты расчетов элек­тромеханических переходных процессов. При определении полноты учета нагрузки исходят из необходимости обеспечения требуемой точности ко­нечных результатов, стремления сократить объемы исходной информации и вычислений.

На режим электропотребления и на устойчивость узлов нагрузки СЭС оказывают влияние состав электроприемников и их параметры. Наи­более широкое распространение в СЭС получили cледующие характерные группы электроприемников;

-силовые общепромышленные установки;

-электродвигатели производственных механизмов;

-электротехнологические установки;

-электрические осветительные установки;

-преобразовательные установки.

В практике исследования электромеханических переходных процес­сов используют расчетные модели нагрузки, которые описывают простейшую одноузловую схему.

Комплексные расчетные модели нагрузки включают в себя уравнения эквивалентных асинхронного и синхронного двигателей, а также статиче­ской нагрузки.

Под статической нагрузкой z_cт понимают нагрузку, создаваемую электроприемниками, в которых отсутствует вращающееся магнитное поле: электротехнологические, осветительные установки, ком­мунально-бытовые приборы. К статической нагрузке относятся также ин­дуктивные и активные сопротивления элементов сети, потери на намагни­чивание, конденсаторные батареи, емкость ВЛ и КЛ и др. Значение z_cт в общем случае зависит от напряжения.

Двигательная нагрузка математиче­ски описыва­ется по-разному в зависимости от числа двигателей, входя­щих в состав узла нагрузки [27]:

-в узлах нагрузки с малым числом электродвигателей каждый из них учитывается своими уравнениями и параметрами движения и непо­средственно вводится в расчет;

-в узлах нагрузки, включающих в себя группы различных элек­тродви­гателей, относящихся к одному производству, группы заме­няются небольшим числом эквивалентных электродвигателей с па­раметрами, ко­торые рассчитываются по определенным правилам на основании данных о конкретных двигателях;

-крупные узлы нагрузки описываются с использованием ряда кон­крет­ных данных о составе нагрузки и параметрах питающей сети, а также информации, полученной в результате вероятностно-стати­стиче­ского анализа.

Иногда нагрузку моделируют в виде постоянного сопротивле­ния r + jx, что упрощает расчеты, но приводит к существенным погреш­но­стям.

Статические и динамические характеристики нагрузки. При исследо­вании устойчивости нагрузки СЭС необходимо располагать статическими и динамическими характеристиками основных потребителей энергии. Вид характеристик нагрузки определяется параметрами электроприемников, а также влиянием потерь мощности и напряжения в элементах распредели­тельной сети.

Статические характеристики нагрузки представляют собой зависи­мости между параметрами режима при медленных изменениях процессов, например, зависимости Р = f (δ) для синхронных и Р = f (s) для асинхрон­ных двигателей. Узлы нагрузки характеризуются обычно статическими характеристиками в виде зависимости потребляемых активной Р и реак­тивной Q мощностей от медленно изменяющегося напряжения U. Гра­фическое изображение таких характеристик показано на рис. 7.1.

Рис. 7.1. Статические характеристики узла нагрузки

При расчетах статической устойчивости СЭС обычно пользу­ются ти­повыми статическими характеристиками комплексной нагрузки, состав­ленными проектными организациями для определенных групп по­требите­лей СЭС.

При расчетах динамической устойчивости СЭС нагрузку также можно описывать статическими характеристиками.

Это, конечно, приводит к заметным погрешностям, поскольку зави­симости мощности от напряжения в переходном и установившемся режи­мах разные.

Так, при возникновении короткого замыкания напряжение снижа­ется практически мгновенно. По мере изменения и скольжения дви­гателей в режиме КЗ изменяется также мощность, а при отключении КЗ возникает новый скачок активной и реактивной мощностей. Такие про­цессы можно представить в координатах Р, U и Q, U динамическимиха­рактеристиками, описывающими изменение указанных координат во вре­мени или напря­жения).

Динамические характеристики нагрузки определяются не только па­раметрами нагрузки, но и параметрами СЭС и режимами всей ЭЭС. Раз­ница между статическими и динамическими характеристиками дает ту по­грешность, которая возникает при использовании статических характери­стик в расчетах динамической устойчивости СЭС.