Рабочие режимы электроэнергетических систем

РАБОЧИЕ РЕЖИМЫ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

4.1. БАЛАНС АКТИВНОЙ МОЩНОСТИ И ЕГО СВЯЗЬ С ЧАСТОТОЙ

Особенность электроэнергетических систем состоит в практически мгновенной передаче энергии от источников к потребителям и невозможности накапливания выработанной электроэнергии в заметных количествах. Эти свойства определяют одновременность процесса выработки и потребления электроэнергии.

ЭЭС работают в режиме объединения всех электростанций на совместную работу по производству и распределению электрической энергии. Это дает ряд крупных преимуществ по сравнению с работой отдельных электростанций, не связанных между собою. Главными из них являются:

- снижение максимума нагрузки энергосистем по сравнению с их возможными значениями при изолированной работе;

- снижение суммарного максимума нагрузки ОЭЭС из-за сдвига во времени наступления максимумов нагрузки в отдельных энергосистемах (долготный и широтный эффекты);

- укрупнение единичных мощностей агрегатов на ЭС путем установки генераторов по 500—800 МВт и более;

- уменьшение резерва мощности в ОЭЭС, который является общим для всех электростанций;

- экономичное распределение генерации между ЭС с т.з. ОЭЭС;

- обеспечение работы атомных ЭС с большим числом часов использования именно их мощности;

- облегчение условий работы энергосистем при авариях и ремонтах в результате взаимопомощи.

Объединение электростанций и энергосистем вместе с тем создает ряд усложнений управления и эксплуатации ОЭЭС.

К числу таких усложненных задач, относящихся к ведению режима работы объединений, относятся:

а) регулирование частоты и активной мощности электростанций;

б) регулирование напряжения и реактивной мощности в электрической системе;

в) экономическое распределение активной и реактивной мощностей  между  электростанциями  для обеспечения  высокой  экономичности работы энергосистем;

г) обеспечение устойчивости параллельной работы генераторов электростанций, соединенных друг с другом посредством линий электропередачи большой протяженности;

д) ликвидация ненормальных режимов в системе.

Рассмотрим здесь кратко некоторые из указанных задач.

В каждый момент времени в установившемся режиме системы ее электрические станции должны вырабатывать мощность, равную мощности потребителей, и покрывать потери в сети - должен соблюдаться баланс вырабатываемой и потребляемой мощностей:

∑Р_Г = ∑Р_П = ∑Р_Н + ∑∆P,                           (4.1)

где ∑Р_Г - генерируемая активная мощность станции (за вычетом мощности, расходуемой на собств. нужды); ∑Р_П - потребление активной мощности; ∑Р_Н — активная мощность нагрузки потребителей; ∑∆P — суммарные потери активной мощности.

При неизменном составе(!) нагрузок системы потребляемая ими мощность связана с частотой переменного тока. При нарушении исходного баланса частота изменится. Снижение генерируемой активной мощности приводит к уменьшению частоты,  возрастание - к росту частоты.

Это станет понятным, если представить систему, состоящую из одного генератора и двигателя, вращающихся с одинаковой частотой. Как только мощность генератора начнет убывать, частота понизится. Справедливо и обратное. Аналогично и в электрической системе, например при ∑Р_Г>∑Р_Птурбины начинают разгоняться и вращаться быстрее,  fрастет.

Причинами нарушения баланса мощности в системе могут быть: а) аварийное отключение генератора; б) неожиданный (неплановый) рост потребления мощности, например, электронагревателей в результате сильного снижения температуры;

в) аварийное отключение линий или трансформаторов связи.

Разберем аварийное отключение линиисвязи. Рассмотрим систему из двух частей – С1 и С2, соединенных линией связи.

При связанной работе обеих частей соблюдается баланс:

∑P_Г1 + ∑P_Г2 =  ∑P_П1 + ∑P_П2.

При этом в С1 генерация больше потребления: ∑P_Г1>∑P_П1, а в С2, наоборот, ∑Р_Г2< <∑Р_П2.

Если линия связи аварийно отключится,  то обе части системы будут