Выбор устройств для управления потоками мощности в замкнутых электрических сетях

Замкнутые электрические сети, как правило, являются неоднородными, характеризующимися различным отношением X./Ri на участках. При одинаковом напряжении участков сети неоднородность сети объясняется применением различных сечений проводников. Однако наибольшая неоднородность проявляется в контурах, содержащих различные номинальные напряжения. Так, если в контуре имеются линии напряжением 500 и 220 кВ, то Х500 / ^00 > Х220 / R22(t. Например, при марках провода АС 3 х 400/51 линии 500 кВ и АС 400/51 линии 220 кВ будем иметь соотношение 0,306 / 0,025 > 0,42/0,075 , т.е. 12,2 > 5,6. Еще большую неоднородность вносят трансформаторы, соединяющие в контуре линии различных напряжений. Например, автотрансформатор АТДЦТН-500000/500/220 имеет отношение ^/^=57,5/2,1 = 27,4.

В главе 7 было показано, что если замкнутый контур без ЭДС разрезать по источнику питания, то получим линию с двусторонним питанием с источниками по концам А и Б (рис. 13.9). Для такой линии естественная мощность, выходящая от источника А:

где 5. — мощность в /-м узле; Z/б — сопротивление ветвей от /'-го узла до источника Б; Zae — сопротивление контура; я — число нагрузочных узлов в контуре.

Для однородной сети соответственно было получено:

т.е. мощности распределяются аналогичным образом, но в соответствии с активными сопротивлениями R.

Схема сети

Рис. 13.9. Схема сети: а — замкнутая; б — разрезанная по источнику питания Потери мощности в сети

Выразим мощности Sn и 5Б через мощность 5А и мощности нагрузок и Sr

Подставим выражения (13.24) в формулу (13.23), заменив полные мощности через соответствующие активные и реактивные, получим:

Найдем экономичные мощности РАз и Q^, соответствующие минимуму потерь активной мощности. Для этого возьмем частные производные по РА и QA и приравняем их нулю:

После преобразований получим:

Эти выражения можно записать через полные мощности:

В общем случае

Сравнение выражений (13.21) и (13.27) показывает, что естественное распределение мощностей не совпадает с экономичным. В то же время сравнение выражений (13.22) и (13.27) свидетельствует о том, что в однородной сети естественное распределение мощностей одновременно является экономичным. Таким образом, можно сделать вывод о том, что неоднородность сети вызывает в контуре уравнительную мощность

которая приводит к перераспределению потоков мощности по 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 Sy. Это можно сделать, создав в контуре принудительную уравнительную мощность ?,п, направленную навстречу 5;

Для получения мощности Syn в контур необходимо ввести соответствующую ЭДС Ёэ. Тогда

где ZK — сопротивление контура.

Отсюда требуемая ЭДС

После преобразований получим продольную Е'ъ и поперечную Е" ЭДС, которые необходимо создать в контуре для получения экономичного распределения мощностей:

Для питающих (системообразующих) сетей напряжением 110 кВ и выше X» R. Поэтому если полагать, что R * 0, то составляющие ЭДС

Пример создания положительных ЭДС Е.3 и Е” показан на рисунке 13.10 ( U — напряжение с учетом воздействия ЭДС).

Векторная диаграмма с ЭДС (а) и схема неоднородной замкнутой сети (б)

Рис. 13.10. Векторная диаграмма с ЭДС (а) и схема неоднородной замкнутой сети (б)

Из формул (13.31) и (13.32) можно записать:

Отсюда следует, что введение в контур продольной ЭДС в основном оказывает влияние на перераспределение реактивных мощностей, а поперечной ЭДС — на перераспределение активных мощностей.

ЭДС в контуре создается трансформаторами, включенными в данный контур. Если в контуре содержится один трансформатор, то

где U0 — напряжение опорного узла; &т — коэффициент трансформации трансформатора, учитывающий изменение значения и фазы напряжения.

Если в один и тот же контур включено п трансформаторов, то

где коэффициенты трансформации подставляются по направлению обхода контура.

Для создания продольной ЭДС достаточно иметь обычные трансформаторы (автотрансформаторы) с ответвлениями. В этом случае

При этом трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой 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 рис. 13.10, б. Подробный анализ возможных вариантов установки ВДТ в замкнутой сети дан в работах [7, 50, 51].

Выбор количества и мест установки трансформаторов поперечного регулирования в замкнутой электрической сети с многими контурамии несколькими номинальными напряжениями представляет собой достаточно сложную задачу проектирования, например один из возможных алгоритмов решения данной задачи следующий:

  • 1) на основании расчетов режимов сети определяют естественное и экономичное распределение мощностей при номинальных коэффициентах трансформации трансформаторов связи;
  • 2) находят по формуле (13.28) требуемые принудительные уравнительные мощности в независимых контурах;
  • 3) находят по формулам (13.29) и (13.30) параметры устройств продольнопоперечного регулирования для каждого независимого контура, при этом установку этих устройств предусматривают в цепях трансформаторов связи [51];
  • 4) вводят поочередно устройства продольно-поперечного (поперечного) регулирования в каждый контур и определяют экономическую эффективность его установки. При этом для создания продольной ЭДС максимально используют возможности устройств регулирования напряжения под нагрузкой трансформаторов связи. Установка дополнительного устройства экономически целесообразна, если выполняется условие

где Зм — доход, характеризующийся эффектом от снижения потерь электроэнергии в сети в год t; Иуп , Куп — годовые издержки и капитальные затраты на дополнительное устройство поперечного регулирования в год /;

5) принимают к установке устройство поперечного регулирования, дающее наибольшее значение

  • 6) расчеты по п. 1—5 с учетом ранее выбранных устройств поперечного регулирования повторяют до тех пор, пока соблюдается условие (13.37);
  • 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. Учет динамики нагрузок и схемы сети во времени также создает дополнительные затруднения при выборе рациональных мест установки и параметров устройств поперечного регулирования.

В связи с тем, что в однородных замкнутых сетях естественное распределение мощностей совпадает с экономичным, переход к экономичному режиму возможен также 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 (рис. 13.11).

Схемы неоднородных сетей

Рис. 13.11. Схемы неоднородных сетей: а — замкнутой; б — с двумя параллельными линиями

Пусть на участке 1—2—3 (рис. 13.11, а) отношение индуктивного сопротивления к активному больше аналогичного отношения на участке 1—4—3:

Для создания однородной сети включим в линию 1—2 устройство продольной компенсации с сопротивлением Хе такой величины, чтобы

Отсюда для настройки сети на однородную емкостное сопротивление

Целесообразность такого решения проверяется по критерию чистого дисконтированного дохода (13.37), в котором учитываются годовые издержки и капитальные затраты на устройство продольной компенсации.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >