Задачи управления электрическими системами.

1. Обеспечение питания потребителей в любой момент времени в любой точке ЭС с приемлемыми величинами мощности, напряжения, частоты и надежности.

2. Реализация оптимального использования электростанций, ЛЭП в каждый момент времени с учетом всех ограничений.

3. Восстановление после аварий удовлетворительных условий обслуживания в возможно короткие сроки.

Управление ЭС реализуются за счет изменения ее состояния или параметров режима. Состояние характеризуется схемой электросистемы, генераторным оборудованием, устройством автоматики.Главный параметр управления в ЭС – активная мощность. Она может изменятся за счет включения генераторного оборудования и его загрузки.Для нормальных режимов характерны следующие задачи:

- составление балансов мощности и энергии

- определение перетоков мощности между ЭС

 

1.6.Исходная информация, расчет и анализ установившихся режимов ЭС.

 

В ЭС задана следующая исходная информация для расчета установившегося режима:

1. Конфигурация и параметры электросети;

2. Активная и реактивная мощности нагрузки во всех узлах электросети;

3. Активные мощность генератора;

4. Располагаемый диапазон реактивных мощностей генераторов (Qmin- Qmax), определяемый составом рабочего оборудования и его загрузкой по активной мощности;

5. Требуемые модули напряжений на шинах генераторных узлов;

6. Коэффициенты трансформации трансформаторов;

 Иногда могут потребоваться допустимые пределы изменения напряжений и в некоторых узлах и другая информация. По результатам расчета установившегося режима определяются:

1. Модули и углы напряжения в узлах;

2. Оценивается падение напряжения в ветвях;

3. Находятся потоки активной и реактивной мощности по линиям и трансформаторам;

4. Определяются потери мощности и энергии в каждом элементе и ЭС;

5. Определяется генерация реактивной мощности в узлах, где заданы модули напряжения и другая информация, если она необходима.

 Предварительным этапом расчета установившегося режима – составление расчетной схемы замещения. Элементы этой схемы: линии трансформаторы, мощности нагрузки, генераторные источники, емкостные и индуктивные шунты. Уравнения и переменные, описывающие режим каждого элемента схемы замещения, являются математической моделью. Система уравнений, связывающая между собой переменные, относящиеся ко всем элементам замещения есть математическая модель ЭС в установившемся режиме работы. Она базируется на законах Ома и Киргофа, которым подчиняется протекание тока в электрической цепи эта система алгебраических нелинейных уравнений с комплексными коэффициентами и переменными. При расчете установившегося режима каждый узел характеризуется четырьмя величинами: P,Q,U,d. Из этих параметров 2 должны быть заданы и 2 определены при расчете. Кроме этого в ЭС должен быть выделен узел баланса, компонент небалансовой мощности, вызванный тем, что потери мощности в начале расчета неизвестны.

 

1.7.Свойства электрических систем, влияющие на их управление.

1. Непрерывная и жесткая связь во времени процесса производства, распределения и потребления электрической и тепловой энергии;

2. Вероятностный характер формирования электрических и тепловых нагрузок,

определенных условиями функционирования энергопотребляющих отраслей промышленности и измененением климатических факторов;

3. Зависимость структуры располагаемых энергоресурсов от складывания топливной коньюктуры, работы трансформаторных систем, обеспечение гидроресурсам;

4. Быстрота протекания аварийных процессов в ЭС;

5. Решающее влияние степени надежности электроснабжения в ЭС на работу всех отраслей хозяйства, социальных структур и условий жизни населения;

6. Высокие требования к условиям управления электросистем;

7. Ограниченность резервов генерирующей мощности в ЭС;

8. Чувствительность ЭС к внезапному отклонению частоты;

9. Влияние пониженного напряжения в распределительных сетях ЭС.

 

1.8.Устройства управления режимами электрических систем.

Автоматическое управление ЭС в темпе нормальных или аварийных процессов происходит с помощью автоматических систем и устройств, которые поддерживают параметры режима в допустимых пределах, помогающих избегать аварийных нарушений режима или ограничить развития аварий в ЭС. К ним относятся:

1. Системы автоматического регулирования частоты и ограничения перетоков реактивной мощности по менее системным и внутренним связям ЭС;

2. Устройство APH (автоматического регулирования напряжения трансформаторов);

3. APB (автоматическое регулирование возбуждения) синхронных машин с форсировкой их возбуждения при аварийных отключениях напряжения;

 

            Uт = f(DU, DI)                 DU, DI - отклонение параметров режима            

Рис.1.4

                                                            (напряжения, тока) на шинах генератора-      

    DU, DI                                        регулируемые параметры. 

                                                                                 

4. Устройства релейной защиты, отключающие поврежденные элементы ЭС и устройства АПВ (автоматического повтороного включения), восстанавливающие схему ЭС при неустойчивых коротких замыканиях в ЭС;

                                                                                                    

Рис.1.5

                                                                                                               

                                                                         

- выключатель, отключается при аварии на линии, включается при        

действии АПВ.

5. Устройства АВР (автоматического ввода резервного питания);

6. Системы и устройства противоаварийной автоматики, предотвращающие нарушение устойчивости, ликвидирующие асинхронные режимы и аварийные отклонения частоты и напряжения (устойчивость ЭС - ее способность восстанавливать исходное состояние при малых или больших возмущениях режима, асинхронные режимы —состояния ЭС при потере синхронной работы);

7. Устройства, обеспечивающие после устранения аварийных нарушений автоматическое обратное включение потребителей;

8. Устройства технологической автоматики электростанций и сетей, обеспечивающих устранение опасных для оборудования нарушений технологического процесса или его отклонение для предотвращения повреждений.

 

1.9.Трудности обеспечения надежности и управления ЭС.

 

Решение этих задач затруднено по ряду обстоятельств, вызванных нижеследующими причинами:

1. Увеличение количества взаимосвязанных объектов и размеров территории их разниц;

2. Рост мощности ЭС;

3. Повышение единичной мощности агрегатов (опасно по устойчивости);

4. Ввод АЭС;

5. Переход к более высоким ступеням напряжения системы образующей сети;

6. Усложнение схемы основной сети и ее режимов;

7. Увеличение максимальной мощности, передаваемой по межсистемным линиям электропередач;

8. Увеличение обменной мощности между системами и повышение энергетической связи систем;

9. Усложнение управляемости энергообъектов ЭС и энергообъединений;

10. Увеличение связности отдельных объектов ЭС, их влияние при авариях друг на друга;

11. Усложнение характера и длительности электромеханических процессов.

 

1.10.Классификация электрических сетей ЭС.

Осуществляется по роду тока, номинальному напряжению, выполняемым функциям, характеру потребителя, конфигурации и конструкции.

По напряжению:

¨ сверхвысокое (Uном ³ 330 кВ),

¨ высокое (Uном 3-220 кВ),

¨ низкое (Uном £ 1 кВ).

 По конфигурации:

¨ замкнутые сети,

¨ разомкнутые.

По функциям:

¨ системообразующие (330-1150 кВ),

¨ питающие (110-220 кВ),

¨ распределительные (110 и ниже)

Системообразующие сети имеют функцию формирования ЭС и ее системных связей. Питающие сети служат для подачи энергии от подстанции системообразующей сети и частично от шин 110-220 кВ ЭС к центрам питания распределительных сетей. Распределительные сети - это совокупность линий (0,38-110 кВ), понижающих подстанций 110/35/10 кВ, потребляющих подстанций 6-10/0,38, распределительных пунктов (РП), секционных пунктов (СП).

РП - электроустановка для распределения электроэнергии внутри распределительной сети. СП - это электроустановка для отключения участка цепи при авариях, включая аппарат, систему защиты и автоматизации.

По характеру потребителя распределительные сети (РС) делятся следующим образом:

· промышленные сети;

· городские сети.

· сельскохозяйственные сети;

По роду тока имеют место:

· сети постоянного тока;

· сети переменного тока.

По конструкции:

· воздушные сети;

· кабельные сети.

 

1.11.Схемы электрических сетей ЭС.

1. радиальная сеть:                               2. магистральная сеть с ответвлениями:

   

                                   

                                               

        Рис.1.6                                                                                       Рис.1.7                                                                                                                                                                                                                                        

                                                                                 

                                                                         

3. сеть в виде ЛЭП(линия электропередачи)  4. сеть в виде двухцепной ЛЭП:

с двухсторонним питанием:

 

 

     Рис.1.8                                                         Рис.1.9

5. простая замкнутая сеть:                      6.сложнозамкнутая сеть одного

                                                                        номинального напряжения:

	2

                                                                                                   

1                                  2                             

                                                                                                 

                                      источник 

1

                                                                            

 

нагрузка                          Рис.1.10

                                                                                        Рис.1.11

                                                                       

узлы 1, 2- источники питания,

остальные узлы-потребители.     

7. сложно-замкнутая сеть с несколькими номинальными напряжениями     (Рис.1.12).

	220 кВ

1

                   

     

                                                                   1,2- источники питания сети

			110 кВ

 

                   

   

110 кВ

                                      

2

                                     

Рис.1.12