Влияние баланса мощностей на работу электрических сетей

Характерной особенностью установившегося режима работы ЭЭС является одновременность процессов генерирования и потребления одного и того же количества мощности. В любой момент установившегося режима ЭЭС суммарная мощность, вырабатываемая генераторами электростанций, равна суммарной потребляемой мощности в этот же момент времени. Такое соотношение вырабатываемой и потребляемой мощностей называется балансом мощности. Уравнение баланса активной мощности для ЭЭС имеет вид:

где åРг – суммарная генерируемая активная мощность; åРп – суммарная потребляемая мощность; åРн – суммарная активная мощность нагрузки потребителей в ЭЭС; åРсн – суммарная мощность собственных нужд электростанций (зависит от типа станции и составляет от 1 до 14% от åРг); åDР – суммарные потери активной мощности (составляют 5…15% от åРг).

Суммарные мощности потребления – активная и реактивная – зависят от частоты и напряжения аналогичным образом. Следовательно, баланс мощностей в ЭЭС отвечает определенным значениям частоты и напряжения.

Уменьшение частоты возникает и при нарушении баланса из-за увеличения потребляемой мощности. Увеличение генерируемой мощности (å Рг > å Рп) равнозначно дополнительному впуску энергоносителя в турбины генераторов. В этом случае турбины генераторов начнут разгоняться, приводя к увеличению частоты в ЭЭС. В соответствии со статическими характеристиками нагрузки повышение частоты в ЭЭС вызовет увеличение потребляемой мощности. В результате в ЭЭС установится новый режим с большим значением частоты, чем в предшествующем режиме. Аналогично частота возрастет и при нарушении баланса из-за уменьшения потребляемой мощности. Причины нарушения баланса активной мощности, и, соответственно, изменения частоты в ЭЭС могут быть самыми различными: аварийное отключение генератора на электростанции, аварийное отключение линий или трансформаторов связи между отдельными частями ЭЭС, резкое увеличение мощности потребителей и проч.

Как уже отмечалось, характерной особенностью установившегося режима работы ЭЭС является одновременность процессов генерирования и потребления одного и того же количества мощности. Следовательно, в установившемся режиме работы ЭЭС в каждый момент времени соблюдается баланс как активной, так и реактивной мощностей. По аналогии с уравнение баланса реактивной мощности имеет вид:

где åQг – суммарная реактивная мощность, генерируемая в ЭЭС; åQп – суммарная потребляемая реактивная мощность; åQн – суммарная реактивная мощность нагрузки потребителей в ЭЭС; åQсн – суммарная реактивная мощность собственных нужд электростанций; åDQ – суммарные потери реактивной мощности.

Главное отличие баланса реактивной мощности (85) по сравнению с балансом активной мощности состоит в том, что генерация реактивной мощности åQг осуществляется не только генераторами электростанций, но и высоковольтными воздушными и кабельными ЛЭП (за счет их емкостной проводимости), а также специально устанавливаемыми в ЭЭС источниками реактивной мощности, называемыми компенсирующими устройствами (КУ). С учетом этого, уравнение баланса реактивной мощности можно записать более подробно:

где åQэс – суммарная реактивная мощность, вырабатываемая генераторами электростанций (составляет около 60% от åQг); åQЛЭП – суммарная реактивная мощность, генерируемая ЛЭП; åQКУ – суммарная реактивная мощность компенсирующих устройств ЭЭС.

Баланс реактивной мощности рассчитывается, как правило, для режима наибольшей нагрузки. После оценки значений всех составляющих баланса реактивной мощности (86) рассчитывается требуемая мощность компенсирующих устройств, которую необходимо разместить в ЭЭС.