Задачи управления электрическими системами

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

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

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:

1) составление балансов мощности и энергии

2) 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:

6. Конфигурация и параметры электросети;

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

8. Активные мощность генератора;

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

10. Требуемые модули напряжений на шинах генераторных узлов;

11. 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.

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

13. Вероятностный характер формирования электрических и тепловых нагрузок,

определенных условиями функционирования энергопотребляющих отраслей промышленности и измененением климатических факторов;

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

15. Быстрота протекания аварийных процессов в ЭС;

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

17. Высокие требования к условиям управления электросистем;

18. Ограниченность резервов генерирующей мощности в ЭС;

19. Чувствительность ЭС к внезапному отклонению частоты;

20. 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.

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.

Устройства АВР (автоматического ввода резервного питания);

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);

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

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:

n Увеличение количества взаимосвязанных объектов и размеров территории их разниц;

n Рост мощности ЭС;

n Повышение единичной мощности агрегатов (опасно по устойчивости);

n Ввод АЭС;

n Переход к более высоким ступеням напряжения системы образующей сети;

n Усложнение схемы основной сети и ее режимов;

n Увеличение максимальной мощности, передаваемой по межсистемным линиям электропередач;

n Увеличение обменной мощности между системами и повышение энергетической связи систем;

n Усложнение управляемости энергообъектов ЭС и энергообъединений;

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

n 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.