Файл: Математическое моделирование и исследование процессов автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности в проектируемом районе энергосистемы.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.11.2023
Просмотров: 49
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
11 автотрансформаторов, батареи статических конденсаторов.
Данные компенсирующие устройства осуществляют ступенчатое регулирование напряжения и реактивной мощности, что в условиях переменного графика электрических нагрузок является не эффективными. Среди плавно управляемых источников реактивной мощности, таких как управляемый шунтирующий реактор, синхронный компенсатор, статический тиристорный компенсатор, статический синхронный компенсатор и д.р. Наиболее целесообразным является УШР. К основным преимуществам УШР перед другими средствами компенсации можно отнести их высокую надежность, конструктивную схожесть с обычным трансформаторным оборудованием, простоту в эксплуатации и более низкую стоимость. Применение УШР совместно с батареями статических конденсаторов позволяют выполнять функцию реверсивного источника реактивной мощности с регулируемым диапазоном потребления и генерации реактивной мощности.
Целью диссертационной работы является исследование процессов автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности в проектируемом энергорайоне
ЭЭС с помощью управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора совместно с коммутируемыми батареями статических конденсаторов.
Для решения данной цели были поставлены следующие задачи:
1. Анализ и обоснование проблемы и актуальности автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности в ЭЭС.
2. Обоснование требований к адекватному математическому моделированию проектируемого энергорайона, ЭЭС в целом и средств автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности, а именно УШР и БСК.
3. Разработка программы и методики проведения экспериментальных исследований процессов автоматического регулирования напряжения и реактивной мощности посредством УШР и БСК.
12 4. Выполнение экспериментальных исследований согласно разработанной программе.
5. Анализ результатов экспериментальных исследований.
Для решения поставленных задач в виду специфики проектируемого энергорайона и средств регулирования напряжения и реактивной мощности, используется Всережимный моделирующий комплекс реально времени электроэнергетических систем, в котором осуществляется математическое моделирование, предполагающее использование для УШР совместно с БСК, проектируемого энергорайона и всей ЭЭС в целом, адекватных математических моделей.
13
1 Обзор литературы
1.1 Регулирование напряжения и реактивной мощности в
электрических сетях
Одним из основных режимных показателей в электроэнергетических системах является напряжение. Напряжение, величина и диапазон изменения которого, определяет качество электрической энергии. Отклонение напряжения от допустимых пределов, определяемых нормативной документацией, оказывает отрицательное воздействие как на режим работы электрических сетей и ЭЭС, так и на работу электроприемников.
Так как графики электрических нагрузок в ЭЭС непрерывно изменяются, электрическая система постоянно работает в квазистационарном режиме, то есть характеризуется постоянными процессами, приводящими к колебаниям напряжения. Необходимость поддержания напряжения в допустимых пределах на узловых участках электрической сети определяет его регулирование.
Процесс регулирования напряжения в каком либо узле электрической сети неразрывно связан с потоками реактивной мощности по участкам сети, то есть связан с регулированием генерируемой и потребляемой реактивной мощности.
Передача реактивной мощности неизбежно сопровождается потерями активной мощности в линиях электропередач, так как реактивная составляющая тока влияет на значение полного тока в линии и как следствие увеличивает падение напряжения. В связи с этим обеспечение требуемого уровня реактивной мощности приемной системы, только за счет передающей системы является экономически нецелесообразным.
Использование синхронных генераторов для регулирования напряжения в электрической сети наиболее эффективно в том случае, когда электрическая станция работает изолированно от системы и потребители питаются
14 непосредственно от шин станции. На практике потребители электрической энергии находятся на значительном удалении от генераторов станции, что свидетельствует о затруднительности обеспечения требуемого уровня напряжения у потребителей.
Основными задачами, решаемыми комплексом регулирования напряжения и реактивной мощности в сетях энергосистем, являются:
• снижение потерь мощности посредством обеспечение рациональных перетоков реактивной мощности при передаче электроэнергии в электроэнергетической системе;
• поддержания напряжения в узлах нагрузки, в соответствии с нормативной документацией по отклонениям напряжения от номинального значения в различных режимах работы сети;
• обеспечение запасов статической устойчивости в нормальном режиме линий электропередач и генераторов электростанций, определяемых условиями устойчивости параллельной работы;
• обеспечение динамической и результирующей устойчивости электроэнергетической системы в аварийных режимах;
• ограничение напряжений значениями допустимыми для изоляции электрооборудования.
Для решения поставленных задач в сетях энергосистем основным вопросом является рациональная компенсация реактивной мощности.
Управление режимом энергорайона по напряжению и реактивной мощности в настоящее время в отечественной электроэнергетике используются разнообразные технические средства.
15
1.2 Основные потребители реактивной мощности в ЭЭС
Свойства реальных элементов электрической части электроэнергетической системы таковы, что при их функционировании создаются магнитные и электрические поля, что проявляется как потребление или выработка реактивной мощности.
Потребление реактивной мощности ЭЭС состоит из следующих составляющих:
• токи намагничивания асинхронных двигателей,
• потери реактивной мощности в сопротивлениях рассеивания асинхронных двигателей,
• токи намагничивания силовых трансформаторов,
• потери реактивной мощности в сопротивлениях рассеивания силовых трансформаторов,
• потери реактивной мощности в продольных индуктивных сопротивлениях линий.
Кроме этого в энергосистеме есть естественные источники реактивной мощности. Это – емкости между фазами линий электропередачи, известная как зарядная мощность линии.
Для удовлетворения потребностей данных составляющих в реактивной мощности использование располагаемой мощности генераторов электростанции оказывается не достаточным. Это в свою очередь определяет использование в ЭЭС дополнительных источников реактивной мощности, называемых компенсирующими устройствами.
16
1.3 Технические средства для управления режимом работы ЭЭС по
напряжению и реактивной мощности
Для решения поставленных задач в сетях энергосистем основным вопросом является рациональная компенсация реактивной мощности. Управление режимом энергорайона по напряжению и реактивной мощности в настоящее время в отечественной электроэнергетике используются разнообразные технические средства, наиболее распространенные из которых являются:
• Синхронные компенсаторы;
• Конденсаторные батареи;
• Шунтирующие реакторы;
• Изменение коэффициента трансформации силовых трансформаторов и автотрансформаторов.
1.3.1 Синхронный компенсатор
Синхронный компенсатор – один из видов синхронной машины, работающий в режиме холостого хода, т.е без механической нагрузки на валу.
При перевозбуждении синхронный компенсатор осуществляет генерацию реактивной мощности, при недовозбуждении потребляет реактивную мощность. Таким образом синхронный компенсатор является реверсивным источником реактивной мощности.
Преимуществом синхронного компенсатора является возможность плавного регулирования реактивной мощности в достаточно большом диапазоне. Недостатками синхронных компенсаторов являются:
• относительно высокая стоимость, а, следовательно, и высокие удельные капитальные затраты на компенсацию;
• необходимость пуска от источников питания большой мощности
17
1.3.2 Изменение коэффициента трансформации силовых трансформаторов
и автотрансформаторов
Регулирование коэффициента трансформации трансформаторов изменением числа витков обмоток может производиться либо при отключенном трансформаторе – переключение без возбуждения, либо под нагрузкой с помощью специального регулировочного устройства – регулирование под нагрузкой или РПН.
Для осуществления автоматического регулирования на трансформаторах с РПН учитывается такая особенность, что регулирование может осуществляться только ступенями, поэтому регулятор устройства РПН должен иметь зону нечувствительности, согласованную с изменением напряжения при переключении на одну ступень.
Автотрансформаторы имеют несколько вариантов регулирования коэффициентов трансформации:
• система регулирования расположена в нейтрали обмоток ВН и СН,
• система регулирования расположена на выводах обмотки СН.
Основным недостатком трансформаторов с РПН является их повышенная стоимость, так как трансформатор без РПН является дешевле на 20-25 %.
Существенно ограниченный диапазон регулирования( 6-12% от номинального напряжения трансформатора).
1.3.3 Шунтирующие реакторы и конденсаторные батареи
Наиболее широкое распространение в российских сетях получили такие средства компенсации как шунтирующие реакторы и батареи статических конденсаторов, которые осуществляют ступенчатое регулирование напряжения и реактивной мощности (особенности и принцип действия данных средств компенсации рассмотрены в последующих разделах). Такие средства эффективны только в том случае, если график электрической нагрузки является равномерным. На практике потребители электрической энергии имеют переменный график нагрузок и в частности резкопеременный.
18
Вывод
Эффективным путем решения указанных недостатков приведенных средств компенсации реактивной мощности является применение устройств FACTS к которым относятся управляемые шунтирующие реакторы (УШР), статические синхронные компенсаторы
(СТАТКОМ), статические тиристорные компенсаторы (СТК) и другие. Среди этих устройств наиболее широкое применение нашли управляемые шунтирующие реакторы с плавно регулируемым индуктивным сопротивлением известными как УШРП
(управляемый подмагничиванием шунтирующий реактор). К основным причинам распространенности УШР можно отнести их высокую надежность, конструктивную схожесть с обычным трансформаторным оборудованием, простоту в экспуатации и более низкую стоимость. Совместно с батареями конденсаторов управляемые реакторы выполняют функцию реверсивного источника реактивной мощности с регулируемым диапазоном потребления и генерации мощности.
В следующем разделе приведены теоретические описания конструктивных особенностей и принципа действия управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора и батарей статических конденсаторов, исследованиям которых посвящена данная диссертационная работа.
2 СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ АДЕВАТНОГО РЕШЕНИЯ
ЗАДАЧ РЕГУЛИРОВАНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ И РЕАКТИВНОЙ
МОЩНОСТИ В ПРОЕКТИРУЕМОМ РАЙОНЕ ЭЭС
Любая современная
ЭЭС образует большую нелинейную, динамическую систему. Проектирование, исследование и эксплуатация таких систем, в отличие от статических, является трудной задачей из-за сложности получения достоверной информации о протекающих процессах в нормальных, аварийных и послеаварийных режимах. Получение информации о протекающих процессах в ЭЭС путем натуральных испытаний, за редким
19 исключением, недопустимо, а из-за сложности ЭЭС невозможно полноценное физическое моделирование. В результате основным путем получения необходимой информации об ЭЭС является математическое моделирование.
Адекватность математического моделирования будет зависеть от двух основных факторов:
Полноты и достоверности математических моделей значимого оборудования в ЭЭС;
Способности средств решения производить расчет систем уравнений с гарантированной точностью и на необходимом интервале времени.
Для получения достоверных и точных результатов необходимо, чтобы средства моделирования удовлетворяли следующим требованиям:
Качественные математические модели основного и вспомогательного оборудования;
Адекватность воспроизведения всевозможного спектра нормальных и анормальных процессов в оборудовании на неограниченном интервале времени;
Возможность осуществлять всережимное моделирование ЭЭС в реальном интервале времени.
С учетом сформулированных требований к средствам моделирования наиболее подходящим для исследования применения УШР совместно с БСК в
ЭЭС является Всережимный моделирующий комплекс реального времени электроэнергетических систем (ВМК РВ ЭЭС), который был создан в
Энергетическом институте Томского политехнического университета.
Современные ЭЭС являются сложными многопараметрическими динамическими системами, все элементы которых жестко связанны между собой, и на напряжение в исследуемом узле оказывает влияние вся ЭЭС в целом. Поэтому на достоверность получаемых результатов влияет адекватность математических моделей всего значимого электрооборудования в ЭЭС.
20
2.1 УПРАВЛЯЕМЫЙ ПОДМАГНИЧИВАНИЕМ
ШУНТИРУЮЩИЙ РЕАКТОР И БАТАРЕИ СТАТИЧЕСКИХ
КОНДЕНСАТОРОВ
Основным назначением управляемого подмагничиванием шунтирующего реактора является регулирование напряжения и реактивной мощности. Плавное регулирование потребляемой реактивной мощности определяет его преимущество перед традиционными средствами компенсации.
Преимуществами УШР перед другими альтернативными устройствами в ЭЭС являются:
1. Регулировочный диапазон составляет более 100% номинальной мощности УШР, при этом обеспечивается плавное регулирование с неограниченным ресурсом возможных изменений;
2. Отсутствие устройств РПН и других движущихся механических частей;
3. Возможность нормированной по времени перегрузки УШР до 130% и кратковременной перегрузки до 200%;
4. Регулирование напряжения и реактивной мощности непосредственно в точке подключения реактора;
5. Использование для регулирования маломощных вентильных устройств с меньшими потерями и отсутствием необходимости в водяном охлаждении;
6. Традиционные требования к квалификации обслуживающего персонала на подстанции;
7. Более низкий уровень потерь в эксплуатационных режимах;
8. Наружная установка основного силового оборудования для любой климатической зоны;
9. Существенно более низкая стоимость.