Автоматическое управление напряжением и реактивной мощностью в электрических сетях

СРЕДСТВА УПРАВЛЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЕМ И РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТЬЮ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СЕТЯХ

Общие сведения

Процесс регулирования напряжения в каком-либо узле электрической сети неразрывно связан с регулированием баланса генерируемой и потребляемой реактивной мощности. Любое нарушение этого баланса неизбежно сопровождается изменением напряжения. Если в процессе изменения напряжения вновь наступит баланс, то изменение напряжения прекратится. Если же условия для нового баланса оказываются невозможными, что обычно бывает при значительных дефицитах реактивной мощности, то процесс изменения (снижения) напряжения в узле приобретает лавинообразный характер, получивший название лавина напряжения.

В балансе реактивной мощности значительную долю имеют синхронные машины (генераторы, электродвигатели, компенсаторы), обладающие свойством плавного изменения генерируемой или потребляемой реактивной мощности в определенных пределах путем изменения тока возбуждения.

Использование синхронных генераторов для регулирования напряжения в электрической сети наиболее эффективно в том случае, когда электрическая станция работает изолированно от системы и потребители питаются непосредственно от шин станции. При этом верхний допустимый предел напряжения на шинах устанавливается по условию работы наиболее близко расположенного потребителя, а нижний — по наиболее удаленному потребителю [43]. Если разница в удаленности различных потребителей достаточно велика, то обеспечение требуемого уровня напряжения у всех потребителей становится затруднительным.

Если станция работает в ЭЭС, то напряжение на шинах высшего напряжения (ВН) данной станции зависит также от режима работы других станций и перетоков мощности по линиям. Поэтому для регулирования напряжения в этом случае станция должна иметь достаточно большую мощность. Практика показывает, что станция может оказывать заметное влияние на уровни напряжения в ЭЭС в том случае, если ее мощность составляет более 15% мощности системы [43]. Под уровнем напряжения в данном случае понимается среднее значение напряжения в сети соответствующего номинального напряжения. Кроме того, необходимо учитывать, что допустимые пределы изменения напряжения СГ при работе с номинальной или длительно допустимой мощностью обычно ограничены условиями допустимого увеличения тока ротора или статора [93]. Это также затрудняет обеспечение допустимых изменений напряжения для разноудаленных потребителей.

Достоинством регулирования напряжения генераторами электрических станций является плавность и отсутствие специальных затрат.

Синхронные двигатели (СД) широко применяются на промышленных предприятиях для привода технологических машин, которые не требуют регулирования частоты вращения. В зависимости от значения тока возбуждения они могут работать без потребления реактивной мощности или генерировать реактивную мощность в сеть. Однако значения реактивной мощности, которую может выдать в сеть СД, зависят от загрузки активной мощностью и напряжения на его зажимах. Предельная выдаваемая реактивная мощность СД составляет от 60 до 80 % его полной мощности. Но использование СД в этом режиме экономически нецелесообразно из-за значительных удельных потерь активной мощности. Зона влияния СД на напряжение обычно ограничена распределительными сетями промышленных предприятий.

Синхронный компенсатор (СК) представляет собой СД, работающий без механической нагрузки. Путем регулирования тока в обмотке возбуждения СК можно изменять режим реактивной мощности.

К преимуществам СК как средства регулирования напряжения и реактивной мощности относятся возможность выдачи и потребления реактивной мощности и плавного, включая автоматическое, ее регулирования, практически полное отсутствие высших гармоник в напряжении и токе.

К недостаткам СК относятся наличие вращающихся частей, достаточно большие затраты активной мощности на их вращение, значительные удельные капитальные затраты, особенно при малых мощностях СК [43], некоторые трудности в полном использовании ресурса реактивной мощности в режиме потребления.

Статические компенсирующие устройства (КУ) реактивной мощности [46], применяемые в электрических сетях, предназначены не только для обеспечения необходимого уровня напряжения в узлах нагрузки, но и для повышения устойчивости ЭЭС и управления перетоками реактивной мощности в целях снижения потерь электроэнергии. Круг задач, которые возлагаются на КУ в системообразующих сетях напряжением 330, 500, 750 и 1150 кВ, значительно шире, чем в сетях напряжением до 220 кВ.

Наиболее массовыми средствами регулирования напряжения в электрических сетях являются трансформаторы с устройством регулирования напряжения иод нагрузкой. Применение регулируемых трансформаторов на связях сетей разных номинальных напряжений оправдано не только улучшением качества электрической энергии по напряжению, но и получением экономического эффекта за счет снижения потерь энергии в электрических сетях [42].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >