Балансы мощностей в электроэнергетической системе

Передача электроэнергии по ЛЭП электромагнитными волнами осуществляется со скоростью, близкой к скорости света, т.е. практически мгновенно. Это приводит к тому, что производство, распределение и потребление электроэнергии происходит одновременно. Поэтому в любой момент времени установившегося режима системы должны вырабатывать мощность, равную мощности потребителей и потерям мощности в элементах системы. Другими словами, в энергосистеме должен иметь баланс выдаваемой и потребляемой мощности:(14.1),

где P_г - активная мощность, которая вырабатывается генераторами электростанций за вычетом мощности, расходуемой на собственные нужды электростанций;

Р_п - суммарная потребляемая активная мощность, которая складывается из мощности нагрузок Р_н и потерь мощности ∆Р;

Q_г - реактивная мощность, которая вырабатывается генераторами электростанций за вычетом мощности, расходуемой на собственные нужды электростанций, а также реактивная мощность дополнительных источников реактивной мощности;

Q_п - суммарная потребляемая реактивная мощность, которая складывается из мощности нагрузок Q_н и потерь мощности ∆Q .

Потери активной мощности включают в себя потери мощности воздушных и кабельных ЛЭП, электромагнитных аппаратов и устройств управления режимами системы.

При неизменном составе нагрузок активная и реактивная мощность, потребляемая системой, является функцией частоты и напряжения на шинах потребителей. Баланс мощности в системе отвечает некоторым определенным значениям частоты и напряжения. При изменении их значений изменяются в той или иной степени правая и левая части уравнения баланса (100.1) и наоборот.

Количественную оценку изменения величин, входящих в уравнение баланса, можно выполнить по статическим характеристикам нагрузки (потребителей) P_п и Q_п.

Статические характеристики представляют собой зависимости потребляемой активной и реактивной мощностей от частоты и напряжения (P_п = F (U), P_п = F (f), Q_п = F (U) и Q_п = F (f) ) при таких малых их изменениях, что каждый новый режим может считаться установившимся. Они приведены на рис. 14.1.

Из анализа баланса мощностей в энергосистеме следует, что для регулирования напряжения нужно воздействовать, в первую очередь, на реактивную мощность, а для регулирования частоты нужно изменять активную мощность.

Поэтому в задачу регулирования режима входят подразделы:

• регулирование активной мощности и частоты в энергосистеме;

• регулирование реактивной мощности и напряжения в энергосистеме.

Такое разделение объясняется и физикой процесса производства электроэнергии. Частота тока определяется частотой вращения синхронных машин, которая зависит от соотношения вращающего и тормозного моментов на валу агрегата турбина-генератор. Для изменения их соотношения нужно изменить (увеличить или уменьшить) впуск энергоносителя в турбину. При этом изменяется выработка активной мощности, частота вращения синхронных машин и, как следствие, частота тока в энергосистеме.

Кроме того следует учитывать, что

• к изменению частоты в энергосистеме предъявляются более жесткие требования, чем к изменению напряжения;

• для каждой электростанции задается оптимальный график работы;

кроме генераторов существуют дополнительные источники реактивной мощности, которые можно устанавливать в местах более близких к потребителям.