Мероприятия по повышению устойчивости на стадии проектирования систем электроснабжения

Увеличение реактивной нагрузки генераторов удаленных стан­ций.Повышение реактивной мощности генератора приводит к уменьшению начального угла сдвига φ в связи с увеличением э. д. с. (рис. 6.7, а). Поэтому при выборе коэффициента мощности генератора следует иметь в виду, что с уменьшением cosφ_ном при данной его активной мощности Р_ном номинальная полная мощность увеличивается:

Рис. 6.7. Векторные диаграммы при изменении реактивной мощности в СЭС (а) и зависи­мость предела передаваемой мощности от cosφ (б)

Для получения возросшей мощности необходимо располагать более мощным генератором. При этом его индуктивное сопротив­ление будет меньше, а постоянная инерции T_j больше. С этой точки зрения более предпочтительны низкие значения cosφ_ном, посколь­ку увеличение реактивной мощности (уменьшение cosφ) приводит к повышению э. д. с. генератора.

На рис. 6.7, а показаны условия передачи одной и той же ак­тивной мощности в СЭС при различных значениях cosφ. С измене­нием cosφ конец вектора тока перемещается по вертикали, а активная составляющая не меняется. Соответственно концы векторов, падения напряжения и э. д. с. Ё перемещаются по го­ризонтали, поскольку значение при изменении реактивной мощности остается неизменным. Из векторной диаграммы следует, что в области отстающих значений cosφ его увеличение приводит к уменьшению э. д. с., а следовательно, к снижению амплитуды угловой характеристики мощности . Амплитуда мощности продолжает убывать и при опережающем значении cosφ (рис. 6.7, б).

Практически стремятся ограничить возможные режимы работы генераторов минимумом характеристики при котором достигается предел устойчивости.

Таким образом, с точки зрения повышения устойчивости работы генераторов их режим при пониженных значениях cosφ более пред­почтителен.

Обеспечение резервов активной и реактивной мощностей.Усло­вия надежной работы СЭС требуют определенного резерва мощ­ности как на электростанциях, так и в различных элементах СЭС.

На характер переходного процесса в первую очередь оказы­вает влияние резерв электростанций, состоящий из аварийного, нагрузочного и ремонтного резервов. С точки зрения влияния на переходные процессы наибольший интерес представляет вращаю­щийся аварийный резерв. Его минимально необходимое значение определяется вероятностью наиболее тяжелых аварий и зависит отспособа регулирования возбуждения и автоматической разгрузки СЭС.

Наличие резерва активной мощности в генераторах улучшает как статическую, так и динамическую устойчивость СЭС, обеспе­чивая их работу с малыми углами δ. Наличие резерва реактивной мощности за счет недогрузки генераторов в исходном режиме при­водит к ухудшению устойчивости системы, так как при этом они ра­ботают с пониженными значениями токов возбуждения и, следова­тельно, с большими начальными углами δ.

Распределение резерва и обменных потоков активной мощности имеет большое значение в современных энергетических си­стемах при автоматическом регулировании частоты.

Управляющие системы, используемые для этой цели, развива­ются по «вертикали» с совершенствованием регулирования отдель­ных процессов и одновременно по «горизонтали» с улучшением свя­зей между различными устройствами и регуляторами. Это приводит к созданию объединенных комплексных управляющих устрой­ств с применением ЭВМ, использованием переменной структуры, функциональных зависимостей и т. д. Совмещение регуляторов дает конструктивные выгоды благодаря применению общих измеритель­ных преобразователей, цепей питания и защиты, позволяет повы­сить эффективность и качество процессов управления за счет ис­пользования перекрестных связей между контурами регулирования при взаимной согласованности управляющих воздействий.

Изменение параметров СЭС.Для повышения устойчивости СЭС могут применяться мероприятия, направленные на уменьшение ре­активного сопротивления генераторов, трансформаторов и ЛЭП.

При отсутствии АРВ генераторов или применении регулирования с зоной нечувствительности на статическую устойчивость СЭС вли­яет синхронное сопротивление , на динамическую - переходное сопротивление . Протекание процессов ресинхронизации и само­синхронизации, а также условия работы генераторов в асинхрон­ном режиме определяются конструкцией их демпферных обмоток и эквивалентных им цепей, что находит отражение в параметрах и .

Рассматривая влияние изменения параметров генераторов на статическую и динамическую устойчивость СЭС, необходимо раз­личать генераторы без АРВ или с пропорциональным регулирова­нием возбуждения и генераторы с сильным АРВ. Влияние измене­ния сопротивления генераторов без АРВ видно из соотношения

а генераторов с пропорциональным регулированием возбужде­ния - из соотношения

Эффективность улучшения параметров генераторов с сильным АРВ намного ниже.

Рис. 6.8. Влияние переходного сопротивления генератора (а), индуктивного сопротивления ЛЭП (б) и числа проводов в фазах ВЛ (в) на запас статической устойчивости СЭС

Характер изменения коэффициента запаса статической устой­чивости СЭС при изменении сопротивлений генератора и ЛЭП отра­жен на рис. 6.8, а и б.

Конструктивные изменения ЛЭП.Из конструктивных решений, предпринимаемых для повышения устойчивости СЭС, в настоящее время применяется только один путь - расщепление каждой фа­зы на несколько проводов, что приводит к уменьшению сопротив­ления ВЛ. Этот путь особенно эффективен при дальних электропе­редачах, где даже при весьма высоких напряжениях пропускная способность электропередач была бы недостаточной. Зависимость коэффициента запаса статической устойчивости СЭС от числа прово­дов в фазах ВЛ показана на рис. 6.8, в.

Увеличение электромеханической постоянной инерции агрега­та.Влияние постоянной инерции T_j на запас динамической устой­чивости СЭС и, в частности, на предельное время отключения КЗ удобно показать на простейшем примере трехфазного КЗ у шин станции. В этом случае изменение угла δ определяется выражением

Очевидно, для повышения предельного времени отключения КЗ в n раз постоянную инерции агрегата при том же критическом угле δ (т. е. при том же запасе устойчивости) следует увеличить в n² раз. Следовательно, при удвоении постоянной инерции агрега­та предельное время отключения КЗ возрастает примерно на 45 % .

Обычно при изменении постоянной инерции изменяются и другие параметры и характеристики генераторов, в том числе их стои­мость. Зависимость стоимости генератора от постоянной инерции изображена на рис. 6.9.

Заземление нейтралей трансформаторов.Если нейтрали транс­форматоров заземлить через небольшие сопротивления, не повышающие существенно напряже­ние нейтрали, то условия рабо­ты изоляции не изменятся, но устойчивость СЭС при несиммет­ричных КЗ заметно увеличится. В качестве примера рассмот­рим однофазное КЗ в СЭС, где обмотки трансформаторов соеди­нены в звезду, а их нейтрали заземлены через активные со­противления (рис. 6.10, а).

Рис.6.9. Зависимость стоимости ге­нератора от постоянной инерции

Схема замещения нулевой последовательности изображена на рис. 6.10, б, а комплексная схема замещения СЭС при однофазном КЗ имеет вид, показанный на рис. 6.10, в.

Увеличение сопротивления аварийного шунта , состоящего из суммарного сопротивления обратной последовательности

Рис. 6.10. Схема СЗС с заземленными нейтралями трансформаторов (а), схема замещения нулевой последовательности (б) и комплексная схема замещения (в)

и суммарного сопротивления нулевой последовательности (см. рис. 6.10, б), приводит к увеличению амплитуды угловой ха­рактеристики мощности в аварийном режиме, а значит, к повы­шению динамической устойчивости СЭС.

Контрольные вопросы

1. Каковы мероприятия по повышению устойчивости и надежности СЭС?

2. Как влияет регулирование возбуждения генератора на статическую и ди­намическую устойчивость СЭС?

3. Каковы наиболее эффективные методы повышения устойчивости СЭС с помощью регуляторов электростанций?

4. Как влияет продолжительность КЗ на динамическую устойчивость СЭС?

5. Как влияет вид КЗ на динамическую устойчивость СЭС?

6. Влияет ли регулирование напряжения на повышение устойчивости СЭС?

7. Как влияет реактивная мощность на статическую и динамическую устой­чивость СЭС?

8. Какие мероприятия режимного характера применяются для повышения устойчивости СЭС и какова их эффективность?

9. Какие методы и средства повышения устойчивости предусматриваются при проектировании СЭС?