Глава 14

14.4. Влияние компенсации реактивной мощности на устойчивость узла нагрузки

В узел нагрузки реактивная мощность поступает из ЭЭС, поможет вырабатываться и местным ИРМ - конденсаторной батареей, синхронным компенсатором, статическим вентильным ИРМ, а также синхронным двигателем (см. рис. 14.1, г).

Реактивная мощность конденсаторной батареи существенно зависит от напряжения в узле (рис. 14.3, кривая 1):

(14.26)

где - номинальная мощность конденсаторной батареи; С -результирующая емкость батареи.

Синхронный компенсатор (синхронный двигатель) может генерировать и потреблять реактивную мощность, определяемую выражением

(14.27)

Рис. 14.3. Зависимость реактивной мощности от напряжения в узле для конденсаторной батареи (кривая 1) и синхронного компенсатора (кривые 2, 3)

Рис. 14.4. V-образная характеристика синхронного компенсатора

где - номинальная мощность синхронного компенсатора; - его синхронная э.д.с.

Режим работы синхронного компенсатора задается системой его возбуждения в соответствии c V-образной характеристикой (рис. 14.4): восходящая ветвь отвечает возбуждению и генерированию реактивной мощности (рис. 14.3, кривая 2); нисходящая ветвь - возбуждению и потреблению реактивной мощности из сети (рис. 14.3, кривая 3).

Статический вентильный ИРМ состоит из нерегулируемой конденсаторной батареи, регулируемого реактора и устройства управлений или конденсаторной батареи, регулируемой тиристорам» (включение батареи через тиристорный выключатель) [20].

Реактивная мощность ИРМ с регулируемым реактором при параллельном соединении силовых элементов (рис. 14.5, а, б) определяется выражением

при (14.28,a)

где,;, а при последовательном (рис. 14.5,в,г) - выражением

(14.28,б)

и может изменяться в пределах от номинальной до . Верхний предел зависит от наибольшего допустимого напряжения на конденсаторной батарее (генерируемая реактивная мощность возрастает с увеличением напряжения, повышение которого обеспечивается созданием условий, близких к резонансу напряжений: ).

Реактивная мощность ИРМ с тиристорным выключателем может плавно регулироваться в зависимости от тока , протекающего через конденсаторную батарею:

(14.29)

Рис. 14.5. Схемы и характеристики статического вентильного ИРМ при параллельном (а, б) и последовательном (в,г) соединениях его силовых элементов

Основное назначение местного ИРМ - разгрузка питающей и распределительной сетей промышленного предприятия от потоков реактивной энергии. Батарея конденсаторов может устанавливаться в любой точке электрической сети. Синхронный компенсатор размещают в крупном узле нагрузки с напряжением 6-10 кВ, что обычно соответствует районной подстанции ЭЭС. Статический вентильный ИРМ с параллельным соединением силовых элементов включают в схему электроснабжения мощных электроприемников с резко перемен ной нагрузкой, где он используется в качестве симметрирующего, фильтрокомпенсирующего и фильтросимметрирующего устройства.

Благодаря местному ИРМ снижаются потери энергии в электрической сети, повышаются уровень и качество напряжения у электроприемников и изменяются условия устойчивости узла нагрузки.

В оценке устойчивости узлов нагрузки с компенсацией реактивной мощности существенными факторами являются размещение компенсирующих устройств в узле асинхронной нагрузки и использование местного ИРМ в узле комплексной нагрузки. При размещении ИРМ в узле асинхронной нагрузки изменяются условия внешнего электроснабжения, в результате чего напряжение у электроприемников из-за уменьшения падения напряжения в питающей сети повышается. Падение напряжения определяется выражением

(14.30)

Изменение эквивалентных параметров внешней сети при включении синхронных компенсаторов или двигателей, генерирующих реактивную мощность (рис. 14.6, а, в), можно определить по формулам

(14.31)

Из (14.31) следует, что при условиях устойчивости узла нагрузки благодаря повышению значений критических пара-

Рис. 14.6. Схемы замещения узла асинхронной нагрузки при включении синхронного компенсатора или двигателя (а), конденсаторной батареи (б) и эквивалентная (в)

метров, определяемых по (14.1), улучшаются, так как ,.

При включении конденсаторной батареи (рис. 14,6,б) эквивалентные параметры внешней сети определяются выражениями

(14.32)

т. е. происходит увеличение напряжения у электроприемников узла нагрузки и сопротивления связи узла с шинами бесконечной мощности , что приводит к соответствующим изменениям критических параметров: критическое скольжение [см. (14.1)] уменьшается до значения

(14.33)

а критическое напряжение возрастает до значения

(14.34)

Запас статической устойчивости узла нагрузки при этом уменьшается.

Наибольшие значения активной мощности с учетом выражений (14,32) и (14.1) можно рассчитать по формуле

(14.35)

из которой следует, что условия устойчивости узла нагрузки по этой переменной зависят от конкретного соотношения сопротивлений .

Увеличение мощности конденсаторной батареи отрицательно сказывается на устойчивости узла асинхронной нагрузки, так как при этом падает.

Если узел комплексной нагрузки удален от источника неизменного напряжения и содержит местный ИРМ (см. рис. 14.1, г), то статическую устойчивость такого узла следует анализировать по

Рис. 14.7. Изменение характеристик составляющих баланса реактивной мощности в узле комплексной нагрузки при включении одинаковых по мощности конденсаторной батареи (а) и синхронного компенсатора (б)

критерию (14.10). В этом случае уравнение небаланса реактивной мощности в узле имеет вид

(14.36)

Исследование (14,36) на экстремум выполняется графически. При включении конденсаторной батареи или синхронного компенсатора (синхронного двигателя) с суммарная характеристика реактивной мощности нагрузки и ИРМ становится более пологой (рис. 14,7).

Устойчивость нагрузки обеспечивается в режимах с точками суммарной характеристики реактивной мощности, в которых и выполняется условие (например, точки а и a'), Из сравнения изменения интервала между значениями напряжения и следует, что включение конденсаторной батареи создает менее благоприятные условия устойчивости узла нагрузки (особенно при малом запасе устойчивости).

В точках, где выполняется условие (точки b и b') устойчивость узла нагрузки не сохраняется, так как уменьшающимся значениям напряжения соответствуют возрастающие значения потребляемой реактивной мощности, обусловливающей, в свою очередь, увеличение потери напряжения в элементах сети между ИРМ и узлом нагрузки. Такое снижение напряжения из-за возрастающего дефицита реактивной мощности является прогрессирующим. Этот процесс приводит к нарушению устойчивости всего узла нагрузки и называется лавиной напряжения. Узел нагрузки с конденсаторной батареей более подвержен этому опасному режиму, чем с синхронным компенсатором, что следует из сравнения характеристик составляющих баланса реактивной мощности, показанных на рис.14.7 при .