Глава 14

14.5 Использование статических характеристик при расчете устойчивости узла комплексной нагрузки

В процессе эксплуатации крупных узлов нагрузки СЭС изменяются схема их электрических соединений, состав и значения параметров режима. Кроме того, в основных узлах крупного промышленного предприятия производится целенаправленное регулирование напряжения и баланса реактивной мощности. Сочетание всех этих факторов оказывает существенное влияние на устойчивость узла нагрузки. При этом весьма сложно выделить отдельные составляющие узла комплексной нагрузки, зафиксировать их отклонения от номинальных значений и привести к простейшему виду (см. рис. 14.1, г) по ряду причин:

1) из-за многоступенчатости схемы распределения электрической энергии;

2) ввиду наличия нескольких напряжений в распределительной сети;

3) из-за размещения регулируемых компенсирующих устройств в различных точках распределительной сети;

4) вследствие централизованного автоматического регулирования напряжения в пунктах его трансформации и местного регулирования напряжения у потребителей;

5) из-за наличия резко-переменных графиков нагрузки отдельных промышленных производств.

Изменения в узле нагрузки таких параметров режима, как активная и реактивная мощности и напряжение, являются взаимосвязанными. В связи с тем, что напряжение относится к существенным переменным в оценке устойчивости, при анализе устойчивости узла комплексной нагрузки, имеющего сложную структуру, статические характеристики целесообразно записать в виде полиномов [27]:

(14.37)

где - постоянные коэффициенты, а параметры режима (напряжение, частота, активная и реактивная мощности) выражены в относительных единицах, приведенных к их номинальным значениям.

Точность описания узла комплексной нагрузки полиномами (14.37) невелика. Однако она приемлема при выполнении расчетов с последовательным уточнением режима путем рассмотрения установившихся режимов с шагом по времени не более десятков минут.

Статическая характеристика узла комплексной нагрузки обусловливается статическими характеристиками отдельных электроприемников, их групп в поточном производстве, долевым участием в общей нагрузке. Получить статические характеристики узла нагрузки можно последовательным замещением распределительной сети и его составляющих, которые могут задаваться также и средними (обобщенными) показателями. Такая методика изложена в [27] и для ее использования необходимо знать регулирующие эффекты составляющих узла нагрузки.

Отдельно следует учитывать группы электроприемников, которые питаются через трансформаторы с устройствами автоматического регулирования напряжения. Статические характеристики узла нагрузки с такими электроприемниками при изменении питающего напряжения от до (выражения и по структуре аналогичны) выражаются полиномами:

Однако изложенный путь получения статических характеристик узла комплексной нагрузки весьма трудоемок.

Альтернативным является вариант использования экспериментальных данных по крупным узлам нагрузки, на основе которых получают обобщенные (средние, типовые) статические характеристики. При этом полиномы (14.37) удобно записать для малых отклонений напряжения и частоты, выразив их через коэффициенты регулирующего эффекта нагрузки, под которым понимают изменение потребляемой мощности при изменении напряжения:

(14.38)

где , - соответственно регулирующие эффекты активной и реактивной нагрузок по напряжению при постоянной частоте; , - то же по частоте при постоянном направлении.

На основе анализа экспериментальных данных, выполненного в [27], обобщенные статические характеристики узла нагрузки могут быть представлены в численном виде при изменении напряжения от до критического значения, для значений напряжения ниже критического и режима, наступающего после отключения части электроприемников при значениях напряжения больше критического.

При значениях напряжения от до критического статическая характеристика узла активной нагрузки описывается уравнением

(14.39,а)

где - коэффициент нагрузки, состав которой близок к среднему (см. п. 14.1), причем для промышленных узлов нагрузки , для узлов без крупных предприятий. Ориентировочные значения коэффициента ; при этом большим значениям обычно соответствуют меньшие значения коэффициента и наоборот.

С учетом этих значений коэффициентов и уравнение (14.39,а) принимает вид

(14.39,б)

Для учета изменения реактивной нагрузки в зависимости от напряжения нужно дополнительно учитывать значения коэффициента мощности , поскольку эти значения определяются действием ИРМ. Регулирующий эффект по напряжению при постоянной частоте нескомпенсированной реактивной нагрузки , а скомпенсированной . Регулирующий эффект реактивной нагрузки по частоте при постоянном напряжении.С учетом этого статическая характеристика узла реактивной нагрузки описывается уравнением

(14.40)

Для значений напряжения ниже критического описать точно статические характеристики узла нагрузки не удается. Это объясняется тем, что прогнозировать потребление электроприемниками реактивной мощности сложно и возможно появление лавины напряжения из-за возрастающего дефицита реактивной мощности в сети, причем процесс этот может прекратиться лишь после отключения части электроприемников.

Поэтому в режиме, наступающем после того, как напряжение станет меньше критического (несколько секунд), допускается использовать описание статических характеристик узла нагрузки в виде

(14.41)

В послеаварийном режиме, когда часть электроприемников отключается, при значениях напряжения выше критического можно считать, что вид статических характеристик узла нагрузки совпадает с исходными характеристиками, пересчитанными на оставшуюся часть нагрузки (индексом «штрих» здесь отмечены показатели послеаварийного режима):

(14.42)

где - относительная доля потребляемой активной мощности оставшейся частью электроприемников узла нагрузки; - относительная доля потребляемой реактивной мощности в послеаварийном режиме.

На основе рассмотренной модели узла нагрузки оценку статической устойчивости узла комплексной нагрузки выполняют с использованием косвенных критериев устойчивости (14.9) и (14.10) по методике, изложенной в п. 14.3.