Глава 14

14.1. Исходные положения

Слабые возмущения могут возникать под действием питающей энергетической системы (изменения напряжения и частоты), а также в результате изменений режимов работы самой СЭС и ее электроприемников (пуски, колебания момента и перегрузки двигателей по условиям технологического процесса; изменение количества питающих линий; регулирование значений отдельных параметров режима; оперативные переключения в распределительной сети и т. п.). В таких условиях электроснабжения свойства и тип электроприемников узла нагрузки оказывают существенное влияние на его устойчивость.

Если узлы нагрузки по суммарной потребляемой мощности соизмеримы с мощностью питающей ЭЭС или электрически удалены от источников электрической энергии, то режим их работы при слабых возмущениях может оказаться неустойчивым.

Оценка устойчивости узлов нагрузки является неотъемлемой частью решения задачи обеспечения устойчивости СЭС. Устойчивость узла промышленной нагрузки рассчитывают в такой последовательности:

1) замещают узел нагрузки расчетной моделью и определяют ее параметры;

2) выделяют существенные параметры и критерии устойчивости для данной схемы электроснабжения;

3) оценивают предельный режим по критическим значениям существенных переменных и запасу устойчивости.

Замена реального узла нагрузки расчетной моделью (операция замещения) при анализе слабых возмущений строится на сохранении тождества рассчитываемых на данном этапе текущих показателей переходного процесса по действительным и эквивалентным параметрам.

Узел нагрузки с асинхронными двигателями адекватно замещают расчетной моделью в виде эквивалентного асинхронного двигателя, движение которого описывается теми же уравнениями, что и реальных двигателей. Погрешность замещения зависит от способа его осуществления. По результатам анализа критериев замещения в [27] выделены три их группы:

1) усреднение параметров двигателей при каждом одинаковом значении скольжения исходя из допущения одинаковых скольжений реальных двигателей в одни и те же моменты переходного процесса;

2) замещение по совпадению переходных процессов активной и реактивной мощностей, потребляемых из сети группой реальных двигателей и их эквивалентом;

3) замещение по сохранению пределов динамической устойчивости группы реальных двигателей и их эквивалента.

Выбор критерия замещения зависит от конечной цели поставленной задачи и требуемой точности ее решения. В приближенных оценочных расчетах можно использовать статистические параметры расчетной модели крупного узла нагрузки в виде эквивалентного асинхронного двигателя [27]:

1) параметры Г-образной схемы замещения (см. п. 12.1) ;;;;;

2) параметры режима ;;;;;; с (здесь моменты отнесены к значению , другие параметры - к и на ступени напряжения узла нагрузки).

Разнотипность синхронных двигателей в узлах нагрузки небольшая, что позволяет учитывать их по фактическим параметрам и параметрам нормального режима. Замещение больших и разнородных по технологическому использованию групп синхронных двигателей выполняют раздельно по явно- и неявнополюсным двигателям ввиду различия их асинхронных характеристик, механических постоянных инерции и характеристик приводимых механизмов.

В приближенных расчетах устойчивости узлов нагрузки используют средневзвешенные значения параметров синхронных двигателей. Для явнополюсных двигателей они следующие: кратность пускового момента ; коэффициент мощности ; продольное и поперечное синхронные индуктивные сопротивления и ; индуктивное сопротивление рассеяния статора ; индуктивное сопротивление рассеяния и постоянная времени обмотки возбуждения при разомкнутых других обмотках или контурах и с; индуктивное сопротивление рассеяния и постоянная времени демпферной обмотки по продольной оси при разомкнутых других обмотках и с; индуктивное сопротивление рассеяния и постоянная времени демпферной обмотки по поперечной оси при разомкнутых других обмотках и ; коэффициент загрузки .

Таблица 14.1. Средневзвешенные параметры составляющих комплексной расчетной модели узла нагрузки

Составляющие нагрузки | Sном/Pном | cosφ | kз
с учетом синхронного двигателя | без учета синхронного двигателя
Асинхронный двигатель Синхронный двигатель Статическая нагрузка | 0,8 0,14 0,55 | 1,0 - 0,54 | 0,8 0,9 0,81 | 0,7 0,85 1,0

Таблица 14.2. Параметры статической нагрузки

U* P* Q* | 0 0,20 0,40 0,60 0,70 0,75 0,80 0,85 0,90 0,95 1,0 1,05 1,10 0 0,05 0,18 0,41 0,53 0,60 0,68 0,75 0,83 0,91 1,0 1,09 1,18 0 0,03 0,12 0,27 0,34 0,39 0,43 0,52 0,62 0,77 1,0 1,35 1,90

Узел нагрузки, содержащий асинхронные и синхронные двигатели, представляют комплексной расчетной моделью. Ее параметры могут устанавливаться замещением отдельных характерных составляющих нагрузки, описываться статическими (12.19) или динамическими (12.20) характеристиками.

В оценочных расчетах устойчивости узлов нагрузки можно использовать средневзвешенные параметры комплексной расчетной модели [27], приведенные в табл. 14.1 и 14.2 (в таблицах мощность двигателей указана по отношению к номинальной мощности узла нагрузки). Ориентировочные данные о составе узлов нагрузки по потребляемым мощностям следующие:

узлы промышленной нагрузки: двигатели - 55 %, статическая нагрузка - 45 %;

узлы коммунально-бытовой нагрузки:

асинхронные двигатели -30 %, статическая нагрузка - 70 %;

узлы сельскохозяйственной нагрузки: двигатели - 5 %,статическая нагрузка - 95 %.

Устойчивость узла нагрузки анализируют по схеме замещения всей СЭС и параметрам ее режима. В зависимости от конкретных условий расчетную схему электроснабжения приводят к одному из основных видов (см. п. 12.2), что дает возможность использовать практические критерии устойчивости.

В результате замещения получают четыре разные расчетные модели узла нагрузки, отличающиеся между собой используемыми при анализе критериями устойчивости (рис. 14.1):

1) модель, где напряжение в узле нагрузки является независимой переменной, не зависящей от режима работы электроприемников, что позволяет рассчитывать устойчивость независимо для каждой из характерных групп электроприемников (рис. 14.1, а) по ее основным критериям;

Рис. 14.1. Расчетные модели узла нагрузки

2) модель, где характерные группы электроприемников радиально связаны через внешние сопротивления с шинами узла нагрузки (рис. 14.1, б), напряжение на которой является независимой переменной режима;

3) модель, где характерные группы электроприемников связаны с узлом нагрузки через общее внешнее сопротивление и независимой переменной режима является э.д.с. источника питания (рис. 14.1, б);

4) модель, где узел нагрузки содержит все характерные составляющие и ИРМ (рис. 14.1, г).

Ниже излагается методика оценки устойчивости всех четырех расчетных моделей узла нагрузки.