Глава 16

16.4. 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. 16.7, а). Поэтому при выборе коэффициента мощности генератора следует иметь в виду, что с уменьшением cosφном при данной его активной мощности Рном номинальная полная мощность увеличивается:

Рис. 16.7. 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 Tj больше. С этой точки зрения более предпочтительны низкие значения cosφном, поскольку увеличение реактивной мощности (уменьшение cosφ) приводит к повышению э.д.с. генератора.

На рис. 16.7, 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. 16.7, 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 от способа 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. 16.8. 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. 16.8, 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. 16.8, в.

Увеличение электромеханической постоянной инерции агрегата. Влияние постоянной инерции Tj 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. 16.9.

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. 16.10, а).

Рис.16.9. Зависимость стоимости генератора от постоянной инерции

Схема замещения нулевой последовательности изображена на рис. 16.10, б, а комплексная схема замещения СЭС при однофазном КЗ имеет вид, показанный на рис. 16.10, в.

Увеличение сопротивления аварийного шунта , состоящего из суммарного сопротивления обратной последовательности

Рис. 16.10. Схема СЗС с заземленными нейтралями трансформаторов (а), схема замещения нулевой последовательности (б) и комплексная схема замещения (в)

и суммарного сопротивления нулевой последовательности (см. рис. 16.10, б), приводит к увеличению амплитуды угловой характеристики мощности в аварийном режиме, а значит, к повышению динамической устойчивости СЭС.