Закони регулювання напруги і реалізація їх в електричних мережах

Стабілізація напруги на якомусь її значенні застосовується для споживачів з практично незмінним навантаженням. Такими є, наприклад, промислові підприємства з тризмінною роботою. Для них необхідно підтримувати напругу постійною протягом всієї доби. Добовий графік навантаження таких споживачів наведено на рис. 2.8,а.

Для споживачів з вираженим мінімумом і максимумом навантаження, коли графік навантаження може бути зведений до двох ступенів (див. рис. 2.8,6), найприйнятнішим є двоступінчате регулювання. За такого регулювання підтримується два рівні напруги протягом доби у відповідності до добового графіка навантаження.

У випадку змінного протягом доби навантаження (див. рис.2.8,в) застосовується зустрічне регулювання напруги. Сенс цього закону полягає в такому. При збільшенні електричного навантаження збільшуються потоки потужності в лініях і, як наслідок, збільшуються втрати напруги в них. В результаті напруга у електроприймачів знижуються. При зменшенні навантажень все навпаки. Тому логічно при збільшенні навантаження для, компенсації зростаючих втрат напруги збільшувати напругу на шинах Ні) центру живлення, доводячи його до максимально допустимого значення в години максимуму навантаження, рівного 1,05Зі зменшенням навантаження напруга знижується, досягаючи при мінімальним} навантаженні номінального значення Цього цілком достатньо, щоб біля найбільш електрично віддалених приймачів напруга не ставала нижчою за допустимий рівень.

Рисунок 2.8 - Графіки навантаження

а - постійний; б - двоступінчатий; в - багатоступінчатий

При зустрічному регулюванні напруги для кожного значення навантаження будуть мати своє значення і втрати напруги, відповідно, і сама напруга буде змінюватися зі зміною навантаження. Для того, щоб відхилення напруги не виходили за рамки допустимих значень, регулювати напругу необхідно в залежності від струму навантаження. Оскільки навантаження змінюється не тільки протягом доби, але і протягом року, то зустрічне регулювання полягає в зміні напруги в залежності не тільки від добових, але також і від сезонних змін навантаження протягом року.

Для повнішого розуміння зустрічного регулювання звернемося до рис. 2.9. На рис. 2.9,а показана заступна схема, на якій трансформатор поданий як два елементи - опір трансформатора та ідеальний трансфор­матор. На рис. 2.9,а прийняті такі позначення: напруга на шинах центру живлення; - напруга на шинах первинної напруги (ВН) підстанції; - напруга на шинах вторинної напруги (НН) підстанції; напруга біля споживачів.

Напруга на шинах ВН підстанції

Напруги на шинах ВН і НН відрізняються на значення втрат напруги в трансформаторі і, крім того, в ідеальному трансформаторі напруга знижується відповідно до коефіцієнта трансформації, який необхідно враховувати під час вибору регулювального відгалуження.

Рисунок 2.9 - Зустрічне регулювання напруги

а - заступна схема; б - епюра напруг

На рис. 2.9,б наведені графіки зміни напруги для двох режимів: найменших і найбільших навантажень. По осі ординат відкладені значення відхилень напруги у відсотках від номінальної. Відхилення у відсотках для всіх V і показані на полі цього рисунку.

З рис. 2.9,б (штрихові лінії) видно, що при k=1 в режимі найменших навантажень напруги біля споживачів будуть вищі, а в режимі найбільших навантажень — нижчі допустимого значення (тобто відхилення U більші за допустимі). При цьому приймачі електроенергії, приєднані до мережі НН (наприклад, в точках А і В), працюватимуть в неприпустимих умовах. Змінюючи коефіцієнт трансформації трансформатора k, змінюємо тобто регулюємо напругу (суцільна лінія на рис. 2.9,б).

У режимі найменших навантажень зменшують напругу до значення, якомога ближчого . У цьому режимі вибирають таке найбільше стандартне значення k, щоб виконувалася така умова:

У режимі найбільших навантажень збільшують напругу значення, найближчого до 1,05—1,1У цьому режимі вибирають таке найбільше стандартне значення k, щоб виконувалася така умова:

Отже, напруга на шинах споживачів як віддалених від центру живлення - в точці В, так і близьких - в точці А, вводиться в допустимі межі. За такого регулювання в режимах найбільших і найменших навантажень напруга відповідно підвищується і знижується. Тому таке регулювання і називають зустрічним.

В електричних мережах з напругою 110 кВ регулювання напруги має свої особливості. Ці мережі мають складнозамкнуту структуру і оснащені пристроями телемеханіки, що дозволяють передавати в диспетчерський центр керування інформацію про режимні параметри в різних точках мережі, а з центру керування - команди на зміну параметрів регулюючих пристроїв. В наш час керування режимами ЕЕС здійснюється за допомогою автоматизованих систем диспетчерського керування (АСДК). Під час розв'язання задачі регулювання напруги в таких мережах слід враховувати деякі їх особливості:

- мережі різних номінальних напруг в режимному відношенні тісно взаємозв'язані і необхідно враховувати системний ефект регулюючих пристроїв, тобто необхідне централізоване координоване регулювання напруги за допомогою АСДК;

- режими живильних і місцевих мереж, приєднаних до ЦЖ живильної мережі, можна розглядати незалежно один від одного, тому для розрахунків рівнів напруги місцеву мережу можна подати зведеним навантаженням на шинах ВН відповідного ЦЖ;

- у живильних мережах можливі великі перетікання реактивної потужності, викликані її місцевим дефіцитом або надлишком. Ці перетоки призводять до збільшення втрат активної потужності. В цьому випадку задачею регулювання напруги є зниження втрат активної потужності при дотриманні допустимих рівнів напруги.

Тобто, основним критерієм регулювання напруги в живильних мережах є економічний (мінімум втрат активної потужності) за умов дотримання режимних і технічних обмежень щодо діапазону регулювання регулюючих пристроїв і допустимості рівнів напруги.

В мережах з 330 кВ необхідно окрім перерахованих вище особливостей враховувати втрати активної потужності на корону в лініях електропередачі, які суттєво залежать від напруги.

У такому складному випадку, коли критерієм керування є мінімум втрат потужності за умов дотримання режимних і технічних обмежень, застосовується програмне регулювання напруги. Суть такого регулювання полягає в тому, що встановлюються залежності критерію керування віл значень параметрів режиму ЕЕС, які змінюються в часі. Ці залежності інтерпретуються як закони керування, для реалізації яких в енергосистемі

утворюються автоматизована (за участю диспетчера) або автоматична системи керування. Детальніше регулювання цього виду буде розглянуте в наступних розділах.

Задачі регулювання напруги в електричних мережах ЕЕС візуються як при їх проектуванні, так і під час експлуатації.

При проектуванні електричних мереж ЕЕС, плануванні їх розвитку і конструкції комплексно розв'язуються задачі забезпечення балансу ^активної потужності і виявлення умов регулювання напруги в мережах, обґрунтування пунктів розміщення регулюючих пристроїв, вибору їх типу потужності. Одночасно опрацьовуються питання розвитку АСДК. До складу задач АСДК включаються задачі регулювання напруги і реактивної потужності. В частині інформаційного і алгоритмічного забезпечення АСДК розвиваються системи збору і обробки інформації.

При проектуванні передусім необхідно забезпечити керованість ЕЕС за напругою і реактивною потужністю. Під цим розуміється можливість забезпечення допустимих напруг в усіх точках ЕЕС в нормальних і післяаварійних режимах її роботи, обумовлених зміною навантажень і складу працюючого устаткування. Керованість досягається як правильним вибором місць розміщення пристроїв регулювання, так і координацією впливів на них.

Керованість ЕЕС - необхідна умова для вирішення задачі регулювання напруги, з метою забезпечення показників якості напруги і надійність режимів з точки зору устаткування і стійкості. Тільки забезпечивши керованість ЕЕС, можна на наступних етапах проектування передбачити можливість встановлення додаткових регулюючих пристроїв (або розширити діапазони вже встановлених пристроїв) з метою зниження втрат активної потужності. При цьому, як правило, передбачається встановлення додаткових джерел реактивної потужності.

Під час керування режимами ЕЕС за допомогою АСДК задача регулювання напруги вирішується на етапах планування режимів і оперативного керування і полягає в якнайповнішому використанні наявних пристроїв для досягнення економічного ефекту. Під час плануванні режимів на основі прогнозів навантаження і складу працюючого устаткування завчасно розраховуються оптимальні режими напруг на заданий інтервал часу, наприклад, на наступну добу. Одержані таким чином графіки оптимальних напруг передаються на енергооб'єкти (електростанції, підстанції з регулюючими пристроями), де і повинні витримуватися оперативним персоналом або автоматичними пристроями.

Під час оперативного керування використовується інформація про Фактичний стан ЕЕС і її режими. Інформація формується на основі телевимірювань і телесигналізації. Вона вводиться в ЕОМ АСДК, обробляється і надається диспетчеру в зручному для сприйняття вигляді. У сучасних АСДК разом з поданням фактичної режимної інформації виробляються також рекомендації диспетчеру щодо корекції планових графіків напруг.