Режимы работы электроэнергетических систем реферат

Обновлено: 05.07.2024

Режим энергетической системы (режим энергосистемы) — это некоторое состояние, которое определяется значениями параметров режима: мощности, напряжения, токи, частота и другие физические величины характеризующие процесс преобразования, передачи и распределения электрической энергии. Всё величины характеризующие режим энергосистемы называются параметры режима.

При решении различных задач управления энергосистемами различают два вида режимов энергосистемы:

  • Установившийся режим, который характеризуется практически неизменными параметрами режима или очень медленными и нерегулярными их изменениями.
  • Переходный режим (процесс) характеризуется быстрыми изменениями параметров режима.

Переходные режимы связаны с возникновением переходных процессов, при которых происходит изменение электрического состояния элементов системы, обусловленное как естественными причинами, так и работой устройств автоматики.

В переходных режимах происходит закономерное изменение во времени одного или нескольких параметров режима в результате действия определенных причин, называемых возмущающими воздействиями. Переходные режимы делятся на

В волновых переходных режимах происходит локальное изменение электрического состояния системы, сопровождаемое резким увеличением электрического разряда в линиях электропередачи с повышением напряжения, связанного с атмосферными воздействиями. Они являются быстродействующими процессами: скорость изменения параметров порядка [math]10^3 - 10^8[/math] Гц. Опасность волновых переходных процессов заключается в появлении перенапряжений, приводящих к повреждению изоляции элементов энергосистем и т. д.

Следует отметить, что при волновых переходных процессах не происходит изменения относительного положения роторов электрических машин и скорости их вращения.

Электромеханические переходные процессы являются низкочастотными. Скорость их протекания изменяется от 0,1 Гц до 50 Гц. Происходит изменение как электрических, так и механических параметров режима. Частным случаем электромеханического переходного режима является режим почти периодического изменения параметров режима — режим синхронных качаний, а также режим ресинхронизации генератором, электростанций и энергосистем, который обычно следует за режимом синхронных качаний.

Электромагнитные переходные процессы сопровождаются изменением электромагнитного состояния элементов ЭС. Механические параметры режима остаются неизменными. Скорость протекания от 50 до 150 Гц.

С точки зрения анализа величины допустимых значений параметров режима принято различать:

  • нормальный установившийся режим, при котором значения параметров режима близки к значениям необходимым для правильной работы потребителей, или лежат в некотором заданном интервале этих значений;
  • нормальный переходный режим, имеющий место при обычной для эксплуатации изменениях схемы электрической сети, а также плановых изменениях режимов работы потребителей и электрических станций;
  • аварийный переходный режим, при котором вследствие аварийных изменений в энергосистеме параметры электрического режима могут значительно и резко отклоняться от значений нормального установившегося режима;
  • послеаварийный установившийся режим, наступающий после окончания аварийного переходного процесса после аварийного отключения элементов энергетической системы; исход аварии считается благоприятным, если параметры послеаварийного установившегося режима близки к параметрам нормального установившегося режима.

Обычно считают, что режим энергосистемы известен (определён), если известны значения всех параметров режима для всех элементов энергосистемы. Например, напряжение на зажимах генератора, характеризует величину напряжения в соответствующей узловой точке; потоки активной и реактивной мощности по концам линии электропередачи характеризует режим работы сетевого элемента (ветви).

Эти примеры парамтеров режима показывают, что все параметры режима можно разделить на две большие группы:

  • параметры режима узловых точек (напряжение, узловые иньекции мощности и т. д.);
  • параметры режима ветвей, характеризующие нагрузку этих ветвей (ток, поток активной и реактивной мощности и т. д.).

Таким образом, одной из основных задач установления режима энергосистемы является обеспечение требуемой величины параметров режима в её узловых точках. Обеспечить требуемой величины узловых параметров режима можно добиться только регулированием параметров режима подходящих к узлу ветвей. так например, для обеспечения требуемой величины напряжения в узле можно регулировать величину перетока реактивной мощности.

Параметры режима отдельных ветвей энергосистемы должны устанавливаться так, чтобы обеспечить требуемые величины узловых параметров режима. Большое множество решений этой задачи определяет возможность постановки задачи оптимизации режима работы отдельных ветвей энергосистемы или всей энергосистемы в целом.

Вследствие того, что в энергосистеме есть огромное количество электроприёмников её нормальный режим не может быть полностью установившимся. В энергосистеме в любой момент времени включаются или отключаются или изменяют, свой режим работы какие-либо электроприёмники при этом изменяются параметры режима энергосистемы. На эти изменения параметров режима оказывают влияния различные автоматические регулирующие устройства: регуляторы скорости вращения первичных двигателей генераторов, автоматические регуляторы возбуждения синхронных машин, регуляторы скорости вращения двигателей и т.д. В результате в энергосистеме постоянно происходит непрерывное изменение режима работы. Но по причине малой мощности отдельных приёмников электрической энергии, изменения их технологического режима приводят лишь к сравнительно малым изменениям параметров режима в узловых точках энергосистемы. Эти малые изменения являются нерегулярными, но только если в энергосистеме нет очень мощных электроприёмников с периодически изменяющимся технологическим процессом. Таким образом, только если пренебречь этими малыми изменениями параметров режима энергосистемы можно говорить об установившемся режиме работы энергосистемы.

Режима энергосистемы должны удовлетворять ряду основных требований:

  • надёжность режима работы;
  • бесперебойность энергоснабжения потребителей;
  • обеспечение качества электроэнергии;
  • максимальная экономичность режима.

С точки зрения экономической эффективности энергосистемы вцелом и её отдельных частей важно обеспечить не какой-либо произвольно выборанный уровень надёжности и бесперебойности электроснабжения и, конечно же не максимально возможный её уровень, а некоторый оптимальный уровень. Повышение надёжности энергосистемы связано с повышением затрат, тем большим, чем выше обеспечиваемый уровень надёжности. Увеличение уровня надёжности поэтому может оказаться экономически не оправданным, если возможный ущерб от того, что уровень надёжности не повышен, не перекрывает стоимости необходимых для такого повышения затрат.

При оценке необходимого уровня надёжности и бесперебойности энергосистемы необходимо использовать статистические материалы и методы теории вероятностей для того, чтобы уровень надёжности был оптимальный. Что касается надёжности отдельных элементов при перегрузках, то зачастую, повреждение элемента наносит больший экономический ущерб, чем экономия достигаемая за счёт его недопустимой перегрузки.

Электроэнергетическая система состоит из элементов, которые можно разделить на три группы:

· основные (силовые) элементы — генерирующие агрегаты электростанций, преобразующие энергию воды или пара в электроэнергию; трансформаторы, автотрансформаторы, выпрямительные установки, преобразующие значения и вид тока и напряжения; линии электропередач (ЛЭП), передающие электроэнергию на расстояние; коммутирующая аппаратура (выключатели, разъединители), предназначенные для изменения схемы ЭЭС и отключения поврежденных элементов;

· измерительные элементы — трансформаторы тока и напряжения, предназначенные для подключения измерительных приборов, средств управления и регулирования;

· средства управления — релейная защита, регуляторы, автоматика, телемеханика, связь, обеспечивающие оперативное и автоматическое управление схемой и работой ЭЭС.

Состояние ЭЭС на заданный момент или отрезок времени называется режимом. Режим определяется составом включенных основных элементов ЭЭС и их загрузкой. Значения напряжений, мощностей и токов элементов, а также частоты, определяющие процесс производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии, называются параметрами режима.

Если параметры режима неизменны во времени, то режим ЭЭС называется установившимся, если изменяются — то переходным.

Строго говоря, понятие установившегося режима в ЭЭС условное, так как в ней всегда существует переходный режим, вызванный малыми колебаниями нагрузки. Установившийся режим понимается в том смысле, что параметры режима генераторов электростанций и крупных подстанций практически постоянны во времени.

Основная задача энергосистемы — экономичное и надежное электроснабжение потребителей без перегрузок основных элементов ЭЭС и при обеспечении заданного качества электроэнергии. В этом смысле основной режим ЭЭС — нормальный установившийся. В таких режимах ЭЭС работает большую часть времени.

По тем или иным причинам допускается работа ЭЭС в утяжеленных установившихся (вынужденных) режимах, которые характеризуются меньшей надежностью, некоторой перегрузкой отдельных элементов и, возможно, ухудшением качества электроэнергии. Длительное существование утяжеленного режима нежелательно, так как при этом существует повышенная опасность возникновения аварийной ситуации.

Наиболее опасными для ЭЭС являются аварийные режимы, вызванные короткими замыканиями и разрывами цепи передачи электроэнергии, в частности, вследствие ложных срабатываний защит и автоматики, а также ошибок эксплуатационного персонала. Длительное существование аварийного режима недопустимо, так как при этом не обеспечивается нормальное электроснабжение потребителей и существует опасность дальнейшего развития аварии и распространения ее на соседние районы. Для предотвращения возникновения аварии и прекращения ее развития применяются средства автоматического и оперативного управления, которыми оснащаются диспетчерские центры, электростанции и подстанции.

После ликвидации аварии ЭЭС переходит в послеаварийный установившийся режим, который не удовлетворяет требованиям экономичности и не полностью соответствует требованиям надежности и качества элек­троснабжения. Он допускается только как кратковременный для последующего перехода к нормальному режиму.

Для завершения классификации режимов ЭЭС отметим еще нормальные переходные режимы, вызванные значительными изменениями нагрузки и выводом оборудования в ремонт.

Уже из перечисления возможных режимов ЭЭС следует, что этими режимами необходимо управлять, причем для разных режимов задачи управления различаются:

· для нормальных режимов — это обеспечение экономичного и надежного электроснабжения;

· для утяжеленных режимов — это обеспечение надежного электроснабжения при длительно допустимых перегрузках основных элементов ЭЭС;

· для аварийных режимов — это максимальная локализация аварии и быстрая ликвидация ее последствий;

· для послеаварийных режимов — быстрый и надежный переход к нормальному установившемуся режиму;

· для нормальных переходных режимов — быстрое затухание колебаний.

Различают три основных вида режимов электроэнергетических систем (ЭЭС):

- нормальный установившийся, применительно к которому проектируется система и определяются ее основные технико-экономические характеристики;

- послеаварийный установившийся, наступающий после аварийного отключения какого-либо элемента или ряда элементов системы;

- переходный режим, во время которого система переходит из одного режима в другой.

Наряду с основными выделяют так называемые особые режимы, не относящиеся к нормальным рабочим, но и не являющиеся аварийными и существующие сравнительно непродолжительное время. К особым режимам ЭЭС относятся: холостой ход электропередачи в системе, синхронизация ее отдельных частей, асинхронный ход генератора или части генераторов, выпавших из синхронизма, и их синхронизация, работа части системы на двух фазах и т.д.

Режим характеризуется показателями, количественно определяющими условия работы системы и называемыми параметрами режима (значения активной и реактивной мощностей в элементах системы; напряжения у потребителей и в узловых точках системы; величины токов; углов расхождения ЭДС и напряжений; значения частоты тока в системе и т.д.). В установившихся режимах параметры режима могут приниматься практически неизменными. В переходных режимах скорости изменения параметров настолько значительны, что они должны учитываться при рассмотрении конкретных практических задач.

Составные элементы ЭЭС тесно связаны между собой единством процесса выработки и потребления электрической энергии. В установившихся режимах в системе существует баланс мощностей: сколько электроэнергии потребляется в данный момент, столько же ее и вырабатывается. Нарушение этого баланса и приводит к переходным режимам.

Различают следующие процессы, принципиально имеющиеся в любом переходном режиме, но обычно выделяемые для рассмотрения в соответствии с поставленными техническими задачами:

- волновые, связанные с появлением коммутационных, грозовых и других перенапряжений; такие процессы изучаются главным образом в курсе техники высоких напряжений;

- электромагнитные, рассматриваемые без учета изменения скорости движения роторов генераторов и электродвигателей ЭЭС; к этой группе относятся, в частности, процессы коротких замыканий, изучаемые в курсе электрической части станций и подстанций;

- электромеханические, рассматриваемые с учетом изменения положений и скоростей вращения роторов генераторов и электродвигателей.

Переходные электромеханические процессы в свою очередь могут быть разделены на три основных вида:

- переходные процессы при малых возмущениях и малых изменениях скорости;

- переходные процессы при больших кратковременных возмущениях и малых изменениях скорости;

- переходные процессы при больших возмущениях и больших изменениях скорости.

Два первых вида процессов непосредственно связываются с понятием устойчивости ЭЭС, и именно им посвящена настоящая глава. Третий вид электромеханических переходных процессов изучается в различных курсах электротехнического цикла (релейная защита и автоматизация систем электроснабжения, автоматизированный электропривод и др.).

Под устойчивостью ЭЭС понимается устойчивость ее режима, т.е. способность системы сохранять параметры режима. Режим системы устойчив, если после какого-либо возмущения параметры режима: токи, напряжения, углы между ЭДС и т.д. – самостоятельно, без вмешательства обслуживающего персонала, возвращаются к значениям исходного режима или принимают значения нового установившегося режима.

Строго говоря, переходные процессы протекают в ЭЭС постоянно. Практически нет такого момента времени, когда бы в системе не происходило каких-либо изменений режима. Эти изменения можно условно разделить на два вида процессов – нормальные переходные и аварийные переходные.

Нормальный переходный процесс происходит в системе в ходе нормальной эксплуатации вследствие изменения нагрузки и действия регулирующих устройств. При этом отклонения параметров режима от их установившихся значений невелики, а возмущающие воздействия, вызывающие эти отклонения, относительно малы. Фактически в системе не существует стабильного установившегося процесса, так как в ней всегда имеются малые возмущающие воздействия. Эти воздействия не должны служить причиной неустойчивой работы системы, причем здесь имеется в виду статическая устойчивость системы. Следовательно, под статической устойчивостью ЭЭС понимается способность системы самостоятельно восстанавливать исходный (или близкий к нему) режим при малых возмущениях.

Наиболее часто приходится решать вопрос об устойчивости работы важнейших элементов системы – источников энергии, генераторов. В этом случае под статической устойчивостью понимается способность генераторов, работающих параллельно с системой, сохранять синхронную работу при малых возмущениях.

Аварийный переходный процесс возникает в системе при резких изменениях в ее режиме (отключение генераторов, нагруженных линий электропередачи, мощных потребителей; короткие замыкания в системе и т.п.). Такой процесс сопровождается, как правило, значительными изменениями параметров режима.

Аварийный переходный процесс качественно отличается от процесса, обуславливающего статическую устойчивость системы, хотя резкой границы между ними провести нельзя. Например, если перед отключением линии электропередачи от электростанции с нее предварительно небольшими ступенями будет снята нагрузка, то такой процесс будет протекать как нормальный переходный. Если же линия электропередачи, несущая достаточно большую нагрузку, отключится от электростанции внезапно, то такой процесс может протекать как аварийный.

С аварийными переходными процессами связывается понятие динамической устойчивости ЭЭС, под которой понимается ее способность вернуться к установившемуся режиму после больших возмущений. Применительно к генераторам системы динамическая устойчивость – это способность генератора сохранять синхронную работу с системой при больших возмущениях.

Вопросы статической и динамической устойчивости ЭЭС имеют исключительно важное практическое значение. От устойчивости систем в значительной мере зависит надежность электроснабжения. Аварии систем, связанные с нарушением устойчивости, являются по своим последствиям наиболее тяжелыми системными авариями, так как сопровождаются прекращением электроснабжения большого числа (или даже всех) потребителей, а восстановление нормального режима работы системы и снабжения потребителей электроэнергией занимает много времени. Несмотря на относительно небольшое число аварий, связанных с нарушением устойчивости систем, именно этот вид вызывает наибольший аварийный недоотпуск электроэнергии. Тяжелые последствия таких аварий заставляют уделять большое внимание вопросам устойчивости на всех этапах проектирования, строительства и эксплуатации ЭЭС. Требования обеспечения устойчивости накладывают глубокий отпечаток на выбор схем коммутации, режимов работы и характеристик оборудования ЭЭС.

Расчеты, связанные с анализом статической и динамической устойчивости ЭЭС, в общей постановке чрезвычайно сложны. Сущность их сводится к составлению и решению системы дифференциальных уравнений переходного режима. Несмотря на большое число упрощающих допущений, уравнения переходного процесса получаются настолько сложными, что их аналитическое решение удается найти только в отдельных частных случаях. При исследовании устойчивости широко применяют метод линеаризации уравнений. Однако здесь определение корней характеристических уравнений, по которым судят об устойчивости систем, весьма затруднительно, так как порядок характеристического уравнения обычно высок. В практике используют методы, позволяющие, не вычисляя корней характеристических уравнений, судить об их расположении на комплексной плоскости, а значит и об устойчивости системы (имеются в виду критерии Гурвица, Рауса, Михайлова, метод Д-разбиений и др.).

Для анализа устойчивости сложных систем, кроме того, широко применяют универсальные расчетные модели ЭЭС (УРМЭС), электронные вычислительные машины, а также специальные физические (динамические) модели, представляющие собой миниатюрную копию ЭЭС, все элементы которой (генераторы, трансформаторы, линии электропередачи, нагрузка и т.д.) делаются физически подобными соответствующим элементам оригинала. Сочетание расчетов на расчетных моделях и вычислительных машинах с экспериментом на физических моделях и в реальных электроэнергетических системах позволяет наиболее эффективно исследовать переходные процессы и устойчивость ЭЭС, что дает возможность наиболее быстро получать правильные результаты.

В настоящей главе мы уделим главное внимание рассмотрению физики процессов, связанных со статической и динамической устойчивостью, с тем чтобы глубже понять требования к схемам, режимам и оборудованию ЭЭС, обусловленные их устойчивостью, а также изучению упрощенных, или так называемых практических, методов оценки устойчивости ЭЭС и их элементов, широко используемых в инженерной практике.

Гост

ГОСТ

Энергетическая система. Особенности электроэнергетических систем

Энергетическая система – это совокупность электрических станций, электрических и тепловых сетей, которые соединены между собой, а также связаны общностью режима работы в составе производственного процесса.

Создание единой энергетической системы предоставляет такие возможности, как:

  1. Увеличение степени надежности электроснабжения потребителей.
  2. Снижение необходимой резервной мощности на электрических станциях.
  3. Увеличение экономичности всех типов электрических станций.
  4. Увеличение единичной мощности электрических станций и генераторов, что способствует снижению стоимости единицы мощности.

Электроэнергетическая система – это электрическая часть энергетической системы и питающиеся от нее приемники электрической энергии, объединенные общностью процесса производства.

Первая особенность электроэнергетической системы заключается в том, что распределение, производство и преобразование электрической энергии в другие виды осуществляются в один и тот же момент, то есть энергия нигде не аккумулируется. Энергия, которая была произведена внутри системы равняется энергии, потребленной в ней. Данное равенство справедливо для любого непродолжительного промежутка времени, то есть между мощностями электроэнергетической системы имеется точный баланс. Таким образом одновременность процессов передачи, преобразования, производства, распределения электрической системы превращает ее в единое целое.

Еще одна особенность электроэнергетической системы - относительная быстрота переходных процессов. Волновые процессы в системе происходят за тысячные доли секунды, а такие процессы, как включения, замыкания, отключения, нарушения устойчивости, качания и т.п. в течении нескольких долей секунд.

Третья особенность электроэнергетической системы - ее тесная связь с остальными отраслями промышленности, транспортом, связью и т.п. Такая связь обеспечивается за счет совокупности разнообразных приемников электрической системы, которые получают питание от энергетической. Данная особенность способствует увеличению актуальности обеспечения высокой степени надежности функционирования системы, также делает необходимым создание достаточного резерва мощности во всех ее составляющих.

Готовые работы на аналогичную тему

Перечисленные особенности характерны только для электроэнергетической системы и неприменимы, например, для тепловой.

Электрические параметры и режимы работы электроэнергетической системы

Основными электрическими параметрами электроэнергетической сети являются:

  1. Коэффициент трансформации.
  2. Сопротивление.
  3. Проводимость.
  4. Электродвижущая сила.
  5. Частота.
  6. Ток в ветвях.
  7. Напряжение в узлах.
  8. Напряжение в фазовых углов.
  9. Активная, полная и реактивная мощность электропередачи.
  10. Значения, которые характеризуют несимметрию трехфазной системы и несинусоидальность изменения токов и напряжения в течении периода основной частоты.

К основным режимам работы электроэнергетической системы относятся переходный неустановившийся, нормальный установившийся, послеаварийный установившийся. При работе системы в нормальном установившемся режиме основные электрические параметры находятся в пределах допустимых отклонений от номинальных или равняются им. Нормальным считается режим при включении и отключении мощных линий или трансформаторов, а также при ударных нагрузках. В данных случаях по окончании переходного процесса, продолжающийся доли секунд, опять наступает установившийся нормальный режим работы, при котором значения параметров в контрольных точках находятся в допустимых пределах.

При переходном установившемся режиме система из нормального состояния переходит в другое, но с изменившимися электрическими параметрами. Такой режим считается аварийным и наступает в том случае, когда возникают внезапные изменения в в схеме составляющих системы или при резких изменениях потребляемых и генерируемых мощностей. Данный режим имеет место быть при коротких замыканиях и последующем отключении поврежденных составляющих электроэнергетической системы. При аварийном переходном режиме параметры режима работы всей системы в некоторых или во всех контрольных точках резко отклоняются от нормированных значений.

Послеаварийный установившийся режим наступает после локализации аварии в системе. Он отличается от нормального, потому что результатом аварии один или несколько элементов системы могут быть выведены из строя. При послеаварийном режиме может возникнуть дефицит мощности. Электрические параметры такого режима значительно отличаются от допустимых. В том случае, когда параметры после аварии в контрольных точках имеют допустимые значения, то ее исход считается благополучным.

Читайте также: