Доклад Необходимость комплексной оценки реактивной мощности (с использованием материалов ОАО «НИИПТ»)

Регулирование напряжения
Допустимые отклонения напряжения не должны с одной стороны приводить к повреждению изоляции высоковольтного оборудования, с другой стороны должны обеспечивать нормальную работу электроприемников.
Уровни напряжения в различных точках электрической сети определяют распределение реактивной мощности в сети, перетоки которой создают дополнительные потери активной мощности.
Уровни напряжения определяют надежность, качество и экономичность режима электроэнергетической системы в целом.

Связь регулирования напряжения и регулирования частоты в энергосистеме
Связь частоты и напряжения в энергосистеме определяется уже самим принципом работы электрогенератора (E~f);
Изменение частоты влияет на сопротивление электрических элементов сети (активные сопротивления – мало, реактивное сопротивление ХL=ωL, Xc=1/ωL;
Изменение сопротивления элемента сети всегда приводит к изменению падения напряжения на нем и к изменению величины напряжения за этим сопротивлением.

Связь регулирования напряжения и регулирования частоты в энергосистеме
При изменении частоты меняется объем потребляемой реактивной мощности (снижение частоты на 1% вызывает возрастание потребления реактивной мощности в среднем на 1 – 1.5%);
Величина падения напряжения зависит от перетока реактивной мощности ΔU~Q∙x/U, соответственно изменяются и величины напряжений в узлах сети.

Связь регулирования напряжения и регулирования частоты в энергосистеме
При изменении напряжения изменяются величины активных и реактивных нагрузок в узле;
Изменяются значения потерь активной и реактивной мощности;
При этом происходит изменение суммарной активной нагрузки энергосистемы.

Регулирующий эффект нагрузки
Важнейшая характеристика нагрузки потребителя — значение ее активной и реактивной мощностей. Мощность, потребляемая нагрузкой, зависит от напряжения и частоты.
Статические характеристики нагрузки по напряжению Рн(U),Qн(U)— это зависимости активной и реактивной мощностей от напряжения (или частоты) при медленных изменениях параметров режима
Динамические характеристики — это те же зависимости, но при быстрых изменениях параметров режима. Динамические характеристики соответствуют переходным режимам и учитывают скорость изменения их параметров.

Регулирующий эффект нагрузки
Статические характеристики нагрузки Р, Q = f(u).

Лавина напряжения
При снижении напряжения ниже критического Uкр происходит рост реактивной нагрузки потребителей, что в свою очередь приведет к росту потерь напряжения ΔU и дальнейшему снижению напряжения.
Это явление называется лавиной напряжения.
Основной причиной развития лавины напряжения является “опрокидывание” двигателей.

Лавина напряжения
“Опрокидывание” асинхронных двигателей выражается в снижении скорости асинхронных двигателей и увеличении потребляемой ими реактивной мощности, напряжение при этом снижается.
При не контролируемом развитии процесса двигатель остановится, а напряжение снизится еще больше.

Методические указания по устойчивости энергосистем
Ku = (U-Uкр)/U

Зависимость МДП в СБУ от генерации реактивной мощности

Регулирование напряжения
Регулирование напряжения - текущее изменение параметров системы (напряжения, коэффициента трансформации и потерь напряжения), выполняемое в целях обеспечения желательного режима напряжения.
Делится на две группы :
регулирование изменением потерь напряжения в элементах сети
регулирование напряжения изменением баланса реактивной мощности в узле (возбуждение генераторов, изменение коэффициента трансформации трансформаторов, статические компенсирующие устройства)

Средства регулирования напряжения
Синхронный генератор
Предназначены прежде всего для выработки реактивной мощности, в меньшей степени для потребления;
Выработка и потребление реактивной мощности возможна в пределах нагрузочной характеристики турбогенератора.

Средства регулирования напряжения
Синхронный компенсатор
Представляет собой обыкновенный синхронный двигатель без механической нагрузки на валу
Предназначен для потребления и выдачи реактивной мощности

Средства регулирования напряжения
Статические компенсирующие устройства
Батареи конденсаторов
Шунтирующие реакторы
Статические тиристорные компенсаторы (СТК)
Статические компенсаторы реактивной мощности (СТАТКОМ)

Средства регулирования напряжения
Батареи конденсаторов
Преимущества:
Возможность применения как на низком, так и на высоком напряжении;
Малые потери активной мощности (0.0025 – 0.005 кВт/кВАр);
Сравнительно небольшая стоимость
Недостатки:
Возможность использования только для генерации реактивной мощности;
Зависимость генерируемой реактивной мощности от напряжения;
Невозможность плавного регулирования реактивной мощности;
Чувствительность к искажениям формы кривой питающего напряжения.

Средства регулирования напряжения
Шунтирующие реакторы
Применяются преимущественно для компенсации зарядной мощности линий высокого класса напряжений (330 кВ и выше) и в некоторых случаях в сетях низких классов напряжения;
Обычно установленная мощность реактора равняется 60 – 80% зарядной мощности компенсируемой линии электропередачи;
Необходимо обеспечивать коммутируемость реакторов (исключение – отправной конец длинных ЛЭП высоких классов напряжения

Средства регулирования напряжения
Статические тиристорные компенсаторы
Представляет собой некоторую комбинацию конденсаторных батарей и шунтирующих реакторов
Бывают различных типов:
с реактором, управляемым тиристорами;
с конденсаторной батареей, коммутируемой тиристорами;
с реактором, управляемым тиристором, и конденсаторной батареей, коммутируемой тиристорами.

Средства регулирования напряжения
Статический компенсатор реактивной мощности (СТАТКОМ)
Основан на новом классе преобразователей – «преобразователей напряжения»
Появились с внедрением в начале 90-х годов мощных биполярных транзисторов (IGBT), запираемых тиристоров (GTO, GCT, IGCT) и быстродействующих диодов (1 до 6 кВ, отключаемый ток от 1,5 до 4 кА)
Представляет собой электронный генератор электродвижущей силы промышленной частоты, регулируемой по амплитуде и обеспечивающей как выдачу, так и потребление реактивной мощности

Средства регулирования напряжения
Статический компенсатор реактивной мощности (СТАТКОМ)
установки более компактные и дешевые чем обычные СТК (одно и то же оборудование используется и для генерирования и для потребления реактивной мощности);
характеризуются более высокой скоростью управления, нежели СТК (время перехода от максимальной выдачи реактивной мощности к максимальному потреблению составляет всего полпериода основной частоты )

Выводы
Регулирование напряжений в энергосистеме – одна из первоочередных задач.
Увеличение пропускной способности сети.
Повышение устойчивости.
Снижение потерь.