Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

  в электроэнергетических системах

 

Представляется логичным, что при существовании разных режимов в ЭЭС должен быть некий переход от одного режима в другой. Например, переход из нормального режима в аварийный и далее послеаварийный. Такой переход от одного режима к другому будем называть переходным режимом.

Смену режима можно объяснить каким-либо нарушением, возникшим случайно в энергосистеме (аварийные события), или изменением, которое требуется по технологическим нормам (ремонт элементов энергосистемы). Нарушения и изменения будем называть одним словом «возмущения». Возмущения бывают малыми и большими.

Малое возмущение – это возмущение, влияние которого на характер поведения системы проявляется практически независимо от места появления возмущающего воздействия и его значения [4]. В этом случае параметры энергосистемы постоянны. Примером малого возмущения может быть суточный график нагрузки, в котором параметры потребляемой мощности изменяются, но схема питания нагрузок не меняется.

Большое возмущение – это возмущение, влияние которого на характер поведения системы существенно зависит от времени существования, значения и места появления возмущающего воздействия, в связи с чем система во всем диапазоне исследования должна рассматриваться как нелинейная (т. е. изменяются параметры энергосистемы) [4]. Пример большого возмущения: это короткие замыкания (КЗ), обрывы проводов системных ЛЭП, выход из строя электрических станций и подстанций.

Режим, который должен установиться после возмущения и последующего переходного процесса (ПП), требует для своего осуществления баланса мощности. Активная мощность, вырабатываемая генераторами системы P_Г, должна быть равна мощности, поглощаемой в нагрузках P_Н и рассеиваемой во всех элементах системы ΔP: P_Г = P_Н + ΔP = P [5].

В литературе по данному направлению говорится, что изменение баланса активной мощности связано с изменением частоты в системе.                                                                                                             

В цепях переменного тока аналогичное условие существует и для реактивной мощности: Q_Г = Q_Н + ΔQ = Q [5].

Активная и реактивная мощности связаны соотношением: S² = P² + Q².

Для доказательства этого рассмотрим процесс выработки электрической энергии (рис. 2.1). Кратко опишем этот процесс. Энергоноситель – пар на тепловой станции, вода на гидростанции – поступает в турбину и приводит ее во вращение. Турбина и генератор соединены общим валом. Вал вращает генератор. Вырабатывается электрическая энергия переменного рода тока на три фазы A, B, C.

 

 

Рис. 2.1. Процесс производства электрической энергии

 

Обратим внимание на вал. Механическому моменту (M_мех = М_т) турбины противодействует электромагнитный момент (M_эм = М) генератора.
В установившемся режиме эти моменты взаимно уравновешиваются
М_т = М. Существует баланс моментов на валу.

Пример такого баланса можно увидеть и в другой механической системе, например, в работе автомобиля. Если машина движется по ровному пологому участку с установившейся скоростью, то у нее вращающий момент двигателя уравновешен с тормозным моментом колес. Если далее на дороге возникает подъем, то тормозной момент колес начнет увеличиваться и превысит вращающий момент двигателя, в результате скорость транспортного средства будет снижаться. Для того, чтобы скорость автомобиля не снижалась, водителю необходимо нажать на педаль «газа» и увеличить вращающий момент двигателя, таким образом, уравновешивая его с тормозным моментом колес. В этом случае машина снова будет продолжать движение с установившейся скоростью. В этой аналогии можно увидеть следующее: что рельеф дороги (аналогия электрической нагрузки энергосистемы) влияет на тормозной момент колес, вследствие чего может меняться скоростной режим (режим энергосистемы) автомобиля.

Отсюда возникает вопрос, возможно ли проехать на автомобиле через некий город, не меняя скоростной режим? Скорее всего, это невозможно. Так и в энергосистеме режимы потребления электроэнергии постоянно меняются и это влияет на электромагнитный момент генератора M_эм = М.

Рис. 2.2. Механическое представление вращения электромагнитного поля генератора и поля присоединяемой энергосистемы: диск 1 – поле генератора; диск 2 – поле системы

Механическое представление вращения электромагнитного поля генератора и поля присоединяемой энер­госистемы можно проиллюстрировать рис. 2.2. Когда вращения нет, пружины, со­еди­ня­ющие два диска, не напряжены и ровно расположены относительно друг друга. Но стоит повернуть руч­ку диска 1, как можно заметить, что пру­жины начнут тянуть диск 2, который по инерции на некоторый про­межуток времени будет отставать от диска 1. Пружины начнут испытывать дополнительное ме­ханическое напряжение, растягиваться и не будут уже ровно располагаться относительно друг друга. Далее при установившейся скорости вращения ручки диска 1 пружины притянут диск 2 к общей скорости вращения, что говорит о механическом балансе моментов диска 1 и диска 2.

Теперь перейдем обратно к рис. 2.1 и сделаем сечение на генераторе, так как именно в нем идет преобразование механической энергии в электрическую. Получим рис. 2.3, на котором изображены: ротор, который непосредственно соединен с валом турбины, вал и ротор имеют вращающий момент М_т; ротор и статор – электромагнитный момент М (тормозящий момент).

 

 

Рис. 2.3. Электромеханика генератора, присоединённого к объединенной энергосистеме: f – частота вращения; ω_с – электрическая скорость (вращения поля) энергосистемы; ω_f – электрическая скорость (вращения поля) генератора

 

В установившемся режиме М_т = М, следовательно, электрическая скорость (вращения поля) генератора ω_f будет постоянной и будет равна электрической скорости (вращения поля) энергосистемы ω_с. Электрическая скорость (вращения поля) генератора ω_f непосредственно влияет на скорость вращения ротора Ω и, как следствие, – на частоту вращения f.

Теперь рассмотрим связь электромагнитного момента М и электромагнитной мощности генератора Р, отдаваемой в энергосистему (рис. 2.4).

 

 

Рис. 2.4. Связь электромагнитного момента М и электромагнитной мощности генератора Р

Из рис 2.4 и представленных формул в нем можно сделать вывод, что электромагнитный момент М и электромагнитная мощность P генератора прямо пропорциональны, а в относительных единицах (о.е.) можно сказать, что они равны.

Учитывая рассмотренные особенности работы генератора, рассмотрим условия, при которых может возникнуть ПП в энергосистеме (рис. 2.5).

 

 

Рис. 2.5. Условия возникновения ПП в энергосистеме: ПП – переходной процесс; var – изменение; const – постоянство; I – ток; U – напряжение; φ – угол между током и напряжением; Р – активная мощность; Q – реактивная мощность

 

Переходной процесс (ПП) возникает вследствие изменения параметров режима энергосистемы (I, U, φ, P, Q), что в свою очередь влияет на изменение электромагнитного момента генератора М. Если количество пара, подаваемого в турбину, не меняется, то момент турбины М_т остается неизменным (постоянным). Это приводит к неравенству моментов М_т ≠ М или DM (небаланс моментов), из-за чего будет меняться электрическая скорость поля генератора ω_f.

Может получиться ситуация, когда в синхронной зоне один из генераторов системы будет работать с другой, отличной от номинала частотой f₁, не равной 50 Гц. В этом случае говорят, что генератор вышел из синхронизма. А в первой главе приведены примеры больших системных аварий, где выход из синхронизма и был главным фактором развала объединенной энергосистемы.

Основным условием надежного функционирования энергосистемы является ее устойчивость, под которой понимают способность энергосистемы восстанавливать свое исходное состояние – нормальный рабочий режим, практически близкий к нему, после какого-либо (большого или малого) возмущения.

Таким образом, об устойчивости ЭЭС можно судить по скоростям вращения входящих в нее синхронных генераторов (СГ). При ω _f = const = ω _с генератор работает устойчиво. Если все параллельно включенные генераторы СГ в системе работают устойчиво, то и ЭЭС в целом устойчива.

Следовательно, для осуществления заданного режима необходимо воздействовать на баланс реактивных мощностей (осуществлять регулирование возбуждения) и активных мощностей (осуществлять регулирование турбин станции).