- ОПТИМИЗАЦИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ АКТИВНЫХ И РЕАКТИВНЫХ МОЩНОСТЕЙ В СИСТЕМЕ
Под оптимизацией режима работы энергосистемы понимается поддержание ее наиболее экономичного режима, при котором удельные приведенные затраты на отпущенный потребителям киловатт-час электроэнергии, являются наименьшими.
Величина удельных приведенных затрат на полезно отпущенный киловатт-час энергии (израсходованный и оплаченный потребителем) определяется тремя главными факторами:
- удельным расходом условного топлива на. один выработанный киловатт-час,
- удельным расходом электроэнергии на собственные нужды электростанций на выработанный киловатт-час;
- удельным расходом потерянной в электрических сетях энергии на один полезно отпущенный киловатт-час энергии.
Первые два фактора зависят от состава электростанций в системе, их характеристик, степени использования, и их можно оценивать по динамике снижения или сопоставлением с нормативными данными. Третий фактор при стабилизации первых двух становится определяющим с точки зрения оптимизации режима работы системы, и решение задачи оптимизации режима во многих случаях сводится к решению задачи оптимального распределения активных и реактивных мощностей в системе с целью достижения минимума потерь мощности при передаче энергии потребителям.
Для обеспечения минимума потерь мощности потребителю целесообразно передавать энергию по кратчайшему пути от ближайшего источника, но в развитых системах необходимо учитывать ряд дополнительных условий, таких, как различная пропускная способность сетей, их конфигурация, наличие трансформаций и т. п.
Оптимальное распределение активных мощностей в системе для планируемых режимов осуществляется путем расчета оптимальных графиков нагрузки электростанций, реализуемой специальными автоматическими устройствами, а распределение активной нагрузки между генераторами осуществляется общей системой автоматического управления.
Оптимизация распределения реактивных мощностей в системе, подобно распределению активных мощностей, осуществляется и с помощью задания оптимальных графиков электростанциям и путем установки источников реактивной мощности вблизи потребителей.
Рассмотрим процесс передачи электроэнергии от источника Я к потребителю П по простейшей сети, имеющей параметры R и X (рис. 16). Потери активной и реактивной мощностей в такой сети при передаче энергии потребителю, имеющему источник реактивной мощности (КУ), определяются зависимостями:
(34)
(35)
Очевидно, что установив источник реактивной мощности, можно значительно снизить потери в сети, однако это требует дополнительных затрат, которые должны быть экономически оправданы, т. е. затраты на установку и эксплуатацию компенсирующих устройств должны перекрываться экономией затрат за счет снижения потерь электроэнергии в сети.
В больших электрических системах задача экономически целесообразного размещения источников реактивной мощности решается с использованием принципа декомпозиции. Система в этом случае рассматривается в двух уровнях: первый уровень — это питающие сети 110 и более кВ, второй уровень— это распределительные сети 6 . . . 35 кВ (рис. 17), которые представляются в виде множества подсистем, непосредственно не связанных между собой, но влияющих друг на друга. Решение производится в два этапа.
На первом этапе решается задача баланса реактивной мощности питающей сети системы, где распределительные сети (подсистемы) представляются эквивалентными сопротивлениями и нагрузками, подключенными к узлам питающей сети. Определяется суммарная реактивная мощность компенсирующих устройств питающей сети, отвечающая условию баланса реактивных мощностей в системе (32):
(36)
где Qks = QK + Qny — суммарная реактивная мощность компенсирующих устройств, Мвар.
Таким образом находится минимально необходимая мощность компенсирующих устройств для обеспечения нормального режима работы сети.
Затем располагаемая реактивная мощность, питающей сети распределяется между подсистемами с тем, чтобы потери активной мощности при этом были минимальными:
(37)
где Qai . . Qai — экономически целесообразные реактивные мощности, передаваемые подсистемам в часы максимальной нагрузки, Мвар.
На втором этапе расчета решается задача определения суммарной реактивной мощности компенсирующих устройств для каждой распределительной сети (подсистемы) с учетом полученных на первом этапе расчета результатов:
(38)
где Qi-..Qi — реактивные мощности распределительных сетей (подсистем) (t=l...i)-
Далее производится оптимальное распределение мощности компенсирующих устройств подсистем на напряжениях до 1000 В и свыше с учетом реактивной мощности, получаемой от синхронных двигателей:
где QHKi — мощность компенсирующих устройств, размещаемых в сети до 1000 В, /-й подсистемы, Мвар ; QBni — мощность компенсирующих устройств, размещаемых в сети 6... ...35 кВ, /-й подсистемы, Мвар; Qcni — реактивная мощность синхронных двигателей, установленных в i-я подсистеме, Мвар.
При выборе компенсирующих устройств нужно учитывать режимы работы системы в целом, поскольку ее рассмотрение по отдельным частям может привести к ложной оценке достаточности реактивной мощности в системе. Кроме того, при решении задачи оптимального распределения реактивной мощности следует руководствоваться общими положениями:
- передача реактивной мощности из сетей других напряжений неэкономична;
- передача реактивной мощности на большие расстояния экономически не оправдывается;
- установка источников реактивной мощности желательна как можно ближе к месту ее потребления;
- примерно 15...20% реактивной мощности системы генерируется в электроустановках потребителей, а остальная вырабатывается источниками системы.
В питающих сетях систем в качестве компенсирующих устройств широкое применение получили батареи конденсаторов, статические тиристорные компенсаторы и синхронные компенсаторы, устанавливаемые на районных подстанциях 220... 500 кВ, на приемных и удаленных от источников подстанциях. В распределительных сетях практически используют все виды компенсирующих устройств: БК, СК, СТК, СД, а в сетях до 1000 В в качестве основных компенсирующих средств чаще всего применяют батареи конденсаторов.
