Классификация мероприятий, повышающих устойчивость электроэнергетических систем

Несмотря на все разнообразие мероприятий, направленных на повы­шение устойчивости электроэнергетических систем, их можно объединить в четыре основные группы [48].

· I Конструктивное улучшение параметров основных элементов элек­троэнергетической системы:

· снижение синхронного и переходного сопротивления синхронных машин и сопротивления рассеяния асинхронных машин;

· увеличение постоянной механической инерции электрических машин;

· использование демпферных обмоток в синхронных машинах;

· применение асинхронизированных и синхронных машин с продоль­но-поперечным возбуждением;

· повышение напряжения и снижение индуктивного сопротивления линий электропередачи;

· применение управляемых и сверхпроводящих линий электропе­редачи;

· уменьшение индуктивного сопротивления трансформаторов и зазем­ление их нейтралей через активное и реактивное сопротивления;

· использование быстродействующих выключателей. ^п

II Дополнительные средства повышения устойчивости:

· применение емкостной продольной компенсации индуктивного сопротивления электропередач батареями статических конденсаторов;

· использование вставок постоянного или переменного тока;

· установка на подстанциях синхронных и асинхронных компенсато­ров, управляемых источников реактивной мощности;

· использование шунтирующих и токоограничивающих управляемых реакторов;

· применение электрического или механического торможения гене­раторов.

III Повышение устойчивости средствами автоматики:

· применение автоматических регуляторов возбуждения синхронных ма­шин (пропорционального или сильного действия, комбинированных и т. п.);

· использование быстродействующих защит и противоаварийной ав­томатики;

· применение автоматического регулирования или аварийной разгруз­ки турбин;

· использование форсировки возбуждения синхронных машин;

· использование трехфазного или пофазного автоматического повторного включения оборудования;

· применение автоматического ввода резерва генерирующей мощно­сти и оборудования;

· использование устройств ресинхронизации синхронных машин.

IV Мероприятия эксплуатационного характера:

· выбор схемы соединения и режима системы с учетом требований устойчивости;

· обеспечение резервов активной и реактивной мощностей;

· управление переходными процессами с применением вычислитель­ной техники;

· непрерывный диагностический контроль состояния оборудования электроэнергетической системы;

· отключение части синхронных машин в аварийных режимах;

· регулирование перетоков мощности по линиям электропередачи;

· отключение части потребителей при возникновении аварийных де­фицитов активной и реактивной мощности в системе;

· разделение системы на несинхронно работающие части и ресинх­ронизация синхронных машин при возникновении асинхронного хода;

· использование самозапуска синхронных и асинхронных двигателей;

· регулирование коэффициента мощности синхронных машин;

· снижение напряжения у потребителей при возникновении дефици­та активной и реактивной мощности;

· отделение электростанций или части генераторов в аварийных режимах.

Мероприятия I группы осуществляются путем конструктивных изме­нений параметров основных, элементов, направленных на улучшение ус­тойчивости и качества переходных процессов. Такие мероприятия долж­ны быть предусмотрены на стадии проектирования новых элементов сис­темы. После того как новые элементы системы разработаны и созданы, данные мероприятия,

как правило, уже не могут быть осуществлены.

Группа II мероприятий получила название «дополнительные», посколь­ку они как бы дополняют основные элементы системы для обеспечения устойчивости. Кроме того, они могут быть установлены дополнительно в ходе эксплуатации энергосистем.

УМЕНЬШЕНИЕ ИНДУКТИВНЫХ СОПРОТИВЛЕНИЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Важнейшими элементами электроэнергетической системы с точки зре­ния устойчивости являются синхронные генераторы и двигатели. При от­сутствии АРВ или использовании регуляторов с зоной нечувствительнос­ти на статическую устойчивость системы существенное влияние оказыва­ет величина синхронного сопротивления x_d на динамическую - переход­ное сопротивление х'_d синхронных машин.

Это прежде всего относится к синхронным двигателям, имеющим именно такие виды регулирования возбуждения.

Генераторы современных электрических систем оснащены, как пра­вило, АРВ, не имеющими зоны нечувствительности, поэтому на статичес­кую и динамическую устойчивость оказывает влияние лишь переходное индуктивное сопротивление х'_d гак как реакция якоря не успевает заметно проявиться в начале переходного процесса.

Синхронное сопротивление электрических машин имеет преоблада­ющее значение в суммарном сопротивлении системы электроснабжения. На рис. 8.1 показано соотношение между индуктивными сопротивления­ми отдельных элементов типовой системы электроснабжения с синхрон­ными двигателями. Поэтому при отсутствии АРВ на синхронных двигате­лях значение их индуктивных сопротивлений оказывает существенное вли­яние на статическую устойчивость системы.

У турбогенераторов синхронное сопротивление в относительных едини­цах, если за базисные величины принять номинальные значения напряжения и мощности, обычно составляют 1.0-1,4, у гидрогенераторов оно увеличива­ется и достигает 1.8-2,0, а у синхронных двигателей - 1,5-3 и больше.

Для рассматриваемой системы электроснабжения (см. рис. 8.1) влия­ние уменьшения сопротивления электрических машин на статическую устойчивость очевидно из выражения предельной передаваемой мощности

На рис. 8.2 показан характер изменения Р_пр при изменении x_d и отсут­ствии автоматических регуляторов на машинах. Как видно, чем меньше сопротивление синхронных машин, тем лучше условия статической ус­тойчивости системы электроснабжения. Синхронное сопротивление элек­трической машины, определяемое двумя составляющими x_d=х_s + x_ad мож­но уменьшить в основном за счет реактивного сопротивления реакции якоря x_ad. Практически это можно сделать путем увеличения воздушного зазора в машине. Однако при увеличении воздушного зазора приходится увели­чивать ток и количество витков обмотки возбуждения. Это приводит к уве­личению размеров и удорожанию синхронной машины.

При наличии АРВ ПД предельная передаваемая мощность Р_пр по ус­ловиям статической устойчивости, как известно, будет определяться пере­ходной ЭДС E'_d и переходным сопротивлением х'_d Однако при этом харак­тер зависимости Р_пр = f(х'_d ) будет аналогичен рис. 8.2, но несколько более пологий, так как значение х'_d в общем сопротивлении системы значительно меньше, чем х_d

Переходное индуктивное сопротивление синхронных машин невели­ко, и для генераторов оно не превышает обычно 0,2-0,3, для двигателей 0,2-0,5. Поскольку переходное индуктивное сопротивление является фак­тически сопротивлением рассеяния, то его уменьшение связано с больши­ми трудностями. Так, например, если х_d в два раза увеличива­ет стоимость машины на 30 %, то такое же уменьшение переходного ин­дуктивного сопротивления приводит к удорожанию более чем на 50 %.

Влияние уменьшения переходного сопротивления на динамическую устойчивость сводится к повышению амплитуды мощности в переходном режиме. Однако, как уже отмечалось, значение х'_d в общем сопротивлении системы (рис. 8.1, б) значительно меньше, чем х_d. Поэтому, как видно из рис. 8.3, уменьшение переходного сопротивления на 30 % не оказывает существенного влияния на динамическую устойчивость. Причем эффек­тивность снижения ^зависит от скорости отключения КЗ - чем быстрее отключается КЗ, тем меньший эффект дает уменьшение х'_d (рис. 8.3).

Индуктивное сопротивление рассеяния асинхронного двигателя явля­ется одним из важнейших параметров, определяющих степень его устой­чивости. Напомним, что его значение оказывает влияние на величину мак­симальной мощности и критического скольжения асинхронного двигателя

Для повышения устойчивости асинхронных двигателей желательно иметь как можно большие значения Р_м и s_кр. Этого можно добиться, уменьшая х_s. Однако снижение сопротивления рассеяния асинхронного двигателя связано с техническими трудностями как и при снижении х'_d синхрон­ных машин, что приводит к удорожанию асинхронного двигателя.