Расчет рабочего режима с учетом компенсации реактивной мощности

Для компенсации реактивной мощности на стороне низкого напряжения используется синхронный компенсатор мощностью S_ск = Q_ск=2,5 МВар. Схема замещения сети с обозначением распределения мощностей по участкам приведена на рисунке 3.1. Расчет рабочего режима будет производиться итерационным методом.

Рисунок 3.1. Схема замещения сети с обозначением распределения мощностей

Нулевая итерация

На нулевой приближенно определяется мощность центра питания сети - S_A, в нашем случае это подстанция 1. Расчет ведется, двигаясь от конца сети к началу. Падением напряжения в сети на нулевой итерации пренебрегают и считают, что оно везде одинаково и равно напряжению центра питания - .

Определяется мощность в точке 2 со стороны СН:

(3.1)

где - нагрузка трансформатора на стороне среднего напряжения, МВА; U_A – напряжение на шинах узловой подстанции, кВ; R₃ – активное сопротивление обмотки среднего напряжения, Ом.

Согласно (3.1):

Определяется нагрузка на стороне НН с учетом компенсации реактивной мощности:

(3.2)

где - нагрузка трансформатора на стороне низкого напряжения, МВА; - мощность синхронного компенсатора, МВА;

Согласно (3.2):

МВА

Определяется мощность в точке 2 со стороны НН:

(3.3)

где - нагрузка трансформатора на стороне низкого напряжения, МВА; R₄ – активное сопротивление обмотки низкого напряжения, Ом; Х₄ – индуктивное сопротивление обмотки низкого напряжения, Ом.

Согласно (3.3):

Определяется суммирующее значение мощности в точке2:

(3.4)

где , - мощности в точке 2 со стороны СН и НН, соответственно, МВА.

Согласно (3.4):

Определяются коэффициенты распределения активной мощности обмотки ВН между обмотками СН и НН обозначим через и соответственно. Реактивной – и . Они будут необходимы для расчета следующей итерации.

Определяется мощность в точке 1 со стороны ВН:

(3.5)

где - суммирующее значение мощности в точке 2, МВА; R₂ – активное сопротивление обмотки высокого напряжения, Ом; Х₂ – индуктивное сопротивление обмотки высокого напряжения, Ом.

Согласно (3.5):

Определяется мощность в конце ЛЭП:

(3.6)

где - мощность в точке 1 со стороны обмотки ВН, МВА; - активная проводимость трансформатора, См; b₂ – реактивная проводимость трансформатора, См.

Согласно (3.6):

Определяется мощность в начале ЛЭП:

(3.7)

где - мощность в конце ЛЭП, МВА; R₁ – активное сопротивление ЛЭП, Ом; Х₂ – индуктивное сопротивление ЛЭП, Ом.

Согласно (3.7):

Определяется необходимая мощность центра питания:

(3.8)

где - мощность вначале ЛЭП, МВА; b₂ – реактивная проводимость ЛЭП, См.

Согласно (3.8):

Таким образом, в завершении нулевой итерации получили ориентировочное значение мощности центра питания.

Первая итерация

В первой итерации расчет ведется от начала линии к концу. Исходными

данными к ней являются напряжение центра питания, которое у нас задано, и мощность центра питания, которую мы получили в результате нулевой итерации. Расчет первой итерации учитывает падение напряжения в линии. Если в завершении данной итерации значения выходящих мощностей обмотки СН и обмотки НН будут отличаться от заданных не более, чем на 5%, то на этом расчет завершится.

Определяется мощность в начале ЛЭП:

(3.9)

где - мощность центра питания, МВА.

Согласно (3.9):

Определяется мощность в конце ЛЭП:

Определяется напряжение в точке 1:

(3.10)

где , - активная и реактивная мощности в точке 1, соответственно.

Согласно (3.10):

Определяется мощность перед обмоткой ВН:

Определяется мощность после обмотки ВН:

Определяется приведённое напряжение в точке 2:

(3.11)

где , - активная и реактивная мощности в точке 2, соответственно.

Согласно (3.11):

Определяется мощность перед обмоткой СН:

(3.12)

где , - коэффициент распределения активной и реактивной мощностей между обмотками ВН и СН.

Согласно (3.12):

Определяется нагрузка на стороне СН:

Определяется приведённое напряжение на стороне СН:

(3.13)

где , - активная и реактивная мощности на стороне СН, соответственно.

Согласно (3.13):

Определяется мощность перед обмоткой НН:

(3.14)

где , - коэффициент распределения активной и реактивной мощностей между обмотками ВН и НН.

Согласно (3.14):

Определяется нагрузка на стороне НН:

Определяется приведённое напряжение на стороне НН:

(3.15)

где , - активная и реактивная мощности на стороне НН, соответственно.

Согласно (3.15):

В результате первой итерации получили значения выходящих мощностей с обмоток СН и НН. Сравним полученные результаты с заданными. Так как мы имеем дело с комплексными величинами, то погрешность не должна превышать 5%.

Определяется погрешность расчёта активной мощности на стороне СН:

(3.16)

где - заданная активная мощность на стороне СН, кВт; - полученное значение активной мощности на стороне СН, кВт.

Согласно (3.16):

Определяется погрешность расчёта реактивной мощности на стороне СН:

(3.17)

где - заданная реактивная мощность на стороне СН, квар; - полученное значение реактивной мощности на стороне СН, квар.

Согласно (3.17):

Определяется погрешность расчёта активной мощности на стороне НН:

(3.18)

где - заданная активная мощность на стороне НН, кВт; - полученное значение активной мощности на стороне НН, кВт.

Согласно (3.18):

Определяется погрешность расчёта реактивной мощности на стороне НН:

(3.19)

где - заданная реактивная мощность на стороне НН, квар; - полученное значение реактивной мощности на стороне НН, квар.

Согласно (3.19):

Как видно погрешность не превышает 5%, поэтому расчет завершается.

Проверим, сможет ли подстанция обеспечить номинальное выходное напряжение. В результате первой итерации мы получили следующие значения напряжений:

кВ – напряжение на обмотке ВН трансформатора;

кВ – приведенное значение напряжения на обмотке СН трансформатора;

кВ – приведенное значение напряжения на обмотке НН трансформатора.

Для обеспечения требуемых выходных напряжений (27,5 кВ на СН и 11 кВ на НН) приведенные значения напряжений и должны равняться 230 кВ. В трансформаторах данного типа предусмотрено регулирование напряжения на стороне ВН от номинального. Определим на какой отпайке трансформатора будет достигнуто требуемое выходное напряжение.

Определяется напряжение одной отпайки:

(3.20)

где - требуемое приведенное значение напряжения, кВ; 1,5 – предел регулирования одной отпайки, %.

Согласно (3.20):

Определяется разница напряжения между требуемым и полученным напряжением на стороне НН:

Определяется необходимое число отпаек:

Определяется уточнённый коэффициент трансформации на стороне НН:

Определяется напряжение на стороне НН с учётом регулирования напряжения на стороне ВН:

Определяется уточнённый коэффициент трансформации на стороне СН:

Определяется напряжение на стороне СН с учётом регулирования напряжения на стороне ВН:

Для обеспечения режима максимально близкого к номинальному рекомендуется работа трансформатора на третьей ступени регулирования ( ), т.е. уменьшаем коэффициент трансформации, путем уменьшения числа рабочих витков обмотки ВН. В результате регулирования напряжения на стороне высокого напряжения получили следующие значения:

Заключение

В данной работе был проведён расчёт параметров рабочего режима электрической сети итерационным методом (методом последовательных приближений). В первом приближении (нулевая итерация) априорным путём было получено первоначальное распределение мощностей по участкам сети. Во втором приближении (первая итерация) были уточнены мощности на каждом из участков и определены напряжения в узлах сети. В результате расчётные нагрузочные мощности на сторонах среднего и низшего напряжений совпали с заданными мощностями в пределах допустимой погрешности.

Напряжения, полученные в результате расчета на обмотках СН и НН были несколько ниже номинальных, поэтому был рекомендован режим работы трансформатора на четвертой ступени регулирования. В результате регулирования напряжения на стороне высокого напряжения получили следующие значения:

Для компенсации реактивной мощности на стороне низкого напряжения используется синхронный компенсатор мощностью S_ск = Q_ск=2,5 МВар. В результате расчета сети с учетом компенсации реактивной мощности были получены следующие значения приведенных напряжений.

кВ – приведенное значение напряжения на обмотке СН трансформатора;

кВ – приведенное значение напряжения на обмотке НН трансформатора.

Напряжения также как и в первом случае оказались ниже номинальных, поэтому был рекомендован режим работы трансформатора на третьей ступени регулирования.

В результате регулирования напряжения на стороне высокого напряжения получили следующие значения:

Список источников

1 Шпиганович, А.Н. Методические указания к оформлению учебно – технической документации. [Текст] / А.Н. Шпиганович, В.И. Бойчевский, Липецк: ЛГТУ, 1997. – 32 с.

2 Шпиганович, А.Н. Методические указания и контрольные задания к расчётно – графическому заданию “Расчёт режимов электрических сетей”. [Текст]/ А.Н. Шпиганович, В.И. Бойчевский, Липецк: ЛГТУ, 1997. – 14 с.

3 Веникова, В.А. Расчёты и анализ режимов работы сетей: Учеб. пособие для вузов. [Текст]/ В.А. Веникова. М.: Энергия, 1974. – 336 с.