Многие принципиальные вопросы электромеханических переходных процессов рассматриваются с использованием простых схем электроэнергетических систем. Эти схемы называются моделями энергосистем, причем слово «модель» часто опускается, по обязательно подразумевается, поскольку любая схема энергосистемы по существу является моделью этой энергосистемы.
Наиболее распространены одномашинная, двухмашинная и трехмашинная модели энергосистем. Простейшей из них является одномашинная модель энергосистемы, которая имеет еще название модель «машина-шины».
Простейшая (одномашинная) модель энергосистемы представляется одной удаленной электростанцией (эквивалентным генератором), работающей через трансформаторные связи и линию электропередачи параллельно с генераторами мощной концентрированной энергосистемы, настолько мощной, что ее приемные шины обозначают как шины бесконечной мощности (ШБМ).
Отличительными признаками ШБМ являются неизменное по модулю напряжение (U = const) и неизменная частота (о0 = const этого напряжения. При использовании ШБМ соответствующие им энергосистемы в электрических схемах, как правило, не изображаются. В схемах замещения шины бесконечной мощности используются как элемент, изображающий мощную систему.
Рассмотрим процессы в одномашинной энергосистеме (рис. 1.2, а), в которой от удаленного нерегулируемого генератора Г через трансформаторы Т| и Т2 и одноцепную линию электропередачи Л передастся активная мощность Р при токе /в энергосистему С. Мощность поступает на приемные шины энергосистемы, принимаемые за шины бесконечной мощности. Определим основные соотношения между параметрами режима одномашинной энергосистемы, необходимые для анализа процессов.
Примем, в порядке упрощения, что активные сопротивления и полные проводимости всех элементов системы равны нулю (r = 0;g = 0; b = 0), и составим схему замещения. При этих допущениях схема замещения имеет вид цепочки из индуктивных сопротивлений (рис. 1.2, б), включенной между двумя источниками электродвижущих сил (ЭДС).
Источником Е моделируется синхронная ЭДС генератора, источником U — напряжение на ШБМ.
Эквивалентное индуктивное сопротивление х в эквивалентной схеме замещения (см. рис. 1.2, в) определено как сумма индуктивных сопротивлений:
Взаимосвязь между мощностью Р, модулями Е, U векторов Eq , U и углом 5 между ними определим с помощью векторной диаграммы напряжений, ЭДС и токов (рис. 1.3), действующих в эквивалентной схеме замещения.
Автоматизированная система диспетчерского управления режимом энергосистемы
... управление составом агрегатов. Эти два способа находятся в руках у диспетчера, управляющего энергосистемой. Первый способ сегодня хорошо отработан и теоретически, и в прикладном плане. А вот строгого решения задача ... напряжения в энергетической системе применяются трансформаторы. Со сборных шин подстанции электроэнергия распределяется по различным электроприемникам: электродвигателям, источникам ...
На диаграмме выделены активная и реактивная /р составляющие тока / и, соответственно, показаны продольная Ljx и поперечная I^jx составляющие падения напряжения / jx на эквивалентном сопротивлении х. ЭДС E q ф и напряжение (Уф представлены фазными величинами.
Из диаграммы следует, что модуль поперечной составляющей / jx определится соотношением
Умножив обе части этого равенства на 3?/ф/х, получим где Е, U — модули соответствующих линейных величин.
энергосистемы
Учитывая, что трехфазная мощность определяется как Р = 3?/ф/а , представим последнее равенство в виде зависимости.
При Eq — const, U = const зависимость (1.22) представляет собой синусоидальную функцию активной мощности генератора от угла. Графическое изображение этой функции называется угловой характеристикой активной мощности генератора. Это название сохраняется для графических изображений зависимостей Р{Ъ) и в более сложных случаях, например при изменяющихся параметрах E(/ , U или при работе генератора в составе сложной энергосистемы.
Для рассмотрения понятия о статической устойчивости требуется графическое представление отрезка функции Р ( б) в пределах положительного полупериода синусоиды (рис. 1.4) (22, «https:// «).
Угловая характеристика является геометрическим местом точек, соответствующих всем возможным значениям мощности, передаваемой от генератора. В установившемся режиме от генератора передается только одна конкретная величина мощности, которой соответствует конкретное значение угла. Эта мощность Р0 равна мощности турбины Р т , вследствие чего турбина, вал и ротор генератора сохраняют равномерное вращательное движение.
Таким образом, в установившемся режиме на вал энергоагрегата действуют два одинаковых по абсолютной величине, но противоположных по направлению вращающих момента: ускоряющий механический момент турбины и тормозящий электромагнитный момент генератора. Аналогами этих моментов, используемыми в электроэнергетике, являются механическая мощность турбины РТ и электрическая мощность генератора Р0 (см. рис. 1.4).
Отклонение любой из этих мощностей (моментов) от установившегося значения отражается в виде появления небаланса мощностей (моментов) АР = РТ — Р на валу, под действием которого ротор генератора будет ускорять либо замедлять свое вращательное движение. Соответственно, величина угла 5 будет увеличиваться или уменьшаться.
Как видно на рис. 1.4, есть две точки пересечения (а и Ь) характеристики турбины Рт и угловой характеристики Р{ 5) генератора. Возникает вопрос о возможности устойчивой работы в каждой из этих точек.
Паровые турбины как основной двигатель на тепловых электростанциях
... стала паровая турбина, которая может быть построена на огромные мощности при высоком числе оборотов. Паровая турбина быстро вытеснила паровую машину с электрических станций и крупных пароходов. История создания и совершенствования паровой турбины, как и всякого ...
Допустим, что установившийся режим генератора характеризуется точкой а. При случайном увеличении мощности генератора на величину АРа и соответствующем увеличении угла на величину Д8(( нарушится равенство моментов, действующих на вал, причем тормозящий электромагнитный момент генератора окажется больше ускоряющего момента турбины. Под действием избыточного тормозящего момента начнется замедление движения ротора, сопровождаемое уменьшением угла и отдаваемой в сеть активной мощности генератора. Процесс будет продолжаться до тех пор, пока нс восстановится равенство ускоряющего и тормозящего моментов, то есть пока система не возвратится к исходному режиму, характеризуемому точкой а.
Таким образом, при работе в точке а режим энергосистемы статически устойчив, так как система способна возвращаться в исходное состояние при действии малых возмущений.
При работе в точке b незначительное увеличение угла сопровождается уменьшением отдаваемой в сеть активной мощности. При случайном переходе в точку Ь’ мощность турбины окажется больше мощности генератора на величину APh . Соответственно, ускоряющий механический момент турбины окажется больше тормозящего электромагнитного момента генератора, вследствие чего ротор генератора будет ускоряться. Это приведет к увеличению угла 8 и, как следствие, к увеличению небаланса мощностей (моментов) АР. Дальнейшее развитие процесса имеет лавинообразный характер и завершается выпадением удаленного генератора из синхронизма с генераторами приемной энергосистемы.
Таким образом, состояние энергосистемы, соответствующее точке Ь, является неустойчивым, хотя в этой точке, как и в точке а, имеет место равенство тормозящего и ускоряющего моментов, действующих на вал ротора генератора.
При практических расчетах широко используются критерии (условия), при выполнении которых сохраняется статическая устойчивость энергосистемы. Один из таких критериев легко устанавливается при более глубоком анализе устойчивых и неустойчивых режимов. Продолжая рассуждения, ?замечаем, что устойчивым режимам рассматриваемой энергосистемы соответствуют все точки угловой характеристики, расположенные на ее восходящей ветви. Экстремальная точка разфаничиваег восходящую и нисходящую ветви характеристики и, следовательно, является граничной. Общепринято относить эту точку к области устойчивых режимов.
В любой точке восходящей ветви угловой характеристики случайно возникающий небаланс мощности АР и соответствующее ему приращение угла Д5 имеют одинаковые знаки, их отношение положительно и может рассматриваться как формальный признак устойчивости.
При переходе к бесконечно малым приращениям и учете экстремальной точки угловой характеристики, где dP/d8 = 0, этот признак записывается в виде.
и используется как практический критерий статической устойчивости одномашинной энергосистемы.
Автоматизация процедуры включения синхронного генератора на параллельную ...
... мощность в сеть; синхронный генератор имеет очень серьезный недостаток – это сложность включения его на параллельную работу с функционирующей энергосистемой. Причем чем более мощный генератор, ... замыкались в момент, когда угол δ = 0, автоматический ... генератора по продольной оси; xc - сопротивление энергосистемы в точке подключения. Самосинхронизация обеспечивает быстрое включение генераторов ...
Производная dP/d8 называется синхронизирующей мощностью [3].
Ее можно вычислить, но формуле.
Предельному по условиям статической устойчивости режиму энергосистемы соответствует равенство.
В этом режиме предельный угол 5 пр =90°, а предельная, то есть максимально возможная, передаваемая мощность Рм определяется как.
Очевидно, что в условиях эксплуатации генератор не следует загружать до предельной мощности Р м , так как любое незначительное отклонение параметров режима может привести к потере синхронизма и переходу генератора в асинхронный режим. На случай появления непредвиденных возмущений предусматривается запас по загрузке генератора, характеризуемый коэффициентом запаса статической устойчивости
Руководящими указаниями по устойчивости энергосистем [7] предписано, что в нормальных режимах должен обеспечиваться запас, соответствующий коэффициенту Кст > 20%. В наиболее тяжелых режимах, при которых увеличение перетоков мощности по линиям позволяет уменьшить офаничения потребителей или потери гидроресурсов, допускается снижение запаса по устойчивости до Ксг > 8%. В кратковременных послеаварийных режимах также должен обеспечиваться запас Кст > 8%. При этом иод кратковременными понимаются нослеаварийные режимы длительностью до 40 минут, в течение которых диспетчер должен восстановить нормальный запас по статической устойчивости.
