Эволюция управления напряжением и потоками реактивной мощности в электрических сетях систем электроснабжения

Реактивная мощность трехфазной КУ, соединенной треугольником, определяется по формуле, квар,

              (1.7)

где – угловая частота синусоидального тока; С – суммарная емкость трех фаз установки, мкФ; U – линейное напряжение, кВ.

Конденсаторные установки могут быть регулируемыми и нерегулируемыми [12], [13].

В качестве новейших устройств компенсации реактивной мощности выделяют статические компенсирующие устройства, которые способны с большой скоростью менять вырабатываемую или потребляемую реактивную мощность.

2.2. Регулирование напряжения

Современные системы электроснабжения объектов характеризуются значительной протяженностью и многоступенчатой трансформацией напряжения. В каждой ветви системы электроснабжения (линии, трансформаторе) имеются потери напряжения. Они зависят от параметров схемы замещения и от ее нагрузки. В режимах наибольших нагрузок потери напряжения большие, в режимах малых нагрузок потери напряжения соответственно уменьшаются. Принципиально способы регулирования напряжения можно разделить на две основные группы:

- изменение потерь напряжения в элементах сети;

- регулирование напряжения на питающем и приемном конце сети – регулирование возбуждения генераторов и коэффициента трансформации трансформаторов с РПН.

Изменение значения потерь напряжения в сети практически возможно только путем изменения сопротивления сети или ее нагрузки.

Снижение сопротивления сети. Практически изменение сопротивления сети связывают с изменением режима напряжений только в двух случаях:

- при выборе сечений проводов и жил кабелей по допустимой потере напряжения;

- при применении последовательного включения конденсаторов с воздушной линией.

Последовательное включение конденсаторов К (продольная емкостная компенсация) показано на рис. 2.1, где приведены схемы замещения линии и векторная диаграмма токов и напряжений. Вектор падения напряжения на конденсаторе Uk = -jIXk (отрезок cc1) сдвинут по фазе на 180° от вектора падения напряжения на индуктивном сопротивлении линии Uл = -jIXл (отрезок bc). Соответственно этому потери напряжения в линии определяются отрезком ad1 (вместо ad в линии без конденсаторов).

Рис. 2.1. Последовательное включение конденсаторов в линию: а - принципиальная схема; б - схема замещения; в - векторная диаграмма

Таким образом, последовательно включенные конденсаторы компенсируют часть индуктивного сопротивления линии, тем самым уменьшается слагающая ΔUp в линии и создается как бы некоторая добавка напряжения в сети, зависимая от нагрузки.

Изменение нагрузок сети. Нагрузка сети определяется мощностью, одновременно потребляемой присоединенными к ней электроприемниками и теряемой в элементах сети. Активная мощность вырабатывается генераторами электростанций, что является наиболее экономичным. В связи с этим оказывается невозможным изменять активную нагрузку сети только ради изменения потерь напряжения в ней.

В противоположность этому реактивная мощность может вырабатываться не только генераторами электростанций, но и специальными источниками реактивной мощности. КУ приводят к изменению потоков реактивной мощности в электрической сети системы электроснабжения и соответственно и соответственно к изменению потерь напряжения на ее элементах и, как следствие, к изменению режима напряжения в узлах электрической сети.

Регулирование возбуждения генераторов электростанций позволяет изменять напряжение в сети в относительно небольших пределах. Генератор выдает номинальную мощность при отклонениях напряжения на его выводах не более ± 5 % от номинального. При больших отклонениях мощность генератора должна быть снижена. Практически этот способ регулирования может обеспечить необходимый режим напряжения для близлежащих потребителей, питающихся от шин генераторного напряжения электростанций.

Регулирование коэффициента трансформации трансформаторов, автотрансформаторов и линейных регуляторов. Изменение коэффициента трансформации трансформаторов, автотрансформаторов под нагрузкой производят при наличии встроенного устройства для регулирования напряжения. При этом коэффициент трансформации можно менять в широких пределах.

При помощи трансформаторов с РПН достаточно просто и экономично осуществляется встречное регулирование напряжения на шинах подстанции.

Трансформаторы с ПБВ должны отключаться от сети для изменения коэффициента трансформации. В связи с этим изменение коэффициента трансформации производят крайне редко, например при сезонном изменении нагрузки. Для них очень важно правильно выбрать коэффициент трансформации таким образом, чтобы режим напряжений при изменениях нагрузок был по возможности наилучшим [12], [13].

3. интеллектуальное Регулирование напряжения и управление потоками реактивной мощности

В настоящее время в связи с развитием концепции Smart Grid задача управления напряжением и реактивной мощностью приобретает новое значение.

Интеллектуальное управление напряжением и реактивной мощностью предполагает использование информации об электрических параметрах в любой точке распределительной сети. Вся необходимая информация о параметрах режима по каналам связи передается каждому отдельному устройству в режиме реального времени, и каждое устройство просчитывает оптимальное управляющее воздействие. При этом управление напряжением и реактивной мощностью осуществляется совместно.

Рис. 3.1. Интеллектуальное управление напряжением и реактивной мощностью

Интеллектуальное управление напряжением и реактивной мощности определяет наилучший набор управляющих действий для всех устройств, регулирующих напряжение и потоки реактивной мощности, для достижения следующих целей:

- минимизировать потери активной мощности;

- улучшить качество электрической энергии;

- комбинация вышеперечисленного.

Также возможно настроить управляющие воздействия так, чтобы минимизировать количество переключений РПН или конденсаторных установок, что увеличит их срок службы.

В качестве основных требований к современному регулированию напряжения и управлению потоками реактивной мощности можно выделить следующие [10]:

- Поддерживать желаемый уровень напряжения во всех точках распределительной сети при любых нагрузочных условиях – это основное требование к системам регулирования.

- Поддерживать коэффициент мощности близким к единице при любых нагрузочных условиях. Необязательно поддерживать коэффициент мощности равный единице, т.к. не во всех случаях это экономически выгодно. Необходимо поддерживать его таким, чтобы электрические потери, по возможности, были наименьшими.

- Проводить самоконтроль. Система управления напряжением и реактивной мощностью должна предупреждать диспетчера о случаях, когда устройство не срабатывает по какой-либо причине. Неисправная работа устройства может послужить причиной ненормального напряжения и увеличению потерь в сети. Поэтому необходимо, чтобы компоненты системы управления непрерывно проверялись, и в случае повреждения могли быть немедленно исправлены.

- Разрешать диспетчеру ручное управление в случае необходимости, например при системных авариях.

- Работать правильно при изменении конфигурации сети. При изменении конфигурации интеллектуальные системы должны приспосабливаться к новым условиям и выполнять свои намеченные функции, не создавая каких-либо недопустимых режимов.

- Уметь использовать устройства Smart Grid (статические компенсаторы, распределенная генерация и т.д.). Распределенные источники энергии, а именно устройства распределенной генерации и устройства аккумулирования энергии, будут играть значительную роль в управлении напряжением и потоками реактивной мощности. Поэтому интеллектуальная система управления должна иметь возможность учитывать эти устройства при регулировании параметров.

- Обеспечить оптимальное совместное управление всех устройств регулирования. Традиционные системы регулирования включают в себя несколько независимых устройств управления без непрерывного их согласования (т.е. управление напряжением и реактивной мощностью осуществляется раздельно). При традиционной системе вполне возможно, что одно регулирующее устройство может начать управляющие действие, противодействующие действию другого устройства. Чтобы совместная работа устройств была оптимальной, необходимо согласовать работу всех устройств регулирования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящее время во многих странах все больше внимания уделяется вопросам внедрения в электроэнергетике интеллектуальных технологий. В качестве одной из таких технологий можно выделить интеллектуальное управление напряжением и потоками реактивной мощности. Такое управление позволит существенно повысить эффективность и надежность электроснабжения потребителей, в основном, за счет комплексного управления всеми устройствами регулирования.

Россия находится только в начале пути развития концепции Smart Grid и пока здесь даже не существует однозначной терминологии в этой сфере. Однако все больше экспертов признают, что интеллектуальные сети – это будущее энергетики, пусть хоть и отдаленное, но неизбежное.

Список литературы

1.        Егоров В., Кужеков С. Интеллектуальные технологии в распределительном электросетевом комплексе. Журнал "ЭнергоРынок" №6, 2010.

2.        Janssen M. C. The Smart Grid Drivers. – PAC, June 2010, p. 77.

3.        Amin S. M., Wollenberg B. F. Toward a Smart Grid. – IEEE P&E Magazine, September/October, 2005.

4.        Гуревич В. И. Интеллектуальные сети: новые перспективы или новые проблемы? - «Электротехнический рынок», 2010, № 6 (часть 1); 2011, № 1 (часть 2).

5.        Smart Grids – European Technology Platform for Electricity Networks of the Future, 2005.

6.        Smart Power Grids – Talking about a Revolution // IEEE Emerging Technology Portal, 2009.

7.        Grids 2030. A National Vision for Electricity’s Second 100 years. — Office of Electric Transmission and Distribution of USA Department of Energy, 2003.

8.        The National Energy Technology Laboratory: A vision for the Modern Grid, March 2007.

9.        Корпоративный журнал «Таврида Электрик» №1 (16), 2010.

10.   Uluski R. W. VVC in the Smart Grid Era – IEEE Power and Energy Society General Meeting, 2010.

11.   Константинов Б. А., Зайцев Г. З. Компенсация реактивной мощности. Л., «Энергия», 1976. 104 с. С ил. (Б-ка электромонтера. Вып. 445).

12.   Гужов Н. П.,. Ольховский В. Я, Павлюченко Д. А. Системы электроснабжения: учебник / – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2008. – 258 с.

13.   Лыкин А. В. Электрические системы и сети: учебник / – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. – 246 с. ил.

14.   Круг К.А.. Основы электротехники. -М.: ОНТИ., 1936.-887с.