6.4. Мероприятия по повышению устойчивости на стадии проектирования систем электроснабжения

Увеличение реактивной нагрузки генераторов удаленных стан­ций. Повышение реактивной мощности генератора приводит к уменьшению начального угла сдвига φ в связи с увеличением э. д. с. (рис. 6.7, а). Поэтому при выборе коэффициента мощности генератора следует иметь в виду, что с уменьшением cosφ_ном при данной его активной мощности Р_ном номинальная полная мощность увеличивается:

Рис. 6.7. Векторные диаграммы при изменении реактивной мощности в СЭС (а) и зависи­мость предела передаваемой мощности от cosφ (б)

Для получения возросшей мощности необходимо располагать более мощным генератором. При этом его индуктивное сопротив­ление будет меньше, а постоянная инерции T_j больше. С этой точки зрения более предпочтительны низкие значения cosφ_ном, посколь­ку увеличение реактивной мощности (уменьшение cosφ) приводит к повышению э. д. с. генератора.

На рис. 6.7, а показаны условия передачи одной и той же ак­тивной мощности в СЭС при различных значениях cosφ. С измене­нием cosφ конец вектора тока перемещается по вертикали, а активная составляющая не меняется. Соответственно концы векторов, падения напряжения и э. д. с. Ё перемещаются по го­ризонтали, поскольку значение при изменении реактивной мощности остается неизменным. Из векторной диаграммы следует, что в области отстающих значений cosφ его увеличение приводит к уменьшению э. д. с., а следовательно, к снижению амплитуды угловой характеристики мощности . Амплитуда мощности продолжает убывать и при опережающем значении cosφ (рис. 6.7, б).

Практически стремятся ограничить возможные режимы работы генераторов минимумом характеристики при котором достигается предел устойчивости.

Таким образом, с точки зрения повышения устойчивости работы генераторов их режим при пониженных значениях cosφ более пред­почтителен.

Обеспечение резервов активной и реактивной мощностей. Усло­вия надежной работы СЭС требуют определенного резерва мощ­ности как на электростанциях, так и в различных элементах СЭС.

На характер переходного процесса в первую очередь оказы­вает влияние резерв электростанций, состоящий из аварийного, нагрузочного и ремонтного резервов. С точки зрения влияния на переходные процессы наибольший интерес представляет вращаю­щийся аварийный резерв. Его минимально необходимое значение определяется вероятностью наиболее тяжелых аварий и зависит от способа регулирования возбуждения и автоматической разгрузки СЭС.

Наличие резерва активной мощности в генераторах улучшает как статическую, так и динамическую устойчивость СЭС, обеспе­чивая их работу с малыми углами δ. Наличие резерва реактивной мощности за счет недогрузки генераторов в исходном режиме при­водит к ухудшению устойчивости системы, так как при этом они ра­ботают с пониженными значениями токов возбуждения и, следова­тельно, с большими начальными углами δ.

Распределение резерва и обменных потоков активной мощности имеет большое значение в современных энергетических си­стемах при автоматическом регулировании частоты.

Управляющие системы, используемые для этой цели, развива­ются по «вертикали» с совершенствованием регулирования отдель­ных процессов и одновременно по «горизонтали» с улучшением свя­зей между различными устройствами и регуляторами. Это приводит к созданию объединенных комплексных управляющих устрой­ств с применением ЭВМ, использованием переменной структуры, функциональных зависимостей и т. д. Совмещение регуляторов дает конструктивные выгоды благодаря применению общих измеритель­ных преобразователей, цепей питания и защиты, позволяет повы­сить эффективность и качество процессов управления за счет ис­пользования перекрестных связей между контурами регулирования при взаимной согласованности управляющих воздействий.

Изменение параметров СЭС. Для повышения устойчивости СЭС могут применяться мероприятия, направленные на уменьшение ре­активного сопротивления генераторов, трансформаторов и ЛЭП.

При отсутствии АРВ генераторов или применении регулирования с зоной нечувствительности на статическую устойчивость СЭС вли­яет синхронное сопротивление , на динамическую - переходное сопротивление . Протекание процессов ресинхронизации и само­синхронизации, а также условия работы генераторов в асинхрон­ном режиме определяются конструкцией их демпферных обмоток и эквивалентных им цепей, что находит отражение в параметрах и .

Рассматривая влияние изменения параметров генераторов на статическую и динамическую устойчивость СЭС, необходимо раз­личать генераторы без АРВ или с пропорциональным регулирова­нием возбуждения и генераторы с сильным АРВ. Влияние измене­ния сопротивления генераторов без АРВ видно из соотношения

а генераторов с пропорциональным регулированием возбужде­ния - из соотношения

Эффективность улучшения параметров генераторов с сильным АРВ намного ниже.

Рис. 6.8. Влияние переходного сопротивления генератора (а), индуктивного сопротивления ЛЭП (б) и числа проводов в фазах ВЛ (в) на запас статической устойчивости СЭС

Характер изменения коэффициента запаса статической устой­чивости СЭС при изменении сопротивлений генератора и ЛЭП отра­жен на рис. 6.8, а и б.

Конструктивные изменения ЛЭП. Из конструктивных решений, предпринимаемых для повышения устойчивости СЭС, в настоящее время применяется только один путь - расщепление каждой фа­зы на несколько проводов, что приводит к уменьшению сопротив­ления ВЛ. Этот путь особенно эффективен при дальних электропе­редачах, где даже при весьма высоких напряжениях пропускная способность электропередач была бы недостаточной. Зависимость коэффициента запаса статической устойчивости СЭС от числа прово­дов в фазах ВЛ показана на рис. 6.8, в.

Увеличение электромеханической постоянной инерции агрега­та. Влияние постоянной инерции T_j на запас динамической устой­чивости СЭС и, в частности, на предельное время отключения КЗ удобно показать на простейшем примере трехфазного КЗ у шин станции. В этом случае изменение угла δ определяется выражением

Очевидно, для повышения предельного времени отключения КЗ в n раз постоянную инерции агрегата при том же критическом угле δ (т. е. при том же запасе устойчивости) следует увеличить в n² раз. Следовательно, при удвоении постоянной инерции агрега­та предельное время отключения КЗ возрастает примерно на 45 % .

Обычно при изменении постоянной инерции изменяются и другие параметры и характеристики генераторов, в том числе их стои­мость. Зависимость стоимости генератора от постоянной инерции изображена на рис. 6.9.

Заземление нейтралей трансформаторов. Если нейтрали транс­форматоров заземлить через небольшие сопротивления, не повышающие существенно напряже­ние нейтрали, то условия рабо­ты изоляции не изменятся, но устойчивость СЭС при несиммет­ричных КЗ заметно увеличится. В качестве примера рассмот­рим однофазное КЗ в СЭС, где обмотки трансформаторов соеди­нены в звезду, а их нейтрали заземлены через активные со­противления (рис. 6.10, а).

Рис.6.9. Зависимость стоимости ге­нератора от постоянной инерции

Схема замещения нулевой последовательности изображена на рис. 6.10, б, а комплексная схема замещения СЭС при однофазном КЗ имеет вид, показанный на рис. 6.10, в.

Увеличение сопротивления аварийного шунта , состоящего из суммарного сопротивления обратной последовательности

Рис. 6.10. Схема СЗС с заземленными нейтралями трансформаторов (а), схема замещения нулевой последовательности (б) и комплексная схема замещения (в)

и суммарного сопротивления нулевой последовательности (см. рис. 6.10, б), приводит к увеличению амплитуды угловой ха­рактеристики мощности в аварийном режиме, а значит, к повы­шению динамической устойчивости СЭС.