Общий подход к компенсации реактивной мощности в электрической системе

Покрытие реактивных нагрузок потребителей и компенсация потоков реактивной мощности в элементах электрической сети могут быть осуществлены за счет генераторов электрических станций, синхронных компенсаторов, батарей статических конденсаторов, статических управляемых источников реактивной мощности (ИРМ). Включение компенсирующих устройств в узлы нагрузки приводит к снижению потерь мощности и энергии в сети и создает положительные надбавки напряжения. Если компенсирующее устройство выполнено так, что позволяет в процессе эксплуатации изменять свою мощность, то появляется возможность создавать переменные надбавки напряжения, регулируя тем самым напряжение в узлах. В таких случаях компенсирующее устройство одновременно выполняет функции регулирующего устройства.; Наряду с компенсирующими устройствами к регулированию напряжения е энергосистеме привлекаются специальные регулирующие устройства, основными из которых являются трансформаторы с регулированием напряжения под нагрузкой и линейные регуляторы.
Таким образом, достижение желаемых технического и экономического эффектов должно производиться путем взаимосвязанного выбора средств компенсации реактивных нагрузок и регулирования напряжения.
Задача выбора компенсирующих и регулирующих устройств составляет неотъемлемую часть комплекса вопросов проектирования схем развития энергосистемы. Поэтому оптимизация размещения средств регулирования напряжения и компенсации реактивных нагрузок должна производиться для всех вариантов схем, намеченных к рассмотрению.
При проектировании развития энергосистемы подлежат решению следующие вопросы: определение оптимальной суммарной мощности дополнительных источников реактивной мощности, удовлетворяющей требованиям баланса реактивных мощностей в максимальном режиме энергосистемы; оптимизация распределения этих источников между отдельными узлами энергосистемы; нахождение наивыгоднейшей очередности ввода компенсирующих устройств; выявление необходимых диапазонов регулирования и выбор типа компенсирующих устройств.
Наиболее полный подход к решению задачи—совместное рассмотрение электрических сетей различных номинальных напряжений — от электрических станций до электроприемников. Но, очевидно, это практически осуществить невозможно. Поэтому неизбежно разделение всех электрических сетей на подсистемы и раздельное решение для них задач размещения компенсирующих устройств.
Следует также учитывать тот факт, что схема и нагрузки энергосистемы не остаются постоянными, а изменяются во времени и пространстве. Вводятся новые электростанции, подстанции, линии электропередачи, подключаются к сетям энергосистемы новые потребители. В этих условиях одно и то же компенсирующее устройство в различные годы используется с различной эффективностью.
Задачу оптимизации компенсирующих устройств можно математически сформулирозать в общем виде. Однако, как показывает опыт, прямое решение такой задачи связано с .большими трудностями, и неизбежен ввод разного рода упрощений и допущений. Поэтому более целесообразно введение некоторых практических критериев на основе которых осуществляется размещение компенсирующих устройств.
Установка дополнительного t-ro компенсирующего устройства будет эффективна, если, где Зэ (Qk t)—экономический эффект в энергосистеме, получаемый при установке дополнительного компенсирующего устройства мощностью Qm', 3k(Qks)—затраты, связанные с установкой дополнительного компенсирующего устройства. Установка дополнительного компенсирующего устройства окажется наиболее выгодной в том месте, где
Затраты, связанные с установкой компенсирующего устройства, где ра — нормативный коэффициент эффективности капитальных затрат; р — отчисления на амортизацию и текущий ремонт компенсирующего устройства; kya — удельные капитальные затраты в компенсирующее устройство; ДЯуд — удельные потери мощности в компенсирующем устройстве; Тк— число часов работы компенсирующего устройства в году; р — стоимость 1 кВт • ч потерянной энергии.
Выражение (8.21) можно представить в виде, где расчетные значения стоимости 1 квар/ч, выдаваемого компенсирующим устройством, где отдельные составляющие характеризуют соответственно эффект от снижения потерь энергии, снижения потерь реактивной мощности и повышения качества напряжения у потребителей. Если расстановку компенсирующих устройств производить исходя из того, что в узлах должны быть обеспечены требуемые режимы напряжений, то эффект количественно определяется только первыми двумя составляющими.
Экономия на потерях активной мощности и энергии за счет повышения уровней напряжения, снижения потоков реактивной мощности и экономичной загрузки существующих источников реактивной мощности, где ДР1э ДР3— потери активной мощности до и после установки компенсирующего устройства в максимальном режиме; х1?9 т2р — время потерь от передачи реактивной мощности до и после компенсации; ТрР — среднее значение времени потерь; бР = ДРг — ДР2 характеризует снижение потерь мощности при установке дополнительного компенсирующего устройства. Обозначив удельное снижение потерь, где Тр — время использования максимальной реактивной мощности, выражающееся через время использования максимальной активной мощности Га:
Снижение потерь реактивной мощности 6Q можно рассматривать как экономию на компенсирующих устройствах, мощность которых равна потерям. Экономия определится по формуле.
Подставив значения отдельных составляющих по формулам (8.22), (8.23) и (8.24) в выражение (8.20), запишем условие целесообразности установки компенсирующего устройства:
Отсюда найдем граничное значение удельного снижения потерь, ниже которого установка компенсирующего устройства нецелесообразна.
Многочисленные исследования показывают, что экономический эффект от установки компенсирующих устройств за счет снижения потерь реактивной мощности значительно ниже по сравнению с эффектом от снижения потерь активной энергии и составляет.
Строго говоря, величина kl для различных узлов энергосистемы будет различной. Однако с некоторым приближением при проектных расчетах сложно-замкнутых сетей ее можно принимать одинаковой для всей энергосистемы.
Тогда установка компенсирующего устройства в t-м узле нагрузки целесообразна, если величина фактического удельного снижения потерь больше граничного значения:
Как уже отмечалось» при наиболее общей постановке задачи расчета рациональной компенсации реактивных нагрузок в энергосистеме требуется одновременный учет электрических сетей всех иерархических уровней (всех номинальных напряжений). Однако включение всех сетей в одну расчетную схему невозможно хотя бы из-за ограниченных возможностей ЦВМ. Кроме того, проектирование различных видов электрических сетей (питающих, распределительных и т. п.) выполняется различными проектными организациями. В связи с этим неизбежно разделение всей электрической системы на подсистемы и выполнение расчетов раздельно для каждой подсистемы. При этом для обеспечения наибольшей эффективности компенсирующих устройств необходимо обеспечить стыковку результатов расчетов для различных иерархических уровней. Наиболее целесообразным представляется разделить электрическую систему на подсистемы, как показано на рис. 8.6. По линиям электропередачи напряжением 330 кВ и выше передача реактивных мощностей экономически нецелесообразна. Поэтому электрические сети объединенной энергосистемы напряжением 330—750 кВ должны рассматриваться самостоятельно, и компенсирующие устройства в них следует выбирать, исходя и5 приемлемых уровней напряжения, обеспечивающих минимальные перетоки реактивных мощностей. В качестве отдельной подсистемы выделяются сложнозамкиутые сети напряжением 220—110 кВ. Они могут также содержать участки сети напряжением 330—750 кВ. Если электрическая сеть 330—750 кВ развита не сильно, то она может полностью входить в подсистему замкнутых сетей 220—110 кВ. Далее выделяются подсистемы, содержащие радиальные или индивидуально-замкнутые сети напряжением 110—6 кВ.
Совместный выбор компенсирующих устройств в питающих и распределительных сетях можно осуществить следующим образом. Для каждой радиальной или индивидуально-замкнутой сети производится оптимизация размещения компенсирующих устройств. Такая оптимизация выполняется для различных уровней суммарной мощности компенсирующих устройств, подлежащей экономичному распределению в радиальной сети. В результате для каждой радиальной сети данного узла (например, 1, 2 на рис. 8.7) можно построить зависимости характеризующие изменение экономического эффекта за счет компенсирующих устройств и удельного снижения потерь от суммарной мощности компенсирующих устройств в данной распределительной сети. На этот же график нанесем линию граничного значения удельного снижения потерь.
Отсюда следует, что по условию оптимизации режима данной распределительной сети суммарная экономически целесообразная мощность компенсирующих устройств равна QK3, при которой k3j = kl. После построения таких зависимостей для всех радиальных сетей приступают к оптимизации размещения компенсирующих устройств в питающих сложно-замкнутых сетях. При этом в качестве критерия целесообразности установки компенсирующего устройства используется условие (8.27), в котором величина k3i находится по формуле, где £а п. — удельное снижение потерь мощности в питающей сложно-замкнутой сети при установке компенсирующего устройства в 1-м узле; k9y—: удельное снижение потерь мощности в /-й радиальной распределительной сети, питающейся от I-го узла; оно определяется по зависимостям, приведенным на рис. 8.8, при мощности компенсирующих устройств, установленных на предшествующих этапах расчета.
После размещения компенсирующих устройств в питающих сетях автоматически получается экономичное решение по расстановке их в распределительных радиальных сетях. Если рациональная мощность компенсирующих устройств 1-го узла питающей сети, где QK max — мощность компенсирующих устройств, дающая наибольший абсолютный экономический эффект в распределительной сети, то всю мощность Qui целесообразно рассредоточить по распределительной сети. Если же окажется, что Qiu>Qk max, то целесообразно мощность QKmax рассредоточить по распределительной сети, а оставшуюся МОЩНОСТЬ компенсирующих устройств шах установить непосредственно в г-м узле питающей сети.