Лекція 18
Підвищення економічності роботи замкнутих мереж за рахунок зменшення впливу їхньої неоднорідності на параметри режиму (природний і економічний розподіл потужності в замкнутих електричних мережах)
План
1. Поняття про природний і економічний розподіли потужностей.
2. Шляхи зниження негативного впливу неоднорідності замкнутих мереж.
3. Настроювання мережі при використанні УПК
4. Використання ВДА (ВДТ чи ЛР) для настроювання мережі.
5. Розмикання контурів мережі.
Застосування замкнутих мереж було викликано головним чином розуміннями підвищення надійності електропостачання споживачів. Передбачалося також зниження втрат потужності в порівнянні з розімкнутими схемами. Проте останнє завжди реалізується тільки для однорідних мереж.
Опорні поняття:
1. Однорідна мережа.
2. Умови однорідності мережі. Чи є реальні мережі однорідними.
3. Порівняльна характеристика розімкнутих і замкнутих мереж.
4. Устрій ВДТ.
Відповіді:
1. Для однорідної мережі для усіх віток справедливо відношення Еi = Xi/Ri = соnst , де Еi - показник неоднорідності i-той вітки.
2. Умови однорідності мережі - це мережа одного рівня номінальної напруги (у замкнутому контурі немає трансформаторів або автотрансформаторів) і лінії мають проводи одного типу з однаковим розташуванням проводів на опорах. Таких мереж немає. Проте в замкнутих мережах одного рівня номінальної напруги неоднорідність виражена слабко тому що для кожної номінальної напруги за умовами стандартизації рекомендована використання визначеного інтервалу перетинів проводів, типів опор і т.д.
3. У замкнутих мережах у порівнянні з розімкнутими:
- збільшуються струми при коротких замиканнях;
- ускладнюється релейний захист;
- можливо збільшення втрат потужності й енергії.
По першим двох причинах мережі напругою до 110 кВ включно працюють в основному в розімкнутому стані (відключені секційні, для з'єднання шин вимикачі в РУ і є так називані точки "розтину" - розподіли мережі на розімкнуті). Для підвищення надійності вимикачі в місці розподіли мережі мають устрої АВР.
1. Поняття про природний і економічний розподіл потужностей.
Роздивимося неоднорідну замкнуту мережу одного рівня номінальної напруги (рис. 1). Розподіл потужності в замкнутій мережі є пропорційним повним опорам ділянок. Цей розподіл називається природним розподілом потужності.
Економічним розподілом потужності в замкнутій мережі називають такий розподіл потоків потужності, при якому забезпечується мінімальне значення сумарних втрат активної потужності в мережі.
Природний і економічний розподіл потужностей збігаються тільки в однорідних мережах.
Виведемо співвідношення для розрахунку економічного розподілу потужностей у замкнутих мережах. Запишемо вираження для розрахунку втрат активної потужності за результатами розрахунку розподілу потужностей без урахування втрат потужності і при номінальній напрузі:
Визначимо потужності на ділянках 1-2 і ДЖ-2 через потужність ділянки ДЖ-1 і потужності у вузлах навантаження і підставимо в рівняння для розрахунку втрат активної потужності. Візьмемо приватних похідних утрат потужності по Pдж-1 і Qдж-1, дорівняємо нулю й визначимо Pдж-1 і Qдж-1:
,
.
Знайдений економічний розподіл потужностей відповідає розподілу потужностей у замкнутих однорідних мережах.
У неоднорідних мережах природний розподіл потужностей не збігається з економічним через протікання зрівняльної потужності
.
Висновки:
1. Значення економічних потужностей визначаються складом споживачів електроенергії, які підключені у вузлах мережі.
2. Якщо зрівняльна потужність дорівнює нулю, то економічний і природний розподіл потужностей збігається.
3. Зрівняльні потоки потужності замикаються усередині контуру і мають однакові значення у усіх вітках.
4. У однорідній мережі при природному розподілі потужностей досягається мінімум утрат не тільки активної потужності, але і реактивної.
5. Активна зрівняльна потужність залежить від параметрів схеми, співвідношення опорів на окремих ділянках і реактивних навантаженнях вузлів. Вона дорівнює нулю, якщо для усіх вузлів Cosj =1. Зрівняльну активну потужність можна усунути шляхом повної компенсації реактивних навантажень у усіх вузлах замкнутої мережі.
6. Вітки з великим значенням X/R розвантажуються по активній потужності і додатково завантажуються по реактивній потужності за рахунок накладення на економічні потоки потужності зрівняльних потужностей.
Таким чином, неоднорідність замкнутої мережі обумовлює появу зрівняльних потужностей у контурах, що знижують пропускну спроможність мережі, збільшують утрати потужності й енергії і знижують якість електроенергії.
2. Шляхи зниження негативного впливу неоднорідності замкнутих мереж.
Зниження впливу неоднорідності замкнутої мережі зводиться або до зниження неоднорідності параметрів мережі, або компенсації зрівняльної потужності.
Перше досягається :
заміною перетинів проводів;
застосуванням пристроїв УПК.
Компенсація зрівняльної потужності може бути виконана двома шляхами:
1. Створенням компенсуючи зрівняльних потужностей (струмів), що компенсують реальні
що відповідає регулюванню потоків потужності в контурі.
2. Розмиканням шляху протікання зрівняльного потоку, тобто розмиканням контурів мережі.
Для створення зрівняльних потужностей, що компенсують, (регулювання P і Q у контурі) потрібно вводити в контури додаткові ЕРС, утворювані або за рахунок ВДА, або за рахунок неуравновішених коефіцієнтів трансформації (комплексний коефіцієнт трансформації відповідає додатковій ЕРС). Неуравновішенні коефіцієнти трансформації в контурі означають, що сума ЕРС у контурі не дорівнює нулю).
Економічний режим замкнутої мережі можна одержати, здійснивши примусовий розподіл потужностей настроюванням мережі за рахунок:
- УПК;
- запровадження ЕРС у контуру мережі;
- розмикання контурів мережі.
3. Настроювання мережі при використанні УПК
Розглянемо мережу з двох ліній:
SНАВАНТАЖЕННЯ
Має місце таке: 
, при цьому верхний ланцюг розвантажується по активній потужності, а нижній навантажуеться:
Для винятку впливу неоднорідності на розподіл потужності включимо у верхній ланцюг УПК (врахуємо, що батарея конденсаторів має активний опір практично рівний нулю)
SНАВАНТАЖЕННЯ
Співвідношення для визначення опору УПК (пристрою повздовжньої компенсації) визначається згідно виразу:
і має вигляд
4. Використання ВДА (ВДТ чи ЛР) для настроювання мережі
За рахунок неоднорідності мережі, зображеної на рис. 2, у контурі циркулює зрівняльна потужність Sзр. Розмір неоднорідності для мережі вищої напруги вище, чим для мережі більш низької напруги. Тому в нашому прикладі лінії 220 кВ розвантажується по активній потужності, а лінії 110 кВ довантажуються. Але пропускна спроможність ліній 220 кВ вище. Тому в цілому, знижується пропускна проміжність всієї мережі. Для створення примусово економічного розподілу потужності необхідно створити в контурі Sкомп.зр., рівну природній зрівняльної потужності, але спрямовану назустріч Sкомп. зр. = - Sзр.
При введенні в контур ЕРС маємо струм і потужність:
,
Розкриємо ЕРС і комплексний опір контуру:
Виділимо в останньому виразі дійсну і мниму частини:
У мережах 220 кВ і вище X>>R. З урахуванням цього, можна показати, що:
- подовжня ЕРС в основному впливає на перерозподіл реактивних потужностей:
- поперечна ЕРС в основному впливає на перерозподіл активних потужностей.
Визначимо параметри необхідного ВДТ:
1. Зрівняльна потужність у контурі дорівнює 
.
2. Необхідна ЕРС дорівнює
З метою зниження класу номінальної напруги і номінальної потужності ВДТ їх доцільно встановлювати в мережі нижчої номінальної напруги у вітках із меншою пропускною спроможністю. Номінальна прохідна потужність ВДТ вибирається виходячи з нормальних і післяаварійних режимів.
Якщо в контур включені трансформатори зв'язку мереж двох різноманітних номінальних напруг і їхні коефіцієнти трансформації неоднакові, те вони створюють у контурі подовжню ЕРС, обумовлену по формулі
Тоді необхідна подовжня ЕРС ВДТ дорівнює
.
Алгоритм розрахунку параметрів ВДТ:
1. Визначають природний і економічний розподіл потужностей з урахуванням вибору оптимальних коефіцієнтів трансформації трансформаторів.
2. Визначають зрівняльні потужності у всіх незалежних контурах.
3. Знаходять параметри ВДТ для кожного незалежного контуру.
4. Встановлюють по черзі ВДТ у кожний контур і визначають їхню економічну ефективність. Установка ВДТ економічно доцільна, якщо
Ер+Еq >=(p+Ен)* Kвдт, де Ер, Еq - економічний ефект від зниження втрат активної і реактивної потужності; Квда - капітальні витрати у ВДА; р - відчислення на амортизацію і поточний ремонт ВДА; Ен - нормативний коефіцієнт ефективності капітальних витрат.
5. Приймають до установки ВДА, що дає найбільший економічний ефект.
6. Розрахунки по пунктах 1-5 повторюють доти, поки виконується критерій.
5. Розмикання контурів мережі.
Це найбільше поширений засіб зменшення втрат за рахунок зниження впливу неоднорідності мереж.
Завдання полягає у визначенні таких точок розмикання в мережі, при яких досягається мінімум цільової функції у виді втрат потужності або енергії і дотримуються обмеження на область припустимих режимів по якості електроенергії і надійності електропостачання.
1. Відхилення напруги на шинах споживачів не повинно перевищувати припустимого по ДЕРЖСТАНДАРТ на якість електроенергії.
2. Струм у вітках не повинний перевищувати довгостроково припустимого для ліній і трансформаторів і іншого устаткування.
3. Повинне бути автоматичне підключення живлення мережі від іншого джерела.
4. Максимальна напруга на інших шинах (не шинах споживачів) не повинно перевищувати максимально припустимого для відповідного класу номінальної напруги.
Розмикання мережі варто робити в точках потокорозділу при розрахунку економічного розподілу потужності в мережі. Якщо точки поділу утворюються різноманітними для Р и Q , те необхідно порівняти втрати при розмиканні мережі в кожній із них і вибрати ту, при котрої менше втрати потужності. Якщо у вузлі немає вимикачів, що дозволяють виконати розмикання мережі, те можливо такі варіанти:
- оцінка економічності їхньої установки (дорівнюються витрати на установку і витрати на експлуатацію вимикачів і вартість що знижуються втрат енергії);
- якщо установка вимикачів економічно не виправдана, те можна роздивитися можливість розмикання мережі за допомогою вимикачів найбільше близьких до наміченої точки розподілу мережі.