Режим энергетической системы

Режим энергетической системы (режим энергосистемы) — это некоторое состояние, которое определяется значениями параметров режима: мощности, напряжения, токи, частота и другие физические величины характеризующие процесс преобразования, передачи и распределения электрической энергии. Всё величины характеризующие режим энергосистемы называются параметры режима.

Общие положения

При решении различных задач управления энергосистемами различают два вида режимов энергосистемы:

• Установившийся режим, который характеризуется практически неизменными параметрами режима или очень медленными и нерегулярными их изменениями.
• Переходный режим (процесс) характеризуется быстрыми изменениями параметров режима.

Переходные режимы связаны с возникновением переходных процессов, при которых происходит изменение электрического состояния элементов системы, обусловленное как естественными причинами, так и работой устройств автоматики.

В переходных режимах происходит закономерное изменение во времени одного или нескольких параметров режима в результате действия определенных причин, называемых возмущающими воздействиями. Переходные режимы делятся на

• волновые;
• электромагнитные;
• электромеханические.

В волновых переходных режимах происходит локальное изменение электрического состояния системы, сопровождаемое резким увеличением электрического разряда в линиях электропередачи с повышением напряжения, связанного с атмосферными воздействиями. Они являются быстродействующими процессами: скорость изменения параметров порядка [math]10^3 - 10^8[/math] Гц. Опасность волновых переходных процессов заключается в появлении перенапряжений, приводящих к повреждению изоляции элементов энергосистем и т. д.

Следует отметить, что при волновых переходных процессах не происходит изменения относительного положения роторов электрических машин и скорости их вращения.

Электромеханические переходные процессы являются низкочастотными. Скорость их протекания изменяется от 0,1 Гц до 50 Гц. Происходит изменение как электрических, так и механических параметров режима. Частным случаем электромеханического переходного режима является режим почти периодического изменения параметров режима — режим синхронных качаний, а также режим ресинхронизации генератором, электростанций и энергосистем, который обычно следует за режимом синхронных качаний.

Электромагнитные переходные процессы сопровождаются изменением электромагнитного состояния элементов ЭС. Механические параметры режима остаются неизменными. Скорость протекания от 50 до 150 Гц.

С точки зрения анализа величины допустимых значений параметров режима принято различать:

• нормальный установившийся режим, при котором значения параметров режима близки к значениям необходимым для правильной работы потребителей, или лежат в некотором заданном интервале этих значений;
• нормальный переходный режим, имеющий место при обычной для эксплуатации изменениях схемы электрической сети, а также плановых изменениях режимов работы потребителей и электрических станций;
• аварийный переходный режим, при котором вследствие аварийных изменений в энергосистеме параметры электрического режима могут значительно и резко отклоняться от значений нормального установившегося режима;
• послеаварийный установившийся режим, наступающий после окончания аварийного переходного процесса после аварийного отключения элементов энергетической системы; исход аварии считается благоприятным, если параметры послеаварийного установившегося режима близки к параметрам нормального установившегося режима.

Обычно считают, что режим энергосистемы известен (определён), если известны значения всех параметров режима для всех элементов энергосистемы. Например, напряжение на зажимах генератора, характеризует величину напряжения в соответствующей узловой точке; потоки активной и реактивной мощности по концам линии электропередачи характеризует режим работы сетевого элемента (ветви).

Эти примеры парамтеров режима показывают, что все параметры режима можно разделить на две большие группы:

• параметры режима узловых точек (напряжение, узловые иньекции мощности и т. д.);
• параметры режима ветвей, характеризующие нагрузку этих ветвей (ток, поток активной и реактивной мощности и т. д.).

Таким образом, одной из основных задач установления режима энергосистемы является обеспечение требуемой величины параметров режима в её узловых точках. Обеспечить требуемой величины узловых параметров режима можно добиться только регулированием параметров режима подходящих к узлу ветвей. так например, для обеспечения требуемой величины напряжения в узле можно регулировать величину перетока реактивной мощности.

Параметры режима отдельных ветвей энергосистемы должны устанавливаться так, чтобы обеспечить требуемые величины узловых параметров режима. Большое множество решений этой задачи определяет возможность постановки задачи оптимизации режима работы отдельных ветвей энергосистемы или всей энергосистемы в целом.

Вследствие того, что в энергосистеме есть огромное количество электроприёмников её нормальный режим не может быть полностью установившимся. В энергосистеме в любой момент времени включаются или отключаются или изменяют, свой режим работы какие-либо электроприёмники при этом изменяются параметры режима энергосистемы. На эти изменения параметров режима оказывают влияния различные автоматические регулирующие устройства: регуляторы скорости вращения первичных двигателей генераторов, автоматические регуляторы возбуждения синхронных машин, регуляторы скорости вращения двигателей и т.д. В результате в энергосистеме постоянно происходит непрерывное изменение режима работы. Но по причине малой мощности отдельных приёмников электрической энергии, изменения их технологического режима приводят лишь к сравнительно малым изменениям параметров режима в узловых точках энергосистемы. Эти малые изменения являются нерегулярными, но только если в энергосистеме нет очень мощных электроприёмников с периодически изменяющимся технологическим процессом. Таким образом, только если пренебречь этими малыми изменениями параметров режима энергосистемы можно говорить об установившемся режиме работы энергосистемы.

Требования к режимам

Режима энергосистемы должны удовлетворять ряду основных требований:

• надёжность режима работы;
• бесперебойность энергоснабжения потребителей;
• обеспечение качества электроэнергии;
• максимальная экономичность режима.

С точки зрения экономической эффективности энергосистемы вцелом и её отдельных частей важно обеспечить не какой-либо произвольно выборанный уровень надёжности и бесперебойности электроснабжения и, конечно же не максимально возможный её уровень, а некоторый оптимальный уровень. Повышение надёжности энергосистемы связано с повышением затрат, тем большим, чем выше обеспечиваемый уровень надёжности. Увеличение уровня надёжности поэтому может оказаться экономически не оправданным, если возможный ущерб от того, что уровень надёжности не повышен, не перекрывает стоимости необходимых для такого повышения затрат.

При оценке необходимого уровня надёжности и бесперебойности энергосистемы необходимо использовать статистические материалы и методы теории вероятностей для того, чтобы уровень надёжности был оптимальный. Что касается надёжности отдельных элементов при перегрузках, то зачастую, повреждение элемента наносит больший экономический ущерб, чем экономия достигаемая за счёт его недопустимой перегрузки.