Расчет электроэнергетического режима

 

 

 

Введение……………………………………………………………….3

Теоретическая часть…………………………………………………..4

Единая электроэнергетическая система……………………………..4

Классификация режимов ЭЭС……………………………………….8

Регулирование напряжения и частоты в энергосистемах…………11

Баланс реактивной мощности и его связь с напряжением………...11

Расчетная часть……………………………………………………….13

Заключение…………………………………………………………....20

Список используемой литературы…………………………………..21

 

 

Введение

Современные энергетические системы состоят из сотен связанных между собой элементов, влияющих друг на друга. Однако проектирование всей системы от электростанций до потребителей с учетом особенностей элементов с одновременным решением множества вопросов (выбора ступеней напряжения, схем станций, релейной защиты и автоматики, регулирования режимов работы системы, перенапряжений) нереально. Поэтому общую глобальную задачу необходимо разбить на задачи локальные, которые сводятся к проектированию отдельных элементов системы: станций и подстанций; частей электрических сетей в зависимости от их назначения (районных, промышленных, городских, сельских); релейной защиты и системной автоматики и т. д. Однако проектирование должно проводиться с учетом основных условий совместной работы элементов, влияющих на данную проектируемую часть системы.

Намеченные проектные варианты должны удовлетворять следующим требованиям: надежности, экономичности; удобства эксплуатации; качества энергии и возможности дальнейшего развития.

В ходе курсового проектирования приобретаются навыки пользования справочной литературой, ГОСТами, едиными нормами и укрупненными показателями, таблицами.

Цель курсового проектирования является систематизация и расширение теоретических знаний, углубленное изучение проблем электрических систем и сетей, овладение навыками самостоятельного решения инженерных задач по профилирующей специальности.

В задачу курсового проектирования входит изучение практических инженерных методов решения комплексных вопросов сооружения линий электропередач, подстанций и других элементов электрических сетей и систем, а также дальнейшее развитие расчетно-графических навыков, необходимых для проектной работы. В процессе проектирования применяются знания, полученные при изучении курса «Проектирование электрических сетей» и смежных дисциплин. Необходимо решать задачи, не имеющие однозначного решения, оценивать ряд факторов и самостоятельно отвечать на вопросы.

Особенность проектирования электрических систем и сетей заключается в тесной взаимосвязи технических и экономических расчетов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

ГЛАВА 1: ЕДИНАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

Электроэнергетическая система — это находящееся в данный момент в работе электрооборудование энергосистемы и приёмников электрической энергии, объединённое общим режимом и рассматриваемое как единое целое в отношении протекающих в нём физических процессов.

Электроэнергетическая система — электрическая часть энергосистемы и питающиеся от неё приёмники электрической энергии, объединённые общностью процесса производства, передачи, распределения и потребления электрической энергии.

Энергосистема — технический объект, как совокупность электростанций, приёмников электрической энергии и электрических сетей, соединённых между собой и связанных общностью режима. (Приказ Минэнерго России от 30.06.2003 № 277)

Единая электроэнергетическая система (ЕЭС), объединение двух или многих энергетических систем для энергоснабжения обширных территорий в пределах одной, а иногда и нескольких стран. ЕЭС производит, распределяет и преобразует главным образом электрическую энергию. Перед отдельными и даже объединёнными энергосистемами ЕЭС имеет значительные технико-экономические преимущества: увеличивается надёжность работы и бесперебойность энергоснабжения; облегчается создание необходимого резерва мощности; ЕЭС способствуют комплексному производству различных видов энергии (электрической, тепловой и др.). ЕЭС является частью общей энергетической системы страны. Большие размеры, сложные межсистемные связи и целенаправленность регулирования ЕЭС придают ей особые качественные свойства, присущие большим системам и (по мере их автоматизации) системам кибернетического типа. Как часть энергетики ЕЭС характеризуется зависимостью своего развития от роста потребления электроэнергии и от материальных и трудовых ресурсов; развитие электроэнергетики активно влияет на технический прогресс и на размещение производительных сил и населения в стране.

Энергетические системы в ЕЭС объединены главным образом линиями электропередачи высокого напряжения 220, 500 и 750 кВ (на 1971) с переходом на 1000—1200 кВ переменного тока и 800—1500 кВ постоянного тока. ЕЭС могут иметь различную структуру в зависимости от вида электростанций, входящих в систему (тепловые, конденсационные, теплофикационные, гидроэлектрические, атомные), и конфигурации электрических сетей, связывающих электростанции с центрами потребления электрической энергии. Создание ЕЭС способствует снижению затрат на электрификацию промежуточных районов, наилучшему использованию мощности и энергии электростанций, позволяет увеличивать единую мощность их агрегатов (до 500—1000 МВт), повышать экономичность и надёжность станций и энергосистем в целом, облегчает работу систем при неодинаковых сезонных изменениях нагрузки и ремонтах. Кроме того, объединение энергосистем, расположенных в разных часовых поясах, снижает суммарный совмещенный максимум нагрузки и уменьшает затраты на сооружение пиковых электростанций; при объединении энергосистем, удалённых одна от другой по широте, сокращается потребность в базовой энергии, т. к. продолжительность максимумов нагрузки у разных систем различна.

Управление ЕЭС прежде всего предусматривает введение комплексной автоматизации (включая противоаварийную) отдельных электростанций, электрических сетей, энергосистем и их объединений. При этом основной проблемой становится разработка методов и средств, направленных на достижение безаварийной работы и оптимального управления ЕЭС. Изучение и совершенствование методов управления ведётся на основе физического и математического моделирования с широким применением ЦВМ, работающих как советчики, а затем, по мере совершенствования системы управления, — как управляющие машины. Создаются и развиваются системы автоматического управления, обеспечивающие оптимальное ведение технологических процессов, а также сбор, обработку и передачу всей необходимой информации. Управление ЕЭС имеет три основных аспекта: оперативное (диспетчерское) управление; хозяйственное управление; управление развитием системы (на периоды до 1—5 лет, длительное на 10—15 лет и прогнозирование на 20—30 лет). Развитие ЕЭС предусматривает также совершенствование отдельных энергосистем и межсистемных связей, составляющих единое целое. Руководство работой ЕЭС осуществляет Государственное диспетчерское управление.

Создание ЕЭС обусловливает дальнейший рост централизации производства электрической энергии; в СССР к концу 1975 намечается довести централизацию энергоснабжения до 97—98%, а к 1980 — до 99%. Формирование ЕЭС Европейской части СССР было начато в 1956 вводом линии электропередачи 400 кВ — Волжская ГЭС им. В. И. Ленина — Москва. В 1957 объединённое управление энергосистемами Центра (Московской, Горьковской, Ивановской и Ярославской обл.) было преобразовано в диспетчерское управление ЕЭС. В конце 1957 установленная мощность ЕЭС достигла 8 ГВт (8 млн. кВт), совмещенный максимум — 5,6 ГВт, электропотребление за год — 33,2 млрд. кВт ч. В 1970 электроэнергия, выработанная электростанциями, входящими в ЕЭС, составила 71,5% от выработки всех электростанций СССР. ЕЭС Европейской части СССР, ставшая к 1970 крупнейшей энергосистемой мира, включает объединённые энергетические системы Центра, Северо-Запада, Среднего Поволжья, Урала, Юга, Северного Кавказа и Закавказья, Сибири и Средней Азии и объединяет свыше 550 электрических станций. Общая выработка электроэнергии в энергосистемах СССР в 1970 составила 740 млрд. кВт ч. ЕЭС РФ соединена с электроэнергетическими системами стран СЭВ в международную энергосистему "Мир". Отдельные электростанции и энергосистемы России связаны также с энергосистемами Финляндии, Норвегии, Ирана.

 

 

1.1Классификация режимов ЭЭС

Электроэнергетическая система состоит из элементов, которые можно разделить на три группы:

• основные (силовые) элементы — генерирующие агрегаты электростанций, преобразующие энергию воды или пара в электроэнергию; трансформаторы, автотрансформаторы, выпрямительные установки, преобразующие значения и вид тока и напряжения; линии электропередач (ЛЭП), передающие электроэнергию на расстояние; коммутирующая аппаратура (выключатели, разъединители), предназначенные для изменения схемы ЭЭС и отключения поврежденных элементов;
• измерительные элементы — трансформаторы тока и напряжения, предназначенные для подключения измерительных приборов, средств управления и регулирования;
• средства управления — релейная защита, регуляторы, автоматика, телемеханика, связь, обеспечивающие оперативное и автоматическое управление схемой и работой ЭЭС.

Состояние ЭЭС на заданный момент или отрезок времени называется режимом. Режим определяется составом включенных основных элементов ЭЭС и их загрузкой. Значения напряжений, мощностей и токов элементов, а также частоты, определяющие процесс производства, передачи, распределения и потребления электроэнергии, называются параметрами режима.

Если параметры режима неизменны во времени, то режим ЭЭС называется установившимся, если изменяются — то переходным.

Строго говоря, понятие установившегося режима в ЭЭС условное, так как в ней всегда существует переходный режим, вызванный малыми колебаниями нагрузки. Установившийся режим понимается в том смысле, что параметры режима генераторов электростанций и крупных подстанций практически постоянны во времени.

Основная задача энергосистемы — экономичное и надежное электроснабжение потребителей без перегрузок основных элементов ЭЭС и при обеспечении заданного качества электроэнергии. В этом смысле основной режим ЭЭС — нормальный установившийся. В таких режимах ЭЭС работает большую часть времени.

По тем или иным причинам допускается работа ЭЭС в утяжеленных установившихся (вынужденных) режимах, которые характеризуются меньшей надежностью, некоторой перегрузкой отдельных элементов и, возможно, ухудшением качества электроэнергии. Длительное существование утяжеленного режима нежелательно, так как при этом существует повышенная опасность возникновения аварийной ситуации.

Наиболее опасными для ЭЭС являются аварийные режимы, вызванные короткими замыканиями и разрывами цепи передачи электроэнергии, в частности, вследствие ложных срабатываний защит и автоматики, а также ошибок эксплуатационного персонала. Длительное существование аварийного режима недопустимо, так как при этом не обеспечивается нормальное электроснабжение потребителей и существует опасность дальнейшего развития аварии и распространения ее на соседние районы. Для предотвращения возникновения аварии и прекращения ее развития применяются средства автоматического и оперативного управления, которыми оснащаются диспетчерские центры, электростанции и подстанции.

После ликвидации аварии ЭЭС переходит в послеаварийный установившийся режим, который не удовлетворяет требованиям экономичности и не полностью соответствует требованиям надежности и качества электроснабжения. Он допускается только как кратковременный для последующего перехода к нормальному режиму.

Для завершения классификации режимов ЭЭС отметим еще нормальные переходные режимы, вызванные значительными изменениями нагрузки и выводом оборудования в ремонт.

Уже из перечисления возможных режимов ЭЭС следует, что этими режимами необходимо управлять, причем для разных режимов задачи управления различаются:

• для нормальных режимов — это обеспечение экономичного и надежного электроснабжения;
• для утяжеленных режимов — это обеспечение надежного электроснабжения при длительно допустимых перегрузках основных элементов ЭЭС;
• для аварийных режимов — это максимальная локализация аварии и быстрая ликвидация ее последствий;
• для послеаварийных режимов — быстрый и надежный переход к нормальному установившемуся режиму;
• для нормальных переходных режимов — быстрое затухание колебаний.

 

 

ГЛАВА 2: РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ И ЧАСТОТЫ В ЭНЕРГОСИСТЕМАХ  
2.1. Баланс реактивной мощности и его связь с напряжением

В ЭЭС, содержащей источники и потребители электрической энергии, в любой момент времени выполняется закон сохранения энергии. Отражением этого закона является выполнение баланса мощности. Выработка и потребление электрической энергии на переменном токе характеризуются передачей по электрической сети как активной, так и реактивной мощности. Поэтому в каждый момент времени в ЭЭС существует баланс полной мощности. Для реактивной мощности условие баланса имеет следующий вид:

где SQг — суммарная генерируемая мощность; SQн — суммарная мощность нагрузки потребителей; SDQ — суммарные потери реактивной мощности в элементах сети.

Балансу реактивной мощности соответствует некоторый уровень узловых напряжений. Так как передача мощности по электрической сети сопровождается потерями напряжения в ее элементах, то, в отличие от частоты, напряжения в узлах сети будут различаться. Изменение какой-либо из составляющих баланса приводит к изменению напряжений в сети: увеличение нагрузок к уменьшению напряжений и наоборот.