Перейти к сводной странице темы "Координация потоков мощности в развитых электрических сетях"

ТРЕБОВАНИЯ К РАСЧЕТНЫМ СХЕМАМ ЭНЕРГОСИСТЕМ

ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОТЕРЬ В СЕТЯХ.

Тезисы доклада на семинаре 21-25 февраля 2000 по потерям в электрических сетях.

М. В. Ольшванг, Москва, ВЭИ

С развитием рынка электроэнергии и ростом значения экологии энергетических технологий одной из первоочередных задач энергетиков становится совершенствование структуры сетей, направленное на наилучшее использование воздушных линий электропередачи: снижение потерь, устранение перегрузок отдельных маломощных линий и увеличение экономически выгодной дальности передачи электроэнергии за счет оптимизации потокораспределения.

Разработки средств оптимизации потокораспределения в электрических сетях выявили необходимость применения для расчета установившихся режимов адекватных схем. Требования к таким схемам с очевидностью вытекают из сопоставления естественного, оптимального и рационального потокораспределений в многослойных сетях .

В состав современных развитых электрических сетей регионального или глобального значения входят мощные, магистральные линии электропередачи верхнего уровня напряжения, среднемощные линии среднего уровня напряжения и относительно маломощные линии нижнего уровня. Линии образуют замкнутые контуры, значительная часть которых включает линии разного уровня.

В силу физических причин естественное распределение потоков активной мощности между наиболее мощными, среднемощными и маломощными линиям замкнутых параллельных участков сетей неблагоприятно. В режимах максимальных нагрузок практически все мощные линии недогружаются, часть среднемощных линий работает на пределе пропускной способности, а наиболее густая часть сети, в которую входят многочисленные маломощные линии, используется в многократно разомкнутой конфигурации, чтобы избежать перегрузок линий нижнего уровня контурными токами со стороны среднемощных и мощных линий.

Негативные характеристики естественного потокораспределения являются прямым следствием того, что потоки энергии по магистральным электропередачам, представленным линиями 750 и 500 кВ, создают чрезмерно большие сопутствующие транзитные потоки по сетям 330, 220 и 110 кВ. Так, выполненные для сетей 500-220-110 кВ при среднестатистических для России сечениях проводов и соотношениях числа линий в слоях сети показали, что в этом случае величины основного потока (потока в линии 500 кВ) и транзитных потоков (сопутствующих потоков в ниже лежащих линиях 220 и 110 кВ) относятся как 1: 0,52: 0,22. Соответствующее соотношение потерь - 1: 1,5: 1,38, что убедительно свидетельствует о необходимости кардинального улучшения потокораспределения.

С помощью средств перераспределения потоков активной мощности по параллельным путям (фазосдвигающие устройства и устройства продольной компенсации) можно достигнуть оптимального потокораспределения, при котором потери в сети минимальны. Для этого необходимо перераспределить потоки в вертикальных контурах, охватывающих линии нижнего, среднего и верхнего слоев сети. Выполненные для характерных сочетаний параметров сетей России расчеты показывают, что сопутствующие транзитные потоки при этом в средних слоях сети снижаются в 1.8-2.4 раза, а в нижних - 4-5 раз относительно уровня естественного потокораспределения. Общие потери на передачу электроэнергии снижаются в 1.4-1.6 раза.

Для облегчения эксплуатации развитой сети может потребоваться несколько отойти даже и от оптимального потокораспределения, чтобы практически полностью исключить сопутствующие транзитные потоки из средних и нижних слоев сети. Такое потокораспределение назовем рациональным.

Из приведенных данных по распределению потоков между слоями сети и данных по возможности разгрузки нижних линий и снижения потерь следует, что при составлении расчетных схем для выявления эффекта перераспределения потоков активной мощности необходим полный учет линий нижнего слоя. Однако, реализовать это требование в рабочих схемах объединенных энергосистем на практике не удается, поскольку оно влечет за собой требование отражения столь большого числа узлов и ветвей в одной схеме, что она становится неудобной для использования по установившимся на практике канонам.

В наибольших из известных рабочих расчетных схем - схемах ОДУ Урала и Оду Центра число узлов достигает 700 - 800. Общее количество узлов схемы при учете всех узлов всех слоев, включая нижний, как правило, растет соответственно числу узлов верхнего слоя. Верхний слой по существу образует основу схемы и как бы задает территорию сети. При наличии в верхнем слое порядка тридцати и более узлов приходится отбрасывать часть узлов нижнего и среднего слоев, чтобы в общее число не превышало 700-800. Фактически это означает вынужденное усечение частей нижнего и среднего слоев, действующих на территории, определенной верхним слоем.

Для исключения серьезных ошибок при усечении нижних слоев рекомендуется руководствоваться понятием трассы потока, которое поясняется ниже.

В электропередаче энергии между смежными подстанциями верхнего слоя помимо собственно линий верхнего слоя, соединяющих указанные подстанции участвуют линии нижних слоев сети: под воздействием вектора напряжения между каждыми двумя смежными подстанциями - узлами верхнего слоя в нижних слоях сети естественным путем образуются сопутствующие транзитные потоки . Проводящие эти потоки линии и образуют трассу потоков.

Имея ввиду явление растекания сопутствующих потоков практически по всей сети, к трассе потока следует относить те линии, в которых проходит основная часть сопутствующих потоков. Удаленные линии приходится отбрасывать в целях ограничения базы данных расчетной схемы.

Выделение относящихся к трассе линий нижних слоев трассы потоков на практике уместно производить с использованием географической карты всех линий на территории, широко охватывающей участок между смежными подстанциями - узлами верхнего слоя. Эту территорию назовем территорией трассы потоков.

На основании оценки влияния длины линий на сопутствующие транзитные потоки можно рекомендовать в качестве территории трассы потоков принять круг, построенный на базе главной линии трассы потоков. В качестве последней принимается отрезок прямой между смежными подстанциями - узлами верхнего слоя. Диаметр круга равен 1,4 L, где L - расстояние между подстанциями.

При необходимость ограничить число узлов в расчетной схеме анализируемую сеть целесообразно разделить на две части: часть с полноценным отражением трасс потоков электропередачи и часть с отображением только линий верхнего уровня (в ряде случаев, частично - линий верхнего и среднего уровней) с эквивалентными параметрами линий.

К первой части следует отнести ту часть , в которой ожидается изменение потоков при введении в состав схемы устройств перераспределения потоков активной мощности. Благодаря полноценному отражению трасс потоков при этом не будет возникать существенных ошибок в расчетах нагрузок линий этой части и потерь в ней.

Желательно, чтобы первая часть схемы с учетом всех узлов трасс потоков не включала более 500-600 узлов. На вторую часть схемы остается 100 - 200 узлов.

При оценке эквивалентных параметров линий второй части схемы следует иметь ввиду следующие правила.

1. При усечения дальних регионов энергосистемы до уровня эквивалентных генераторов и нагрузок, располагаемых по периметру схемы, следует предусмотреть добавление потерь усеченных регионов к расчетным потерям представленного на схеме региона.

2. Усечения линий нижних слоев сети при естественном потокораспределении должны сопровождаться увеличением активных сопротивлений линий представленных на схеме слоев сети, а при оптимальном потокораспределении - уменьшением активных сопротивлений линий.

В обоих случаях указанные усечения также должны сопровождаться адекватными уменьшением индуктивных сопротивлений этих линий и увеличением их емкостных проводимостей. Поправки к сопротивлениям и проводимостям можно определять по величинам потоковых плотностей на трассах сопутствующих потоков.

3. Усечения активных сопротивлений автотрансформаторов связи сетей допустимо, поскольку оно не приводит к значительным ошибкам.

4. Недопустимо часто наблюдаемое на практике усечение самих автортрансформаторных связей между слоями сети на участках с полноценно отраженными линиями трасс потоков. Такое усечение полностью исключает возможность корректных расчетов потокораспределения и потерь при вариациях режима. Иными словами исследуемый регион многослойной сети должен быть по всему периметру окаймлен автотрансформаторами связи.

При наличии корректной расчетной схемы следует удовлетворить еще ряду требований к расчетам установившихся режимов по этой схеме. К режимным требованиям относятся:

1 - учет ограничений по току ротора и току статора, а также по реактивной мощности генераторов;

2 - учет ограничения по перетоку из балансирующего узла; это ограничение требует , как правило , выполнения расчетов с переменной частотой, обеспечивающих распределение требуемой генерируемой мощности между генераторами;

3 - определение запасов сильно нагруженных линий по статической устойчивости и их запасов по токам, определяемым допустимым нагревом проводов в случаях возможного утяжеления режимов.

Обеспечение выполнения этих и ряда других важных требований предусмотрено в комплексе программ ВРК ДАКАР.

Теоретические вопросы и практические подходы к применению комплекса ВРК ДАКАР для расчетов и анализа режимов энергосистем приведены в сборнике "Избранные труды 1990-99 годов" д. т. н., проф. Е.К. Лоханина.

Там же на стр. 134-139 приведен текст доклада на международном симпозиуме 1997г. "Ступенчато регулируемые автотрансформаторы как средство оптимизации потокораспределения в электрических сетях". В докладе представлен разработанный ВЭИ простой, надежный и относительно дешевый трансформатор для оптимизации потокораспределения. Московский Электрозавод официально уведомил ВЭИ о готовности к рабочему проектированию и выпуску подобных трансформаторов при наличии заказов от энергетиков. В докладе также проведено сопоставление трансформатора ВЭИ с другими средствами перераспределения потоков активной мощности и указаны зарубежные труды по применению фазосдвигающих трансформаторов.

E-mail Ольшванга М. В. : mvo@ipc.ru

Перейти к сводной странице темы "Координация потоков мощности в развитых электрических сетях"