Расчет режимов электрических сетей (общие сведения)

Лекция № 9 Расчет режимов электрических сетей (общие сведения) План 1. Задача расчета режимов электрических сетей. Основные допущения. 2. Расчет режимов электрических сетей при заданном напряжении в конце ЛЭП. 3. Расчет режимов электрических сетей при заданном напряжении в начале ЛЭП. 4. Расчет режимов электрических сетей разных номинальных напряжений. 1. Задача расчетов режимов электрических сетей. Основные допущения Задача расчета режимов электрических сетей заключается в определении параметров режима, к которым относятся: 1. значения токов в элементах сети; 2. значения напряжений в узлах сети; 3. значения мощностей в начале и конце элементов сети; 4. значения потерь мощности и энергии. Расчет указанных выше величин необходим для выбора и экономичности работы оборудования, обеспечения параметров качества электроэнергии, оптимизации режимов работы электрических сетей. Исходными данными для расчета режимов электрических сетей являются: 1. схема электрических соединений и ее параметры (значения сопротивлений и проводимостей элементов схемы); 2. установленные мощности нагрузок или реальные графики нагрузок; 3. значение напряжений в отдельных точках сети. Теоретически, любую сеть можно рассчитать с помощью методов, известных в ТОЭ, основанных на правилах Кирхгофа. Однако, непосредственное их применение затруднено по следующим причинам: 1. большое количество разнотипных элементов в реальной сети; 2. специфика задания исходных данных (заданы мощности нагрузок и напряжение на источнике питания; для определения значений мощностей в конце и начале каждого элемента необходимо определить потери мощности, которые можно вычислить при известном токе в каждом элементе, который определяется при известных напряжениях в точках присоединения элементов, а данные напряжения неизвестны в начале расчета). Поэтому, применение только правил Кирхгофа непосредственно для получения однозначного решения невозможно. Основным методом расчета режимов электрических сетей является метод последовательных приближений, т.е. итерационный метод. Суть данного метода заключается в том, что в начале расчета задаются первым приближением напряжений в узлах сети (нулевая итерация). Обычно, за нулевую итерацию принимают допущение о том, что напряжение во всех узлах рассматриваемой сети равны между собой и приравнены номинальному напряжению сети. По принятому значению напряжений и заданной мощности потребителей можно рассчитать значения параметров режима электрической сети, в том числе и значения напряжений в узлах сети (второе приближение – первая итерация). Расчеты повторяются до тех пор, пока результаты последующих приближений не будут отличаться друг от друга с заданной точностью. Чаще всего достаточно 1-2 итерации. Если же решаются задачи оптимизации режима электрической сети, связанные с потерями мощности, то необходимо значительно больше итераций, что вызывает сложность в расчетах. Возможность малого количества итераций привела к появлению нестрогих, но дающих приемлемые результаты, методов, а именно: 1. метод расчета режима электрической сети при заданном напряжении в конце ЛЭП; 2. метод расчета режима электрической сети при заданном напряжении в начале ЛЭП (источнике питания). 2. Расчет режимов электрических сетей при заданном напряжении в конце ЛЭП Известными данными для расчета являются: 1. мощности нагрузок рассматриваемой сети; 2. параметры ЛЭП (марка проводников, длины участков ЛЭП, количество цепей); 3. напряжение в конце последнего участка. Расчетная схема представлена на рисунке 1. ИП P1+jQ1 P2+jQ2 1 участок 1 участок 2 Pн1+jQн1 P3+jQ3 2 участок 3 Pн2+jQн2 Pn-1+jQn-1 3 участок n-1 Pн3+jQн3 Pn+jQn n-1 n участок n Pн(n-1)+jQн(n-1) Pн(n)+jQн(n) Рисунок 1 – Расчетная схема к методу Расчет заключается в последовательном определении, при движении от конца ЛЭП к ее началу, неизвестных мощностей (токов) и напряжений, при использовании законов Ома и правил Кирхгофа. Последовательность расчета по данному методу следующая: 1. определяются приведенные нагрузки потребителей (приведенная нагрузка – это сумма мощности нагрузки и потерь мощности в трансформаторах; потери мощности в трансформаторах определяются согласно выражениям (3.10), (3.11) лекции 7); 2. определяется зарядные мощности ЛЭП всех узлов рассматриваемой сети (согласно выражению (2.4) лекции 7); 3. определяется расчетные нагрузки всех узлов рассматриваемого участка сети (расчетная нагрузка – это приведенная нагрузка с учетом влияния зарядных мощностей ЛЭП); 4. определяется мощность в конце последнего n участка рассматриваемой сети (приравнивается к расчетной нагрузке последнего n участка рассматриваемой сети); 5. определяются потери мощности на последнем n участке рассматриваемой сети (согласно выражениям (2.1), (2.3) лекции 7); 6. определяются потери мощности в начале последнего n участка рассматриваемой сети (сумма мощности в конце участка и потерь мощности на участке сети); 7. определяются составляющие падения напряжения на последнем n участке рассматриваемой сети, согласно следующим выражениям U n  Pn  Rn  Qn  X n , В; Un (2.1) P  X  Qn  Rn U n  n n , В (учитывается при U ном  220 кВ); Un 8. определяется напряжение в начале последнего n участка рассматриваемой сети (сумма напряжения в конце участка и падения напряжения на участке); 9. определяется мощность в конце n-1 участка рассматриваемой сети по правилам Кирхгофа (сумма мощности в начале n участка и мощности нагрузки). Далее расчет по пунктам 4-9 выполняется до тех пор, пока не будет определена мощность в начале первого участка сети. 3. Расчет режимов электрических сетей при заданном напряжении в начале ЛЭП Известными данными для расчета являются: 1. мощности нагрузок рассматриваемой сети; 2. параметры ЛЭП (марка проводников, длины участков ЛЭП, количество цепей); 3. напряжение в начале рассматриваемой сети (на источнике питания). Расчетная схема остается прежней и, также, представлена на рисунке 1. При расчете данным способом невозможно, последовательно от конца сети к началу, определить неизвестные мощности и напряжения, т.к. напряжение в конце ЛЭП неизвестно. В этом случае пользуются методом последовательных приближений, и расчеты выполняются в два этапа. На первом этапе принимаются допущения, что напряжения во всех узлах сети равны и приравнены к номинальному напряжению сети. Последовательность расчета первого этапа следующая: 1. определяются приведенные нагрузки потребителей (потери мощности в трансформаторах определяются согласно выражениям (3.10), (3.11) лекции 7); 2. определяется зарядные мощности ЛЭП всех узлов рассматриваемой сети (согласно выражению (2.4) лекции 7); 3. определяется расчетные нагрузки всех узлов рассматриваемого участка сети; 4. определяется мощность в конце последнего n участка n участке рассматриваемой сети; 5. определяются потери мощности на последнем рассматриваемой сети (согласно выражениям (2.1), (2.3) лекции 7); 6. определяются потери мощности в начале последнего n участка рассматриваемой сети; 7. определяется мощность в конце n-1 участка рассматриваемой сети по правилам Кирхгофа (сумма мощности в начале n участка и мощности нагрузки). Далее расчеты, по пунктам 4-7, выполняются до тех пор, пока не будет определена мощность в начале первого участка. На втором этапе рассчитываются напряжения на всех участках сети по определенным, в первом этапе, мощностям в началах каждого участка рассматриваемой сети. Последовательность расчета второго этапа следующая: 1. напряжение в начале первого участка принимается равным напряжению источника питания; 2. определяются составляющие падения напряжения на первом участке рассматриваемой сети (аналогично выражениям (2.1) предыдущего пункта); 3. определяется напряжение в конце первого участка рассматриваемой сети (разница между напряжением в начале участка сети и падением напряжения на участке сети); 4. напряжение в начале следующего участка рассматриваемой сети принимается равным напряжению в конце предыдущего участка сети. Далее расчет, по пунктам 2-4, выполняется до тех пор, пока не будет определено напряжение в конце последнего участка рассматриваемой сети. 4. Расчет режимов электрических сетей разных номинальных напряжений Расчет сети разных номинальных напряжений можно производить двумя способами. Суть первого способа заключается в приведении рассматриваемой сети к одному базисному напряжению (все сопротивления схемы замещения приводятся к одному базисному напряжению, через коэффициенты трансформации трансформаторов). Расчет по данному методу может быть выполнен как в относительных, так и в именованных единицах. Данный способ расчета часто используется при расчетах токов короткого замыкания и редко при расчетах режимов электрических сетей. Во втором способе, при определении напряжений, учитываются коэффициенты трансформации трансформаторов, а далее расчет сводиться к расчету режимов рассматриваемой сети при заданных напряжениях в конце, либо начале ЛЭП.