Зависимость реактивной мощности комплексной нагрузки
advertisement
Модели нагрузки в расчетах УР Электрические сети различных номинальных напряжений образуют иерархическую структуру, на нижних уровнях которой осуществляется электроснабжение непосредственных потребителей — промышленных предприятий, коммунальных учреждений, жилых домов и т.п. На каждом из этих уровней функционирование сети определяется свойствами того состава потребителей, который питается от рассматриваемой сети через сети более низких напряжений. Изменение потребляемых мощностей во времени и функции таких параметров режима, как напряжение и частота, в свою очередь определяется динамикой потребления и электрическими свойствами того комплекса электроприемников, который получает питание от данной подстанции по распределительным сетям 10 и 0,38 кВ. Такую совокупность потребителей принято называть комплексной нагрузкой узла сети, а сам этот узел — узлом нагрузки. Совокупность возможных значений мощности, необходимой данным потребителям энергии в течение определенного промежутка времени называется графиками нагрузки, которые представляют собой плавные, ломаные или ступенчатые кривые, построенные в прямоугольных осях координат, причем по оси ординат откладываются мощности нагрузки, а по оси абсцисс — время. Средние значения коэффициента мощности промышленных предприятий cos Предприятия Нефтеперерабатывающие tg 0,90 0,484 Металлообрабатывающие 0,87 Электротехнического оборудования 0,82 0,567 0,698 Автотракторные и сельхозмашин 0,79 0,776 Тяжелого машиностроения 0,73 0,936 Вагоноремонтные Станкостроения Горнорудные 0,69 0,68 0,65 1,049 1,078 1.169 При учете нагрузки на более высоких ступенях напряжения необходимо учесть, что чем выше ступень напряжения, к которой приведена комплексная нагрузка, тем больше значение требующейся ей в режиме максимальной активной нагрузки реактивной мощности. Это обстоятельство вызвано прежде всего большими потерями реактивной мощности в трансформаторном оборудовании понижающих подстанций. Зависимость потребляемой нагрузкой мощности от изменения подведенного к ней напряжения по величине и частоте называются статическими характеристиками нагрузки по напряжению и по частоте. При малых отклонениях от установившегося режима изменение мощности нагрузки может быть представлено следующими выражениями: Осветительная нагрузка Осветительная нагрузка, состоящая из ламп накаливания, содержит только активное сопротивление нитей ламп и не потребляет реактивной мощности. Активная мощность не зависит от частоты и пропорциональна квадрату напряжения Характеристики асинхронной нагрузки Поведение асинхронного двигателя отображается уравнением движения d R J M Э.М . М МЕХ , dt где J – момент инерции вращающихся масс двигателя и приводимого механизма, R – частота вращения ротора двигателя относительно неподвижного статора, M Э. М . – электромагнитный момент, М МЕХ развиваемый двигателем, – механический момент сопротивления на валу двигателя. Очевидно, что характер движения ротора асинхронного двигателя в переходных процессах, значение частоты вращения в установившемся режиме, а также устойчивость установившегося режима двигателя определяется характером зависимости моментов M Э.М . и М МЕХ от частоты вращения. Существует три основных типа таких характеристик: а) постоянный или мало зависящий от скорости момент ( M Ì ÅÕ const , PÌ ÅÕ ) б) момент, примерно пропорциональный 2 M скорости вращения ( Ì ÅÕ , PÌ ÅÕ ) в) момент, примерно пропорциональный 2 квадрату скорости вращения ( M Ì ÅÕ , PÌ ÅÕ ). 3 J Переход от частоты к скольжению d (ном R ) где TД dt ном М МЕХ M Э.М . dsR TД М МЕХ M Э.М . , dt J – механическая постоянная времени М ном вращающихся масс двигателя и приводимого им механизма, ном R sR – скольжение ротора относительно вектора, ном вращающегося с номинальной частотой. Мощность, затрачиваемая на приведение в действие механизма, связана с механическим моментом следующим образом PМЕХ R M МЕХ IД UД x xК r s r PД I s 2 Д PД xK 0 2 Д 2 U rs x s r 2 K 2 1 2mmax cos í î ì Q Д QK Q QK I xK ном 2 Д s 2 I Д PД r s QK PД xK r ном Q U Д2 x ном f (U Д ) UД I Вольтамперная характеристика ветви намагничивания UД f (U Д ) U Дном K 2 Зависимость активной и реактивной мощности, потребляемой двигателем, от напряжения dM Э.М . 0 ds dM Э.М . dPД ds ds U 2 R xK2 s 2 r 2 2U 2 rs 2 xK x s r 2 K 2 r xK s 0 2 2 2 2 0 sKP r xK PД max U Д2 2 xK Зависимость реактивной мощности асинхронного двигателя от напряжения PД М МЕХ M r sI PД const 2 Д U1 U ном S,Q U2 U3 U4 sKP U KP s s1 s2 s3 s4 s6 s7 s8 U U KP U 4 U 3 U 2 U1 U ном Зависимость активной мощности асинхронного двигателяот частоты PД PМЕХ М МЕХ R PД М МЕХ Зависимость реактивной мощности асинхронного двигателя от частоты r sI M МЕХ 2 Д I s 2 Д QK I xK ном 2 Д QK s 2 о.е. Q QK Q QK Q f f ном Зависимости реактивной мощности, потребляемой асинхронным двигателем от частоты Статические характеристики синхронного двигателя Здесь k =1 соответствует отключенным АРВ при статической системе возбуждения и бесщеточном возбуждении без гармонического возбудителя; k =0 — отключенному АРВ при наличии гармонического возбудителя или при регулировании if =const; k=-1более эффективным законам регулирования. регулирование по отклонению напряжения со средним коэффициентом усиления kои = 2 ед. возб/ед. напр. Статические характеристики комплексной нагрузки При проведении проектных и эксплуатационных расчетов в энергосистемах невозможно учесть нагрузку каждого отдельного потребителя, поэтому в этом случае речь может идти об эквивалентной нагрузке предприятий, городских районов и т.п. Такую эквивалентную нагрузку принято называть комплексной нагрузкой. В состав комплексной нагрузки входят бытовые потребители, освещение, двигатели (в большинстве случаев асинхронные), выпрямительная нагрузка и др. Статические характеристики комплексной нагрузки определяются реакцией всех ее составляющих. Эта реакция, естественно, не остается неизменной, а зависит от изменяющегося состава нагрузки, степени загрузки двигателей, наличия устройств для компенсации реактивной мощности (батарей конденсаторов и т.п.). В суммарную мощность комплексной нагрузки входят также и потери в распределительных сетях. Зависимость активной мощности комплексной нагрузки от частоты и напряжения Зависимость активной мощности комплексной нагрузки от частоты обусловлена наличием в ее составе двигательной нагрузки. Степень зависимости активной мощности двигателей от частоты в свою очередь зависит от крутизны моментно-скоростных характеристик механизмов, вращаемых двигателями. Зависимость активной мощности комплексной нагрузки от напряжения, напротив, определяется ее статической частью, так как активная мощность, потребляемая асинхронным двигателем, очень слабо зависит от частоты, а активная мощность синхронных двигателей от напряжения вообще не зависит. PH U g H 2 Зависимость реактивной мощности комплексной нагрузки от частоты и напряжения Характер зависимости реактивной мощности нагрузки от частоты и напряжения в значительной части определяется двигательной частью, что рассмотрено выше. Однако существенное влияние на статические характеристики реактивной мощности оказывают влияние также следующие факторы • • • • Зависимость реактивной мощности комплексной нагрузки от частоты и напряжения Влияние нелинейности характеристик холостого хода не только двигателей, но и трансформаторов; изменение возбуждения синхронных двигателей при изменении частоты и напряжения; наличие и вид устройств компенсации реактивной мощности; существенное изменение (пропорционально квадрату напряжения) зарядной мощности линий. Пример статических характеристик PH , QH PH PH , QH PH 0 PH 0 QH QH QH 0 QH 0 U f f ном U U KP U ном При рассмотрении режимов и расчетов, не связанных с ожиданием больших отклонений частоты и напряжения, статические характеристики могут быть линеаризованы. Коэффициент наклона линеаризованных статических характеристик определяется делением относительного изменения мощности на относительное изменение частоты или напряжения. K (Q ) U Q U ном QHO U Изменение мощности нагрузки при изменении частоты и напряжения в свою очередь также оказывают влияние на параметры режима и это влияние принято называть регулирующим эффектом нагрузки соответственно по частоте и напряжению Модели нагрузки в расчетах установившихся режимов с учетом статических характеристик Статические характеристики в расчетах установившихся режимов принято описывать полиномами, коэффициенты которых подбираются так, чтобы получить достаточно точное совпадение аналитической характеристики с заданной. 2 U f U a3 PH PH 0 a0 a1 a2 1 U ном U ном f ном 2 U U f b3 QH QH 0 b0 b1 b2 1 U ном U ном f ном 2 U U PH PH 0 a0 a1 a2 U ном U ном U U QH QH 0 b0 b1 b2 U ном U ном a0 a1 a2 1 b0 b1 b2 1 2 № Вид характеристик a0 , b0 a1 , b1 a2 , b2 1 2 3 4 Постоянная проводимость Постоянный задающий ток Постоянная мощность Типовая характеристика активной мощности Типовая характеристика реактивной мощности на стороне 6 – 10 кВ Типовая характеристика реактивной мощности на стороне 110 – 220 кВ 0 0 1 0,83 0 1 0 –0,3 1 0 0 0,47 4,9 –10,1 6,2 3,7 –7,0 4,3 5 6
