Влияние компенсации реактивной мощности на устойчивость узла нагрузки

В узел нагрузки реактивная мощность поступает из ЭЭС, по­может вырабатываться и местным ИРМ - конденсаторной батаре­ей, синхронным компенсатором, статическим вентильным ИРМ, а также синхронным двигателем (см. рис. 46, г).

Рис. 48. Зависимость реактивной мощности от напряжения в узле для конденсаторной батареи (кривая) и синхронного компенсатора (кри­вые 2, 3)

Реактивная мощность конденсаторной батареи существенно за­висит от напряжения в узле (рис. 48, кривая 1):

                                                    (126)

где  -  номиналь­ная мощность конденсаторной ба­тареи; С -результирующая ем­кость батареи.

Синхронный компенсатор (син­хронный двигатель) может генери­ровать и потреблять реактивную мощность, определяемую выраже­нием

                                                                    (127)

Рис. 49. V-образная характери­стика синхронного компенсатора

 

где  - номинальная мощ­ность синхронного компенсатора;   - его синхронная э. д. с.

Режим работы синхронного ком­пенсатора задается системой его возбуждения в соответствии c V-образной характеристикой (рис. 49): восходящая ветвь отвечает возбуж­дению   и генерированию реактивной мощности (рис. 48, кривая 2); нисходящая ветвь - возбуждению   и потребле­нию реактивной мощности из сети (рис. 48, кривая 3).

Статический вентильный ИРМ состоит из нерегулируемой конденсаторной батареи, регулируемого реактора и устройства управ­лений или конденсаторной батареи, регулируемой тиристорам» (включение батареи через тиристорный выключатель).

Реактивная мощность ИРМ с регулируемым реактором при па­раллельном соединении силовых элементов (рис. 50, а, б)опре­деляется выражением

                    при                         (128,a)

где , ;, а при последовательном (рис. 50, в, г) - выражением

                                                                  (128,б)

и может изменяться в пределах от номинальной   до . Верхний предел зависит от наибольшего допустимого напряжения на конденсаторной батарее (генерируе­мая реактивная мощность возрастает с увеличением напряжения, повышение которого обеспечивается созданием условий, близких к резонансу напряжений: ).

Реактивная мощность ИРМ с тиристорным выключателем мо­жет плавно регулироваться в зависимости от тока , протекаю­щего через конденсаторную батарею:

                                                               (129)

Рис. 50. Схемы и характеристики статиче­ского вентильного ИРМ при параллельном (а, б) и последовательном (в,г) соединениях его силовых элементов

Основное назначение местного ИРМ - разгрузка питающей и рас­пределительной сетей промышленного предприятия от потоков реактивной энергии. Батарея конденсаторов может устанавливаться в любой точке электрической сети. Синхрон­ный компенсатор размещают в крупном узле нагрузки с напряже­нием 6-10 кВ, что обычно соответствует районной подстанции ЭЭС. Статический вентильный ИРМ с параллельным соединением силовых элементов включают в схему электроснабжения мощных электроприемников с резко перемен ной нагрузкой, где он используется в каче­стве симметрирующего, фильтрокомпенсирующего и фильтросимметрирующего устройства.

Благодаря местному ИРМ снижаются потери энергии в элект­рической сети, повышаются уровень и качество напряжения у элект­роприемников и изменяются условия устойчивости узла нагрузки.

В оценке устойчивости узлов нагрузки с компенсацией реактивной мощности существенными факторами являются размещение компенсирующих устройств в узле асинхронной нагрузки и исполь­зование местного ИРМ в узле комплексной нагрузки. При размещении ИРМ в узле асинхронной нагрузки изменяются условия внешнего электроснабжения, в результате чего напряжение у элект­роприемников из-за уменьшения падения напряжения в питаю­щей сети повышается. Падение напряжения определяется выражением

                                 (130)

Изменение эквивалентных параметров внешней сети при вклю­чении синхронных компенсаторов или двигателей, генерирующих реактивную мощность (рис. 51, а, в), можно определить по фор­мулам

(131)

Из (131) следует, что при  условиях устойчивости узла нагрузки благодаря повышению значений критических пара-

Рис. 51. Схемы замещения узла асинхронной нагрузки при включении син­хронного компенсатора или двигателя (а), конденсаторной батареи (б) и экви­валентная (в)

метров, определяемых по (101), улучшаются, так как , .

При включении конденсаторной батареи (рис.51,б)эквива­лентные параметры внешней сети определяются выражениями

                                      (132)

т. е. происходит увеличение напряжения у электроприемников узла нагрузки  и сопротивления связи узла с шинами бесконечной мощности , что приводит к соответству­ющим изменениям критических параметров: критическое скольже­ние [см. (101)] уменьшается до значения

                                                                      (133)

а критическое напряжение возрастает до значения

                                       (134)

Запас статической устойчивости узла нагрузки при этом уменьша­ется.

Наибольшие значения активной мощности с учетом выражений (132) и (101) можно рассчитать по формуле

                            (135)

из которой следует, что условия устойчивости узла нагрузки по этой переменной зависят от конкретного соотношения сопротив­лений .

Увеличение мощности конденсаторной батареи отрицательно сказывается на устойчивости узла асинхронной нагрузки, так как при этом   падает.

Если узел комплексной нагрузки удален от источника неизмен­ного напряжения и содержит местный ИРМ (см. рис. 46, г), то статическую устойчивость такого узла следует анализировать по критерию (110). В этом случае уравнение небаланса реактивной мощности в узле имеет вид

                                                    (136)

Исследование (136) на экстремум выполняется графически. При включении конденсаторной батареи или синхронного компен­сатора (синхронного двигателя) с     суммарная характе­ристика реактивной мощности нагрузки и ИРМ становится более пологой (рис. 52).

Рис. 52. Изменение характеристик составляющих баланса реактивной мощ­ности в узле комплексной нагрузки при включении одинаковых по мощности кон­денсаторной батареи (а) и синхронного компенсатора (б)

 

Устойчивость нагрузки обеспечивается в режимах с точками суммарной характеристики реактивной мощности, в которых  и выполняется условие  (например, точки а и a'), Из сравнения изменения интервала между значениями напряжения  и следует, что включение конденса­торной батареи создает менее благоприятные условия устойчивости узла нагрузки (особенно при малом запасе устойчивости).

В точках, где выполняется условие  (точки b и b')устойчивость узла нагрузки не сохраняется, так как уменьшаю­щимся значениям напряжения соответствуют возрастающие зна­чения потребляемой реактивной мощности, обусловливающей, в свою очередь, увеличение потери напряжения в элементах сети между ИРМ и узлом нагрузки. Такое снижение напряжения из-за воз­растающего дефицита реактивной мощности является прогрессиру­ющим. Этот процесс приводит к нарушению устойчивости всего узла нагрузки и называется лавиной напряжения. Узел нагрузки с конденсаторной батареей более подвержен этому опасному режи­му, чем с синхронным компенсатором, что следует из сравнения характеристик составляющих баланса реактивной мощности, показанных на рис.52 при .