Устойчивость узлов нагрузки при слабых возмущениях

Исходные положения

Слабые возмущения могут возникать под действием питающей энергетической системы (изменения напряжения и частоты), а так­же в результате изменений режимов работы самой СЭС и ее элект­роприемников (пуски, колебания момента и перегрузки двигателей по условиям технологического процесса; изменение количества питающих линий; регулирование значений отдельных параметров режима; оперативные переключения в распределительной сети и т. п.). В таких условиях электроснабжения свойства и тип электро­приемников узла нагрузки оказывают существенное влияние на его устойчивость.

Если узлы нагрузки по суммарной потребляемой мощности соизмеримы с мощностью питающей ЭЭС или электрически удалены от источников электрической энергии, то режим их работы при слабых возмущениях может оказаться неустойчивым.

Оценка устойчивости узлов нагрузки является неотъемлемой частью решения задачи обеспечения устойчивости СЭС. Устойчи­вость узла промышленной нагрузки рассчитывают в такой последо­вательности:

1) замещают узел нагрузки расчетной моделью и определяют ее параметры;

2) выделяют существенные параметры и критерии устойчивости для данной схемы электроснабжения;

3) оценивают предельный режим по критическим значениям су­щественных переменных и запасу устойчивости.

Замена реального узла нагрузки расчетной моделью (опера­ция замещения) при анализе слабых возмущений строится на со­хранении тождества рассчитываемых на данном этапе текущих пока­зателей переходного процесса по действительным и эквивалентным параметрам.

Узел нагрузки с асинхронными двигателями адекватно заме­щают расчетной моделью в виде эквивалентного асинхронного дви­гателя, движение которого описывается теми же уравнениями, что и реальных двигателей. Погрешность замещения зависит от спо­соба его осуществления. По результатам анализа критериев заме­щения выделены три их группы:

1) усреднение параметров двигателей при каждом одинаковом значении скольжения исходя из допущения одинаковых скольже­ний реальных двигателей в одни и те же моменты переходного про­цесса;

2) замещение по совпадению переходных процессов активной и реактивной мощностей, потребляемых из сети группой реальных двигателей и их эквивалентом;

3) замещение по сохранению пределов динамической устойчи­вости группы реальных двигателей и их эквивалента.

Выбор критерия замещения зависит от конечной цели постав­ленной задачи и требуемой точности ее решения. В приближенных оценочных расчетах можно использовать статистические параметры расчетной модели крупного узла нагрузки в виде эквивалентного асинхронного двигателя:

1) параметры Г-образной схемы замещения (см. п. 2.1) ; ; ; ; ;

2) параметры режима ; ; ; ; ; ; с (здесь моменты отнесены к зна­чению , другие параметры — к  и  на ступени напряжения узла нагрузки).

Разнотипность синхронных двигателей в узлах нагрузки не­большая, что позволяет учитывать их по фактическим параметрам и параметрам нормального режима. Замещение больших и разно­родных по технологическому использованию групп синхронных двигателей выполняют раздельно по явно- и неявнополюсным дви­гателям ввиду различия их асинхронных характеристик, механи­ческих постоянных инерции и характеристик приводимых меха­низмов.

В приближенных расчетах устойчивости узлов нагрузки исполь­зуют средневзвешенные значения параметров синхронных двига­телей. Для явпополюсных двигателей они следующие: кратность пускового момента ; коэффициент мощности ; продольное и поперечное синхронные индуктивные сопротивления  и ; индуктивное сопротивле­ние рассеяния статора ; индуктивное сопротивление рассеяния и постоянная времени обмотки возбуждения при разомк­нутых других обмотках или контурах  и с; индуктивное сопротивление рассеяния и постоянная времени демп­ферной обмотки по продольной оси при разомкнутых других обмот­ках  и с; индуктивное сопротивление рассеяния и постоянная времени демпферной обмотки по попереч­ной оси при разомкнутых других обмотках  и ; коэффициент загрузки .

Таблица 3. Средневзвешенные параметры составляющих комплексной расчетной модели узла нагрузки

Таблица 4. Параметры статической нагрузки

Узел нагрузки, содержащий асинхронные и синхронные двига­тели, представляют комплексной расчетной моделью. Ее параметры могут устанавливаться замещением отдельных характерных состав­ляющих нагрузки, описываться статическими или динами­ческими характеристиками.

В оценочных расчетах устойчивости узлов нагрузки можно ис­пользовать средневзвешенные параметры комплексной расчетной модели, приведенные в табл. 3 и 4 (в х мощность двигателей указана по отношению к номинальной мощности уз­ла нагрузки). Ориентировочные данные о составе узлов нагрузки по потребляемым мощностям следующие:

· узлы промышленной нагрузки: двигатели - 55 %, статическая нагрузка - 45 %;

· узлы коммунально-бытовой нагрузки: асинхронные двигатели -30 %, статическая нагрузка - 70 %;

· узлы сельскохозяйственной нагрузки: двигатели - 5 %,ста­тическая нагрузка - 95 %.

Устойчивость узла нагрузки анализируют по схеме замещения всей СЭС и параметрам ее режима. В зависимости от конкретных условий расчетную схему электроснабжения приводят к одному из основных видов (см. п. 2.2), что дает возможность использовать практические критерии устойчивости.

В результате замещения получают четыре разные расчетные моде­ли узла нагрузки, отличающиеся между собой используемыми при анализе критериями устойчивости (рис. 46):

Рис. 46. Расчетные модели узла нагрузки

1) модель, где напряжение в узле нагрузки является независи­мой переменной, не зависящей от режима работы электроприемни­ков, что позволяет рассчитывать устойчивость независимо для каждой из характерных групп электроприемников (рис. 46, а) по ее основным критериям;

2) модель, где характерные группы электроприемников радиально связаны через внешние сопротивления с шинами узла нагрузки (рис. 46, б), напряжение на которой является независимой пере­менной режима;

3) модель, где характерные группы электроприемников связаны с узлом нагрузки через общее внешнее сопротивление и независи­мой переменной режима является э. д. с. источника питания (рис. 46, б);

4) модель, где узел нагрузки содержит все характерные состав­ляющие и ИРМ (рис. 46, г).

Ниже излагается методика оценки устойчивости всех четырех расчетных моделей узла нагрузки.