Задание нагрузок при расчетах режимов электрических сетей и систем.

Параметры пассивных элементов электрической сети – линий и трансформаторов – в расчетах принимаются постоянными, эти элементы рассматриваются как линейные. Активные элементы схем замещения электрических сетей и систем – нагрузки и генераторы – представляются в виде линейных или нелинейных источников [2].

В зависимости от способа задания нагрузок и генераторов уравнения установившегося режима линейны или нелинейны. Способы представления нагрузок и генераторов при расчетах режимов зависят от вида сети и целей расчета.

Рис.7.1. Способы задания нагрузок при расчетах режимов:

а – постоянный по модулю и фазе ток; б – постоянная по модулю мощность; в, г – постоянные проводимость или сопротивление; д – статические характеристики нагрузки по напряжению; е – случайный ток

7.1. Нагрузка задается постоянным по модулю и фазе током

(рис.7.1, а)

Такая форма представления нагрузки принимается при всех расчетах распределительных сетей низкого напряжения U<1 kB. Как правило, так же задается нагрузка в городских, сельских и промышленных сетях с напряжением U<35 kB. В распределительных сетях источниками питания являются шины низкого напряжения районных подстанций. Как правило, предполагается, что напряжение источника питания известно. При задании нагрузки в виде постоянного тока (7.1) установившийся режим описывается системой линейных алгебраических уравнений, подробно рассматриваемой в теоретических основах электротехники. Особенность этих уравнений в том, что, как правило, отсутствуют ЭДС в ветвях, а в нагрузочных узлах заданы источники тока.

Задание тока в виде (7.1) при расчетах питающих сетей приводит к очень большим погрешностям, что является недопустимым.

7.2. Нагрузка задается постоянной по величине мощностью

или

при расчетах установившихся режимов питающих и иногда распределительных сетей высокого напряжения (см. рис.7.1, б).

В питающих сетях S_H= const задается при неизвестном напряжении в узле. Это значит, что в узле задан нелинейный источник тока, мощность которого зависит от напряжения узла:

При использовании (7.2) и (7.3) уравнения установившегося режима питающей сети нелинейны. Задание постоянной мощности нагрузки соответствует многолетней практике эксплуатации электрических сетей и систем. одна из причин задания S_H= const в том, что экономические расчеты осуществляются за полученную электроэнергию. Соответственно расчеты текущего (для данного момента времени) режима проводятся в мощностях, а не в токах.

Этот способ задания нагрузки является достаточно точным для электрических систем, полностью обеспеченных устройствами регулирования напряжения. В этих системах на электроприемниках поддерживается постоянное напряжение вследствие широкого использования трансформаторов и автотрансформаторов с регулированием напряжения под нагрузкой, а также путем оснащения нерегулируемых трансформаторов на существующих подстанциях линейными регулировочными трансформаторами. Кроме того, широко используются средства местного регулирования напряжения (управляемые батареи конденсаторов, синхронные двигатели и т.д.). В этих условиях при изменении режима напряжение на нагрузке практически не меняется и полная мощность нагрузки остается постоянной.

В действительности у потребителей не обеспечивается поддержание постоянного по модулю напряжения. В этом случае задание постоянной мощности нагрузки потребителей приводит к ошибкам при расчетах установившихся режимов питающих сетей в сравнении с учетом

Эта ошибка тем больше, чем больше отличаются напряжения потребителей от номинального.

При расчетах распределительных сетей низкого напряжения в случае задания S_H= const предполагают также, что напряжения во всех узлах равны номинальному. Это значит, что в узле задан линейный источник тока, не зависящий от напряжения узла:

При выполнении условий (7.1) и (7.4) уравнения установившегося режима в распределительных сетях линейны. Расчет потоков мощностей в линиях ведется по мощностям нагрузок, но уравнения остаются линейными.

7.3. Нагрузка представляется постоянной проводимостью или постоянным сопротивлением

Такой способ (рис.7.1, в, г) эквивалентен заданию статических характеристик нагрузки в виде квадратичных зависимостей от напряжения

Уравнения установившегося режима при условии (7.5) и (7.6) нелинейны. Задание постоянной проводимости нагрузки используется при расчете электромеханических переходных процессов.

7.4. Статические характеристики нагрузок по напряжению.

Они (рис.7.1, д) более полно отражают свойства нагрузки, чем в случае задания постоянного тока, мощности или проводимости, но их использование приводит к усложнению расчетов. Во многих случаях эти характеристики не известны и возможно применение лишь типовых. Учет статических характеристик по напряжению оказывает существенное влияние на результаты расчета послеаварийных установившихся режимов, когда напряжение сильно отличается от номинального.

Рис.7.2. Статические характеристики по напряжению для различных способов задания нагрузки

Статические характеристики нагрузки по частоте должны учитываться при расчетах послеаварийных установившихся режимов, в которых имеет место дефицит мощности и частота отличается от номинальной. Такие расчеты установившихся режимов учитывают изменение частоты и применяются для анализа действия устройств регулирования частоты и противоаварийной автоматики.

На рис.7.2. приведены статические характеристики по напряжению для различных способов задания нагрузки. Прямая 1, параллельная оси напряжения, - S_H= const; квадратичная парабола 2 - Y_H= const; кривые 3,4 – типовые статические характеристики. При задании постоянной проводимости нагрузки график Q_H оказывается ближе к типовой статической характеристике, чем к характеристике 2 при S_H= const, а P_H – наоборот. При применении регулирования напряжения, обеспечивающего U_H»const, полная мощность нагрузки постоянна, что соответствует прямой 1.

7.5. Нагрузка представляется случайным током.

Электрифицированный транспорт – это специальный вид нагрузки, у которой во времени (по мере движения электровоза) меняется величина и место подключения. Такая нагрузка представляется в виде I_п(q), где q - случайная величина (рис.7.1, е). Расчеты, учитывающие случайный характер нагрузки, применяются для специального анализа режимов электрических систем и в особенности для систем электроснабжения железных дорог. В этих расчетах может учитываться несимметричный или несинусоидальный характер нагрузки.

Контрольные вопросы по теме:

1. Почему в электрических сетях, оснащённых устройствами регулирования, достаточно представлять нагрузки неизменной мощностью?

2. В каких расчётах электрических систем и сетей такой учёт нагрузки допустим?

3. При анализе режимов, каких сетей допустимо моделировать электрические нагрузки неизменным по величине током?

4. Чем обусловлена погрешность такой модели нагрузок?

5. Как определить значения неизменных сопротивлений и проводимостей, моделирующих электрические нагрузки?

6. Чем различаются расчеты режимов разомкнутой линии при представлении нагрузок токами и полными мощностями?

7. В чем состоит различие между падением и потерей напряжения?

8. Чем различаются продольная и поперечная составляющие падения напряжения и как они выражаются через потоки мощности в линии?

9. Одинаковы ли эти значения при последовательном и параллельном включении сопротивлений?

10. Сформулируйте понятие «электрическая сеть» (ЭС). В чем назначение ЭС?

11. Какая основная задача расчета и анализа установившегося режим (состояния электрического равновесия) устройств передачи электрической энергии?

12. Перечислите основные показатели режима, характеризующие электрическое состояние участка сети.

13. Как представляется электрическая сеть при расчете установившихся режимов? Какие данные необходимы для расчетов?

14. В чем причина нелинейности математического описания задачи расчета установившегося режима?

15. В чем отличие задачи расчета установившегося режима электрической сети от классической задачи расчета электрической цепи?

16. При каких условиях установившийся режим трехфазной электрической сети называется симметричным?

17. Запишите выражение полной мощности для трехфазной электрической цепи.