В-3. ВИДЫ СИСТЕМ И ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧ (ОПРЕДЕЛЕНИЯ)
Уточним определение того, что понимается под различными видами электропередач и систем.
Электроэнергетической системой (ЭС) будем называть объединение отдельных электростанций высоковольтными линиями электропередачи на параллельную работу для энергоснабжения потребителей. Энергетическая система имеет общий резерв и управляется единой службой эксплуатации (диспетчерское управление). Под электрической системой понимается электрическая часть электроэнергетической системы.
Линией электропередачи называют элемент электрической системы, предназначенный для передачи электрической энергии на расстояния.
Электропередачей называют часть системы — совокупность элементов, участвующих в процессе выработки, передачи энергии и ее потребления. В нее входит генератор, трансформатор, линия передачи, нагрузка.
Под межрайонной электроэнергетической системой будем понимать объединение электроэнергетических систем высоковольтными линиями электропередачи с единой службой эксплуатации и с общим электроэнергетическим резервом. Соединяя высоковольтными линиями электропередачи основные районы страны или ее части, межрайонное объединение ЭС образует на территории этих районов Единую электроэнергетическую систему (ЕЭЭС) и соответственно Единую высоковольтную сеть (ЕВС).
Межрайонная электроэнергетическая система может работать так, что все электростанции системы непосредственно объединяются на параллельную работу или система секционируется и параллельная работа осуществляется по отдельным секциям.
Рис. В-4. Связанная единая электроэнергетическая система.
В первом случае мощные электростанции или узловые подстанции, расположенные в центре системы и на ее периферии, постоянно электрически связаны между собой (рис. В-4).
Во втором случае отдельные труппы станций или агрегатов имеют коммутационную связь для параллельной работы или связывают труппы потребителей разных систем, обеспечивая возможность присоединения их в случае надобности к одной или другой системе (рис. В-5). При секционировании параллельная работа всех электростанций системы не осуществляется. Секционирование в объединенных мощных энергетических системах обычно нежелательно и необходимость в нем появляется главным образом из-за недостаточных разрывных мощностей выключателей или же из-за ухудшения устойчивости при объединении системы*.
* Современные выключатели имеют разрывную мощность до 20 млн. кВА.
Рис. В-5. Секционированная единая электроэнергетическая система.
Рассматривая различные электроэнергетические системы, можно заметить, что они различаются между собой по соотношению мощностей гидравлических, теплофикационных и конденсационных станций, входящих в состав системы, а также по режимам (трафикам) нагрузки и назначению межсистемных связей. По соотношению мощностей различных станций, составляющих систему, или, как иначе говорят, по структуре, системы могут быть разделены на пять характерных типов:
- Гидроэнергетические, имеющие в своем составе более 50% ГЭС, считая по мощности или по энергии. К таким системам относятся, например, Грузинская, Армянская системы, Средневолжская система, включающая Волжскую ГЭС имени Ленина, и Нижневолжская система с Сталинградской станцией. В качестве подтипов можно выделить гидроэнергетические системы со станциями на равнинных реках (например, Куйбышевская система) и горных реках (например, Армянская система).
Наличие равнинных или торных гидростанций существенно влияет на основные энергоэкономические характеристики гидроэнергетических систем и их объединений.
- Преимущественно теплофикационные Системы, имеющие в своем составе более 50% (по мощности и энергии) тепловых станций (ТЭЦ). В качестве примера такой системы можно привести Казанскую систему.
- Преимущественно конденсационные, имеющие в своем составе конденсационные агрегаты, мощность и выработка которых более 50% (например, Донецкая система).
- Энергетические системы, характеризующиеся примерно равным соотношением конденсационных, теплофикационных и гидравлических электростанций в балансе мощности и энергии системы.
- Энергетические системы, состоящие только из ГЭС и ТЭЦ, обладающие весьма совершенными энергоэкономическими характеристиками.
В этой классификации надо особо выделить межрайонные объединения энергетических систем, которые могут быть образованы путем объединения систем различный типов. В каждой системе возможны изменения в процессе развития как по структуре, так и по относительной мощности и выработке гидростанций, теплофикационных агрегатов и т. п.
В ряде случаев возможно существование систем, которые могут быть названы системами переменной или подвижной структуры. Так, объединение систем, осуществляемое секционированием электростанции, крупные агрегаты которой могут работать то в одной, то в другой системе, приводит к системе подвижной структуры. Распоряжением диспетчера электростанции или агрегаты могут быть включены в одну или в другую секцию системы и соответственно в разные моменты времени система может иметь разную структуру.
Можно разделить системы по графикам нагрузки, которые зависят от структуры и режима потребителей энергии, исходя из следующих показателей:
а) коэффициентов заполнения суточных графиков для зимнего и летнего периода;
б) отношения (в расчетный зимний период) минимальной суточной нагрузки к максимальной;
в) коэффициентов заполнения годовых графиков;
г) отношений летних максимумов нагрузки к зимним;
д) годового числа часов использования максимума.
Объединение различных по структуре электроэнергетических систем, как правило, оказывается выгодным — позволяет совмещать трафики нагрузок и давать новые показатели режимов нагрузки. Это весьма существенное обстоятельство должно учитываться при определении эффективности объединения электроэнергетических систем.
Межсистемные связи, т. е. линии передач, связывающие системы, характеризуются своим назначением, протяженностью и параметрами, к которым относится род тока и величина напряжения.
Разделение межсистемных связей по назначению может быть сделано всегда только условно. Так, с известным приближением выделяют питательные и маневренные межсистемные связи, причем последние в свою очередь подразделяются на сильные и слабые.
Питательные межсистемные электропередачи (магистральные) имеют своим главным назначением передачу мощных потоков энергии от размещенной в одной системе опорной электростанции или группы генераторов электростанции, или от группы электростанций в какую- либо другую систему, называемую в этом случае приемной системой. Разумеется, что в тех или иных случаях может иметься не одна, а две или более приемных систем. Если в разное время суток и года условия баланса мощности в системах могут изменяться, то и потоки мощности по межсистемным связям могут менять свое направление на обратное: из приемной системы в отдающую. Такие передачи обычно называют реверсивными межсистемными связями. Реверсивность таких электропередач носит подчиненный характер, зависящий от режима связанных систем. Примером межсистемной питательной электропередачи может служить электропередача, связывающая Волжскую ГЭС с Московской системой; примером реверсивной передачи может служить передача от Сталинградской ГЭС в Донбасс.
Маневренные связи разделяются на сильные и слабые связи. Под сильными связями понимают соединение систем линиями передачи, имеющими пропускную способность, соизмеримую с мощностью объединяемых систем. Под слабыми связями понимают соединения систем линиями электропередач, имеющими пропускную способность много меньше, чем мощность любой из соединяемых систем.
Рис. В-6. Слабая и сильная связи систем.
В случае слабых связей возникают специфические проблемы устойчивости режима соединяемых систем, так как наибольшая пропускная способность линии оказывается того же порядка, что и изменения мощностей в системах при рабочих режимах. Во время таких изменений нагрузки линия передачи, работающая с некоторым запасом устойчивости, может достигать предельных режимов (рис. В-6).
Следовательно, нормальные изменения мощности в системах (∆P1, ∆Р2), происходящие во время работы систем, приводят к изменениям мощности на линии электропередачи ∆Рл, что в свою очередь и может вызвать нарушение устойчивости межсистемной связи.
Таким образом, при наличии слабых межсистемных связей возникают специальные задачи устойчивости, регулирования потоков обменной мощности и частоты в объединяемых системах.
