Регулирование напряжения в распределительных сетях методом характеристического узла

Кроме принципа встречного регулирования напряжения, основанного на линейной характеристике регулирования, от С/_ном (или меньшего U_H0M) в часы минимальных нагрузок до (1,05___1,1)С/_Н0М, в часы максимальных нагрузок нашли примене.

Рис. 5.20. РПН на понижающей подстанции.

ние и другие подходы к выбору закона регулирования напряжения. В частности, во Франции используется подход, основанный на минимизации ущерба, наносимого потребителю отклонением напряжения от номинального значения. Напряжение на понижающей подстанции регулируется таким образом, чтобы обеспечить наибольшее число потребителей сети (в смысле наибольшей потребляемой энергии) напряжением, близким к номинальному. С этой целью строится специальная модель эквивалентного сопротивления сети (рис. 5.20), за которым в узле регулируется напряжение по специально полученному закону.

Данный поход к регулированию напряжения, так же как и встречное регулирование, является согласным, т. е. в зависимости от токовой нагрузки шин НН, однако выбор диапазона регулирования делается иначе.

Узел, в котором регулируется напряжение, называется характеристическим узлом. Он является модельным образованием и не существует в действительности.

На подстанции, где размещено устройство РПН, располагают только информацией о U, Р, Q, а также токе I.

Рис. 5.21. Модель полного сопротивления.

Модель эквивалентного сопротивления, по которому протекает ток (рис. 5.21), соответствует отдаваемой в сеть мощности. Получается одно напряжение, которое подлежит регулированию, но потребители многочисленны и распределены по всей сети.

Характеристическая точка должна быть выбрана таким образом, чтобы при хорошем регулировании напряжения общий ущерб (для всей сети) был минимальным, при этом всякое перемещение регулируемой точки увеличивает общий ущерб.

Если отходящая линия неразветвленная, то, следовательно, в характеристической точке среднее квадратическое отклонение напряжения должно быть равным средневзвешенной величине (по потребляемым энергиям) от квадратов отклонений в различных точках линии.

Положение характеристической точки меняется во времени, поскольку изменения нагрузок происходят неодновременно. Следовательно, нельзя осуществить хорошее регулирование, если изменения нагрузок нс будут скорректированы. На практике, как правило, потребители имеют одинаковую природу, например, бытовые потребители в жилых квартирах, или сельскохозяйственные потребители, или промышленные потребители; тогда значение коэффициента корреляции мощностей нагрузок оказывается равным 0,7…0,9 (идеальная однородность была бы при 1,0). Для нагрузок с различной природой коэффициент корреляции незначителен (менее 0,3) и даже отрицателен (он равен -1,0 для двух нагрузок, постоянно меняющихся в противоположных направлениях). В этом случае необходимо разделить сеть на подсети, имеющие независимое регулирование напряжения.

На практике нс обязательно уточнять местоположение характеристической точки; достаточно знать статистическое распределение напряжения в этой точке, называемое фиктивным напряжением Ur. Его измеряют анализатором качества электроэнергии в различных точках сети, связанных с нагрузками, потребляемыми вблизи каждой из этих точек. Нагрузки могут быть определены с помощью годовых энергий Wj, потребляемых всем множеством нагрузок, сгруппированных вокруг каждой точки. Итак, имеем.

Из последнего выражения можно найти относительное отклонение фиктивного напряжения V.-, которое позволяет характеризовать качество напряжения в электрической сети:

Математическая модель, представленная эквивалентным сопротивлением, должна воспроизводить напряжение Ur.

Пусть R и X — значения активного и реактивного сопротивления модели; U_(j — параметр для настройки системы регулирования; Р и Q — активная и реактивная мощности полной нагрузки регулируемой сети; U — напряжение на шинах подстанции, питающей сеть; U_m — напряжение модели.

При этом имеем.

Регулятор должен поддерживать напряжение U фиксированным и равным по величине ?/ + U_{). Выразим из (5.26) напряжение, которое необходимо поддерживать на шипах подстанции:

И, подставляя вместо модельного напряжения выражение U_m = U_Hом + U₀, будем иметь.

и в относительных единицах.

или.

где

Фиктивное напряжение U _f равно откуда.

или в относительных единицах.

Относительное отклонение фиктивного напряжения.

или.

Член У₍₎ — постоянная величина, а остальные — случайные величины (Р, Q, A U,). Эти три величины можно определить с помощью средних величин (математических ожиданий) Р, Q, At/*, средиеквадратических отклонений а[Р] = о_Р, of (/] = <�з_а, afAK] = ст_{д (/} и коэффициентов корреляции r_PAV, Гд_ЛУ, г_Рд.

Регулирование напряжения оптимально, если параметры R, Х_т и К₀ выбраны такими, что среднеквадратическое отклонение V.- минимально. В этом случае экономический ущерб, испытываемый всеми потребителями, минимален.

Определим оптимальные значения R_m, Х_т и V₍₎. Для этого дисперсию отклонения V, — по R_m, Х_т

продифференцируем и приравняем полученные производные нулю:

В результате будем иметь систему линейных уравнений:

решение которой можно записать в матричном виде где

Таким образом, имеем выражения для расчета оптимальных значений R_m, Х_т, а выражение для V_Q определится из (5.35), если считать, что математическое ожидание V/- равно нулю:

Следовательно, для оптимального регулирования необходимо иметь следующие числовые характеристики режимных параметров:

• • математические ожидания и среднеквадратические отклонения активной и реактивной мощности, отдаваемой в сеть;
• • математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение относительной величины потерь напряжения AU*;
• • коэффициенты корреляции: r_PO, г_РАУ, Гд_АУ .

Первые две группы характеристик определяются обработкой статистического материала, полученного из натурного или вычислительного эксперимента. Что касается коэффициентов корреляции, то поскольку в большинстве случаев в распределительных сетях активная и реактивная нагрузки меняются одновременно, коэффициент корреляции г_рд = 1, а г_рАУ = 0,7…0,95 в большинстве случаев и г_рАу = Гд_АУ. С учетом указанных значений формулы (5.41) приобретают вид:

Регулирование напряжения заключается в поддержании на шинах подстанции напряжения.

Пример 5.4. Определить закон регулирования напряжения на шинах центра питания распределительной сети 10 кВ (рис. 5.22) по способу характеристического узла.

Рис. 5.22. Схема распределительной сети.

Для простоты примем, что электроприемники, на шинах которых следует поддерживать напряжение, близкое к номинальному, находятся непосредственно в сети 10 кВ. В действительности в расчете следует учесть сети 0,38 кВ, где, собственно, и следусг поддерживать номинальное напряжение у электроприемников.

В таблице приведены параметры схемы сети.

Сопротивления ветвей схемы сети (провод марки ЛС-50)

Расчет приведен в системе Mathcad.

Графики нагрузки узлов по активной и реактивной мощности имеют шесть ступеней длительностью по 4 часа. Мощности даны в киловаттах (Р) и киловарах (Q).

Графики напряжений в узлах схемы сети, полученные на основе вычислительного эксперимента путем расчета режимов для каждой ступени графиков мощностей (кВ) при U₆ = 10,5 кВ.

График мощностей 5-го узла Г рафик напряжения в 5-м узле.

t.

Суммарный график нагрузки сети.

Суточное потребление энергии в каждом узле нагрузки и по сети в целом.

График напряжения фиктивного узла

t.

Расчет статистических характеристик параметров моделей Примем коэффициенты корреляции:

Сопротивления модели и параметры настройки:

График напряжения в центре питания, который должна поддерживать система регулирования: