Режимы работы электроэнергетических систем. 
Основные понятия и определения

Режимы работы электроэнергетических систем

Энергетика, имеющая огромное значение в развитии человеческого общества, превратилась в большую систему кибернетического типа, т. е. систему целенаправленную, оптимизируемую при прогнозировании, проектировании и эксплуатации.

Большая система энергетики состоит из отдельных взаимосвязанных систем или подсистем, функционирующих как единое целое, но при решении практических задач часто рассматриваемых раздельно.

Одной из таких подсистем является электроэнергетическая система — та часть энергетической системы, в которой теплота и различные виды энергии преобразуются в электрическую энергию, передаваемую на расстояние, распределяемую по потребителям, где она вновь преобразуется. В настоящей дисциплине будет изучаться электромеханическая часть электроэнергетической системы, далее называемая электрической.

Электрическая система представляет собой совокупность взаимодействующих элементов, которые можно разбить на две группы:

силовые элементы, вырабатывающие (например, генераторы, с их первичными двигателями), преобразующие (трансформаторы, выпрямители, инверторы), передающие и распределяющие (линии передач, сети) и потребляющие (нагрузки) электрическую энергию;

элементы управления, регулирующие и изменяющие состояние системы (регуляторы возбуждения синхронных машин, регуляторы частоты, реле, выключатели и т. п.).

В нормальном рабочем состоянии, или, как будем называть в дальнейшем, нормальном режиме, система должна надежно обеспечить потребителя электрической энергией нормированного, достаточно постоянного качества. При этом было бы желательно, чтобы режим системы был совершенно неизменным. Однако такого полностью «установившегося режима» реально существовать не может. Нагрузка в системе колеблется: непрерывно происходят «малые изменения» (флуктуации) числа подключенных потребителей — их мощности и состава, т. е. нагрузка «дышит» (рис. 1).

Кроме этих малых отклонений, реже, но также довольно часто, происходят более крупные «большие изменения», связанные с вариациями значений вырабатываемых и потребляемых мощностей и конфигурации системы — включением и отключением генераторов линий передач, трансформаторов, мощных подстанций (узлов нагрузки). Такие изменения — переходы от одного режима к другому во время нормальной работы системы — называются нормальными переходными режимами (рис. 2).

Рисунок 2. Изменение параметров при нормальных переходных режимах в системе: а — схема системы; б-отключение линии электропередачи Л1, питающей подстанцию от генератора Г1; U1 — напряжение на шинах подстанции П1, Р1- поток мощности от генератора, в — включение мощного генератора Г2 и набор им нагрузки; U — напряжение на шинах подстанции П2, — поток мощности от генератора Г2, (индекс 0 — начальное значение, 1, 2- установившееся).

Электрическая система, как и любая другая система, может иногда подвергаться аварийным воздействиям. Аварии могут быть вызваны:

или нарушением режима системы — перегрузками отдельных элементов и их автоматическим отключением и делением системы на части — «развалом системы»;

или разрушением отдельных элементов системы. Например, из-за внешних воздействий (ветер, гололед) могут разрушиться опоры электропередачи. Из-за внутренних воздействий, обусловленных возросшими токами при коротком замыкании, могут разрушиться генераторы, трансформаторы, реакторы и подстанции. Состояние системы во время таких аварий и последующий переход к новому рабочему состоянию называется аварийным переходным режимом (рис. 3).

Изучение режимов электрической системы требует рассмотрения не только электромагнитных явлений, обусловливающих возможность получения, передачи и потребления электрической энергии, но и механических явлений в ее элементах: в первичных двигателях, их автоматических регуляторах, генераторах, двигателях нагрузки, где электрическая энергия вновь преобразуется в механическую.

Таким образом, необходимо рассматривать и электрическое, и механическое состояние системы, или электромеханические режимы.