Баланс мощности и энергии — различия между версиями

Материал из Wiki Power System
Перейти к: навигация, поиск
(Новая страница: «Частота переменного тока в электрической сети и напряжения в узлах являются важнейшими…»)
 
м (→‎Разработка балансов мощностей при проектировании)
 
(не показано 28 промежуточных версий 5 участников)
Строка 1: Строка 1:
−
Частота переменного тока в электрической сети и напряжения в узлах являются важнейшими показателями качества электроэнергии. Общим для этих показателей является то, что они оба связаны с балансами мощностей в электроэнергетической системе и системах электроснабжения потребителей.
+
'''Баланс мощности и энергии''' рассчитывается для определения возможности покрытия графика нагрузки и выявления необходимости ввода новых источников энергии.
  
−
Значение частоты в любой момент нормального режима одинаково во всех узлах электрической сети и является единым показателем качества элек-троэнергии. В то же время уровни напряжений в различных точках сети мо-гут различаться очень сильно и одновременно в некоторых узлах сетей соот-ветствовать, а в других не соответствовать требованиям ГОСТ. В этом смыс-ле напряжение, как параметр качества электроэнергии, должно анализиро-ваться в каждом отдельном узле энергосистемы на шинах каждого потреби-теля.
+
= Общие положения =
  
−
Основными особенностями электроэнергетических систем и систем элек-троснабжения являются:
+
== Баланс мощности ==
−
* рактическая невозможность накопления электроэнергии, мощности современных аккумуляторных батарей неизмеримо меньше мощностей генерирующих источников;
+
Частота переменного тока в [[Электрическая сеть|электрической сети]] и напряжения в узлах являются важнейшими показателями качества электроэнергии. Общим для этих показателей является то, что они оба связаны с балансами мощностей в [[Энергосистема|энергосистеме]].
−
* рактически мгновенная передача электроэнергии потребителям от генерирующих источников в связи с высокой скоростью распространения элек-тромагнитных волн.
 
  
−
Указанные особенности определяют одновременность процессов произ-водства и потребления электроэнергии и равенство величин вырабатываемой и потребляемой электроэнергии в каждый момент времени.
+
Значение частоты в любой момент нормального режима одинаково во всех узлах [[Электрическая сеть|электрической сети]]. В то же время уровни напряжений в различных точках сети могут различаться очень сильно и одновременно в некоторых узлах соответствовать, а в других не соответствовать требованиям ГОСТ и договоров на технологическое присоединение. В этом смысле напряжение, как параметр качества электроэнергии, должно анализироваться в каждом отдельном узле [[Энергосистема|энергосистемы]].
  
−
Каждому моменту установившегося режима в электроэнергетической си-стеме соответствуют балансы по активной и реактивной мощностям. Уравне-ния балансов мощностей можно записать в виде:
+
Каждому моменту [[Установившийся режим|установившегося режима]] в [[Энергосистема|электроэнергетической системе]] соответствуют балансы по активной и реактивной мощностям. Уравнения балансов мощностей можно записать в виде:
  
−
<math> \sum P_g = \sum P_{load} + \sum \Delta P + \sum \Delta P_{sn} </math>;
+
<math>\displaystyle \sum P_г = \sum P_{нагр} + \sum \Delta P + \sum \Delta P_{сн} </math>;
  
−
<math> \sum Q_g = \sum Q_{load} + \sum \Delta Q + \sum \Delta Q_{sn} \pm \sum Q_{ku} \pm \sum Q_g </math>,
+
<math>\displaystyle \sum Q_г = \sum Q_{нагр} + \sum \Delta Q + \sum \Delta Q_{сн} + \sum Q_{ку} + \sum Q_ш </math>,
  
−
где   <math> \sum P_g </math> и <math> \sum Q_g </math> - суммарные активные и реактивные мощности генерирующих источников;   <math> \sum P_{load} </math> и <math> \sum Q_{load} </math> - суммарные активные и реактивные мощности нагрузок;   <math> \sum \Delta P </math> и <math> \sum \Delta Q </math> - суммарные потери мощности в элементах систем электроснабжения и электроэнергетической системы;   <math> \sum P_{sn} </math> и <math> \sum Q_{sn} </math> - суммарные расходы мощности на собственные нужды электростанций;   <math> \sum Q_{ku}  </math> - суммарные мощности компенсирующих устройств (знак «+» соответствует устройствам, потребляющим реактивную мощность, знак «-» вырабатывающим);   <math>\sum Q_{ku}</math> суммарная реактивная (зарядная) мощность, генерируемая воздушными линиями электропередачи.
+
где <math>\displaystyle \sum P_г </math> и <math> \sum Q_г </math> — суммарные активные и реактивные мощности генерирующих источников; <math> \sum P_{нагр} </math> и <math> \sum Q_{нагр} </math> — суммарные активные и реактивные мощности нагрузок; <math>\displaystyle \sum \Delta P </math> и <math>\displaystyle \sum \Delta Q </math> — суммарные потери мощности в элементах систем электроснабжения и электроэнергетической системы; <math>\displaystyle \sum P_{сн} </math> и <math>\displaystyle \sum Q_{сн} </math> — суммарные расходы мощности на собственные нужды электростанций; <math>\displaystyle \sum Q_{ку}  </math> — суммарные мощности компенсирующих устройств (знак «+» соответствует устройствам, потребляющим реактивную мощность, знак «-» вырабатывающим); <math>\sum Q_{ку}</math> суммарная реактивная (зарядная) мощность, генерируемая воздушными линиями электропередачи; <math> \sum Q_ш </math> - суммарная мощность шунтов ЛЭП и Тр.
  
−
Источниками активной и реактивной мощностей, являются генераторы электрических станций: тепловых, атомных, гидравлических, парогазовых и газотурбинных, кроме того источниками активной мощности могут быть генераторы и генерирующие электроустановки нетрадиционных источников энергии (ветровые, приливные и геотер-мальные станции, солнечные батареи). В зависимости от типа и конструкции некоторые нетрадиционные источники активной энергии потребляют реактивную энергию реактивную, для синхронных генераторов режим потребления реактивной мощности может быть только кратковременным в аварийных ситуациях.
+
Источниками активной и реактивной мощностей, являются [[генератор]]ы [[Электростанция|электрических станций]]: тепловых, атомных, гидравлических, парогазовых и газотурбинных, кроме того источниками активной мощности могут быть генерирующие электроустановки нетрадиционных источников энергии (ветровые, приливные и геотермальные станции, солнечные батареи). В зависимости от типа и конструкции некоторые нетрадиционные источники активной энергии потребляют реактивную энергию. В то время как для синхронных генераторов [[Электростанция|электростанций]] режим потребления реактивной мощности может быть только кратковременным в аварийных ситуациях.
  
−
Потребителями активной и реактивной мощностей являются электроустановки, потребляющие непосредственно электрическую энергию или предварительно преобразованную электрическую энергию в другие  виды энергию.  
+
Потребителями активной и реактивной мощностей являются различные электроустановки совершающие полезную работу. При протекании электрического тока во всех элементах [[Электрическая сеть|электрчиеской сети]] выделяются потери активной и реактивной мощностей. Потери можно разделить на две категории:
−
При передаче активной и реактивной мощностей во всех элементах сети выделяются потери активной и реактивной мощностей. Современные отечественные энергосистемы характеризуются уровнем потерь активной мощности порядка  8-16 % от суммарной генерируемой мощности. Потери можно разделить на продольные, зависящие от загрузки элементов, и поперечные, практически постоянные (зависящие от уровней напряжений в узлах сети). Другие потери активной и реактивной мощностей зависят от типа элемента.
 
  
−
Продольные потери активной мощности  в  трансформаторах и авто-трансформаторах являются следствием выделения тепла при протекании тока по обмоткам, продольные потери реактивной мощности  в  трансформаторах и автотрансформаторах вызваны наличием потоков рассеяния. Поперечные потери активной мощности обусловлены вихревыми токами в сердечнике, а реактивные  - потерями на перемагничивание сердечника.
+
# Условно-переменные — потери зависят от величины нагрузочного тока, протекающего по сетеввым элементам.
 +
# Условно-постоянные — потери зависят от уровней напряжения в электрической сети.
  
−
В воздушных линиях электропередачи продольные активные потери являются следствием выделения тепла при протекании тока по проводам, продольные реактивные потери вызваны наличием собственных и взаимных индуктивностей между фазами. К поперечным активным по-терям в воздушных линиях электропередачи относятся только потери на ко-рону, поскольку токи утечки через изоляторы пренебрежимо малы в хоро-шую погоду. Воздушные линии электропередачи являются источниками ре-активной мощности, которую они генерируют в сеть за счет наличия ёмкостей фаз по отношению к земле.
+
Условно-переменные потери активной мощности в [[трансформатор]]ах и автотрансформаторах являются следствием выделения тепла при протекании тока по обмоткам, продольные потери реактивной мощности в [[трансформатор]]ах и автотрансформаторах вызваны наличием потоков рассеяния. Условно-постоянные потери активной мощности обусловлены вихревыми токами в сердечнике, а реактивные — потерями на перемагничивание сердечника.
  
−
В кабельных линиях электропередачи продольные активные потери обусловлены выделением тепла при протекании тока по жилам кабеля.  Продольные реактивные потери вызваны наличием собственных и взаимных индуктивностей между фазами, которые значительно меньше по сравнению с воздушными линиями.   К поперечным активным потерям в кабельных линиях электропередачи относятся потери в изоляции, кабельные линии обладают значительно большей удельной емкостной проводимостью фаз по отношению к земле, чем воздушные линии.
+
В воздушных [[Линия электропередачи|линиях электропередачи]] условно-переменные активные потери являются следствием выделения тепла при протекании тока по проводам, а реактивные потери вызваны наличием собственных и взаимных индуктивностей между фазами. К условно-постоянным активным потерям в воздушных линиях электропередачи относятся только потери на корону, поскольку токи утечки через изоляторы пренебрежимо малы в хорошую погоду. Воздушные линии электропередачи являются источниками реактивной мощности (см. [[Схема замещения линии электропередачи|схему замещения]]).
  
−
Прочие виды потерь мощности в генераторах, компенсирующих устройствах, сборных шинах, соединительных проводах, коммутационном и защитном оборудовании, системах учета потери активной мощности при анализе баланса мощностей в электроэнергетической системе обычно не учитываются вследствие их малой величины.
+
В кабельных [[Линия электропередачи|линиях электропередачи]] условно-переменные активные потери обусловлены выделением тепла при протекании тока по жилам кабеля, а реактивные потери вызваны наличием собственных и взаимных индуктивностей между фазами, которые значительно меньше по сравнению с воздушными линиями. К условно-переменным активным потерям в кабельных линиях электропередачи относятся потери в изоляции. Кабельные линии обладают значительно большей удельной ёмкостной проводимостью фаз, чем воздушные линии.
  
−
Обеспечение нормальной работы основного силового оборудования для производства на электростанциях и преобразования и распределения на подстанциях электроэнергии используется комплекс оборудования собственных нужд. Величина расхода электроэнергии  на собственные нужды зависит от типа энергетического объекта, его вида (электростанция, подстанция), используемого топлива и других факторов и колеблется в интервале от 0,1 до 10% в зависимости от  установленной мощности силового оборудования.
+
Прочие виды потерь мощности в [[генератор]]ах, компенсирующих устройствах, сборных шинах, соединительных проводах, системах учета, коммутационном и защитном оборудовании при анализе баланса мощностей обычно не учитываются по причине их малой величины и высокой погрешности оценочных расчётов.
  
−
Компенсирующие устройства предназначены для производства реак-тивной мощности с целью увеличения уровней напряжений в близлежащем районе сети, либо, наоборот, поглощения избыточной реактивной мощности и снижения уровней напряжений.  
+
Для обеспечения нормальной работы основного силового оборудования на [[электростанция]]х и подстанциях используется комплекс оборудования собственных нужд. Величина расхода электроэнергии на собственные нужды зависит от типа энергетического объекта, его вида ([[электростанция]], [[подстанция]]), используемого топлива и других факторов и колеблется в интервале от 0,1 до 10 % от величины установленной мощности силового оборудования.
  
−
Балансы мощностей в энергосистеме существуют в установившихся ре-жимах, которые характеризуются определенными значениями частоты переменного тока и напряжений в узлах сети, в том числе на шинах потребителя. При нарушениях балансов мощностей в энергосистеме происходят нарушения установившихся режимов и начинаются переходные процессы, которые заканчиваются новыми установившимися режимами с новыми значениями частоты и напряжения.  
+
== Баланс энергии ==
 +
Составление балансов энергии позволяет получить интегральные характеристики показателей работы [[Энергосистема|энергосистемы]].
  
−
Кроме баланса мощностей в энергосистемах выполняется составление балансов энергии, которые позволяют получить интегральные характеристики показателей работы энергосистемы.
+
Мощности [[Нагрузка|нагрузок]] [[Энергосистема|энергосистемы]] характеризуют мгновенные показатели работы энергосистемы. Нагрузочные мощности, как отдельных потребителей, так и [[Энергосистема|энергосистемы]] в целом носят случайный характер и не остаются неизменными в течение даже небольших временных интервалов. Эти изменения мощностей обусловлены постоянными включениями или отключениями как отдельных электроприёмников так и их групп, кроме того в сети могут меняться потоки мощностей, а значит и потери.
  
−
Мощности нагрузок  энергосистемы характеризуют мгновенные показатели работы энергосистемы.  Нагрузочные  мощности,  как отдельных потре-бителей, так и энергосистемы в целом  носят случайный характер и не остаются неизменными в течение даже небольших временных интервалов.  Эти изменения  мощностей  весьма трудно предсказать, так как они обусловлены постоянными  включениями или отключениями как отдельных  электроприёмников так и их групп, кроме того с сети могут меняться потоки мощностей, а значит и потери мощностей, вызванные изменением схемы сети вследствие производства коммутаций или изменения состава сетевого оборудования.
+
Для определения финансовых показателей работы [[Энергосистема|энергосистемы]] и выполнения взаиморасчётов участников рынка электроэнергии важны не столько мощности (мгновенные значения расхода электроэнергии за единицу времени), сколько значения количества произведенной, переданной и потребленной электроэнергии за рассматриваемый промежуток времени.
  
−
Кроме того для определения финансовых показателей работы энергосистемы и выполнения взаиморасчетов участников рынка электроэнергии важ-ны не столько мощности (мгновенные значения расхода электроэнергии за единицу времени), сколько значения количества произведенной, переданной и потребленной электроэнергии за рассматриваемый промежуток времени.  
+
Методика составления и основные показатели баланса электрической энергии регламентированы типовой инструкцией РД 34.09.101-94<ref>РД 34.09.101-94 Типовая инструкция по учету электроэнергии при её производстве, передаче и распределении (утв. Минтопэнерго РФ 02.09.1994) (ред. от 22.09.1998, с изм. от 13.11.2010)</ref>. Шаблон составления баланса электрической энергии по [[Воздушная линия электропередачи|ВЛ]] 110 кВ по данным систем АИИС КУЭ: [[:Файл:ВЛ_110кВ_СТЭЦ-ПС_Мера_Ноябрь_2016.xlsx|Баланс по ВЛ 110 кВ (файл Excel)]].
  
−
Балансы мощностей и энергии можно составить на прошедший период и на перспективный, Наибольший интерес представляют перспективные балансы, которые являются базой для решения некоторых задач управления энергосистемой.
+
= Разработка балансов мощностей при проектировании =
  
−
Балансы мощностей, которые составляются с целью управ-ления режимами работы энергосистем,  разрабатываются с весьма малой заблаговременностью, а балансы энергии  на большее длительную перспективу. Обычно  балансы мощности составляются на ближайшие  час, полчаса или 15 минут, балансы энергии  разрабатываются с перспективой на квартал, год или пять лет.
+
В силу одновременности процессов производства и потребления электроэнергии, в энергосистемах в любой момент установившегося режима имеется соответствие между приходной частью баланса мощностей (суммарной мощностью электрических станций за вычетом расходов на собственные нужды) и его расходной частью (суммарной мощностью нагрузок и потерями мощности в сети) с учетом обменных перетоков мощностей с соседними энергосистемами.
  
−
При разработке балансов электроэнергии, как правило, используются аппроксимация с часовым интервалом графиков нагрузок и генерации, при-чем, чем на более длительную перспективу составляются балансы энергии, тем меньшим числом интервалов постоянства мощностей заменяются суточ-ные графики нагрузок и генерации энергосистем.
+
Назначением баланса мощности является выявление типа проектируемой энергосистемы. Обычно проектируемая система содержит не менее двух источников питания, один из которых — проектируемая электростанция (может быть несколько) и второй — узел связи с соседними энергосистемами (балансирующий узел). Разработка баланса мощности необходима для того, чтобы облегчить разработку конфигурации вариантов развития электрической сети. Особенно важен при этом учет баланса мощности для максимального режима.
−
 
−
Теоретически точное значение электроэнергии может быть найдено по графику нагрузки
 
−
                                        (6.1.3)
 
−
                                       
 
−
Практически точное значение электроэнергии не может быть найдено в связи с тем, что неизвестен аналитический вид функции  поэтому элек-троэнергию определяют по аппроксимированному  графику нагрузки, как показано на рисунке 6.1.2, тогда энергия
 
−
                    (6.1.4)
 
−
                   
 
−
Более того, при долгосрочном планировании количество электроэнер-гии которое может быть потреблено энергосистемой оценивается  как сум-марное потребление всех нагрузок. Потребляемая электроэнергия  каждой из нагрузок с номером j определяется по максимальной мощности нагрузки и числу часов использования максимальной мощности этой нагрузки,  
 
−
                                    (6.1.5)
 
−
                                   
 
−
Количество электроэнергии которое может быть вы¬работано каждой электростанцией с номером i  оценивается по ее установленной мощности и числу часов использования установленной мощности.  
 
  
−
                                    (6.1.6)
+
<math>\displaystyle P_{бал} = \sum P_{нагр} + \sum \Delta P + \sum \Delta P_{сн} - \sum P_г</math>,
−
                                   
 
−
При составлении баланса электроэнергии обычно представляет баланс по активной энергии, который можно записать в виде
 
−
                              (6.1.7)
 
−
                             
 
−
здесь  - суммарная активная электроэнергия, выработанная всеми ге-нераторами энергосистемы;  - суммарная активная нагрузка энергоси-стемы;  - суммарные  активные потери  электроэнергии в элементах энергосистемы; здесь  - суммарный активный расход электроэнергии на собственные нужды.
 
−
При разработке балансов мощностей на длительный период необходи-мо учитывать тенденции изменения нагрузок. Суммарная потребность в элек-троэнергии на планируемый период времени определяется анализом тенден-ции ее роста за прошедшие периоды.
 
  
−
Таким образом, наряду с прогнозом значений мощности, необходимой для покрытия нагрузки энергосистемы необходимо определять и количество электроэнергии,  которое может быть вы¬работано электростанциями с учетом особенностей технологии на каждой их них. В первом приближении возмож-ная выработка электроэнергии оценивается по числу часов использования установленной мощности.
+
где <math> P_{бал} </math> мощность балансирующего узла.
  
−
Так, например, блок атомной электростанции может обладать средней номинальной мощностью и высоким числом часов использования установ-ленной мощности, а гидроэлектростанция – большой мощностью, но исполь-зоваться в течение суток только для покрытия пиков нагрузки. Тогда атомная станция за месяц выработает большее количество электроэнергии, чем гидро-электростанция, что и происходит в реальных энергосистемах. В данном примере гидроэлектростанция будет вносить большую долю в баланс мощ-ности, а атомная – в баланс энергии.
+
[[Энергосистема]] может быть:
 +
* '''''дефицитной''''', если суммарная мощность потребителей электроэнергии и потерь мощности в сети превышает генерирующую мощность электростанций рассматриваемого района сети. В этом случае недостаток мощности покрывается электростанциями соседнего района через балансирующий узел (<math> P_{бал} > 0 </math>).
 +
* '''''избыточной''''', если суммарная мощность потребителей электроэнергии и потерь мощности в сети меньше генерирующей мощности электростанций рассматриваемого района сети. Избыток мощности при этом выдается в соседний район через балансирующий узел (<math> P_{бал} < 0 </math>).
 +
* '''''сбалансированной''''', если суммарная мощность потребителей электроэнергии и потерь мощности в сети примерно равны генерирующей мощности электростанций рассматриваемого района сети. Резервирование мощности нагрузок при аварийном отключении генераторов электростанций рассматриваемого района сети осуществляется через балансирующий узел (<math> P_{бал} \approx 0 </math>).
  
−
При решении этих задач должны учитываться резервы и ограничения электрической мощности электростанций, объемы плановых капитальных, средних и текущих ремонтов (аварий¬ные снижения мощности определяются вероятностным расче¬том на основе показателей аварийности оборудования).
+
При разработке вариантов развития дефицитной энергосистемы потребители условно разделяются на два географических района: ближайший к проектируемой электростанции и питающийся от нее район и другой район-тяготеющий к балансирующему узлу (узлу связи с соседней системой). При этом следует учитывать, что в дефицитной энергосистеме следует особое внимание уделить фактору надежности, так как при аварийном останове блока на электростанции питание большого числа потребителей должно обеспечиваться от балансирующего узла.
  
−
Мощности агрегатов, выводимых в капитальные и средние ремонты, являются практически определенными величинами, поскольку эти ремонты планируют на год исходя из норматив¬ной периодичности и продолжительно-сти.
+
В случае дефицитности системы целесообразно проверить баланс мощности для послеаварийного режима. В качестве расчётного послеаварийного режима рекомендуется рассматривать аварийное отключение наиболее крупного генератора в системе и наиболее тяжёлые [[нормативные возмущения]].
−
Значение мощности агрегатов тепловых электростанций, на¬ходящихся в аварийном ремонте, определяется на основании вероятностных характери-стик за ряд лет наблюдений.
 
  
−
При определении значений располагаемой и рабочей мощ¬ности необ-ходимо учитывать также сезонное снижение мощно¬сти гидроэлектростанций, обусловленное необходимостью уменьшения напора во время весеннего по-ловодья из-за роста уровня нижнего бьефа, и в зимние месяцы - снижением уровня верхнего бьефа.
+
В сбалансированной энергосистеме электрическая сеть обычно строится по принципу питания потребителей от проектируемой электростанции по кратчайшим электрическим связям. Связь с балансирующим узлом предусматривается для надёжности.
  
−
Балансы реактивной энергии на длительный срок особого интереса не представляют.
+
Избыточная система проектируется с учетом выдачи избытка мощности в соседнюю энергосистему. При этом [[электростанция]] должна иметь надежную связь с балансирующим узлом по кратчайшему пути. При больших избытках мощности в проектируемой энергосистеме следует, наряду с другими вариантами, рассмотреть возможность передачи мощности по линии непосредственной связи электростанции с балансирующим узлом. Кроме того, при разработке вариантов развития сети в избыточной энергосистеме требуется рассмотрение не только режима максимальных, но и режима минимальных нагрузок, так как минимальный режим может оказаться более тяжелым. В связи с этим в избыточной системе обязательно составляются балансы для максимального и минимального режимов работы потребителей. Разработка баланса мощностей для минимального режима в остальных случаях также рекомендуется ввиду того, что в минимальном режиме обычно выполняются ремонты основного генерирующего оборудования электростанций.
  
 +
При составлении баланса активных мощностей районы потребления, содержащие мелкие подстанции, эквивалентируются и их суммарная мощность приводится к шинам наиболее крупных подстанций данного района с учётом потерь мощности в распределительной электрической сети. Эта подстанция становится питающей для района местной сети и, в свою очередь, получает питание по системообразующей сети наиболее высокого класса напряжения, чем в местной сети. Этот прием существенно уменьшает объем задачи проектирования сети, так как позволяет независимо решать вопросы разработки конфигурации системообразующей и распределительной сетей.
  
 +
Перед составлением баланса мощности ориентировочно определяются классы напряжения системообразующей и местной сетей с целью выявления уровней потерь мощности.
  
−
[[Категория:Статьи]]
+
Баланс по реактивной мощности целесообразно составлять для того, чтобы определить потребность в средствах компенсации реактивной мощности в проектируемой энергосистеме. При этом необходимо обеспечить соответствие между обменными потоками активной и реактивной мощностей с соседней энергосистемой, следует обеспечить по возможности более высокий коэффициент мощности обменного потока.
 +
 
 +
= Расход электроэнергии на её транспорт =
 +
 
 +
Ориентировочные усреднённые значения суммарных потерь электрической энергии в сетях различных классов напряжения приведены в таблице ниже. Значения даны в процентах от суммарного отпуска электроэнергии из сети данного класса напряжения.
 +
 
 +
{| class="wikitable"
 +
|+ Ориентировочные значения потерь в сетях различных напряжений<ref name="Shapiro">Справочник по проектированию электроэнергетических систем. Третье издание, переработанное и дополненное. Под редакцией С. С. Рокотяна, И. М. Шапиро. Авторы В. В. Ершевич, А. Н. Зейлигер, Г. А. Илларионов, Л. Я. Рудых, Д. Л. Файбисович, Р. М. Фришберг, Л. Д. Хабачев. И. М. Шапиро. М.: Энергоатомиздат, 1985</ref>
 +
! Напряжение, кВ
 +
| style="text-align: center;" | 750—500
 +
| style="text-align: center;" | 330—220
 +
| style="text-align: center;" | 150—110
 +
| style="text-align: center;" | 35 — 20
 +
| style="text-align: center;" | 10 — 6
 +
| style="text-align: center;" | 0,4
 +
|-
 +
! Потери энергии, %
 +
| style="text-align: center;" | 0,5 — 1,0
 +
| style="text-align: center;" | 2,5 — 3,5
 +
| style="text-align: center;" | 3,5 — 4,5
 +
| style="text-align: center;" | 0,5 — 1,0
 +
| style="text-align: center;" | 2,5 — 3,5
 +
| style="text-align: center;" | 0,5 — 1,5
 +
|}
 +
 
 +
Данную таблицу можно использовать при составлении предварительного баланса энергии.
 +
 
 +
Примерная структура потерь с разбивкой по сетевым элементам представлена в таблице ниже.
 +
 
 +
{| class="wikitable"
 +
|+ Ориентировочная структура потерь электроэнергии, %<ref name="Shapiro"/>
 +
! rowspan="2" colspan="2" style="text-align: center;" | Элементы электрической сети
 +
! colspan="3" style="text-align: center;"| Потери электроэнергии
 +
|-
 +
! style="text-align: center;"| Переменные
 +
! style="text-align: center;"| Постоянные
 +
! style="text-align: center;"| Всего
 +
|-
 +
| colspan="2" | Линии электропередач
 +
| style="text-align: center;"| 60
 +
| style="text-align: center;"| 5
 +
| style="text-align: center;"| 65
 +
|-
 +
| colspan="2" | Подстанции
 +
В том числе:
 +
| style="text-align: center;"| 15
 +
| style="text-align: center;"| 20
 +
| style="text-align: center;"| 35
 +
|-
 +
|
 +
| Трансформаторы
 +
| style="text-align: center;"| 15
 +
| style="text-align: center;"| 15
 +
| style="text-align: center;"| 30
 +
|-
 +
|
 +
| Другие элементы
 +
| style="text-align: center;"| -
 +
| style="text-align: center;"| 3
 +
| style="text-align: center;"| 3
 +
|-
 +
|
 +
| Расход электроэнергии на собственные нужды
 +
| style="text-align: center;"| -
 +
| style="text-align: center;"| 2
 +
| style="text-align: center;"| 2
 +
|-
 +
| colspan="2" | Итого
 +
| style="text-align: center;"| 75
 +
| style="text-align: center;"| 25
 +
| style="text-align: center;"| 100
 +
|}
 +
 
 +
= Расход электроэнергии на собственные нужды электростанций =
 +
 
 +
Максимальную величину потребления собственных нужд электростанций приближённо можно оценить в процентах от установленной мощности блока электростанции. Ориентировочные процентные значения мощности собственных нужд электростанций приведены в таблице ниже. Большие значения нагрузки соответствуют меньшим единичным мощностям энергоблоков.
 +
 
 +
{| class="wikitable"
 +
|+ Ориентировочные значения мощности собственных нужд электростанций<ref>Справочник по проектированию электрических сетей. Под ред. Файбисовича Д. Л.3-е издание, 2009 г. , 392 стр., изд-во: НЦ ЭНАС</ref>
 +
! Тип станции
 +
! Электростанция
 +
! Максимальная нагрузка СН, %
 +
|-
 +
| rowspan="2" | ТЭЦ
 +
| Пылеугольная
 +
| style="text-align: center;"|8 — 14
 +
|-
 +
| Газомазутная
 +
| style="text-align: center;"|5 — 7
 +
|-
 +
| rowspan="2" | КЭС
 +
| Пылеугольная
 +
| style="text-align: center;"|6 — 8
 +
|-
 +
| Газомазутная
 +
| style="text-align: center;"|3 — 5
 +
|-
 +
| АЭС
 +
|
 +
|style="text-align: center;"| 5 — 8
 +
|-
 +
| rowspan="2" | ГЭС
 +
| мощностью до 200 МВт
 +
| style="text-align: center;"|3 — 2
 +
|-
 +
| мощностью свыше 200 МВт
 +
| style="text-align: center;"|1 — 0,5
 +
|}
 +
 
 +
= Использованная литература =
 +
 
 +
[[Категория:Установившиеся режимы]]
 +
[[Категория:Проектирование]]
 +
[[Категория:Нагрузка]]

Текущая версия на 15:49, 25 марта 2020

Баланс мощности и энергии рассчитывается для определения возможности покрытия графика нагрузки и выявления необходимости ввода новых источников энергии.

Общие положения

Баланс мощности

Частота переменного тока в электрической сети и напряжения в узлах являются важнейшими показателями качества электроэнергии. Общим для этих показателей является то, что они оба связаны с балансами мощностей в энергосистеме.

Значение частоты в любой момент нормального режима одинаково во всех узлах электрической сети. В то же время уровни напряжений в различных точках сети могут различаться очень сильно и одновременно в некоторых узлах соответствовать, а в других не соответствовать требованиям ГОСТ и договоров на технологическое присоединение. В этом смысле напряжение, как параметр качества электроэнергии, должно анализироваться в каждом отдельном узле энергосистемы.

Каждому моменту установившегося режима в электроэнергетической системе соответствуют балансы по активной и реактивной мощностям. Уравнения балансов мощностей можно записать в виде:

[math]\displaystyle \sum P_г = \sum P_{нагр} + \sum \Delta P + \sum \Delta P_{сн} [/math];

[math]\displaystyle \sum Q_г = \sum Q_{нагр} + \sum \Delta Q + \sum \Delta Q_{сн} + \sum Q_{ку} + \sum Q_ш [/math],

где [math]\displaystyle \sum P_г [/math] и [math] \sum Q_г [/math] — суммарные активные и реактивные мощности генерирующих источников; [math] \sum P_{нагр} [/math] и [math] \sum Q_{нагр} [/math] — суммарные активные и реактивные мощности нагрузок; [math]\displaystyle \sum \Delta P [/math] и [math]\displaystyle \sum \Delta Q [/math] — суммарные потери мощности в элементах систем электроснабжения и электроэнергетической системы; [math]\displaystyle \sum P_{сн} [/math] и [math]\displaystyle \sum Q_{сн} [/math] — суммарные расходы мощности на собственные нужды электростанций; [math]\displaystyle \sum Q_{ку} [/math] — суммарные мощности компенсирующих устройств (знак «+» соответствует устройствам, потребляющим реактивную мощность, знак «-» вырабатывающим); [math]\sum Q_{ку}[/math] суммарная реактивная (зарядная) мощность, генерируемая воздушными линиями электропередачи; [math] \sum Q_ш [/math] - суммарная мощность шунтов ЛЭП и Тр.

Источниками активной и реактивной мощностей, являются генераторы электрических станций: тепловых, атомных, гидравлических, парогазовых и газотурбинных, кроме того источниками активной мощности могут быть генерирующие электроустановки нетрадиционных источников энергии (ветровые, приливные и геотермальные станции, солнечные батареи). В зависимости от типа и конструкции некоторые нетрадиционные источники активной энергии потребляют реактивную энергию. В то время как для синхронных генераторов электростанций режим потребления реактивной мощности может быть только кратковременным в аварийных ситуациях.

Потребителями активной и реактивной мощностей являются различные электроустановки совершающие полезную работу. При протекании электрического тока во всех элементах электрчиеской сети выделяются потери активной и реактивной мощностей. Потери можно разделить на две категории:

  1. Условно-переменные — потери зависят от величины нагрузочного тока, протекающего по сетеввым элементам.
  2. Условно-постоянные — потери зависят от уровней напряжения в электрической сети.

Условно-переменные потери активной мощности в трансформаторах и автотрансформаторах являются следствием выделения тепла при протекании тока по обмоткам, продольные потери реактивной мощности в трансформаторах и автотрансформаторах вызваны наличием потоков рассеяния. Условно-постоянные потери активной мощности обусловлены вихревыми токами в сердечнике, а реактивные — потерями на перемагничивание сердечника.

В воздушных линиях электропередачи условно-переменные активные потери являются следствием выделения тепла при протекании тока по проводам, а реактивные потери вызваны наличием собственных и взаимных индуктивностей между фазами. К условно-постоянным активным потерям в воздушных линиях электропередачи относятся только потери на корону, поскольку токи утечки через изоляторы пренебрежимо малы в хорошую погоду. Воздушные линии электропередачи являются источниками реактивной мощности (см. схему замещения).

В кабельных линиях электропередачи условно-переменные активные потери обусловлены выделением тепла при протекании тока по жилам кабеля, а реактивные потери вызваны наличием собственных и взаимных индуктивностей между фазами, которые значительно меньше по сравнению с воздушными линиями. К условно-переменным активным потерям в кабельных линиях электропередачи относятся потери в изоляции. Кабельные линии обладают значительно большей удельной ёмкостной проводимостью фаз, чем воздушные линии.

Прочие виды потерь мощности в генераторах, компенсирующих устройствах, сборных шинах, соединительных проводах, системах учета, коммутационном и защитном оборудовании при анализе баланса мощностей обычно не учитываются по причине их малой величины и высокой погрешности оценочных расчётов.

Для обеспечения нормальной работы основного силового оборудования на электростанциях и подстанциях используется комплекс оборудования собственных нужд. Величина расхода электроэнергии на собственные нужды зависит от типа энергетического объекта, его вида (электростанция, подстанция), используемого топлива и других факторов и колеблется в интервале от 0,1 до 10 % от величины установленной мощности силового оборудования.

Баланс энергии

Составление балансов энергии позволяет получить интегральные характеристики показателей работы энергосистемы.

Мощности нагрузок энергосистемы характеризуют мгновенные показатели работы энергосистемы. Нагрузочные мощности, как отдельных потребителей, так и энергосистемы в целом носят случайный характер и не остаются неизменными в течение даже небольших временных интервалов. Эти изменения мощностей обусловлены постоянными включениями или отключениями как отдельных электроприёмников так и их групп, кроме того в сети могут меняться потоки мощностей, а значит и потери.

Для определения финансовых показателей работы энергосистемы и выполнения взаиморасчётов участников рынка электроэнергии важны не столько мощности (мгновенные значения расхода электроэнергии за единицу времени), сколько значения количества произведенной, переданной и потребленной электроэнергии за рассматриваемый промежуток времени.

Методика составления и основные показатели баланса электрической энергии регламентированы типовой инструкцией РД 34.09.101-94[1]. Шаблон составления баланса электрической энергии по ВЛ 110 кВ по данным систем АИИС КУЭ: Баланс по ВЛ 110 кВ (файл Excel).

Разработка балансов мощностей при проектировании

В силу одновременности процессов производства и потребления электроэнергии, в энергосистемах в любой момент установившегося режима имеется соответствие между приходной частью баланса мощностей (суммарной мощностью электрических станций за вычетом расходов на собственные нужды) и его расходной частью (суммарной мощностью нагрузок и потерями мощности в сети) с учетом обменных перетоков мощностей с соседними энергосистемами.

Назначением баланса мощности является выявление типа проектируемой энергосистемы. Обычно проектируемая система содержит не менее двух источников питания, один из которых — проектируемая электростанция (может быть несколько) и второй — узел связи с соседними энергосистемами (балансирующий узел). Разработка баланса мощности необходима для того, чтобы облегчить разработку конфигурации вариантов развития электрической сети. Особенно важен при этом учет баланса мощности для максимального режима.

[math]\displaystyle P_{бал} = \sum P_{нагр} + \sum \Delta P + \sum \Delta P_{сн} - \sum P_г[/math],

где [math] P_{бал} [/math] мощность балансирующего узла.

Энергосистема может быть:

  • дефицитной, если суммарная мощность потребителей электроэнергии и потерь мощности в сети превышает генерирующую мощность электростанций рассматриваемого района сети. В этом случае недостаток мощности покрывается электростанциями соседнего района через балансирующий узел ([math] P_{бал} \gt 0 [/math]).
  • избыточной, если суммарная мощность потребителей электроэнергии и потерь мощности в сети меньше генерирующей мощности электростанций рассматриваемого района сети. Избыток мощности при этом выдается в соседний район через балансирующий узел ([math] P_{бал} \lt 0 [/math]).
  • сбалансированной, если суммарная мощность потребителей электроэнергии и потерь мощности в сети примерно равны генерирующей мощности электростанций рассматриваемого района сети. Резервирование мощности нагрузок при аварийном отключении генераторов электростанций рассматриваемого района сети осуществляется через балансирующий узел ([math] P_{бал} \approx 0 [/math]).

При разработке вариантов развития дефицитной энергосистемы потребители условно разделяются на два географических района: ближайший к проектируемой электростанции и питающийся от нее район и другой район-тяготеющий к балансирующему узлу (узлу связи с соседней системой). При этом следует учитывать, что в дефицитной энергосистеме следует особое внимание уделить фактору надежности, так как при аварийном останове блока на электростанции питание большого числа потребителей должно обеспечиваться от балансирующего узла.

В случае дефицитности системы целесообразно проверить баланс мощности для послеаварийного режима. В качестве расчётного послеаварийного режима рекомендуется рассматривать аварийное отключение наиболее крупного генератора в системе и наиболее тяжёлые нормативные возмущения.

В сбалансированной энергосистеме электрическая сеть обычно строится по принципу питания потребителей от проектируемой электростанции по кратчайшим электрическим связям. Связь с балансирующим узлом предусматривается для надёжности.

Избыточная система проектируется с учетом выдачи избытка мощности в соседнюю энергосистему. При этом электростанция должна иметь надежную связь с балансирующим узлом по кратчайшему пути. При больших избытках мощности в проектируемой энергосистеме следует, наряду с другими вариантами, рассмотреть возможность передачи мощности по линии непосредственной связи электростанции с балансирующим узлом. Кроме того, при разработке вариантов развития сети в избыточной энергосистеме требуется рассмотрение не только режима максимальных, но и режима минимальных нагрузок, так как минимальный режим может оказаться более тяжелым. В связи с этим в избыточной системе обязательно составляются балансы для максимального и минимального режимов работы потребителей. Разработка баланса мощностей для минимального режима в остальных случаях также рекомендуется ввиду того, что в минимальном режиме обычно выполняются ремонты основного генерирующего оборудования электростанций.

При составлении баланса активных мощностей районы потребления, содержащие мелкие подстанции, эквивалентируются и их суммарная мощность приводится к шинам наиболее крупных подстанций данного района с учётом потерь мощности в распределительной электрической сети. Эта подстанция становится питающей для района местной сети и, в свою очередь, получает питание по системообразующей сети наиболее высокого класса напряжения, чем в местной сети. Этот прием существенно уменьшает объем задачи проектирования сети, так как позволяет независимо решать вопросы разработки конфигурации системообразующей и распределительной сетей.

Перед составлением баланса мощности ориентировочно определяются классы напряжения системообразующей и местной сетей с целью выявления уровней потерь мощности.

Баланс по реактивной мощности целесообразно составлять для того, чтобы определить потребность в средствах компенсации реактивной мощности в проектируемой энергосистеме. При этом необходимо обеспечить соответствие между обменными потоками активной и реактивной мощностей с соседней энергосистемой, следует обеспечить по возможности более высокий коэффициент мощности обменного потока.

Расход электроэнергии на её транспорт

Ориентировочные усреднённые значения суммарных потерь электрической энергии в сетях различных классов напряжения приведены в таблице ниже. Значения даны в процентах от суммарного отпуска электроэнергии из сети данного класса напряжения.

Ориентировочные значения потерь в сетях различных напряжений[2]
Напряжение, кВ 750—500 330—220 150—110 35 — 20 10 — 6 0,4
Потери энергии, % 0,5 — 1,0 2,5 — 3,5 3,5 — 4,5 0,5 — 1,0 2,5 — 3,5 0,5 — 1,5

Данную таблицу можно использовать при составлении предварительного баланса энергии.

Примерная структура потерь с разбивкой по сетевым элементам представлена в таблице ниже.

Ориентировочная структура потерь электроэнергии, %[2]
Элементы электрической сети Потери электроэнергии
Переменные Постоянные Всего
Линии электропередач 60 5 65
Подстанции

В том числе:

15 20 35
Трансформаторы 15 15 30
Другие элементы - 3 3
Расход электроэнергии на собственные нужды - 2 2
Итого 75 25 100

Расход электроэнергии на собственные нужды электростанций

Максимальную величину потребления собственных нужд электростанций приближённо можно оценить в процентах от установленной мощности блока электростанции. Ориентировочные процентные значения мощности собственных нужд электростанций приведены в таблице ниже. Большие значения нагрузки соответствуют меньшим единичным мощностям энергоблоков.

Ориентировочные значения мощности собственных нужд электростанций[3]
Тип станции Электростанция Максимальная нагрузка СН, %
ТЭЦ Пылеугольная 8 — 14
Газомазутная 5 — 7
КЭС Пылеугольная 6 — 8
Газомазутная 3 — 5
АЭС 5 — 8
ГЭС мощностью до 200 МВт 3 — 2
мощностью свыше 200 МВт 1 — 0,5

Использованная литература

  1. ↑ РД 34.09.101-94 Типовая инструкция по учету электроэнергии при её производстве, передаче и распределении (утв. Минтопэнерго РФ 02.09.1994) (ред. от 22.09.1998, с изм. от 13.11.2010)
  2. ↑ 2,0 2,1 Справочник по проектированию электроэнергетических систем. Третье издание, переработанное и дополненное. Под редакцией С. С. Рокотяна, И. М. Шапиро. Авторы В. В. Ершевич, А. Н. Зейлигер, Г. А. Илларионов, Л. Я. Рудых, Д. Л. Файбисович, Р. М. Фришберг, Л. Д. Хабачев. И. М. Шапиро. М.: Энергоатомиздат, 1985
  3. ↑ Справочник по проектированию электрических сетей. Под ред. Файбисовича Д. Л.3-е издание, 2009 г. , 392 стр., изд-во: НЦ ЭНАС
Источник — «https://powersystem.info/index.php?title=Баланс_мощности_и_энергии&oldid=3323»