Баланс мощности и энергии

Баланс мощности и энергии расчитывается 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 и является единым показателем качества электроэнергии. В то же время уровни напряжений в различных точках сети могут различаться очень сильно и одновременно в некоторых узлах сетей 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 на шинах каждого потребителя.

Каждому моменту установившегося режима в 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] \sum Q_g = \sum Q_{load} + \sum \Delta Q + \sum \Delta Q_{sn} \pm \sum Q_{ku} \pm \sum Q_g [/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.

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.

Потребителями активной и реактивной мощностей являются электроустановки, потребляющие непосредственно электрическую энергию или предварительно преобразованную электрическую энергию в другие виды энергию.

При передаче активной и реактивной мощностей во всех элементах сети выделяются потери активной и реактивной мощностей. Потери можно разделить на:

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 емкостной 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 вследствие их малой величины.

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 взаиморасчетов 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.

Расход электроэнергии на её транспорт

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

Ориентировочные значения отерь в сетях различных напряжений

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, %

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