Режимы энергопотребления и графики нагрузки, показатели качества электроэнергии

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

По курсу «Введение  в энергетику и электротехнику»

Тема «Режимы энергопотребления  и графики нагрузки, показатели качества электроэнергии»

Оглавление

 

Введение

В связи с  тенденцией распространения электропотребителей  и некоторых других элементов электроэнергетической системы, создающих заметные искажения в токах и напряжениях (несинусоидальность формы кривой, несимметричность по фазам, модуляционные колебания амплитуд и фазовых углов) можно заметить неблагоприятное влияние на качество электроэнергии в системах.

Одним из отрицательных  последствий снижения качества электроэнергии является увеличение потерь мощности и энергии в сетях. Таким образом, проблема качества электроэнергии тесно  связана с проблемой экономии энергоресурсов и повышения энергетической эффективности работы электрических систем.

 

Режимы энергопотребления

По причине  большего количества потребляемой энергии (спроса) зимой, чем летом; режимы энергопотребления делят на максимальный и минимальный соответственно.

Например, 29 января 2010 года в Санкт-Петербурге был зафиксирован новый рекорд суточного потребления электроэнергии – на сей раз, он составил 7402 МВт. Причём, этот рекорд суточного потребления в Санкт-Петербурге и Ленинградской области был уже пятым, установленным в январе 2010 года.

Столь многочисленные рекорды были вызваны крещенскими  морозами, которые заставили петербуржцев воспользоваться всевозможными  обогревательными приборами.

 

Графики нагрузки электроэнергии

Для того чтобы  понять, какой режим использовать, диспетчер пользуется графиками нагрузки, которые показывают спрос потребителей на электроэнергию. Они представляют собой графическое изображение изменения нагрузки потребителя во времени. Различают суточные и годовые графики.

 

Суточные графики  нагрузки электроэнергии

Суточные графики отражают изменение мощности нагрузки в течение суток. На рисунке 1 а и б приведены летний и зимний графики активной (Q) и реактивной (P) нагрузки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1. а) Летний суточный график активной и реактивной нагрузки;      б) Зимний суточный график активной и реактивной нагрузки.

 

Годовые графики  нагрузки электроэнергии

Годовые графики строятся на основе характерных суточных графиков за весенне-летний и осенне-зимний периоды. Это пример упорядоченного графика, то есть такого, в котором все значения нагрузки расположены в порядке убывания (рисунок 2).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2. Годовой  график нагрузки по продолжительности.

 

Такой график показывает длительность работы в течении года с различной нагрузкой. Начальная  ордината этого графика равна максимальной нагрузке. По суточным графикам с учётом количества различных типов суток (суббота, воскресенье, понедельник, рабочий день) в году для каждого значения мощности нагрузки суммируется время, в течении которого данная нагрузка имела место в течении года. В начале определяется время, в течении которого имела место максимальная нагрузка, а затем отрезки времени для других значений мощности нагрузки, берущихся в порядке убывания. В результате получаем годовой график нагрузки, который показывает продолжительность работы при данной нагрузке. Поэтому такой график называют графиком по продолжительности.

 

Показатель качества электроэнергии

Показатели  качества электроэнергии (ПКЭ) – это  совокупность свойств электрического тока, определяющие режим работы электроприёмников и качество электроэнергии.

ПКЭ нормируются ГОСТ 13109-97, введённым в действие 01.01.99г. Это редакция и дополнения ГОСТ 13109-67 и ГОСТ 13109-87. Этот ГОСТ устанавливает требования ПКЭ в точках общего присоединения, то есть на границах разделения балансовой принадлежности и эксплуатационной ответственности. Выполнение ГОСТ 13109-97 означает выполнение требований электромагнитной справедливости электрических сетей, электроснабжающих организаций, потребителей и электроприборов.

ГОСТ 13109-97 – первый стандарт в области качества электроэнергии, где сказано, что устанавливаемые нормы подлежат включению в технические условия (ТУ) энергоснабжающих организаций и договоры электроснабжения.

 

Область  применения ГОСТа

Стандарт устанавливает  показатели и нормы качества электрической энергии (КЭ) в электрических сетях систем электроснабжения общего назначения переменного трехфазного и однофазного тока частотой 50 Гц в точках, к которым присоединяются электрические сети, находящиеся в собственности различных потребителей электрической энергии, или приемники электрической энергии (точки общего присоединения).

Нормы КЭ, устанавливаемые  настоящим стандартом, являются уровнями электромагнитной совместимости для  кондуктивных электромагнитных помех  в системах электроснабжения общего назначения. При соблюдении указанных норм обеспечивается электромагнитная совместимость электрических сетей систем электроснабжения общего назначения и электрических сетей потребителей электрической энергии (приемников электрической энергии).

Нормы, установленные  настоящим стандартом, являются обязательными  во всех режимах работы систем электроснабжения общего назначения, кроме режимов, обусловленных:

- исключительными  погодными условиями и стихийными  бедствиями (ураган, наводнение, землетрясение и т. п.);

- непредвиденными  ситуациями, вызванными действиями  стороны, не являющейся энергоснабжающей  организацией и потребителем  электроэнергии (пожар, взрыв, военные  действия и т. п.);

- условиями,  регламентированными государственными органами управления, а также связанных с ликвидацией последствий, вызванных исключительными погодными условиями и непредвиденными обстоятельствами.

Нормы, установленные  настоящим стандартом, подлежат включению  в технические условия на присоединение  потребителей электрической энергии и в договоры на пользование электрической энергией между электроснабжающими организациями и потребителями электрической энергии. При этом для обеспечения норм стандарта в точках общего присоединения допускается устанавливать в технических условиях на присоединение потребителей, являющихся виновниками ухудшения КЭ, и в договорах на пользование электрической энергией с такими потребителями более жесткие нормы (с меньшими диапазонами изменения соответствующих показателей КЭ), чем установлены в настоящем стандарте.

По согласованию между энергоснабжающей организацией и потребителями допускается  устанавливать в указанных технических  условиях и договорах требования к показателям КЭ, для которых  в настоящем стандарте нормы  не установлены.

Нормы, установленные  настоящим стандартом, применяют  при проектировании и эксплуатации электрических сетей, а также  при установлении уровней помехоустойчивости приемников электрической энергии и уровней кондуктивных электромагнитных помех, вносимых этими приемниками.

Нормы КЭ в электрических  сетях, находящихся в собственности  потребителей электрической энергии, регламентируемые отраслевыми стандартами  и иными нормативными документами, не должны быть ниже норм КЭ, установленных  настоящим стандартом в точках общего присоединения. При отсутствии указанных отраслевых стандартов и иных нормативных документов нормы настоящего стандарта являются обязательными для электрических сетей потребителей электрической энергии.

 

Основные ПКЭ

Стандартом установлено 11 показателей электроэнергии. 8 ПКЭ (основных) относятся к установившемуся режиму работы энергосистемы, и имеют численные значения, отражённые в ГОСТ. 3 других показателя не имеют закреплённых численных значений, однако, дана методика их определений.

Основные ПКЭ:

1. δU_у – установившееся отклонение напряжения
2. δU_t – размах отклонения напряжения
3. P_t – доза Фликера
4. К_U – коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения
5. К_U(n) – коэффициент n-й гармонической составляющей напряжения
6. К_2U – коэффициент несимметричности напряжения по обратной последовательности
7. К_0U – коэффициент несимметричности напряжения по нулевой последовательности
8. Δf – отклонения частоты
9. Δt_n – длительность провала напряжения

10)     U_имп – импульсное напряжение

11)    К_{пер U} – коэффициент временного перенапряжения

Было принято  осуществлять сертификацию электроэнергетики по показателям 1 и 8.

Из вышеперечисленных  ПКЭ я рассмотрю подробно четыре самых основных: установившееся отклонение напряжения (δU_у ), отклонение частоты ( Δf), несинусоидальность напряжения (К_U и К_U(n)) и несимметрия напряжения (К_2U и К_0U). 

Установившееся  отклонение напряжения

Отклонения  напряжения от номинальных значений происходят из-за суточных, сезонных и  технологических изменений электрической  нагрузки потребителей; изменения мощности компенсирующих устройств; регулирования напряжения генераторами электростанций и на подстанциях энергосистем; изменения схемы и параметров электрических сетей.

Отклонение  напряжения определяется разностью  между действующим U и номинальным значениями напряжения U_НОМ  (В):

 (1)

или (%) 

 (2)

Установившееся  отклонение напряжения   равно (%):

 (3)

где – (U_у) установившееся (действующее) значение напряжения за интервал усреднения.  

В электрических  сетях однофазного тока действующее  значение напряжения определяется как  значение напряжения основной частоты     без учета высших гармонических составляющих напряжения, а в электрических сетях трехфазного тока - как действующее значение напряжения прямой последовательности основной частоты  .

Однако в  ГОСТе есть нормальные и предельные показатели установившегося отклонения напряжения: ±5%  и ±10% соответственно. Нормальным называется показатель, при котором ещё возможна нормальная работа. Предельным – при котором можно работать только 5% от 24 часов (то есть 72 минуты).

Причиной установившегося  отклонения напряжения являются суточные, сезонные, технологические изменения нагрузки.

Влияние установившихся отклонений напряжения:

• недонапряжение - ухудшение пуска, увеличение токов электродвигателей, нарушение изоляции; перегрузка регулируемых выпрямителей, преобразователей и стабилизаторов;

• перенапряжение - перерасход электроэнергии; повышение реактивной мощности двигателей, выпрямителей с фазовым регулированием, пробой регулируемых выпрямителей, преобразователей и стабилизаторов.

Ответственность за отклонение напряжения несёт энергоснабжающая организация.

 

Отклонение частоты

Отклонение  частоты – разность между действительным и номинальным значениями частоты (Гц)

 (4)

или (%)

 (5)

Стандартом  устанавливаются нормально и  предельно допустимые значения отклонения частоты равные ± 0,2 Гц и ± 0,4 Гц соответственно.

Причиной отклонения частоты является снижение генерируемых мощностей в сети и перегрузка генераторов.

Влияние снижения частоты: снижение производительности электроприводов, снижение срока службы электрических машин, увеличение пульсаций и искажения телевизионного изображения.

Ответственность за отклонение частоты несёт энергоснабжающая организация.

 

Несинусоидальность  напряжения

Несинусоидальность  напряжения характеризуется следующими показателями:

- коэффициентом искажения  синусоидальности кривой напряжения;

- коэффициентом n-ой гармонической  составляющей напряжения.

Коэффициент искажения синусоидальности кривой напряжения  определяется по выражению (%)

;(6)

где  – действующее значение n-ой гармонической составляющей напряжения (В); 
n – порядок гармонической составляющей напряжения, 
N – порядок последней из учитываемых гармонических составляющих напряжения, стандартом устанавливается N =40; 
– действующее значение напряжения основной частоты, В.

Допускается  определять по выражению (%)

(7)

где  – номинальное напряжение сети (В).

Коэффициент n-ой гармонической составляющей напряжения равен (%)

(8)

Допускается   вычислять по выражению (%)

(9)

Для вычисления необходимо определить уровень напряжения отдельных гармоник, генерируемых нелинейной нагрузкой.

Фазное напряжение гармоники в расчетной точке  сети находят из выражения:

(10)

где  – действующее значение фазного тока n - ой гармоники;

– напряжение нелинейной нагрузки (если расчетная точка совпадает с точкой присоединения нелинейной нагрузки , то  =  );

– номинальное напряжение сети;

– мощность короткого замыкания  в точке присоединения нелинейной нагрузки.

Для расчета  необходимо предварительно определить ток соответствующей гармоники, который зависит не только от электрических параметров, но и от вида нелинейной нагрузки.

Нормально допустимые и предельно допустимые значения   в точке общего присоединения к электрическим сетям с разным номинальным напряжением приведены в таблице 1 .

Нормально допустимые значения при  , кВ				Предельно допустимые значения при  , кВ
0,38	6 –20	35	110–330	0,38	6 –20	35	110–330
8,0	5,0	4,0	2,0	12,0	8,0	6,0	3,0