Регулирование уровней напряжения в электроэнергетических системах

1. Регулирование уровней напряжения в электроэнергетических системах

Курсы повышения квалификации диспетчеров ИА и филиалов АО «СО ЕЭС» ОДУ по теме
«Оперативно-диспетчерское управление в ЕЭС России»
февраль 2024 г. Пятигорск
СИСТЕМНЫЙ ОПЕРАТОР
ЕДИНОЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ
RUSSIAN POWER SYSTEM OPERATOR
филиал АО «СО ЕЭС» ОДУ Юга
Регулирование уровней напряжения в
электроэнергетических системах
Козлов Константин Борисович
Начальник отдела расчетов и анализа электрических режимов СЭР

2. Документы, регламентирующие уровни напряжения в электрической сети

2
■ «Методические указания по устойчивости энергосистем», утвержденные Приказом Минэнерго
России от 03.08.2018 №630.
■ Национальный стандарт РФ ГОСТ 58085-2018 «Правила предотвращения развития
ликвидации нарушений нормального режима электрической части энергосистем»;
и
■ СТО 59012820.27.010.002-2014 Правила разработки графика напряжения в контрольных пунктах
диспетчерского центра ОАО «СО ЕЭС»
■ ГОСТ Р 57382-2017 Единая энергетическая система и изолированно работающие
энергосистемы. Электроэнергетические системы. Стандартный ряд номинальных и
наибольших рабочих напряжений
■ Правила технологического функционирования электроэнергетических систем. УТВЕРЖДЕНЫ
постановлением Правительства Российской Федерации 13 августа 2018 г. N 937
■ ГОСТ
32144-2013
Электрическая
энергия.
Совместимость
технических
средств
электромагнитная. Нормы качества электрической энергии в системах электроснабжения
общего назначения

3.

Общие положения
3
Регулирование напряжения – это комплекс технических мероприятий по
ограничению отклонений напряжений от их номинальных значений на
шинах потребителей электроэнергии.
Регулирование напряжения связано с балансом реактивной мощности
в сети и на шинах потребителей электроэнергии. Пониженные уровни
напряжений наблюдаются, как правило, в районах с дефицитом
реактивной мощности.
Поэтому, регулирование напряжений производится как в системах
электроснабжения потребителей, так и в сетях электроэнергетических
систем.

4. Общие положения

4
Общие положения
Согласно стандарта «Правила разработки графиков
напряжения в контрольных пунктах ДЦ …»,
регулирование напряжения и реактивной мощности
осуществляется для обеспечения:
▬ уровней напряжения на объектах электроэнергетики, допустимых
для оборудования электрических станций и сетей :
Не превышение допустимой величины и длительности превышения напряжения на
уровне и выше наибольших рабочих для каждого класса напряжения
▬ устойчивости
генерирующего оборудования, энергосистем и
нагрузки потребителей электрической энергии в соответствии с
требованиями Методических указаний
Запас по статической (апериодической) устойчивости по активной мощности в
контролируемых сечениях в нормальной (ремонтной) и послеаварийной схемах
Запас по напряжению в узлах нагрузки для соблюдения условий работы
двигательной нагрузки при сниженных уровнях напряжения (опрокидывание
асинхронных двигателей, снижение пусковых моментов, повреждение изоляции и
пр.)
ГОСТ 32144-2013
ГОСТ Р 51757-2001
▬ качества электрической энергии в соответствии с нормативными
требованиями:
по
показателю
«Медленные
(отклонения не более 10%)
▬ минимум
потерь
энергосистем
изменения
электроэнергии
в
напряжения
электропитания»
электрических
сетях

5. Общие положения

5
Согласно ПТЭ электрических станций и сетей Российской Федерации
утв. приказом Минэнерго РФ от 19 июня 2003 г. N 229 (п.6.3.12) при
регулировании напряжения в электрических сетях должны быть
обеспечены:
• соответствие показателей напряжения требованиям государственного
стандарта (ГОСТ 32144-2013);
• соответствие уровня напряжения значениям, допустимым для
оборудования электрических станций и сетей с учетом допустимых
эксплуатационных повышений напряжения промышленной частоты на
электрооборудовании
(в
соответствии
с
данными
заводовизготовителей и циркуляров);
• необходимый запас устойчивости энергосистем;
• минимум потерь электроэнергии в электрических сетях энергосистем.

6.

ГОСТ Р 57382—2017 Стандартный ряд
5
номинальных и наибольших рабочих напряжений
Номинальное междуфазное
напряжение, кВ
Наибольшее рабочее
напряжение, кВ
6
7,2
10
12
15
17,5
20
24
35
40,5
60
72,5
110
126
150
172
220
252
330
363
500
525
750
787
1150
1200

7.

ГОСТ Р 57382—2017 Стандартный ряд
номинальных и наибольших рабочих напряжений
Допустимое повышение напряжения (относительное значение) не более,
при длительности t
Uном,
кВ
20 мин.(<50/год)
20 с(<100/25лет)
ф-ф
ф-ф
110-330
Uном,
кВ
t
7
ф-з
1.10
ф-з
1.25
1с
0.1 с
ф-ф
ф-з
ф-ф
ф-з
1,50
1,90
1,58
2,00
Допустимое повышение напряжения(относительное значение), не более, при
длительности t и количестве повышений в год n
8ч
3ч
1ч
20 м
5м
1м
20 с
1с
0,1 с
n
≤200
≤125
≤75
≤50
≤7
≤5
≤4
-
-
500
1.025/
1.025
1.05/
1.05
1.075/
1.075
1.10/
1.10
1.15/
1.15
1.20/
1.20
1.25/
1.25
1.90/
1.50
2.00/
1.58
750
1.025/
1.025
1.05/
1.05
1.075/
1.075
1.10/
1.10
1.15/
1.15
1.20/
1.20
1.25/
1.25
1.67/
1.50
1.76/
1.58

8.

Задача мониторинг уровней напряжения
ОИК СК-11
8

9.

Задача мониторинг уровней напряжения
ОИК СК-2007
9

10.

Запас статической устойчивости
10
P
- Идеальный предел мощности
E
E
P0
d
a
b
Pпр =
U
E ЧU
xc
d
da
коэффициента запаса по напряжению
КU=15%-для нормальных режимов
КU=10%- для послеаварийных режимов
db
E ЧU
Pпр =
xc

11.

Зависимость предела статической устойчивости по связям от
располагаемой реактивной мощности. Учет источников
реактивной мощности при определении МДП в СМЗУ
11

12.

12

13.

Устойчивость нагрузки в узлах
13
Активная
нагрузка %
Реактивная
нагрузка %
Асинхронные электродвигатели
Синхронные электродвигатели
30
23
33
0
Электропечные установки и преобразователи
30
18
Бытовые, с/х и др
Потери в сетях
12
5
7
42
Виды электроприемников
Q
P/Pн Q/Qн
1.2
P
1.0
0.8
0.6
0.4
0.6
0.8
1.0
U
1.2

14.

Нарушение устойчивости нагрузки.
14
Лавина напряжения.
1. Снижение U
Г
Д
QБСК = U 2 fC
2
Увеличение потерь
напряжения в сети
Увеличение
потребляемой
двигателями
реактивной
мощности

15.

Нарушение устойчивости АД нагрузки.
15
«Опрокидывание» АД
s,о.е.
P,Q о.е.
P
0,4
0,05
3
0,045
0,2
1
3
0
0,035
0,2 t,с
0,1
2
0,04
Sкр
0,3
0,4
0,03
-0,2
s
0,025
Sкр
-0,4
-0,6
Q
2
0,02
0,015
0,01
-0,8
0,005
-1
0
Осциллограмма изменения параметров АД нагрузки при внешнем КЗ

16.

Нарушение устойчивости СД нагрузки
Самосинхронизация СД после нескольких
проворотов ротора
16

17.

Динамика лавины напряжения
17

18.

Характеристика нагрузки в РМ
18
Для отображения изменения нагрузки при изменении напряжения, вводятся статические
характеристики в виде полиномов:
U
U2
PH = PH 0 a0 a1
a2 2
U HOM
U HOM
U
U2
QH = QH 0 b0 b1
b2 2
U HOM
U HOM
где PH 0 и QH 0 - активная и реактивная составляющие при U = U HOM .
a 0 , a1 , a 2 - коэффициенты полиномов статических характеристик активной
нагрузки по напряжению.
b0 , b1, b 2 - коэффициенты полиномов статических характеристик реактивной
нагрузки по напряжению.
Коэффициенты полиномов зависят от состава нагрузки, загрузки двигателей и
трансформаторов, мощности ИРМ. Наиболее точно коэффициенты полиномов
определяются экспериментальным путем, в котором, изменяя U, определяют
зависимости P(U) и Q(U) и аппроксимируют их соответствующими полиномами. По
результатам довольно большого количества экспериментов были определены
обобщенные характеристики.

19.

Типовой СХН (ПК Rastrwin)
19
Энергосистема Крыма
Район ПС 330 кВ Благодарная
Абинский электрометаллургический завод в ЭС Кубани
Достоверные характеристики мощности и особенно реактивной можно получить только с
помощью натурного эксперимента. В ОДУ Юга проводились аналогичные расчеты по
данным эксперимента, а также по срезам некоторых режимов. В июне 1998г. в ОЭС при
одновременном снижении напряжения на НчГРЭС, КрТЭЦ, НевГРЭС, СтГРЭС на 5.5 %
потребление снизилось на 120 МВт или 2.8% (1% P на 2% U).

20.

ГОСТ 32144-2013
20
НОРМЫ КАЧЕСТВА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ В СИСТЕМАХ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ
ОБЩЕГО НАЗНАЧЕНИЯ
точка передачи электрической энергии:
Точка электрической сети, находящаяся на
линии раздела объектов электроэнергетики
между владельцами по признаку
собственности или владения на ином
предусмотренном федеральными законами
основании, определенная в процессе
технологического присоединения.
точка общего присоединения:
Электрически ближайшая к конкретной
нагрузке пользователя сети точка, к которой
присоединены нагрузки других
пользователей сети.
Медленные изменения напряжения
положительные и отрицательные отклонения
напряжения в точке передачи электрической
энергии не должны превышать 10 %
номинального или согласованного значения
напряжения в течение 100 % времени
интервала в одну неделю.
Допустимые значения положительного и
отрицательного отклонений напряжения в
точках общего присоединения должны быть
установлены сетевой организацией с
учетом необходимости выполнения норм
настоящего стандарта в точках передачи
электрической энергии.

21. Зависимость нижней граница графика напряжения от нормируемых отклонений напряжения в точке передачи электрической энергии

Нижняя граница графика напряжения
(в контрольных пунктах)
МУ по устойчивости
СТО 59012820.27.010.002-2014
ГОСТ Р 57382-2017
РФ ГОСТ 58085-2018
Электростанции и подстанции с высшим классом напряжения
110 кВ и выше
Электроснабжение сетей
общего назначения
Двигатели для механизмов
собственных нужд
тепловых электростанций
0,4 – 6 кВ
Отклонения напряжения в точке передачи электрической
энергии не должны превышать 10%
ГОСТ 32144-2013
ГОСТ Р 51757-2001
21
Структура
электрической сети
Требования к граничным
уровням напряжения на
шинах 110 кВ и выше
тепловых электростанций
и ответственных
потребителей
Исходя из условий
поддержания уровней
напряжения
у ответственных
потребителей и на СН
электростанций
с использованием всего
регулировочного
диапазона РПН (ПБВ)
понижающих
трансформаторов

22. Влияние требований к качеству электрической энергии на величину нижней границы графика напряжения в КП.

22
Согласно СТО 59012820.27.010.002-2014, РФ ГОСТ 58085-2018
напряжение на шинах объектов электроэнергетики, на которое
оказывает влияние уровень напряжения в КП, в нормальном режиме (в
нормальной и/или ремонтной схеме) не должно быть ниже минимально
допустимого напряжения (1,15 Uкр).
Если при таком уровне напряжения с учетом выполнения
потребителями электрической энергии в полном объеме мероприятий
по регулированию напряжения и компенсации реактивной мощности и
соблюдения ими установленных значений tgφ, собственнику не удается
поддерживать отклонения +/-10% на выводах приемников
электрической энергии, то СО может быть изменена нижняя граница
напряжения в графике КП, по запросу собственника.
См. изм. приказ № 184 от 25.07.2016)

23.

Компенсация падения напряжения в
питаемой сети
Uг.ном = 1,05Uном сети - напряжение генераторов
Напряжения первичной и вторичной обмотки
Эпюра напряжения
23

24.

Контрольные пункты по напряжению (КП)
КП в сети 110 кВ и выше,
устанавливаемые ДЦ СО
КП и графики напряжения разрабатываются с
учётом необходимости обеспечения:
• нормативных коэффициентов
запаса статической апериодической
устойчивости по активной мощности в
контролируемых сечениях;
• нормативных коэффициентов
запаса статической устойчивости по
напряжению в узлах нагрузки.
24
КП сетевых организаций в
узлах сети 110 кВ
КП сетевых компаний и графики напряжения
разрабатываются с учётом необходимости
обеспечения:
• нормативных коэффициентов
запаса статической устойчивости по
напряжению в узлах нагрузки;
• нормативных показателей
качества электроэнергии по
отклонению напряжения;
• влияния напряжения в КП на
потери активной мощности.
Требуемые уровни напряжения в КП обеспечиваются за счет управления
электроэнергетическим режимом по напряжению и реактивной мощности.

25. Определение минимально допустимого и аварийно уровня напряжения в общем случае.

25
На основании расчетов электроэнергетических режимов
В соответствие с ГОСТ 58085-2018 допустимые
напряжения в узлах электрической сети составляют:
уровни
Uмин.доп.=1,15*Uкр;
Uав.доп.=1,1*Uкр,
где Uкр=0.7*Uном
На основании электротехнических расчетов
Уровни напряжения Uмин.доп. и Uав.доп. на шинах ПС, от
которых запитаны крупные промышленные потребители
нарушение технологический процессов которых, вследствие
снижения напряжения ниже определенного значения, может
привести к повреждению оборудования или массовому
недоотпуску продукции предоставляются собственником с
указанием
необходимых
технических
обоснований
и
конкретных случаев нарушения технологического процесса
повлекших за собой вышеуказанные последствия.

26. Определение минимально допустимого и аварийно уровня напряжения на шинах ПС 110-220-330-500 кВ, которые являются КП

1.
2.
3.
4.
26
Исследуются нормальные и ремонтные схемы прилегающей
электрической сети с учетом наложения аварийных отключений и
определяется режимы при которых напряжение в КП или отдаленной
от КП (тупиковой) ПС снижается до Uмин.доп. и Uав.доп.;
Расчеты производятся для режимов максимальных нагрузок с
характерным потреблением активной и реактивной мощности в узлах
электрической сети, прилегающей к рассматриваемому КП.
При рассмотрении режимов по п.1 не используется утяжеление по
активной
мощности
путем
увеличения
нагрузки
в
узлах
электрической сети. Утяжеление производится путем увеличения
транзитных перетоком активной и реактивной мощности, а также за
счет
изменения
работы
генерирующего
оборудования
в
примыкающих узлах;
При этом в качестве Uмин.доп. и Uав.доп. для КП принимается такое
значение напряжения, при котором на наиболее удаленной от КП ПС
110 кВ и выше напряжение снижается соответственно до 1,15*Uкр и до
1,1*Uкр.

27. Определение минимально допустимого и аварийно уровня напряжения на шинах электрической станции, которые являются КП

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
27
Расчеты производятся для режимов максимальных нагрузок с характерным потреблением
активной и реактивной мощности в узлах электрической сети, прилегающей к
рассматриваемому КП.
Производится утяжеление по активной мощности контролируемого сечения до перетока,
которому соответствует предел по статической устойчивости для данного сечения;
В качестве траектории утяжеления используется разгрузка по активной мощности
генераторов
рассматриваемой
электрической
станции.
При
этом
используется
сбалансированная траектория утяжеления;
Значение напряжение на шинах рассматриваемой электрической станции которому
соответствует предел по статической (апериодической) устойчивости по контролируемому
сечению принимается в качестве Uкр для данной станции;
На основании определенного по п.3 значения Uкр рассчитываются соответственно Uмин.доп.
и Uав.доп. с учетом нормируемых коэффициентов запаса;
Полученные расчетным путем значения Uкр, Uмин.доп. и Uав.доп. сравниваются с
соответствующими значениями напряжения предоставленными электрической станцией
исходя из условия надежной работы электроприемников собственных нужд (данные
принимаются к руководству только при условии наличия конкретного технического
обоснования) и в качестве окончательных принимаются наибольшие значения.
Полученные по п.5 значения также проверяются с учетом соблюдения нормируемых
коэффициентов запаса по напряжению в узлах прилегающей к станции электрической сети.

28. Расчетные критерии верхней и нижней границ графика

28
В нормальном режиме (в нормальной и/или ремонтной схеме) отсутствие превышения
наибольшего рабочего напряжения :
• В контрольном пункте
• На шинах объекта, влияющего на напряжение в контрольном пункте
В послеаварийных режимах отсутствие превышения наибольшего рабочего напряжения с
учетом полного использования средств регулирования:
• Для контрольного пункта
• Для напряжения на шинах объекта, влияющего на напряжение в контрольном пункте
В нормальном режиме (в нормальной и/или ремонтной схеме) отсутствие снижения ниже
минимально допустимого напряжения :
• В контрольном пункте
• На шинах объекта, влияющего на напряжение в контрольном пункте
В послеаварийных режимах отсутствие снижения ниже минимально допустимого с учетом
полного использования средств регулирования:
• Для контрольного пункта
• Для напряжения на шинах объекта, влияющего на напряжение в контрольном пункте
В послеаварийных режимах отсутствие снижения ниже аварийно допустимого напряжения:
• Для контрольного пункта
• Для напряжения на шинах объекта, влияющего на напряжение в контрольном пункте

29.

Уровни напряжения
29
U
Uмах раб, кВ 126 / 252 / 363 / 525
U верх, кВ
Uном, кВ 110 / 220 / 330 / 500
Uоптим, кВ
U нижн, кВ
Верхний и нижний уровни напряжения
в контрольных пунктах ОДУ Юга
определяются ежемесячно, исходя из
условия поддержания напряжения в
сечениях ОЭС Юга с целью
обеспечения запаса устойчивости и не
превышения максимальных рабочих
напряжений оборудования
Uмин.доп=1,15Uкр, кВ 88,55 / 177,1 / 265,7 / 402,5
Uав.доп=1,1Uкр, кВ 84,7 / 169,4 / 254,1 / 385
Uкр=0,7 Uном, кВ 77 / 154 / 231 / 350
0
Оптимальное напряжение позволяет
минимизировать потери активной мощности, в
настоящее время не используются при
ведении режима.

30.

Минимум потерь электроэнергии в электрических
30
сетях энергосистем
Уменьшение потерь активной мощности, за счет выбора:
■ модулей напряжения в узлах – источниках реактивной
мощности (ИРМ, синхронных генераторов и т.д.).
■ коэффициентов трансформации в трансформаторах и ВДТ.
Решений этой задачи сводится с минимизации целевой
функции
Δ