Электропитающие системы и электрические сети

ВВЕДЕНИЕ

Электричество - самый универсальный вид энергии. Она легко передается на расстояния, дробится на части и преобразуется в другие виды энергии с высокой эффективностью. Электричество получают из других видов энергии, но оно менее эффективно:
- 35 на тепловой электростанции (ТЭС)...40%;
- 30 на атомной электростанции (АЭС)...33%;
- 90 на гидроэлектростанции (ГЭС)...92%.
Повышение эффективности электростанций приводит к значительным трудностям. В настоящее время на долю электроэнергии в России приходится чуть более 15% от общего потребления всех видов энергии. Сегодня практически невозможно накапливать электрическую энергию в больших количествах, и поэтому с помощью современных автоматических электростанций управление основано на том факте, что всегда поддерживается равновесие между вырабатываемой и потребляемой электрической энергией. Физические свойства электричества рассматриваются в виде частиц (молекул), то есть потока электронов, и в виде волн, то есть электромагнитных полей с различными проявлениями в энергетике. В пересчете на молекулы за единицу электроэнергии принимается 1 МэВ, а в пересчете на волны -1 кВтч. 1 МэВ = 4,42кВт/ч*10-20. В электроэнергетике электрическая энергия рассматривается в терминах волн. провода - это волноводы. Это относительно простое средство передачи большого количества энергии на низких частотах (50 или 60 Гц). Если передаваемая потребителю мощность намного превышает мощность, излучаемую проводником линии электропередачи, то передача энергии возможна и целесообразна, Pпотр>>P для их нагрева (потери мощности). Энергия также может передаваться путем транспортировки нефти, газа и угля. При решении проблемы переноса энергии сравниваются различные методы. Стоимость транспортировки нефти и газа ниже, чем у других, но если они используются для производства электроэнергии, стоимость передачи увеличивается примерно в 3 раза. Существует несколько критериев для выбора способа передачи энергии. Конкретные затраты энергии, географические условия, желаемая пропускная способность, технические характеристики и воздействие на окружающую среду. При строительстве линий электропередач зона отчуждения появляется в среднем на 3 км линий электропередачи площадью 1 га, а если напряжение более 500 кВ, то оно в 2 раза выше. Сильные электромагнитные поля оказывают вредное биологическое воздействие на организмы. Появляются акустический шум, озонирование и образование оксидов азота, возникают радиопомехи.

1 Цели и задачи электропитающих систем и электрических сетей

Работа электрической системы характеризуется в первую очередь величиной мощности (и, следовательно, энергии), которая генерируется, преобразуется, передается и потребляется силовыми элементами системы. Состояние системы в любой момент времени или практически на любом временном интервале называется системным режимом. Режим определяется индикатором, называемым параметрами режима. К ним относятся частота, активная и реактивная мощность, величина тока и угол расхождения векторов ЭДС и напряжения в элементах системы, а также напряжение в разных точках потребителя и сети. Существует в основном 3 типа режимов работы электрических систем:
- обычный установившийся режим, в котором проектируется электрическая сеть и определяются ее технические и экономические характеристики;
- установившийся режим после аварийной ситуации, возникающей после аварийного отключения любого элемента сети или большого количества элементов;
- переходный режим, в котором система переходит из одного состояния в другое.
Каждый режим состоит из множества различных процессов. В будущем мы соглашаемся проводить различие между параметрами режима и параметрами сети. Параметры режима электрической сети взаимосвязаны определенными зависимостями. Например, ток на участке линии передачи определяется зависимостью I ̇=(U ̇_1-U ̇_2)/Z ̇_Л . Здесь U ̇_1, U ̇_2 и I ̇ - параметры режима; Z ̇_Л - сопротивление данного участка системы (линии), является одним из параметров сети. Поскольку многие параметры сети зависят от характера изменения ее режима, электрическая сеть по существу является нелинейной системой. Однако во многих практических задачах мы можем предположить, что параметры сети неизменяемы, и сеть можно считать линейной. Другой тип нелинейности исследуемой сети обусловлен характером взаимосвязи между параметрами ее режимов. Таким образом, как известно, мощность связана вторичной зависимостью с напряжением и т.д. В большинстве случаев такого рода нелинейность следует каким-то образом учитывать. Электрическая сеть рассматривается в основном применительно к постоянному режиму работы системы. Говоря о стационарных режимах, на самом деле, они всегда подразумевают режимы небольших возмущений. Небольшой сбой в системе не должен приводить к ее нестабильности. Система должна быть стабильной при этих небольших возмущениях. Другими словами, он должен обладать статической стабильностью. Аварийные переходные процессы возникают в результате внезапного аварийного изменения режима работы системы, во время короткого замыкания и последующего отключения элемента системы, при изменении схемы электрического подключения элемента системы. Большой возмущающий эффект приводит к значительному отклонению параметров режима от их исходного состояния. Динамическая устойчивость понимается как способность системы восстанавливать состояние, близкое к ее исходному состоянию, после сильного возмущения.