Графики электрических нагрузок в электрических системах.

Изменяющаяся во времени нагрузка может наглядно представляться графиками нагрузки . По охватываемому периоду времени различают сменные, суточные, годовые и другие графики нагрузки, а по рассматриваемой величине - графики активной, реактивной и полной мощности, графики тока. По количеству электропотребителей различают графики нагрузки:

1)индивидуальные - графики электрических приемников;

2)групповые - слагаемые из индивидуальных графиков с учетом взаимозависимости нагрузок по условиям технологии;

3)потребителей в целом, питающихся от 6УР - 4УР, для которых учет всего многообразия индивидуальных графиков практически счетного множества электроприемников делает невозможным применение прямых методов расчета (даже при наличии всех графиков к моменту принятия решения).

Из-за относительно медленного нагрева проводников, применяемых в системах электроснабжения промышленных установок, все измеряемые величины представляются на графиках усредненными за промежутки времени в 15...60 мин и определяются при помощи счетчиков активной и реактивной электроэнергии. Причем очень важно для конкретной электроустановки выбрать наиболее оптимальный интервал осреднения dt, сумма которых определяет 30-минутный интервал, принимаемый за расчетное время. Для индивидуальных графиков dt должно соответствовать физике изучаемого процесса. Например, для рельефных сварочных машин dt должно быть весьма малым из-за резкопеременного режима работы. На суточном графике выделяют утренний Pmax, У и вечерний Рmax, B максимумы и ночной провал, когда нагрузка опускается до минимума Рmin. Часы прохождения утреннего и вечернего максимумов задаются энергосистемой. Наибольший из них принимается за суточный максимум и наносится на годовой или месячный график. По этим данным становится возможным узнать время потребления определенной мощности. Таким образом, кроме хронологического графика, для облегчения математического анализа применяют упорядоченные графики, или графики продолжительности нагрузок.

Средняя нагрузка – нагрузка, работая с которой в течение интересующего промежутка времени электропотребитель потреблял бы то же количество электроэнергии, которое он потребляет в действительности при неравномерной нагрузке.

По среднеквадратичной нагрузке рассчитывают потерю мощности, оценивают эффект снижения потерь мощности в сетях ( )

Максимальная нагрузка – наибольшее значение из всех значений для заданного п.в. Максимальная кратковременная – пиковая.

Чтобы найти расчетную нагрузку, надо заменить действитель­ную переменную нагрузку такой максимальной постоянной на­грузкой, которая была бы эквивалентна фактической нагрузке по максимальной температуре нагрева проводников или по теплово­му износу изоляции. Из этого определения следует, что расчетная нагрузка определяется как максимальная усредненная за опреде­ленный интервал времени нагрузка, а длительность этого интер­вала зависит от постоянной времени нагрева т проводников. Вре­мя нагрева Т, как известно, принимается равным трем постоян­ным времени нагрева, т.е. Т= Зт. Исследования показали, что про­водники малых и средних сечений в сетях промышленных пред­приятий имеют т = 10 мин, поэтому интервал усреднения расчет­ной максимальной нагрузки принят равным 30 мин. Таким обра­зом, расчетную нагрузку Р_р для выбора проводников и аппаратов электрической сети следует определять по получасовому макси­муму

Графики наглядно характеризуют электрическую нагрузку, но в инженерной практике оперировать с графиками неудобно, и поэтому при расчетах электрических нагрузок, согласовании технических условий на электроснабжение предприятий, лимитировании и управлении электропотреблением оперируют показателями, применение которых достаточно практически для всех расчетов. Для представления электрических величин и коэффициентов, характеризующих электропотребление, принята следующая система их обозначений: показатели индивидуальных электроприемников обозначаются строчными буквами используемых алфавитов, а групп ЭП - прописными буквами. Рассматривая графики активной мощности можно выделить следующие основные показатели:

максимальная мощность Рmax;

минимальная мощность Рmin;

групповая номинальная активная мощность - сумма номинальных активных мощностей группы электроприемников

В результате исследования I рафиков нагрузки действующих пред­приятий получены безразмерные коэффициенты, характеризующие соотношения между суммарной номинальной (т.е. уста­новленной) мощностью Р„ расчетной нагрузкой Р_р = Р_х,, сред­ней Я_см и средней квадратичной Р_ск нагрузками приемников различных групп.

Коэффициент использования К_а, характеризующий использование мощности приемников по сравнению с их номинальной мощностью, равен отношению средней нагрузки к суммарной номиналь­ной мощности приемников:

смену при номинальной загрузке всех приемников.

Коэффициент максимума активной нагрузки К_м равен отношению расчетной нагрузки группы приемников к их средней нагрузке в наиболее загруженную смену Р_см:

Эффективное число приемников п_э, которое необходимо знать для определения К_ы — это приведенное число приемников в груп­пе, однородных по мощности и режиму работы, которое заменя­ет действительное число приемников и, разнородных и по режи­му, и по мощности.

Планирование графиков электрической и тепловой нагрузки, производственной мощности энергообъединения.

Графиками электрических нагрузок называются зависимости изменения активной мощности P (t), реактивной мощности Q (t) или полной мощности S (t) во времени. Мощность, потребляемая электроприемниками, является величиной переменной, т.к на нее влияет множество факторов. Например, время суток, время года, температура окружающей среды, освещенность, характер телевизионных передач и т.п. Графики электрических нагрузок обычно получают в виде графиков с помощью регистрирующих приборов или в табличной форме, более удобной для их математического описания и анализа.

При прогнозировании графиков нагрузки учитывается характер изменения во времени нагрузки отдельных энергоузлов, который зависит от ритма производства и влияния естественных факторов: наружной температуры и освещенности, а также от случайных изменений в технологических процессах, метеорологических и экологических условиях. Ритм производства, в свою очередь, обусловлен числом рабочих смен: одно-, двух - и трехсменные.

Графики нагрузки позволяют проводить анализ работы электроустановок, для составления прогнозов электропотребления, планирование ремонтов оборудования, а также в процессе эксплуатации для ведения нормального режима работы.

Рис. 1.1. Суточный график коммунально-бытовой электрической нагрузки в рабочие дни

По своим характеристикам промышленная и коммунально-бытовая электрические нагрузки существенно различаются как по объему, так и по переменности в течение суток. Потребности в электроснабжении характеризуются графиком электрических нагрузок. Зависимость нагрузки от времени суток называется суточным графиком электрической нагрузки. Он может составляться как для отдельной электростанции, так и для энергетической системы, в которую входит электростанция, или даже для большой объединенной энергетической системы.

Наиболее существенно изменение электрической нагрузки, связанное с коммунально-бытовыми нуждами. На рис. 1.1 представлен такой суточный график, из которого видно, что электрическая нагрузка зимой больше, чем летом и резко снижается в ночные часы. Наименьшее ее значение называют минимумом нагрузки. В дневные и вечерние часы наблюдается повышение нагрузки, причем более значительное изменение — зимой. Имеется два максимума нагрузки — утренний и вечерний. График электрических нагрузок должен обеспечиваться ("покрываться") в обязательном порядке. Поэтому стремятся провести все необходимые ремонты в летний период, чтобы практически все оборудование ЭС могло использоваться для обеспечения зимнего максимума. Этот максимум называют пиком нагрузки.

Для характеристики плотности графика нагрузок используют два коэффициента: α — отношение минимальной нагрузки к максимальной; β — отношение средней нагрузки к максимальной. Для коммунально-бытовой электрической нагрузки α = 0,45 как летом, так и зимой; коэффициент β существенно выше: β = 0,88 летом и 0,78 — зимой.

Основная электрическая нагрузка связана с потребностями промышленности. На рис. 1.2 приведен суточный график промышленной (2) и полной (1) нагрузок. Из графика видно, что и здесь нагрузка переменна в течение суток — имеются минимумы и максимумы. Однако плотность графика

Рис. 1.2. Суточный график промышленной электрической нагрузки в рабочие дни

на рис. 1.2 выше (α = 0,75 зимой и 0,76 — летом; β = 0,90 зимой и 0,89 — летом) и, кроме того, различие в коэффициентах α и β для условий зимы и лета практически отсутствует. Это объясняется определяющим влиянием более постоянной в течение суток промышленной нагрузки, значение которой примерно в шесть раз больше коммунально-бытовой.

Приведенная на рисунке полная электрическая нагрузка больше, чем отпускаемая потребителям. Часть электрической энергии расходуется самими электростанциями, Например для электроприводов многочисленных насосов и вентиляторов. Этот расход на собственные нужды (3) (рис. 1.2) составляет около 7%. Кроме того, в процессе передачи электроэнергии по проводам существуют потери непосредственно в электрических сетях, составляющие около 10%.

Промышленная электрическая нагрузка более равномерна при обслуживании предприятий, работающих в три смены; наименее равномерна для предприятий, работающих в одну смену.

Рис. 1.3. Полный суточный график электрической нагрузки крупного промышленного района в зимний период:

I — потери в сетях и собственные нужды электростанции; II — коммунально-бытовая нагрузка; III — односменные промышленные предприятия; IV — электрифицированный транспорт; V — двухсменные промышленные предприятия; VI — трехсменные промышленные предприятия

Для построения полного суточного графика электрической станции или электрической системы необходимо кроме промышленной и коммунально-бытовой нагрузок учесть также потребление электроэнергии электрифицированным транспортом, потери электроэнергии в электрических сетях системы и расход электроэнергии на собственные нужды. Такой полный суточный график представлен на рис. 1.3.

Графики электрических нагрузок, изображенные на рис. 1.1 — 1.3, соответствуют рабочим дням недели. Электрическая нагрузка в субботу, воскресенье и праздничные дни снижается примерно вдвое по сравнению с рабочими. Это может потребовать останова ряда крупных энергетических агрегатов, что снижает их эксплуатационные показатели. Но, с другой стороны, это позволяет энергетическим системам проводить в эти дни профилактические ремонты оборудования и таким образом повышать надежность его работы.

Для электростанции или для энергетической системы суточный график электрических нагрузок строят по месяцам года, а затем на основании этих данных — годовой график электрических нагрузок по продолжительности. Этот график характеризует число часов в год τi, в течение которых нагрузка энергосистемы равна определенному значению Nэi.

Для построения графика нагрузок по продолжительности ломаные линии суточных графиков нагрузок заменяют ступенчатыми. Кривая Nэ = f(τ), полученная в результате такой суммарной обработки наиболее характерных суточных графиков нагрузок для годового периода, показана на рис. 1.4. Площадь под кривой Nэ = f(τ) соответствует годовому производству электроэнергии Эгод (кВт·ч) в рассматриваемой системе.

Нагрузку, характерную для наибольшего числа часов работы, называют базовой (I); для наименьшего — пиковой (III). Обычно в покрытии годового графика нагрузок системы участвуют агрегаты и станции разной экономичности. Распределяют суммарную нагрузку по отдельным станциям (агрегатам) так, чтобы обеспечить наиболее экономичную работу системы в целом. Этого можно достичь, если станции, имеющие меньшие затраты на топливо, будут загружаться большее число часов в году, а станции с большими затратами на топливо — меньшее. Станции, работающие с наибольшей возможной нагрузкой значительную часть года и тем самым участвующие в покрытии нижней части графика продолжительности нагрузки, называют базовыми; станции, используемые в течение небольшой части года только для покрытия пиковой нагрузки, — пиковыми. Кроме того, в системе имеется ряд электростанций, несущих промежуточную (II) нагрузку между базовой и пиковой.

Для покрытия пиковых нагрузок в системах, имеющих в своем составе гидростанции, наиболее целесообразно

Рис. 1.4. Годовой график электрических нагрузок по продолжительности

использовать гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС). В периоды "провала" нагрузки ГАЭС работает в насосном режиме, затрачивая электроэнергию, вырабатываемую другими ЭС, для закачки воды из нижнего водохранилища в верхнее. Это выравнивает график. В период увеличения нагрузки ГАЭС работает в турбинном режиме, срабатывая уровень воды из верхнего водохранилища и сокращая участие тепловых ЭС в регулировании нагрузки. В качестве пиковых могут сооружаться также установки, специально предназначенные для этой цели и приспособленные для частых пусков и остановов. Тепловая экономичность пиковых электростанций обычно ниже, чем у базовых, из-за работы в переменных режимах, но это несущественно в связи со сравнительно небольшой выработкой ими электроэнергии. К числу пиковых установок относятся, например, газотурбинные.

Одна из основных характеристик электростанции — установленная мощность, определяемая как сумма номинальных мощностей электрогенераторов. Номинальная мощность генератора — это наибольшая мощность, при которой он может работать длительное время в режимах, оговоренных техническими условиями.

Переменность электрической нагрузки во времени заставляет выбирать мощность электростанции по максимуму нагрузки в зимнее время. Это означает, что в остальное время оборудование станции используется неполностью. Для оценки полноты использования установленного оборудования ЭС пользуются коэффициентом использования установленной мощности станции μуст — это отношение количества выработанной электроэнергии в течение года Эгод(кВт · ч) к тому количеству, которое могло быть выработано при годовой работе станции с установленной мощностью, т. е. к Nуст·8760 (кВт·ч):

μуст = Эгод/(Nуст·8760), (1.1)

где 8760 — число часов в году.

Работа станции может также характеризоваться годовым числом часов использования установленной мощности

τуст = Эгод/Nуст, (1.2)

Коэффициент использования установленной мощности и число часов использования установленной мощности связаны между собой соотношением

μуст = τуст/8760 (1.3)

Число часов использования установленной мощности зависит от того, в каком режиме работает станция. Для базовых станций число часов использования установленной мощности составляет обычно 6000 — 7000 (в среднем около

5500 ч/год), а для специальных пиковых агрегатов τуст может быть 2000 ч/год и менее.

Тепловые электростанции в отличие от гидравлических должны снабжать промышленность и население не только электрической, но и тепловой энергией. Это относится и к атомным электростанциям. Действующие в настоящее время атомные электростанции решают вопросы теплоснабжения практически только жилого поселка АЭС, или иногда и для близко расположенных предприятий, обеспечивающих занятость трудом членов семей сотрудников АЭС.