Для нормальной работы электроприемников нужна и активная, и реактивная энергия, причем в любой момент времени суммарная генерируемая реактивная мощность в системе должна быть точно равна потребляемой реактивной мощности. Источниками реактивной мощности в системе являются не только генераторы электростанций, но также воздушные и кабельные ЛЭП, батареи конденсаторов, синхронные компенсаторы, синхронные двигатели, статические компенсирующие установки и др. Таким образом, баланс реактивных мощностей в системе записывается в виде:
(32)
где Qpаб — суммарная реактивная мощность, генерируемая всеми источниками системы (рабочая мощность), Мвар; Qr, Ол, Qk, Qkу — реактивные мощности, генерируемые соответственно генераторами электростанций, линиями электропередач (зарядная мощность), конденсаторными батареями, компенсирующими установками (синхронные компенсаторы, синхронные двигатели, статические компенсирующие установки и т. п.), Мвар; 
— соответственно суммарная реактивная мощность нагрузок системы, потерь реактивной мощности в системе и расход реактивной мощности на собственные нужды системы, Мвар; Q,10tp — суммарная потребляемая реактивная мощность, Мвар.
Уравнения баланса (28) и (32) включают в себя активную и реактивную мощности, вырабатываемые генераторами электростанций, которые связаны зависимостью
(33)
поэтому генерация реактивной мощности электростанциями зависит от числа и мощности работающих генераторов, обеспечивающих покрытие активной нагрузки системы. Принимая во внимание средний коэффициент мощности современных генераторов — 0,8... 0,9, можно сказать, что располагаемая реактивная мощность генераторов системы составляет 60...70% от их располагаемой активной мощности. Кроме того, потери реактивной мощности достигают 30...35% от выдаваемой в сеть. Это объясняется тем, что индуктивное сопротивление сети значительно выше активного и при передаче электроэнергии имеет место большое число трансформаций (3—4 и более). В результате суммарная потребность в реактивной мощности превышает располагаемую реактивную мощность генераторов системы, т. е. существует дефицит реактивной мощности, достигающий 10... 15% и более. Дефицит особенно проявляется в летние месяцы, когда па электростанциях часть машин выводится в ремонт.
При дефиците реактивной мощности в системе нарушается баланс (32). Чтобы «свести» баланс реактивных мощностей в системе устанавливают дополнительные источники реактивной мощности. Современные источники реактивной мощности выпускаются на напряжение до 110 кВ и с номинальной мощностью до 450 Мвар (СК — до 320 Мвар, 20 кВ; ТКУ — до 450 Мвар, 110 кВ; БК — до 93 Мвар, 110 кВ).
Нарушение баланса реактивной мощности приводит к отклонениям напряжения, при этом в разных узлах системы отклонения могут быть различными, в отличие от отклонений частоты, которые происходят одновременно во всей системе. Регулирование напряжения осуществляют регулированием реактивной мощности, причем это регулирование в разных точках системы может выполняться независимо. Как правило, это регулирование осуществляется таким образом, чтобы обеспечить минимум потерь мощности в сетях.
Изменение напряжения при нарушении баланса реактийной мощности вызывает изменение потребления нагрузкой системы и активной и реактивной мощности. На рис. 15 приведены характеристики обобщенной нагрузки системы (Uн= 110 кВ, нагрузка преимущественно промышленная),, показывающие, как изменяется потребление активной и реактивной мощностей при отклонениях напряжения. При снижении напряжения уменьшается потребление активной и более резко — реактивной мощностей, причем при снижении напряжения до 0,8UH и ниже потребление реактивной мощности начинает возрастать, возрастают потери напряжения в сети и возникает процесс лавинного снижения напряжения, лавина напряжения — это тяжелый аварийный режим, который предотвращается с помощью специальных мер (форсировкой возбуждения генераторов, синхронных двигателей и др.).
|
|
|
|
Рис. 15
При общем снижении напряжения в системе его восстановление возможно только при наличии достаточного резерва реактивной мощности системы.
Заключение
Поскольку с ростом нагрузки, резерв уменьшаться не должен, то необходимо в системе вводить дополнительные мощности, чтобы сохранить его требуемый уровень.
Изменение частоты, имеющее место при нарушении баланса мощности (28), приводит к изменению потребления активной и реактивной мощностей обобщенной нагрузкой системы. Характер изменения потребления зависит от состава потребителей системы. Так, например, система с преимущественно промышленной нагрузкой (Uн=110 кВ) имеет обобщенные типовые характеристики при изменении частоты, показанные на рис. 14. На рисунке виден практически линейный характер изменения потребления активной мощности при изменении частоты системы и явно выраженный нелинейный характер изменения потребления реактивной мощности, особенно при снижении частоты, когда потребление реактивной мощности резко возрастает.
Литература
1.ГОСТ 8.417-2002 Единицы величин
2.ПР 50.2.102-2009 Положение о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации
3.Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. — М: Высшая школа, 1984.
4.Гольдштейн Е. И., Сулайманов А. О., Гурин Т. С. Мощностные характеристики электрических цепей при несинусоидальных токах и напряжениях. ТПУ, — Томск, 2009, Деп. в ВИНИТИ, 06.04.09, № 193—2009. — 146 с.