ЭНЕРГОСИСТЕМЫ
Для повышения надежности электро- и теплоснабжения потребителей электростанции объединяются на параллельную работу в энергосистемы.
Энергосистема — это совокупность электростанций, электрических и тепловых сетей, соединенных между собой и связанных общностью режима в непрерывном процессе производства, преобразования и распределения электрической и тепловой энергии при общем управлении этим режимом.
Электрической частью энергосистемы называется совокупность электроустановок электростанций и электрических сетей энергосистемы.
На рис. 1 изображена электрическая схема энергосистемы с четырьмя генерирующими источниками: двумя ТЭЦ, ГЭС и ГРЭС, двумя районными (системными) подстанциями (ПС) А и Б и несколькими потребительскими подстанциями, объединенными на параллельную работу линиями 35, 110, 220 кВ. Межсистемные связи осуществляются линиями W1 500 кВ. Местные распределительные сети выполнены на напряжении 6—10 кВ. Подстанция Б с двумя синхронными компенсаторами GC является узловой подстанцией системы. Подстанция А с двумя автотрансформаторами и линиями 500 кВ является системной подстанцией. Подстанция В — проходная, через шины 110 кВ осуществляются транзит мощности и связь ТЭЦ 1 с ГРЭС. Подстанция Д присоединена отпайками к транзитной линии W11. Однотрансформаторная ПСЖ включена в кольцо линий 35 кВ.
Рис. 1. Принципиальная схема энергосистемы.
Создание энергосистем имеет большое значение и дает ряд технических и экономических преимуществ:
— позволяет увеличивать темпы развития энергетики и осуществлять это развитие наиболее экономично для современных условий, т.е. за счет преобладающего ввода крупных ТЭС и АЭС с блочными агрегатами большой мощности;
— повышает надежность электроснабжения потребителей;
— обеспечивает повышение экономичности производства и распределения электроэнергии в целом по энергосистеме за счет наиболее рационального распределения нагрузки между электростанциями при наилучшем использовании энергоресурсов (топлива, водной энергии и т.д.);
— улучшает качество электроэнергии, т.е. обеспечивает поддержание напряжения и частоты в пределах, нормированных ГОСТ, так как колебания нагрузки воспринимаются большим числом агрегатов;
— позволяет снизить суммарный резерв мощности по энергосистеме, который должен составлять 12—20 % общей мощности агрегатов энергосистемы.
Нагрузка энергосистемы в течение суток меняется в зависимости от нагрузки присоединенных потребителей (рис. 2).
Рис. 2. Суточный график нагрузки энергосистемы и графики электростанций, участвующих в выработке электроэнергии.
Распределение нагрузок между электростанциями, входящими в систему, должно обеспечить наиболее эффективную работу станций и наименьшие потери от перетоков в сетях. Базовую часть трафика (Р<Рнг min) покрывают:
ГЭС в соответствии с пропуском воды, необходимым по условиям судоходства и санитарным требованиям (во время паводка участие ГЭС в базовой части увеличивают, чтобы не сбрасывать бесполезно воду);
АЭС, регулирование мощности которых затруднительно;
ТЭЦ, работающие по тепловому графику.
Пиковая часть графика (Р<Рнг min) покрывается ГАЭС и ГЭС средней мощности. В провале графика (от 0 до 7 ч) ГАЭС работает в насосном режиме, накапливая воду в напорном водохранилище, a и максимум нагрузки (от 8 до 22 ч) ГАЭС работает в генераторном режиме, покрывая пик нагрузки. Выровненная ГАЭС нагрузка покрывается КЭС, работа которых наиболее экономична при равномерной нагрузке.
Распределение нагрузки системы рассчитывается группой режимов диспетчерского управления.
Создание объединенных энергосистем (ОЭС), в которых синхронно работает большое количество электростанций, обеспечивает еще большие технические и экономические преимущества. Одной из первых создана ОЭС Центра, затем ОЭС Юга, Средней Волги и Урала. Следующим шагом было объединение этих ОЭС в Единую энергосистему европейской части СССР, которая охватила также энергосистемы Северо-Запада, Северного Кавказа и Закавказья.
Важнейшим направлением развития энергетики страны является формирование Единой энергосистемы (ЕЭС) России, в которую в настоящее время входят объединенные энергосистемы Центра, Северо-Запада, Средней Волги, Северного Кавказа, Урала, Сибири и Востока. ЕЭС России является одним из крупнейших энергообъединений стран СНГ.
В настоящее время 11 из 12 национальных энергосистем государств Содружества осуществляют совместную параллельную работу. Параллельно с объединением энергосистем СНГ работают энергосистемы стран Балтии. Межгосударственные связи (ВЛ 500 кВ и 750 кВ) соединяют ЕЭС России с энергосистемами ряда стран Восточной Европы и Азии.
Оперативное руководство работой энергосистем осуществляется Центральным Диспетчерским Управлением (ЦДУ), основными задачами которого являются:
— регулирование частоты электрического тока, обеспечение Эффективного функционирования системы автоматического регулирования частоты и перетоков активной мощности;
— прогнозирование и оптимизация долгосрочных и краткосрочных балансов электроэнергии и мощности ЕЭС и ОЭС;
— разработка оптимальных суточных графиков работы основных электростанций ЕЭС России;
— разработка режимов работы каскадов ГЭС;
— диспетчерское управление ЕЭС в реальном времени с соблюдением требований надежности и стандартов качества энергии;
— организация и управление режимами параллельной работы ЕЭС России с энергосистемами других государств;
— разработка условий оптимального использования источников реактивной мощности и средств регулирования напряжения для снижения потерь электроэнергии;
— координация настройки релейных защит в основной сети ЕЭС;
— разработка противоаварийных мероприятий и другие оперативно-технологические задачи;
— внедрение в эксплуатацию автоматизированных систем диспетчерского управления (АСДУ), развитие и модернизация его технических средств;
— организация функционирования в отрасли системы сбора и передачи оперативно-технологической и коммерческой информации.
Диспетчерское управление ЕЭС России, в электрических сетях которой функционирует Федеральный оптовый рынок электрической энергии и мощности (ФОРЭМ), осуществляется следующей иерархической структурой:
— ЦДУ ЕЭС России, расположенным в Москве;
— семью региональными объединенными диспетчерскими управлениями (ОДУ Центра, ОДУ Северо-Запада, ОДУ Средней Волги и т.д.);
— центральными диспетчерскими пунктами энергосистем;
— диспетчерскими пунктами управления электростанций, подстанций, предприятий электрических распределительных сетей.