3tom214

Systemy elektroenergetyczne

prof. zw. dr hab. inż. Marian Cegielski (p. 7.1; 7.2.7; 7.3.1; 733; 7.4; 73) dr inż. Andrzej Kerner (p. 72.1+7.2.6) dr inż. Kazimierz Oziemblewski (p. 73.2)

7.1. Wiadomości ogólne

System elektroenergetyczny (SEE) jest to zbiór urządzeń wytwórczych, przesyłowych, rozdzielczych i odbiorczych, połączonych ze sobą w celu realizacji procesu ciągłej dostawy (do odbiorców) energii elektrycznej o odpowiednich parametrach jakościowych. W ujęciu cybernetycznym SEE stanowi układ wielowejściowy i wielowyjściowy, względnie odosobniony, dyssypatywny, w małym stopniu samonastrajalny, sterowany nadal jeszcze przez człowieka [7.3; 7.6].

System elektroenergetyczny jest częścią wielonośnikowego systemu energetycznego, w którym rozróżnia się systemy: elektroenergetyczny, ciepłowniczy, gazoenergetyczny oraz paliw stałych i płynnych. Podział ten nie zawsze jest łatwy do ustalenia ze względu na powiązania i wzajemne przenikanie poszczególnych systemów, np. w systemach elektroenergetycznym i ciepłowniczym mogą występować wspólne urządzenia wytwórcze. W przyszłości mogą powstawać również powiązania w innych relacjach. W odróżnieniu od innych systemów gospodarczych SEE realizuje swe zadania z wymogiem natychmiastowej dostawy na każde żądanie odbiorcy. Cała produkcja jest natychmiast konsumowana, bez możliwości magazynowania. Ma to istotne znaczenie dla bieżącego sterowania pracą systemu. Podstawowymi elementami SEE są elektrownie, sieci i układy odbiorcze, zwane również odpowiednio podsystemami: wytwórczym, przesyłowo-roz-dzielczym i odbiorczym. Elektrownie zostały omówione w rozdz. 2.

Elementami składowymi sieci elektroenergetycznych są linie napowietrzne i kablowe oraz stacje wraz z ich urządzeniami, takimi jak szyny zbiorcze, transformatory, łączniki, dławiki itp. Sieci, ze względu na ich funkcje w procesie dostawy energii elektrycznej, dzieli się na przesyłowe (750, 400 i 220 kV) i rozdzielcze. Sieci przesyłowe i rozdzielcze wraz ze współpracującymi z nimi elektrowniami tworzą system krajowy. Do sieci rozdzielczych zaliczane są sieci: okręgowe, rejonowe, przemysłowe (110 kV, SN, nn) i wiejskie (SN, nn). Sieci wszystkich napięć współpracują ze sobą poprzez transformatory sprzęgłowe, łączące sieci w następujących relacjach: 750/400 kV, 400/220 kV, 400/110 kV, 220/110 kV, 220 kV/SN (zasilanie dużych zakładów), 110 kV/SN, SN/SN i SN/nn. Problematykę sieci elektroenergetycznych omówiono w rozdz. 3. Tam też scharakteryzowano bliżej podsystem odbiorczy.

431

7.1. WIADOMOŚCI OGÓLNE

System elektroenergetyczny cechuje ciągła zmienność stanów jego pracy. Ze względu na losowy charakter zmienności wielu parametrów systemu oraz losowe wyłączenia awaryjne jego elementów, można mówić również o losowym charakterze zmienności stanów pracy systemu.

Zbiór parametrów określających właściwości systemu w dowolnej chwili lub przedziale czasu jest nazywany stanem systemu. Stan pracy systemu zależy od jego konfiguracji. Parametrami stanu pracy są ilościowe wskaźniki, określające warunki pracy systemu (np. moce, napięcia, prądy, częstotliwość itp.). Parametrami systemu są nazywane wskaźniki określone fizycznymi właściwościami elementów systemu, jego konfiguracją i ograniczeniami o charakterze technicznym (reaktancje i rezystancje elementów, stale czasu, współczynniki wzmocnienia itp.) [7.3; 7.6; 7.9; 7.17; 7.25; 7.26; 7.29; 7.30; 7.31].

Wśród stanów pracy SEE rozróżnia się stany ustalone i nieustalone. W stanach ustalonych wartości parametrów stanu systemu są zawarte w określonych, dopuszczalnych przedziałach zmian. Stany nieustalone charakteryzują się dużymi zmianami parametrów stanu systemu w czasie. Zależnie od szybkości zachodzących zmian stany nieustalone można dzielić na szybkozmienne, wolnozmienne i quasi-statyczne.

Systemy elektroenergetyczne w coraz większym stopniu stają się systemami automatycznie regulowanymi. Stanowią więc sterowane obiekty złożone, przechodzące stopniowo w systemy typu cybernetycznego. Do funkcjonalnie powiązanych i współdziałających elementów systemu należy podzbiór elementów regulujących pracę systemu (regulatory, przekaźniki itp.) [7.37].

System elektroenergetyczny spełnia ważną rolę w gospodarce narodowej. Problemom rozwoju i eksploatacji SEE poświęca się wiele uwagi, ze względu na dużą czasochłonność i kapitałochłonność inwestycji energetycznych oraz koszt wytwarzania energii elektrycznej. Planowanie rozwoju systemu obejmuje okres 25 lat, a nawet dłuższy. Celem prowadzonych studiów perspektywicznych i koncepcyjnych jest rozpoznanie możliwości pozyskania pierwotnych nośników energii paliw i cieków wodnych, rezerwowanie lokalizacji przyszłych obiektów energetycznych, umożliwienie transportu paliw i przesyłu energii itp. Wielowariantowe opracowania koncepcji rozwoju systemu mają zapewnić przyjęcie do realizacji rozwiązań ekonomicznie uzasadnionych i technologicznie dojrzałych [7.18]. Problemy rozwoju SEE są rozwiązywane w kraju przez Instytut Energetyki oraz Biura Studiów i Projektów Energetycznych „Energoprojekt”. Niektóre zagadnienia rozwoju sieci rozdzielczych są w gestii wydziałów rozwoju zakładów energetycznych [7.32; 7.33].

Planowanie pracy SEE obejmuje najczęściej horyzont czasowy od jednej doby do roku. Zadaniem planowania jest przygotowanie do ruchu optymalnych układów pracy systemu, zapewniających zarówno zasilanie odbiorników energią elektryczną o wymaganej jakości, jak i realizację remontów elektrowni oraz sieci, przy możliwie małych kosztach wytwarzania i przesyłu energii. Zagadnieniami planowania pracy SEE zajmują się wydziały przygotowawcze dyspozycji mocy i dyspozycji ruchu przy współudziale wydziałów remontowych i eksploatacyjnych w okręgach i zakładach energetycznych. Kierowanie pracą SEE należy do zadań dyspozyq'i mocy i dyspozycji ruchu. Polega ono na zapewnieniu bezpiecznej i ekonomicznej pracy systemu oraz warunków ciągłej dostawy energii.

Rozwiązywanie zadań planowania rozwoju i eksploatacji SEE dokonuje się z zastosowaniem bogatego aparatu matematycznego i techniki cyfrowej. Ważniejsze zadania realizowane w SEE podano w' tabl. 7.1.

W niniejszym rozdziale zaprezentowano zagadnienia naukowe, techniczne i ekonomiczne, które — zdaniem autorów — są bardzo istotne ze względu na planowanie i funkcjonowanie nowoczesnych, dużych SEE. Podstawą tego wyboru były trzy rodzaje działalności inżynierskiej: analiza złożonych zjawisk systemowych (stacjonarnych i przejściowych), poprawna eksploatacja zautomatyzowanego SEE i planowanie jego rozwoju.