Регулирование частоты и мощности в ЭЭС

Частота переменного тока постоянна во всех узлах ЭС и равна 50 Гц. И является показателем качества электроэнергии.

Значение частоты в ЭЭС зависит напрямую от баланса активной мощности. Баланс мощности считается удовлетворительным, если отклонение приходной части баланса от расходной не превышает половины мощности наиболее крупного агрегата. В случае наличия дефицита необходима корректировка планов развития генерирующих мощностей.

При неизменном составе нагрузок системы потребляемая ими мощность связана с частотой переменного тока. При нарушении исходного баланса частота принимает новое значение. Иными словами, при ΣRГ<ΣRП частота понижается, при ΣRГ>ΣRП частота растет.

Причинами нарушения баланса мощности могут быть:

a)  аварийное отключение генератора;

b)  неожиданный (неплановый, не предусмотренный расчетами) рост потребления мощности, например увеличение потребления мощности электронагревателями в результате сильного снижения температуры;

c)  аварийное отключение линий или трансформаторов связи.

Отклонение частоты допускается: нормальное — в пределах ±:0,2 Гц и максимальное — в пределах ±0,4 Гц. В послеаварийных режимах работы электрической сети допускается отклонение частоты от плюс 0,5 Гц до минус 1 Гц общей продолжительностью за год не более 90 ч.

Превышение вырабатываемой мощности над потребляемой, приводящее к росту частоты, можно ликвидировать, уменьшая мощность генераторов или отключая часть из них. Понижение частоты из-за превышения потребляемой над вырабатываемой мощности требует мобилизации резерва мощности или автоматической частотной разгрузки (АЧР). В противном случае понижение частоты может привести не только к браку продукции у потребителей, но и к повреждению оборудования станций и развалу системы.

1. АЧР

Автоматическая частотная разгрузка представляет собой дискретную систему регулирования, отключающая потребителей ступенями (или очередями). При снижении частоты на величину уставки срабатывает реле частоты, входящее в состав устройства АЧР, и отключает часть потребителей.

2. Регулирование турбин

Все паровые и гидравлические турбины в обязательном порядке оснащаются автоматическими регуляторами частоты вращения (АРЧВ), которые представляют собой замкнутые системы автоматического регулирования с главной обратной связью по отклонению частоты вращения турбины от заданного значения. При понижении частоты АРЧВ действует на увеличение впуска энергоносителя и наоборот. Это в свою очередь вызывает соответствующее изменение мощности агрегата. Регуляторы частоты вращения турбин принято называть также первичными регуляторами частоты.

В самом деле, например, уменьшение впуска энергоносителя вызовет уменьшение угла сдвига ротора данного генератора относительно других, активные нагрузки других генераторов возрастут. Появится небаланс на валах каждого из этих генераторов, и они начнут тормозиться. В связи с этим генератор, у первичного двигателя которого уменьшился впуск энергоносителя, также должен начать тормозиться, так как при уменьшении углов сдвига роторов остальных генераторов он должен принять добавочную нагрузку. Торможение всех генераторов будет приводить к снижению общей частоты в системе. По мере ее снижения будут уменьшаться активные мощности нагрузок узловых точек в соответствии с их частотными статическими характеристиками и увеличиваться мощности всех других генераторов и соответствии со статическими характеристиками регуляторов скорости турбин.

Задача регулирования частоты подразделяется на три взаимосвязанные части:

· первичное регулирование частоты, обеспечивающее стабильность частоты, т.е. удержание отклонений частоты в допустимых рамках при нарушении общего баланса мощности в любой части энергосистемы;

· вторичное регулирование, обеспечивающее восстановление нормального уровня частоты и плановых режимов обмена мощностью между частями энергосистемы или регионами;

· третичное регулирование, под которым можно понимать оперативную корректировку балансов мощности регионов с целью оказания взаимопомощи регионам и предотвращения опасных перегрузок транзитных линий электропередачи.

·

Возникающее при дефиците реактивных мощностей снижение напряжений также влияет на величину активных нагрузок в системе, но при обычном преобладании в составе нагрузки электродвигателей это обстоятельство является второстепенным и поддержание частоты при помощи регулирования напряжений, даже если бы оно было допустимо с точки зрения пределов изменений величины напряжений, возможно лишь в очень узком диапазоне.