Регулација фреквенције у електроенергетском систему

У електроенергетским системима се у сваком тренутку мора произвести толика количина електричне енергије која је неопходна за потрошњу у датом тренутку, јер је немогуће створити резерве електричне енергије.

Фреквенција заједно са напоном је једна од главних индикатори квалитета електричне енергије... Одступање фреквенције од нормале доводи до поремећаја рада електрана, што по правилу доводи до сагоревања горива. Смањење фреквенције у систему доводи до смањења продуктивности механизама у индустријским предузећима и до смањења ефикасности главних јединица електрана. Повећање фреквенције такође доводи до смањења ефикасности блокова електране и до повећања губитака у мрежи.

Тренутно, проблем аутоматске регулације фреквенције покрива широк спектар питања економске и техничке природе. Електроенергетски систем тренутно врши аутоматску регулацију фреквенције.

Утицај фреквенције на рад опреме електране

Све јединице које врше ротационо кретање прорачунате су тако да се њихова највећа ефикасност остварује три пута од једне врло одређене брзине ротације, односно при називној. Тренутно су јединице које врше ротационо кретање највећим делом повезане са електричним машинама.

Производња и потрошња електричне енергије одвија се углавном на наизменичну струју; стога је већина блокова који врше ротационо кретање повезана са фреквенцијом наизменичне струје. Заиста, као што фреквенција алтернатора коју генерише алтернатор зависи од брзине турбине, тако и брзина механизма који покреће мотор на наизменичну струју зависи од фреквенције.

Одступања фреквенције наизменичне струје од називне вредности различито утичу на различите типове агрегата, као и на различите уређаје и апарате од којих зависи ефикасност електроенергетског система.

Парна турбина и њене лопатице су пројектоване тако да се обезбеди максимална могућа снага вратила при називној брзини (фреквенцији) и бешавном улазу паре. У овом случају, смањење брзине ротације доводи до појаве губитака за удар паре на сечиво уз истовремено повећање обртног момента, а повећање брзине ротације доводи до смањења обртног момента и повећања обртног момента. удар на задњу страну сечива. Најекономичнија турбина ради на називна фреквенција.

Поред тога, рад на смањеној фреквенцији доводи до убрзаног хабања лопатица ротора турбине и других делова.Промена фреквенције утиче на рад механизама сопствене потрошње електране.

Утицај фреквенције на перформансе потрошача електричне енергије

Механизми и јединице потрошача електричне енергије могу се поделити у пет група према степену њихове зависности од фреквенције.

Прва група. Корисници чија промена фреквенције нема директног утицаја на развијену снагу. То укључује: осветљење, електролучне пећи, отпорно цурење, исправљаче и оптерећења која се напајају њима.

Друга група. Механизми чија снага варира пропорционално првом степену фреквенције. Ови механизми укључују: машине за сечење метала, кугличне млинове, компресоре.

Трећа група. Механизми чија је снага пропорционална квадрату фреквенције. То су механизми чији је момент отпора пропорционалан фреквенцији у првом степену. Не постоје механизми са овим тачним моментом отпора, али одређени број специјалних механизама има тренутак који је приближан овоме.

Четврта група. Механизми обртног момента вентилатора чија је снага пропорционална коцки фреквенције. Такви механизми укључују вентилаторе и пумпе без или са занемарљивим статичким отпором главе.

Пета група. Механизми чија снага зависи од фреквенције у вишем степену. Такви механизми укључују пумпе са великом статичком отпорном главом (нпр. напојне пумпе електрана).

Перформансе последње четири групе корисника опадају са смањењем учесталости и повећавају се са повећањем учесталости. На први поглед се чини да је корисницима корисно да раде на повећаном учесталости, али то је далеко од случаја.

Поред тога, како се фреквенција повећава, обртни момент индукционог мотора се смањује, што може проузроковати да се уређај заустави и заустави ако мотор нема резерве снаге.

Аутоматска контрола фреквенције у електроенергетском систему

Сврха аутоматске регулације фреквенције у електроенергетским системима је првенствено да обезбеди економичан рад станица и електроенергетских система. Ефикасност рада електроенергетског система не може се постићи без одржавања нормалне вредности фреквенције и без што повољније расподеле оптерећења између паралелних радних јединица и електрана ЕЕС.

За регулисање фреквенције, оптерећење се распоређује на неколико паралелних радних јединица (станица). Истовремено, оптерећење се распоређује између јединица на такав начин да се са мањим променама оптерећења система (до 5-10%) не мења начин рада огромног броја јединица и станица.

Са променљивом природом оптерећења, најбољи режим ће бити онај у коме главни део блокова (станица) носи оптерећење које одговара услову једнакости релативних корака, а мале и кратке флуктуације оптерећења се покривају променом. оптерећење малог дела од јединица.

Када расподељују оптерећење између јединица које раде паралелно, покушавају да обезбеде да сви раде у области највеће ефикасности.У овом случају је обезбеђена минимална потрошња горива.

Јединице које имају задатак да покрију све непланиране промене оптерећења, тј. регулација фреквенције у систему мора да испуни следеће захтеве:

• имају високу ефикасност;

• имају равну криву ефикасности оптерећења, тј. одржавају високу ефикасност у широком опсегу варијација оптерећења.

У случају значајне промене оптерећења система (на пример, његовог повећања), када цео систем пређе у режим рада са већом вредношћу релативног појачања, контрола фреквенције се преноси на такву станицу у при чему је величина релативног добитка блиска оној система .

Фреквенцијска станица има највећи контролни опсег у оквиру своје инсталиране снаге. Услове управљања је лако применити ако се контрола фреквенције може доделити једној станици. Још једноставније решење се добија у случајевима када се регулација може доделити једној јединици.

Брзина турбина одређује фреквенцију у електроенергетском систему, па се фреквенција контролише деловањем на регулаторе брзине турбине. Турбине су обично опремљене центрифугалним регулаторима брзине.

Најпогодније за регулацију фреквенције су кондензационе турбине са нормалним параметрима паре.Турбине против притиска су потпуно неприкладни типови турбина за контролу фреквенције, јер њихово електрично оптерећење у потпуности одређује корисник паре и скоро је потпуно независно од фреквенције у систему.

Непрактично је поверити задатак регулације фреквенције турбинама са великим усисима паре, јер, прво, имају (веома мали опсег регулације и, друго, неекономичне су за рад са променљивим оптерећењем.

Да би се одржао потребан опсег регулације, снага станице за контролу фреквенције треба да буде најмање 8 - 10% оптерећења у систему тако да постоји довољан опсег контроле. Опсег регулације термоелектране не може бити једнак инсталисаној снази. Дакле, снага ЦХП, која подешава фреквенцију, у зависности од врсте котлова и турбина, треба да буде два до три пута већа од потребног опсега подешавања.

Најмања инсталисана снага хидроелектране за стварање потребног регулационог опсега може бити знатно мања од термоелектране. За хидроелектране, опсег регулације је обично једнак инсталисаном капацитету. Када фреквенцију контролише хидроелектрана, нема ограничења за брзину повећања оптерећења почевши од момента покретања турбине. Међутим, регулација фреквенције хидроелектрана је повезана са добро познатом компликацијом управљачке опреме.

Поред типа станице и карактеристика опреме, на избор контролне станице утиче и њена локација у електричном систему, односно електрична удаљеност од центра оптерећења. Ако се станица налази у центру електричног оптерећења и повезана је са подстаницама и другим станицама система преко моћних далековода, онда, по правилу, повећање оптерећења регулационе станице не доводи до кршења статичка стабилност.

Насупрот томе, када се контролна станица налази далеко од центра система, може постојати ризик од нестабилности.У овом случају, регулација фреквенције мора бити праћена контролом угла дивергенције вектора е. итд. ц) систем и станица за управљање или контролу преношене снаге.

Главни захтеви за системе контроле фреквенције регулишу:

• параметри и границе прилагођавања,

• статичка и динамичка грешка,

• брзина промене оптерећења блока,

• обезбеђивање стабилности регулаторног процеса,

• способност регулације датим методом.

Регулатори треба да буду једноставни у дизајну, поуздани у раду и јефтини.

Методе контроле фреквенције у електроенергетском систему

Раст електроенергетских система довео је до потребе да се регулише фреквенција неколико блокова једне станице, а затим и неколико станица. У ту сврху се користи низ метода за обезбеђивање стабилног рада електроенергетског система и високог квалитета фреквенције.

Примењени начин управљања не сме да дозволи повећање граница одступања фреквенције услед грешака које настају у помоћним уређајима (уређаји за дистрибуцију активног оптерећења, телеметријски канали итд.).

Метод регулације фреквенције је неопходан како би се осигурало да се фреквенција одржава на датом нивоу, без обзира на оптерећење јединица за контролу фреквенције (осим ако се, наравно, не користи њихов цео опсег контроле), број јединица и станица за контролу фреквенције. , и величину и трајање девијације фреквенције.… Метода управљања такође мора да обезбеди одржавање датог односа оптерећења управљачких јединица и истовремени улазак у процес регулације свих јединица које контролишу фреквенцију.

Метода статичких карактеристика

Најједноставнији метод се добија подешавањем фреквенције свих јединица у систему, када су ове друге опремљене регулаторима брзине са статичким карактеристикама. У паралелном раду блокова који раде без померања контролних карактеристика, расподела оптерећења између блокова може се наћи из једначина статичке карактеристике и једначина снаге.

Током рада, промене оптерећења значајно премашују наведене вредности, па се фреквенција не може одржавати у наведеним границама. Код овог начина регулације потребно је имати велику ротирајућу резерву распоређену на све јединице система.

Ова метода не може да обезбеди економичан рад електрана, јер, с једне стране, не може да искористи пун капацитет економичних блокова, а са друге стране, оптерећење на свим блоковима се стално мења.

Метода са астатичном карактеристиком

Ако су све или део системских јединица опремљене регулаторима фреквенције са астатичким карактеристикама, онда ће теоретски фреквенција у систему остати непромењена за било какве промене у оптерећењу. Међутим, овај метод управљања не доводи до фиксног односа оптерећења између јединица које контролишу фреквенцију.

Овај метод се може успешно применити када је контрола фреквенције додељена једној јединици.У овом случају, снага уређаја треба да буде најмање 8 — 10% снаге система. Није битно да ли регулатор брзине има астатичку карактеристику или је уређај опремљен регулатором фреквенције са астатичном карактеристиком.

Све непланиране промене оптерећења опажа јединица са астатичном карактеристиком. Пошто фреквенција у систему остаје непромењена, оптерећења на осталим јединицама система остају непромењена. Контрола фреквенције једне јединице у овој методи је савршена, али се показује неприхватљивом када је контрола фреквенције додељена више јединица. Овај метод се користи за регулацију у системима мале снаге.

Генераторски метод

Метода мастер генератора се може користити у случајевима када је, према условима система, потребно подесити фреквенцију више јединица на истој станици.

На једном од блокова, названом главним, уграђен је регулатор фреквенције са астатичном карактеристиком. На преосталим блоковима су уграђени регулатори оптерећења (еквилајзери), који су такође задужени за регулацију фреквенције. Они имају задатак да одржавају дати однос између оптерећења на главној јединици и другим јединицама које помажу у регулисању фреквенције. Све турбине у систему имају статичке регулаторе брзине.

Метода имагинарног етатизма

Замишљена статичка метода је применљива и за једностанично и за вишестанично регулацију.У другом случају морају постојати двосмерни телеметријски канали између станица које подешавају фреквенцију и контролне собе (пренос индикације оптерећења од станице до контролне собе и пренос аутоматског налога од контролне собе до станице). ).

Регулатор фреквенције је инсталиран на сваком уређају укљученом у регулацију. Ова регулација је астатична у погледу одржавања фреквенције у систему и статична у погледу расподеле оптерећења међу генераторима. Обезбеђује стабилну расподелу оптерећења између модулационих генератора.

Подела оптерећења између фреквентно контролисаних уређаја се постиже помоћу активног уређаја за поделу оптерећења. Потоњи, сумирајући целокупно оптерећење контролних јединица, дели га између њих у одређеном унапред одређеном односу.

Метода имагинарног статизма такође омогућава регулацију фреквенције у систему од више станица, а при томе ће се поштовати дати однос оптерећења како између станица тако и између појединачних јединица.

Метод синхроног времена

Ова метода користи одступање синхроног времена од астрономског времена као критеријум за регулацију фреквенције у електроенергетским системима са више станица без употребе телемеханике. Овај метод се заснива на статичкој зависности одступања синхроног времена од астрономског времена, почевши од одређеног тренутка у времену.

При нормалној синхроној брзини ротора турбинских генератора система и једнакости обртних момената и момената отпора ротор синхроног мотора ће се окретати истом брзином. Ако се стрелица постави на осу ротора синхроног мотора, она ће показати време на одређеној скали. Постављањем одговарајућег зупчаника између осовине синхроног мотора и осе казаљке, могуће је учинити да се казаљка окреће брзином сата, минута или секунде сата.

Време приказано овом стрелицом назива се синхроно време. Астрономско време се изводи из тачних извора времена или из стандарда фреквенције електричне струје.

Метода за истовремену контролу астатичких и статичких карактеристика

Суштина ове методе је следећа. У електроенергетском систему постоје две контролне станице, једна ради по астатичкој карактеристици, а друга по статичкој са малим статичким коефицијентом. За мала одступања стварног распореда оптерећења од контролне собе, све флуктуације оптерећења ће бити уочене од стране станице са астатичком карактеристиком.

У овом случају, контролна станица са статичком карактеристиком ће учествовати у регулацији само у прелазном режиму, избегавајући велика одступања фреквенције. Када је опсег подешавања прве станице исцрпљен, друга станица улази у подешавање. У овом случају, нова вредност стационарне фреквенције ће се разликовати од номиналне.

Док прва станица контролише фреквенцију, оптерећење базних станица ће остати непромењено. Када се подеси друга станица, оптерећење базних станица ће одступити од економског.Предности и мане ове методе су очигледне.

Метод управљања закључавањем напајања

Овај метод се састоји у чињеници да сваки од електроенергетских система укључених у интерконекцију учествује у регулацији фреквенције само ако је одступање фреквенције узроковано променом оптерећења у њему. Метода се заснива на следећем својству међусобно повезаних енергетских система.

Ако је оптерећење у неком електроенергетском систему повећано, онда је смањење фреквенције у њему праћено смањењем дате измењиве снаге, док је у другим електроенергетским системима смањење фреквенције праћено повећањем дате измене снаге.

Ово је због чињенице да сви уређаји који имају статичке контролне карактеристике, покушавајући да одрже фреквенцију, повећавају излазну снагу. Дакле, за електроенергетски систем у коме је дошло до промене оптерећења, знак девијације фреквенције и знак девијације снаге размене се поклапају, али у другим електроенергетским системима ти предзнаци нису исти.

Сваки електроенергетски систем има једну контролну станицу у којој су инсталирани фреквентни регулатори и релеј за блокаду размјене снаге.

Такође је могуће уградити у један од система регулатор фреквенције који је блокиран релејем за размену енергије, ау суседном електроенергетском систему - регулатор размене снаге који је блокиран фреквентним релејем.

Други метод има предност у односу на први ако регулатор наизменичне струје може да ради на номиналној фреквенцији.

Када се оптерећење у електроенергетском систему промени, знаци одступања фреквенције и снаге размене се поклапају, управљачко коло није блокирано, а под дејством регулатора фреквенције оптерећење на блоковима овог система се повећава или смањује. У другим електроенергетским системима, знаци девијације фреквенције и размене снаге су различити и због тога су управљачка кола блокирана.

Регулација овим методом захтева постојање телевизијских канала између трафостанице из које прикључни вод полази до другог електроенергетског система и станице која регулише фреквенцију или размену протока. Метода управљања блокадом може се успешно применити у случајевима када су електроенергетски системи међусобно повезани само једном везом.

Метода фреквенцијског система

У међусобно повезаном систему који укључује неколико електроенергетских система, контрола фреквенције се понекад додељује једном систему док други контролишу преношену снагу.

Метода унутрашњег етатизма

Овај метод је даљи развој методе контролног блокирања. Блокирање или појачавање дејства регулатора фреквенције се не врши помоћу посебних релеја снаге, већ стварањем статичности у преношеној (размјени) снази између система.

У сваком од паралелно делујућих енергетских система додељује се по једна регулациона станица на којој су уграђени регулатори који имају статизам у погледу разменске снаге. Регулатори реагују и на апсолутну вредност фреквенције и на снагу размене, док се ова друга одржава константном, а фреквенција је једнака номиналној.

У пракси, у електроенергетском систему током дана оптерећење не остаје непромењено, али промене према распореду оптерећења, броја и снаге генератора у систему и наведене измене снаге такође не остају непромењене. Према томе, статички коефицијент система не остаје константан.

Са већим производним капацитетом у систему, он је мањи а са мањом снагом, напротив, статички коефицијент система је већи. Дакле, тражени услов једнакости коефицијената етатизма неће увек бити испуњен. То ће резултирати чињеницом да ће при промени оптерећења у једном електроенергетском систему у рад ступити фреквентни претварачи у оба електроенергетска система.

У електроенергетском систему где је дошло до одступања оптерећења, фреквентни претварач ће деловати све време у једном правцу током целог процеса регулације, покушавајући да надокнади насталу неравнотежу. У другом електроенергетском систему рад регулатора фреквенције биће двосмеран.

Ако је коефицијент стања регулатора у односу на снагу размене већи од коефицијента стања система, тада ће на почетку процеса регулације контролна станица овог електроенергетског система смањити оптерећење, чиме ће се повећати снага размене, а након тога повећајте оптерећење да бисте вратили задату вредност снаге размене на називној фреквенцији.

Када је коефицијент статуса регулатора у односу на снагу размене мањи од коефицијента статуса система, контролни низ у другом електроенергетском систему ће бити обрнут (прво ће се повећати прихватање покретачког фактора, а затим ће се смањење).