Frekvences regulēšana energosistēmā

Elektroenerģijas sistēmās jebkurā brīdī ir jāsaražo tāds elektroenerģijas daudzums, kāds konkrētajā brīdī ir nepieciešams patēriņam, jo ​​nav iespējams izveidot elektroenerģijas rezerves.

Frekvence kopā ar spriegumu ir viena no galvenajām elektroenerģijas kvalitātes rādītāji... Frekvences novirze no normas noved pie elektrostaciju darbības traucējumiem, kas, kā likums, noved pie degvielas sadegšanas. Biežuma samazināšanās sistēmā izraisa mehānismu produktivitātes samazināšanos rūpniecības uzņēmumos un elektrostaciju galveno bloku efektivitātes samazināšanos. Biežuma palielināšanās noved arī pie elektrostaciju bloku efektivitātes samazināšanās un tīkla zudumu palielināšanās.

Šobrīd automātiskās frekvences regulēšanas problēma aptver plašu ekonomiska un tehniska rakstura jautājumu loku. Energosistēma šobrīd veic automātisku frekvences regulēšanu.

Frekvences ietekme uz elektrostacijas iekārtu darbību

Visi agregāti, kas veic rotācijas kustību, ir aprēķināti tā, lai to visaugstākā efektivitāte tiktu realizēta trīs reizes no viena ļoti specifiska griešanās ātruma, proti, pie nominālā. Pašlaik rotācijas kustības veicošās vienības lielākoties ir savienotas ar elektriskajām mašīnām.

Elektroenerģijas ražošana un patēriņš galvenokārt notiek ar maiņstrāvu; tāpēc lielākā daļa bloku, kas veic rotācijas kustību, ir saistīti ar maiņstrāvas frekvenci. Patiešām, tāpat kā ģeneratora ģenerētā ģeneratora frekvence ir atkarīga no turbīnas ātruma, tā arī maiņstrāvas motora darbināmā mehānisma ātrums ir atkarīgs no frekvences.

Maiņstrāvas frekvences novirzes no nominālvērtības atšķirīgi ietekmē dažāda veida vienības, kā arī dažādas ierīces un aparātus, no kuriem atkarīga energosistēmas efektivitāte.

Tvaika turbīna un tās lāpstiņas ir konstruētas tā, lai pie nominālā ātruma (frekvences) un netraucētas tvaika padeves tiktu nodrošināta maksimālā iespējamā vārpstas jauda. Šajā gadījumā griešanās ātruma samazināšanās izraisa tvaika trieciena zudumus uz asmeni, vienlaikus palielinot griezes momentu, un griešanās ātruma palielināšanās izraisa griezes momenta samazināšanos un griezes momenta palielināšanos. trieciens asmens aizmugurē. Ekonomiskākā turbīna strādā plkst nominālā frekvence.

Turklāt darbība ar samazinātu frekvenci izraisa paātrinātu turbīnas rotora lāpstiņu un citu detaļu nodilumu.Frekvences maiņa ietekmē elektrostacijas pašpatēriņa mehānismu darbību.

Frekvences ietekme uz elektroenerģijas patērētāju veiktspēju

Elektroenerģijas patērētāju mehānismus un vienības var iedalīt piecās grupās pēc to atkarības no frekvences pakāpes.

Pirmā grupa. Lietotāji, kuru frekvences maiņa tieši neietekmē attīstīto jaudu. Tie ietver: apgaismojumu, elektriskās loka krāsnis, pretestības noplūdi, taisngriežus un ar tiem darbināmas slodzes.

Otrā grupa. Mehānismi, kuru jauda mainās proporcionāli pirmajai frekvences jaudai. Šajos mehānismos ietilpst: metāla griešanas mašīnas, lodīšu dzirnavas, kompresori.

Trešā grupa. Mehānismi, kuru jauda ir proporcionāla frekvences kvadrātam. Tie ir mehānismi, kuru pretestības moments ir proporcionāls frekvencei pirmajā pakāpē. Nav mehānismu ar precīzu pretestības momentu, bet vairākiem īpašiem mehānismiem ir moments, kas to tuvinātu.

Ceturtā grupa. Ventilatora griezes momenta mehānismi, kuru jauda ir proporcionāla frekvences kubam. Šādi mehānismi ietver ventilatorus un sūkņus, kuriem nav vai ir nenozīmīga statiskā galvas pretestība.

Piektā grupa. Mehānismi, kuru jauda ir vairāk atkarīga no frekvences. Pie šādiem mehānismiem pieder sūkņi ar lielu statiskās pretestības galvu (piemēram, spēkstaciju padeves sūkņi).

Pēdējo četru lietotāju grupu veiktspēja samazinās, samazinoties biežumam, un palielinās, palielinoties biežumam. No pirmā acu uzmetiena šķiet, ka lietotājiem ir izdevīgi strādāt paaugstinātā biežumā, taču tas nebūt nav tā.

Turklāt, palielinoties frekvencei, asinhronā motora griezes moments samazinās, kas var izraisīt ierīces apstāšanos un apstāšanos, ja motoram nav jaudas rezerves.

Automātiska frekvences kontrole energosistēmā

Automātiskās frekvences regulēšanas mērķis energosistēmās galvenokārt ir nodrošināt staciju un energosistēmu ekonomisku darbību. Energosistēmas darbības efektivitāti nevar sasniegt bez normālās frekvences vērtības saglabāšanas un bez vislabvēlīgākā slodzes sadales starp paralēlajiem darba mezgliem un energosistēmas elektrostacijām.

Frekvences regulēšanai slodze tiek sadalīta starp vairākām paralēlām darba vienībām (stacijām). Tajā pašā laikā slodze tiek sadalīta starp blokiem tā, ka ar nelielām sistēmas slodzes izmaiņām (līdz 5-10%) milzīgā vienību un staciju skaita darbības režīms nemainās.

Ar mainīgu slodzes raksturu vislabākais būs režīms, kurā galvenā bloku (staciju) daļa pārvadā slodzi, kas atbilst relatīvo pakāpienu vienādības nosacījumam, un nelielas un īsas slodzes svārstības tiek segtas, mainot. nelielas daļas slodze no vienībām.

Sadalot slodzi starp agregātiem, kas strādā paralēli, viņi cenšas nodrošināt, lai tie visi strādātu visaugstākās efektivitātes zonā, tādējādi tiek nodrošināts minimāls degvielas patēriņš.

Vienības, kuru uzdevums ir segt visas neplānotās slodzes izmaiņas, t.i. frekvences regulēšanai sistēmā jāatbilst šādām prasībām:

• ir augsta efektivitāte;

• ir plakana slodzes efektivitātes līkne, t.i. uzturēt augstu efektivitāti plašā slodzes variāciju diapazonā.

Sistēmas slodzes būtisku izmaiņu gadījumā (piemēram, tās palielināšanās), visai sistēmai pārslēdzoties uz darbības režīmu ar lielāku relatīvā pastiprinājuma vērtību, frekvences vadība tiek nodota šādai stacijai kura relatīvā pastiprinājuma lielums ir tuvu sistēmas lielumam .

Frekvences stacijai ir lielākais vadības diapazons tās uzstādītās jaudas ietvaros. Vadības nosacījumus ir viegli īstenot, ja frekvences vadību var piešķirt vienai stacijai. Vēl vienkāršāks risinājums tiek iegūts gadījumos, kad regulēšanu var piešķirt vienai vienībai.

Turbīnu ātrums nosaka frekvenci energosistēmā, tāpēc frekvence tiek kontrolēta, iedarbojoties uz turbīnas ātruma regulatoriem. Turbīnas parasti ir aprīkotas ar centrbēdzes ātruma regulatoriem.

Frekvences regulēšanai piemērotākās ir kondensācijas turbīnas ar normāliem tvaika parametriem.Pretspiediena turbīnas ir pilnīgi nepiemēroti turbīnu veidi frekvences regulēšanai, jo to elektrisko slodzi pilnībā nosaka tvaika lietotājs un tā ir gandrīz pilnībā neatkarīga no frekvences sistēmā.

Frekvences regulēšanas uzdevumu uzticēt turbīnām ar lielu tvaika iesūkšanu ir nepraktiski, jo, pirmkārt, tām ir (ļoti mazs regulēšanas diapazons un, otrkārt, tās ir neekonomiskas mainīgas slodzes darbībai.

Lai uzturētu nepieciešamo regulēšanas diapazonu, frekvences vadības stacijas jaudai jābūt vismaz 8 - 10% no sistēmas slodzes, lai būtu pietiekams regulēšanas diapazons. Termoelektrostacijas regulēšanas diapazons nevar būt vienāds ar uzstādīto jaudu. Tāpēc koģenerācijas stacijas jaudai, kas regulē frekvenci, atkarībā no katlu un turbīnu veidiem, jābūt divas līdz trīs reizes lielākai par nepieciešamo regulēšanas diapazonu.

Mazākā hidroelektrostacijas uzstādītā jauda, ​​lai izveidotu nepieciešamo regulēšanas diapazonu, var būt ievērojami mazāka par termisko. Hidroelektrostacijām regulēšanas diapazons parasti ir vienāds ar uzstādīto jaudu. Ja frekvenci kontrolē hidroelektrostacija, slodzes pieauguma ātrumam, sākot no turbīnas iedarbināšanas brīža, nav ierobežojumu. Tomēr hidroelektrostaciju frekvences regulēšana ir saistīta ar labi zināmo vadības iekārtu sarežģītību.

Papildus stacijas tipam un aprīkojuma īpašībām vadības stacijas izvēli ietekmē tā atrašanās vieta elektriskajā sistēmā, proti, elektriskais attālums no slodzes centra. Ja stacija atrodas elektriskās slodzes centrā un ir savienota ar apakšstacijām un citām sistēmas stacijām caur jaudīgām elektropārvades līnijām, tad, kā likums, regulēšanas stacijas slodzes palielināšanās neizraisa noteikumu pārkāpumu. statiskā stabilitāte.

Un otrādi, ja vadības stacija atrodas tālu no sistēmas centra, var rasties nestabilitātes risks.Šajā gadījumā frekvences regulēšana ir jāpapildina ar e vektoru novirzes leņķa kontroli. utt. c) sistēma un stacija pārraidītās jaudas pārvaldībai vai kontrolei.

Galvenās prasības frekvences kontroles sistēmām regulē:

• regulēšanas parametri un robežas,

• statiskā un dinamiskā kļūda,

• bloka slodzes izmaiņu ātrums,

• regulēšanas procesa stabilitātes nodrošināšana,

• spēja regulēt ar noteiktu metodi.

Regulatoriem jābūt vienkāršas konstrukcijas, uzticamiem darbībā un lētiem.

Frekvences kontroles metodes energosistēmā

Energosistēmu izaugsme radīja nepieciešamību regulēt vienas stacijas vairāku bloku un pēc tam vairāku staciju frekvenci. Šim nolūkam tiek izmantotas vairākas metodes, lai nodrošinātu stabilu energosistēmas darbību un augstas frekvences kvalitāti.

Pielietotā vadības metode nedrīkst pieļaut frekvences novirzes robežu palielināšanos palīgierīcēs (aktīvās slodzes sadales ierīcēs, telemetrijas kanālos utt.) radušos kļūdu dēļ.

Frekvences regulēšanas metode ir nepieciešama, lai nodrošinātu, ka frekvence tiek uzturēta noteiktā līmenī neatkarīgi no frekvences vadības bloku slodzes (ja vien, protams, netiek izmantots viss to vadības diapazons), agregātu skaita un frekvences vadības stacijām. un frekvences novirzes lielumu un ilgumu.… Vadības metodei jānodrošina arī noteiktas slodzes attiecības uzturēšana vadības blokos un vienlaicīga visu iekārtu, kas kontrolē frekvenci, iekļūšana regulēšanas procesā.

Statisko raksturlielumu noteikšanas metode

Vienkāršākā metode tiek iegūta, pielāgojot visu sistēmas vienību frekvenci, kad pēdējie ir aprīkoti ar ātruma regulatoriem ar statiskām īpašībām. Paralēli darbojoties blokiem, kas darbojas bez vadības raksturlielumu nobīdes, slodžu sadalījumu starp blokiem var noskaidrot no statisko raksturlielumu vienādojumiem un jaudas vienādojumiem.

Ekspluatācijas laikā slodzes izmaiņas ievērojami pārsniedz noteiktās vērtības, tādēļ frekvenci nevar uzturēt noteiktajās robežās. Izmantojot šo regulēšanas metodi, ir nepieciešama liela rotācijas rezerve, kas sadalīta visās sistēmas vienībās.

Šī metode nevar nodrošināt ekonomisku elektrostaciju darbību, jo, no vienas puses, tā nevar izmantot pilnu ekonomisko bloku jaudu, no otras puses, visu bloku slodze pastāvīgi mainās.

Metode ar astatisko raksturlielumu

Ja visi sistēmas bloki vai daļa no tiem ir aprīkoti ar frekvences regulatoriem ar astatiskiem raksturlielumiem, tad teorētiski frekvence sistēmā paliks nemainīga jebkurām slodzes izmaiņām. Tomēr šī vadības metode nenodrošina fiksētu slodzes attiecību starp frekvences kontrolētajām vienībām.

Šo metodi var veiksmīgi izmantot, ja frekvences vadība ir piešķirta vienai vienībai.Šajā gadījumā ierīces jaudai jābūt vismaz 8–10% no sistēmas jaudas. Nav nozīmes tam, vai ātruma regulatoram ir astatisks raksturlielums vai ierīce ir aprīkota ar frekvences regulatoru ar astatisko raksturlielumu.

Visas neplānotās slodzes izmaiņas uztver iekārta ar astatisko raksturlielumu. Tā kā frekvence sistēmā paliek nemainīga, slodzes uz citām sistēmas vienībām paliek nemainīgas. Vienas vienības frekvences vadība šajā metodē ir ideāla, taču izrādās nepieņemama, ja frekvences vadība tiek piešķirta vairākām vienībām. Šo metodi izmanto regulēšanai mazjaudas energosistēmās.

Ģeneratora metode

Galvenā ģeneratora metodi var izmantot gadījumos, kad atbilstoši sistēmas apstākļiem ir nepieciešams noregulēt vairāku agregātu frekvenci vienā stacijā.

Frekvences regulators ar astatisko raksturlielumu ir uzstādīts vienā no blokiem, ko sauc par galveno. Uz atlikušajiem blokiem ir uzstādīti slodzes regulatori (ekvalaizeri), kuriem arī ir uzdots frekvences regulēšanas uzdevums. Viņu uzdevums ir uzturēt noteiktu attiecību starp galvenā bloka slodzi un citām vienībām, kas palīdz regulēt frekvenci. Visām sistēmas turbīnām ir statiski ātruma regulatori.

Iedomātā statisma metode

Iedomātā statiskā metode ir piemērojama gan vienas stacijas, gan vairāku staciju regulēšanai.Otrajā gadījumā starp stacijām, kas regulē frekvenci, un vadības telpu ir jābūt divvirzienu telemetrijas kanāliem (slodzes indikācijas pārraide no stacijas uz vadības telpu un automātiskā pasūtījuma pārraide no vadības telpas uz staciju ).

Katrā regulēšanā iesaistītajā ierīcē ir uzstādīts frekvences regulators. Šis regulējums ir statisks attiecībā uz frekvences uzturēšanu sistēmā un statisks attiecībā uz slodžu sadalījumu starp ģeneratoriem. Tas nodrošina stabilu slodžu sadalījumu starp modulējošajiem ģeneratoriem.

Slodzes sadale starp frekvences kontrolētajām ierīcēm tiek panākta, izmantojot aktīvu slodzes sadales ierīci. Pēdējais, apkopojot visu vadības bloku slodzi, sadala to starp tiem noteiktā iepriekš noteiktā proporcijā.

Iedomātā statisma metode ļauj regulēt frekvenci arī vairāku staciju sistēmā, un tajā pašā laikā tiks ievērota dotā slodzes attiecība gan starp stacijām, gan starp atsevišķām vienībām.

Sinhronā laika metode

Šī metode izmanto sinhronā laika novirzi no astronomiskā laika kā frekvences regulēšanas kritēriju daudzstaciju energosistēmās, neizmantojot telemehāniku. Šīs metodes pamatā ir sinhronā laika novirzes statiskā atkarība no astronomiskā laika, sākot no noteikta laika momenta.

Pie parastā sistēmas turbīnu ģeneratoru rotoru sinhronā ātruma un pagrieziena momentu un pretestības momentu vienādības, sinhronā motora rotors griezīsies ar tādu pašu ātrumu. Ja uz sinhronā motora rotora ass ir novietota bultiņa, tā rādīs laiku noteiktā mērogā. Novietojot piemērotu zobratu starp sinhronā motora vārpstu un rādītāja asi, iespējams panākt, lai rādītājs grieztos ar pulksteņa stundas, minūtes vai sekunžu rādītāja ātrumu.

Laiks, kas parādīts ar šo bultiņu, tiek saukts par sinhrono laiku. Astronomiskais laiks tiek iegūts no precīziem laika avotiem vai no elektriskās strāvas frekvences standartiem.

Metode vienlaicīgai astatisko un statisko raksturlielumu kontrolei

Šīs metodes būtība ir šāda. Energosistēmā ir divas vadības stacijas, no kurām viena darbojas pēc astatiskā raksturlieluma, bet otra pēc statiskās ar nelielu statisko koeficientu. Nelielām faktiskā slodzes grafika novirzēm no vadības telpas jebkuras slodzes svārstības uztvers stacija ar astatisko raksturlielumu.

Šajā gadījumā vadības stacija ar statisku raksturlielumu regulēšanā piedalīsies tikai pārejas režīmā, izvairoties no lielām frekvences novirzēm. Kad pirmās stacijas regulēšanas diapazons ir izsmelts, otrā stacija sāk regulēšanu. Šajā gadījumā jaunā stacionārā frekvences vērtība atšķirsies no nominālās.

Kamēr pirmā stacija kontrolē frekvenci, bāzes staciju slodze paliks nemainīga. Pielāgojot otro staciju, bāzes staciju slodze novirzīsies no ekonomiskās.Šīs metodes priekšrocības un trūkumi ir acīmredzami.

Strāvas bloķēšanas pārvaldības metode

Šī metode sastāv no tā, ka katra no starpsavienojumā iekļautajām energosistēmām piedalās frekvences regulēšanā tikai tad, ja frekvences novirzi izraisa slodzes maiņa tajā. Metode ir balstīta uz šādu savstarpēji savienotu energosistēmu īpašību.

Ja slodze kādā energosistēmā ir palielinājusies, tad frekvences samazināšanos tajā pavada dotās apmaiņas jaudas samazināšanās, savukārt citās energosistēmās frekvences samazināšanos pavada dotās apmaiņas jaudas pieaugums.

Tas ir saistīts ar faktu, ka visas ierīces, kurām ir statiskās vadības īpašības, cenšoties uzturēt frekvenci, palielina izejas jaudu. Tātad energosistēmai, kurā ir notikusi slodzes maiņa, frekvences novirzes zīme un apmaiņas jaudas novirzes zīme sakrīt, bet citās energosistēmās šīs zīmes nav vienādas.

Katrā energosistēmā ir viena vadības stacija, kurā ir uzstādīti frekvences regulatori un apmaiņas jaudas bloķēšanas relejs.

Tāpat vienā no sistēmām iespējams uzstādīt ar jaudas apmaiņas releju bloķētu frekvences regulatoru, bet blakus esošajā energosistēmā - ar frekvences releju bloķētu apmaiņas jaudas regulatoru.

Otrajai metodei ir priekšrocības salīdzinājumā ar pirmo, ja maiņstrāvas jaudas regulators var darboties ar nominālo frekvenci.

Mainoties slodzei energosistēmā, frekvenču noviržu un apmaiņas jaudas pazīmes sakrīt, vadības ķēde netiek bloķēta, un frekvences regulatora iedarbībā palielinās vai samazinās slodze uz šīs sistēmas blokiem. Citās energosistēmās frekvences novirzes un apmaiņas jaudas pazīmes ir atšķirīgas, tāpēc vadības ķēdes tiek bloķētas.

Regulēšanai ar šo metodi ir nepieciešams televīzijas kanālu klātbūtne starp apakšstaciju, no kuras savienojuma līnija atiet uz citu energosistēmu, un staciju, kas regulē frekvenci vai apmaiņas plūsmu. Bloķēšanas kontroles metodi var veiksmīgi pielietot gadījumos, kad energosistēmas ir savienotas tikai ar vienu savienojumu.

Frekvenču sistēmas metode

Savstarpēji savienotā sistēmā, kas ietver vairākas energosistēmas, frekvences vadība dažreiz tiek piešķirta vienai sistēmai, bet pārējās kontrolē pārraidīto jaudu.

Iekšējā statisma metode

Šī metode ir kontroles bloķēšanas metodes tālāka attīstība. Frekvences regulatora darbības bloķēšana vai nostiprināšana netiek veikta ar īpašu jaudas releju palīdzību, bet gan radot statismu pārraidītajā (apmaiņas) jaudā starp sistēmām.

Katrā no paralēli strādājošām energosistēmām ir atvēlēta viena regulēšanas stacija, uz kuras ir uzstādīti regulatori, kuriem ir statisks apmaiņas jaudas ziņā. Regulatori reaģē gan uz frekvences absolūto vērtību, gan uz apmaiņas jaudu, bet pēdējā tiek uzturēta nemainīga, un frekvence ir vienāda ar nominālo.

Praksē energosistēmā diennakts laikā slodze nepaliek nemainīga, bet izmaiņas atbilstoši slodzes grafikam, ģeneratoru skaits un jauda sistēmā un noteiktā apmaiņas jauda arī nepaliek nemainīgi. Tāpēc sistēmas statiskais koeficients nepaliek nemainīgs.

Ar lielāku ģenerēšanas jaudu sistēmā tā ir mazāka un ar mazāku jaudu, gluži pretēji, sistēmas statiskais koeficients ir lielāks. Tāpēc ne vienmēr tiks izpildīts nepieciešamais statisma koeficientu vienādības nosacījums. Tas novedīs pie tā, ka, mainoties slodzei vienā energosistēmā, iedarbināsies frekvences pārveidotāji abās energosistēmās.

Energosistēmā, kur ir notikusi slodzes novirze, frekvences pārveidotājs visu regulēšanas procesu visu laiku darbosies vienā virzienā, cenšoties kompensēt radušos nelīdzsvarotību. Otrajā energosistēmā frekvences regulatora darbība būs divvirzienu.

Ja regulatora stat koeficients attiecībā pret apmaiņas jaudu ir lielāks par sistēmas stat koeficientu, tad regulēšanas procesa sākumā šīs energosistēmas vadības stacija samazinās slodzi, tādējādi palielinot apmaiņas jaudu, un pēc tam palielināt slodzi, lai atjaunotu apmaiņas jaudas iestatīto vērtību nominālajā frekvencē.

Kad regulatora stat koeficients attiecībā pret apmaiņas jaudu ir mazāks par sistēmas stat koeficientu, vadības secība otrajā energosistēmā tiks apgriezta (vispirms pieaugs virzošā faktora pieņemšana, un tad samazināt).