Regulácia frekvencie v napájacej sústave

V elektroenergetických sústavách sa v každom okamihu musí vyrobiť také množstvo elektriny, aké je v danom momente potrebné na spotrebu, pretože nie je možné vytvárať zásoby elektrickej energie.

Frekvencia spolu s napätím je jednou z hlavných indikátory kvality napájania... Odchýlka frekvencie od normálu vedie k narušeniu prevádzky elektrární, čo spravidla vedie k spaľovaniu paliva. Zníženie frekvencie v systéme vedie k zníženiu produktivity mechanizmov v priemyselných podnikoch a k zníženiu účinnosti hlavných blokov elektrární. Zvýšenie frekvencie vedie aj k zníženiu účinnosti blokov elektrárne a k zvýšeniu strát v sieti.

V súčasnosti problematika automatickej regulácie frekvencie pokrýva široké spektrum otázok ekonomického a technického charakteru. Energetický systém momentálne vykonáva automatickú reguláciu frekvencie.

Vplyv frekvencie na prevádzku zariadení elektrárne

Všetky jednotky vykonávajúce rotačný pohyb sú vypočítané tak, že ich najvyššia účinnosť je realizovaná trikrát z jednej veľmi konkrétnej rýchlosti otáčania, a to pri nominálnej. V súčasnosti sú jednotky vykonávajúce rotačný pohyb z väčšej časti napojené na elektrické stroje.

Výroba a spotreba elektrickej energie sa uskutočňuje prevažne na striedavý prúd; preto je väčšina blokov vykonávajúcich rotačný pohyb spojená s frekvenciou striedavého prúdu. Skutočne, tak ako frekvencia alternátora generovaného alternátorom závisí od otáčok turbíny, tak aj rýchlosť mechanizmu poháňaného striedavým motorom závisí od frekvencie.

Odchýlky frekvencie striedavého prúdu od menovitej hodnoty majú rôzny vplyv na rôzne typy jednotiek, ako aj na rôzne zariadenia a prístroje, od ktorých závisí účinnosť energetického systému.

Parná turbína a jej lopatky sú konštruované tak, aby bol zabezpečený maximálny možný výkon hriadeľa pri menovitých otáčkach (frekvencii) a bezproblémovom prívode pary. V tomto prípade zníženie rýchlosti otáčania vedie k vzniku strát pre dopad pary na lopatku so súčasným zvýšením krútiaceho momentu a zvýšenie rýchlosti otáčania vedie k zníženiu krútiaceho momentu a zvýšeniu krútiaceho momentu. náraz na zadnú stranu čepele. Najhospodárnejšia turbína pracuje pri nominálna frekvencia.

Prevádzka pri zníženej frekvencii navyše vedie k zrýchlenému opotrebovaniu lopatiek rotora turbíny a iných častí.Zmena frekvencie ovplyvňuje činnosť mechanizmov vlastnej spotreby elektrárne.

Vplyv frekvencie na výkon spotrebiteľov elektriny

Mechanizmy a jednotky spotrebiteľov elektriny možno rozdeliť do piatich skupín podľa stupňa ich závislosti od frekvencie.

Prvá skupina. Používatelia, ktorých zmena frekvencie nemá priamy vplyv na vyvíjaný výkon. Patria sem: osvetlenie, elektrické oblúkové pece, únikový odpor, usmerňovače a nimi poháňané záťaže.

Druhá skupina. Mechanizmy, ktorých výkon sa mení v pomere k prvej mocnine frekvencie. Medzi tieto mechanizmy patria: stroje na rezanie kovov, guľové mlyny, kompresory.

Tretia skupina. Mechanizmy, ktorých výkon je úmerný druhej mocnine frekvencie. Ide o mechanizmy, ktorých moment odporu je úmerný frekvencii v prvom stupni. Neexistujú žiadne mechanizmy s presným momentom odporu, ale množstvo špeciálnych mechanizmov má moment, ktorý sa tomu približuje.

Štvrtá skupina. Momentové mechanizmy ventilátorov, ktorých výkon je úmerný tretej mocnine frekvencie. Takéto mechanizmy zahŕňajú ventilátory a čerpadlá so žiadnym alebo zanedbateľným statickým odporom hlavy.

Piata skupina. Mechanizmy, ktorých výkon vo vyššej miere závisí od frekvencie. Medzi takéto mechanizmy patria čerpadlá s veľkou statickou odporovou hlavou (napr. napájacie čerpadlá elektrární).

Výkon posledných štyroch skupín používateľov klesá s klesajúcou frekvenciou a stúpa so zvyšujúcou sa frekvenciou. Na prvý pohľad sa zdá, že pre používateľov je výhodné pracovať vo zvýšenej frekvencii, no zďaleka to tak nie je.

Okrem toho, keď sa frekvencia zvyšuje, krútiaci moment indukčného motora klesá, čo môže spôsobiť zastavenie a zastavenie zariadenia, ak motor nemá žiadne rezervy výkonu.

Automatické riadenie frekvencie v napájacom systéme

Účelom automatického riadenia frekvencie v energetických sústavách je predovšetkým zabezpečiť hospodárnu prevádzku staníc a energetických sústav. Efektívnosť prevádzky elektrizačnej sústavy nie je možné dosiahnuť bez zachovania normálnej hodnoty frekvencie a bez najpriaznivejšieho rozloženia zaťaženia medzi paralelne pracujúce jednotky a elektrárne elektrizačnej sústavy.

Na reguláciu frekvencie je záťaž rozdelená medzi niekoľko paralelných pracovných jednotiek (staníc). Zároveň je záťaž rozložená medzi jednotky tak, že pri menších zmenách v záťaži systému (do 5-10%) sa nemení prevádzkový režim obrovského množstva jednotiek a staníc.

Pri premenlivom charaktere zaťaženia bude najlepší režim, v ktorom hlavná časť blokov (staníc) nesie zaťaženie zodpovedajúce podmienke rovnosti relatívnych krokov a malé a krátke výkyvy zaťaženia sú pokryté zmenou zaťaženie malej časti z jednotiek.

Pri rozdeľovaní záťaže medzi paralelne pracujúce jednotky sa snažia zabezpečiť, aby všetky pracovali v oblasti najvyššej účinnosti.V tomto prípade je zabezpečená minimálna spotreba paliva.

Jednotky, ktoré majú za úlohu pokryť všetky neplánované zmeny zaťaženia, t.j. regulácia frekvencie v systéme musí spĺňať nasledujúce požiadavky:

• majú vysokú účinnosť;

• majú plochú krivku účinnosti zaťaženia, t.j. udržiavať vysokú účinnosť v širokom rozsahu variácií zaťaženia.

V prípade výraznej zmeny zaťaženia sústavy (napríklad jej zvýšenie), kedy sa celá sústava prepne do režimu prevádzky s väčšou hodnotou relatívneho zosilnenia, sa frekvenčné riadenie prenesie na takúto stanicu v r. ktorého veľkosť relatívneho zisku je blízka veľkosti systému .

Frekvenčná stanica má najväčší riadiaci rozsah v rámci svojho inštalovaného výkonu. Podmienky riadenia sa dajú ľahko implementovať, ak je možné riadenie frekvencie priradiť jedinej stanici. Ešte jednoduchšie riešenie sa získa v prípadoch, keď možno reguláciu priradiť k jednej jednotke.

Otáčky turbín určujú frekvenciu v energetickom systéme, takže frekvencia je riadená pôsobením na regulátory otáčok turbíny. Turbíny sú zvyčajne vybavené odstredivými regulátormi otáčok.

Na reguláciu frekvencie sú najvhodnejšie kondenzačné turbíny s normálnymi parametrami pary, protitlakové turbíny sú úplne nevhodným typom turbín na reguláciu frekvencie, pretože ich elektrické zaťaženie určuje výlučne užívateľ pary a je takmer úplne nezávislé od frekvencie v systéme.

Je nepraktické zveriť úlohu frekvenčnej regulácie turbínam s veľkým nasávaním pary, pretože po prvé majú (veľmi malý regulačný rozsah a po druhé sú neekonomické pre prevádzku s premenlivým zaťažením.

Na udržanie požadovaného regulačného rozsahu by mal byť výkon frekvenčnej regulačnej stanice minimálne 8 - 10% záťaže v systéme, aby bol dostatočný regulačný rozsah. Rozsah regulácie tepelnej elektrárne sa nemôže rovnať inštalovanému výkonu. Preto by mal byť výkon kogeneračnej jednotky, ktorá upravuje frekvenciu v závislosti od typu kotlov a turbín, dvakrát až trikrát vyšší ako požadovaný rozsah nastavenia.

Najmenší inštalovaný výkon vodnej elektrárne na vytvorenie potrebného regulačného rozsahu môže byť podstatne menší ako tepelný. Pri vodných elektrárňach sa rozsah regulácie zvyčajne rovná inštalovanému výkonu. Keď je frekvencia riadená vodnou elektrárňou, rýchlosť zvyšovania zaťaženia od okamihu spustenia turbíny nie je obmedzená. Frekvenčná regulácia vodných elektrární je však spojená so známou komplikáciou riadiacich zariadení.

Okrem typu stanice a vlastností zariadenia je výber riadiacej stanice ovplyvnený jej umiestnením v elektrickom systéme, a to elektrickou vzdialenosťou od ťažiska. Ak je stanica umiestnená v strede elektrického zaťaženia a je pripojená k rozvodniam a iným staniciam systému prostredníctvom výkonného elektrického vedenia, potom spravidla zvýšenie zaťaženia regulačnej stanice nevedie k porušeniu statická stabilita.

Naopak, keď je riadiaca stanica umiestnená ďaleko od stredu systému, môže hroziť nestabilita.V tomto prípade musí byť regulácia frekvencie sprevádzaná riadením uhla divergencie e vektorov. atď. c) systém a stanica na riadenie alebo kontrolu prenášaného výkonu.

Hlavné požiadavky na systémy riadenia frekvencie upravujú:

• parametre a limity nastavenia,

• statická a dynamická chyba,

• rýchlosť zmeny zaťaženia bloku,

• zabezpečenie stability regulačného procesu,

• schopnosť regulovať danou metódou.

Regulátory by mali mať jednoduchý dizajn, spoľahlivé v prevádzke a lacné.

Metódy riadenia frekvencie v elektrizačnej sústave

Rast energetických systémov viedol k potrebe regulovať frekvenciu niekoľkých blokov jednej stanice a potom niekoľkých staníc. Na tento účel sa používa množstvo metód na zabezpečenie stabilnej prevádzky energetického systému a vysokofrekvenčnej kvality.

Použitý spôsob riadenia nesmie umožňovať zvýšenie limitov odchýlok frekvencie v dôsledku chýb vyskytujúcich sa v pomocných zariadeniach (aktívne zariadenia na rozloženie záťaže, telemetrické kanály atď.).

Metóda frekvenčnej regulácie je potrebná na to, aby sa frekvencia udržala na danej úrovni, bez ohľadu na zaťaženie frekvenčných riadiacich jednotiek (pokiaľ sa samozrejme nevyužije celý ich riadiaci rozsah), počet jednotiek a frekvenčné riadiace stanice. a veľkosť a trvanie frekvenčnej odchýlky.… Spôsob riadenia musí zabezpečiť aj dodržanie daného pomeru zaťaženia riadiacich jednotiek a súčasný vstup do procesu regulácie všetkých jednotiek, ktoré riadia frekvenciu.

Metóda statických charakteristík

Najjednoduchšia metóda sa získa nastavením frekvencie všetkých jednotiek v systéme, keď sú tieto vybavené regulátormi rýchlosti so statickými charakteristikami. Pri paralelnej prevádzke blokov pracujúcich bez posunu riadiacich charakteristík možno rozloženie záťaže medzi blokmi zistiť zo statických charakteristických rovníc a výkonových rovníc.

Počas prevádzky zmeny zaťaženia výrazne prekračujú stanovené hodnoty, preto nie je možné udržiavať frekvenciu v stanovených medziach. Pri tomto spôsobe regulácie je potrebné mať veľkú rotačnú rezervu rozloženú na všetky jednotky systému.

Tento spôsob nedokáže zabezpečiť ekonomickú prevádzku elektrární, keďže na jednej strane nedokáže využiť plnú kapacitu ekonomických blokov a na druhej strane sa neustále mení zaťaženie všetkých blokov.

Metóda s astatickou charakteristikou

Ak sú všetky alebo časť systémových jednotiek vybavené frekvenčnými regulátormi s astatickými charakteristikami, potom teoreticky frekvencia v systéme zostane nezmenená pre akékoľvek zmeny v záťaži. Tento spôsob riadenia však nevedie k pevnému pomeru zaťaženia medzi frekvenčne riadenými jednotkami.

Táto metóda môže byť úspešne použitá, keď je riadenie frekvencie priradené jednej jednotke.V tomto prípade by mal byť výkon zariadenia aspoň 8 – 10 % výkonu systému. Nezáleží na tom, či má regulátor otáčok astatickú charakteristiku alebo je zariadenie vybavené frekvenčným regulátorom s astatickou charakteristikou.

Všetky neplánované zmeny zaťaženia sú vnímané jednotkou s astatickou charakteristikou. Keďže frekvencia v systéme zostáva nezmenená, zaťaženie ostatných jednotiek systému zostáva nezmenené. Jednojednotkové riadenie frekvencie v tejto metóde je dokonalé, ale ukazuje sa neprijateľné, keď je riadenie frekvencie priradené viacerým jednotkám. Táto metóda sa používa na reguláciu v systémoch s nízkym výkonom.

Metóda generátora

Metódu hlavného generátora je možné použiť v prípadoch, keď je podľa podmienok systému potrebné upraviť frekvenciu viacerých jednotiek na tej istej stanici.

Na jednom z blokov, nazývaných hlavný, je inštalovaný frekvenčný regulátor s astatickou charakteristikou. Na zvyšných blokoch sú nainštalované regulátory zaťaženia (ekvalizéry), ktoré sú tiež nabité úlohou regulácie frekvencie. Ich úlohou je udržiavať daný pomer medzi záťažou na hlavnej jednotke a ostatnými jednotkami, ktoré pomáhajú regulovať frekvenciu. Všetky turbíny v systéme majú statické regulátory otáčok.

Metóda imaginárneho etatizmu

Imaginárna statická metóda je použiteľná pri jednostaničnej aj viacstaničnej regulácii.V druhom prípade musia byť medzi stanicami obojsmerné telemetrické kanály upravujúce frekvenciu a dispečing (prenos indikácie zaťaženia zo stanice do dispečingu a prenos automatického príkazu z dispečingu do stanice ).

Na každom zariadení zapojenom do regulácie je inštalovaný frekvenčný regulátor. Táto regulácia je astatická vzhľadom na udržiavanie frekvencie v systéme a statická s ohľadom na rozloženie záťaže medzi generátory. Zabezpečuje stabilné rozloženie záťaže medzi modulačné generátory.

Zdieľanie záťaže medzi frekvenčne riadenými zariadeniami sa dosahuje pomocou aktívneho zariadenia na zdieľanie záťaže. Tá, zhrňujúc celú záťaž riadiacich jednotiek, ju medzi ne rozdeľuje v určitom vopred stanovenom pomere.

Metóda pomyselného etatizmu tiež umožňuje regulovať frekvenciu v sústave viacerých staníc a zároveň bude dodržaný daný pomer zaťaženia ako medzi stanicami, tak aj medzi jednotlivými jednotkami.

Metóda synchrónneho času

Táto metóda využíva odchýlku synchrónneho času od astronomického času ako kritérium pre reguláciu frekvencie vo viacstanicových energetických systémoch bez použitia telemechaniky. Táto metóda je založená na statickej závislosti odchýlky synchrónneho času od času astronomického, počnúc od určitého okamihu.

Pri normálnej synchrónnej rýchlosti rotorov turbínových generátorov systému a rovnosti krútiacich momentov a momentov odporu sa rotor synchrónneho motora bude otáčať rovnakou rýchlosťou. Ak je na osi rotora synchrónneho motora umiestnená šípka, ukáže čas na určitej stupnici. Umiestnením vhodného prevodu medzi hriadeľ synchrónneho motora a os ručičky je možné prinútiť ručičku otáčať rýchlosťou hodinovej, minútovej alebo sekundovej ručičky hodín.

Čas zobrazený touto šípkou sa nazýva synchrónny čas. Astronomický čas je odvodený z presných zdrojov času alebo z frekvenčných štandardov elektrického prúdu.

Metóda simultánneho riadenia astatických a statických charakteristík

Podstata tejto metódy je nasledovná. V elektrizačnej sústave sú dve regulačné stanice, jedna pracuje podľa astatickej charakteristiky a druhá podľa statickej s malým statickým koeficientom. Pre malé odchýlky skutočného harmonogramu zaťaženia od dispečingu bude prípadné kolísanie zaťaženia vnímané stanicou s astatickou charakteristikou.

V tomto prípade sa riadiaca stanica so statickou charakteristikou bude podieľať na regulácii len v prechodnom režime, čím sa vyhne veľkým frekvenčným odchýlkam. Keď je rozsah nastavenia prvej stanice vyčerpaný, druhá stanica vstúpi do nastavenia. V tomto prípade sa nová hodnota stacionárnej frekvencie bude líšiť od nominálnej.

Kým prvá stanica riadi frekvenciu, zaťaženie základňových staníc zostane nezmenené. Pri úprave druhou stanicou sa zaťaženie základňových staníc odchyľuje od ekonomického.Výhody a nevýhody tejto metódy sú zrejmé.

Spôsob riadenia zámku napájania

Táto metóda spočíva v tom, že každý z energetických systémov zahrnutých do prepojenia sa podieľa na regulácii frekvencie iba vtedy, ak je odchýlka frekvencie spôsobená zmenou zaťaženia v nej. Metóda je založená na nasledujúcej vlastnosti vzájomne prepojených energetických systémov.

Ak sa zaťaženie v ktoromkoľvek energetickom systéme zvýšilo, potom je pokles frekvencie v ňom sprevádzaný poklesom daného výkonu výmenníka, zatiaľ čo v iných energetických systémoch je pokles frekvencie sprevádzaný zvýšením daného výkonu výmeny.

Je to spôsobené tým, že všetky zariadenia, ktoré majú statické riadiace charakteristiky, snažiace sa udržať frekvenciu, zvyšujú výstupný výkon. Pre energetický systém, kde došlo k zmene záťaže, sa teda znamienko frekvenčnej odchýlky a znamienko odchýlky výmenného výkonu zhodujú, ale v iných energetických systémoch tieto znamienka nie sú rovnaké.

Každý energetický systém má jednu riadiacu stanicu, kde sú inštalované frekvenčné regulátory a relé na blokovanie výkonu ústredne.

Je tiež možné nainštalovať do jedného zo systémov frekvenčný regulátor blokovaný relé výmeny energie a do susedného energetického systému - regulátor výmenného výkonu blokovaný frekvenčným relé.

Druhý spôsob má oproti prvému výhodu, ak regulátor striedavého prúdu môže pracovať pri menovitej frekvencii.

Keď sa zaťaženie v napájacom systéme zmení, znaky frekvenčných odchýlok a výmenného výkonu sa zhodujú, riadiaci obvod nie je zablokovaný a pri pôsobení regulátora frekvencie sa zaťaženie blokov tohto systému zvyšuje alebo znižuje. V iných energetických systémoch sú znaky frekvenčnej odchýlky a výmenného výkonu odlišné, a preto sú riadiace obvody zablokované.

Regulácia touto metódou vyžaduje prítomnosť televíznych kanálov medzi rozvodňou, z ktorej odchádza spojovacie vedenie do iného energetického systému, a stanicou, ktorá reguluje frekvenciu alebo výmenný tok. Spôsob riadenia blokovania je možné úspešne použiť v prípadoch, keď sú energetické systémy navzájom spojené iba jedným spojením.

Metóda frekvenčného systému

V prepojenom systéme, ktorý zahŕňa niekoľko energetických systémov, je riadenie frekvencie niekedy priradené jednému systému, zatiaľ čo ostatné riadia prenášaný výkon.

Metóda vnútorného statizmu

Táto metóda je ďalším vývojom metódy blokovania kontroly. Blokovanie alebo posilnenie činnosti frekvenčného regulátora sa nevykonáva pomocou špeciálnych výkonových relé, ale vytváraním statizmu v prenášanom (výmennom) výkone medzi systémami.

V každom z paralelne pracujúcich energetických systémov je pridelená jedna regulačná stanica, na ktorej sú inštalované regulátory, ktoré majú etatizmus z hľadiska výmenného výkonu. Regulátory reagujú na absolútnu hodnotu frekvencie a výmenného výkonu, pričom výkon sa udržiava konštantný a frekvencia sa rovná nominálnej.

V praxi v elektrizačnej sústave počas dňa nezostáva záťaž nezmenená, ale nezmenia sa ani zmeny podľa harmonogramu záťaže, počet a výkon generátorov v sústave a zadaný výmenný výkon. Preto statický koeficient systému nezostáva konštantný.

Pri vyššej výrobnej kapacite v sústave je menšia a pri nižšom výkone je naopak vyšší statický koeficient sústavy. Požadovaná podmienka rovnosti koeficientov etatizmu preto nebude vždy splnená. To bude mať za následok skutočnosť, že pri zmene zaťaženia v jednom napájacom systéme vstúpia do činnosti frekvenčné meniče v oboch energetických systémoch.

V elektrizačnej sústave, kde došlo k odchýlke záťaže, bude frekvenčný menič počas celého regulačného procesu pôsobiť stále jedným smerom a snažiť sa kompenzovať výslednú nerovnováhu. V druhom napájacom systéme bude prevádzka frekvenčného regulátora obojsmerná.

Ak je štatistický koeficient regulátora vo vzťahu k výmennému výkonu väčší ako štatistický koeficient sústavy, potom na začiatku regulačného procesu riadiaca stanica tohto energetického systému zníži záťaž, čím zvýši výmenný výkon, a potom zvýšiť záťaž, aby sa obnovila nastavená hodnota výmenného výkonu pri menovitej frekvencii.

Keď je štatistický koeficient regulátora vzhľadom na výmenný výkon menší ako štatistický koeficient systému, riadiaca sekvencia v druhom energetickom systéme sa obráti (najprv sa zvýši akceptácia faktora riadenia a potom sa zníženie).