Frekvensregulering i kraftsystemet

I elektriske kraftsystemer må det til enhver tid genereres en slik mengde elektrisitet som er nødvendig for forbruk på et gitt tidspunkt, siden det er umulig å lage reserver av elektrisk energi.

Frekvens sammen med spenning er en av de viktigste strømkvalitetsindikatorer... Avvik fra frekvensen fra det normale fører til forstyrrelse av driften av kraftverk, som som regel fører til brenning av drivstoff. En reduksjon i frekvensen i systemet fører til en reduksjon i produktiviteten til mekanismer i industribedrifter og til en reduksjon i effektiviteten til hovedenhetene til kraftverk. En økning i frekvens fører også til en reduksjon i effektiviteten til kraftverksenheter og til en økning i nettap.

For tiden dekker problemet med automatisk frekvensregulering et bredt spekter av spørsmål av økonomisk og teknisk art. Kraftsystemet utfører for tiden automatisk frekvensregulering.

Effekt av frekvens på drift av kraftverksutstyr

Alle enheter som utfører roterende bevegelser beregnes på en slik måte at deres høyeste effektivitet oppnås tre ganger fra en veldig spesifikk rotasjonshastighet, nemlig ved den nominelle. For øyeblikket er enhetene som utfører roterende bevegelser for det meste koblet til elektriske maskiner.

Produksjon og forbruk av elektrisk energi utføres hovedsakelig på vekselstrøm; derfor er flertallet av blokkene som utfører roterende bevegelse assosiert med frekvensen av vekselstrøm. Faktisk, akkurat som frekvensen til dynamoen generert av dynamoen avhenger av turbinens hastighet, så avhenger hastigheten til mekanismen som drives av AC-motoren av frekvensen.

Avvik i vekselstrømfrekvensen fra den nominelle verdien har ulik effekt på ulike typer enheter, samt på ulike enheter og apparater som kraftsystemets effektivitet avhenger av.

Dampturbinen og dens blader er utformet på en slik måte at maksimal mulig akselkraft gis ved nominell hastighet (frekvens) og sømløs dampinngang. I dette tilfellet fører en reduksjon i rotasjonshastigheten til forekomsten av tap for dampstøt på bladet med en samtidig økning i dreiemomentet, og en økning i rotasjonshastigheten fører til en reduksjon i dreiemomentet og en økning i dreiemomentet. støt på baksiden av bladet. Den mest økonomiske turbinen fungerer på nominell frekvens.

I tillegg fører drift med redusert frekvens til akselerert slitasje på turbinrotorbladene og andre deler.Endringen i frekvens påvirker driften av selvforbruksmekanismene til kraftverket.

Effekt av frekvens på ytelsen til strømforbrukere

Mekanismer og enheter av strømforbrukere kan deles inn i fem grupper i henhold til graden av deres avhengighet av frekvens.

Første gruppe. Brukere hvis frekvensendring ikke har noen direkte effekt på den utviklede kraften. Disse inkluderer: belysning, lysbueovner, motstandslekkasje, likerettere og belastninger som drives av dem.

Andre gruppe. Mekanismer hvis kraft varierer i forhold til den første potensen til frekvensen. Disse mekanismene inkluderer: metallskjæremaskiner, kulemøller, kompressorer.

Tredje gruppe. Mekanismer hvis kraft er proporsjonal med kvadratet av frekvensen. Dette er mekanismer hvis motstandsmoment er proporsjonalt med frekvensen i første grad. Det er ingen mekanismer med dette eksakte motstandsmomentet, men en rekke spesielle mekanismer har et øyeblikk som tilnærmer dette.

Fjerde gruppe. Viftemomentmekanismer hvis kraft er proporsjonal med kuben til frekvensen. Slike mekanismer inkluderer vifter og pumper med ingen eller ubetydelig statisk hodemotstand.

Femte gruppe. Mekanismer hvis kraft avhenger av frekvensen i høyere grad. Slike mekanismer inkluderer pumper med stor statisk motstandshøyde (f.eks. matepumper til kraftverk).

Ytelsen til de fire siste brukergruppene avtar med synkende frekvens og øker med økende frekvens. Ved første øyekast ser det ut til at det er gunstig for brukerne å jobbe med økt frekvens, men dette er langt fra tilfelle.

I tillegg, når frekvensen øker, reduseres dreiemomentet til induksjonsmotoren, noe som kan føre til at enheten stopper og stopper hvis motoren ikke har noen kraftreserver.

Automatisk frekvensstyring i kraftsystemet

Formålet med automatisk frekvensstyring i kraftanlegg er først og fremst å sikre økonomisk drift av stasjoner og kraftanlegg. Effektiviteten av driften av kraftsystemet kan ikke oppnås uten å opprettholde normal frekvensverdi og uten den mest gunstige fordelingen av lasten mellom de parallelle arbeidsenhetene og kraftverkene til kraftsystemet.

For å regulere frekvensen fordeles belastningen på flere parallelle arbeidsenheter (stasjoner). Samtidig er belastningen fordelt mellom enhetene på en slik måte at med mindre endringer i systembelastningen (opptil 5-10%), endres ikke driftsmodusen til det enorme antallet enheter og stasjoner.

Med en variabel karakter av lasten, vil den beste modusen være en der hoveddelen av blokkene (stasjonene) bærer lasten som tilsvarer betingelsen for likhet av relative trinn, og små og korte svingninger av lasten dekkes ved å endre belastningen av en liten del fra enhetene.

Når de fordeler belastningen mellom enhetene som jobber parallelt, prøver de å sikre at de alle jobber i området med høyest effektivitet. I dette tilfellet er minimum drivstofforbruk sikret.

Enhetene som har i oppgave å dekke alle ikke-planlagte lastendringer, d.v.s. frekvensregulering i systemet skal oppfylle følgende krav:

• har høy effektivitet;

• ha en flat belastningskurve, dvs. opprettholde høy effektivitet over et bredt spekter av belastningsvariasjoner.

Ved en betydelig endring i systemets belastning (for eksempel økningen), når hele systemet bytter til en driftsmodus med en større verdi av den relative forsterkningen, overføres frekvenskontrollen til en slik stasjon i hvor størrelsen på den relative gevinsten er nær systemets.

Frekvensstasjonen har det største kontrollområdet innenfor sin installerte effekt. Kontrollbetingelsene er enkle å implementere dersom frekvensstyring kan tilordnes en enkelt stasjon. En enda enklere løsning oppnås i tilfeller hvor regulering kan tilordnes en enkelt enhet.

Turbinenes hastighet bestemmer frekvensen i kraftsystemet, så frekvensen styres ved å virke på turbinens turtallsregulatorer. Turbiner er vanligvis utstyrt med sentrifugalhastighetsregulatorer.

De mest egnede for frekvensstyring er kondenserende turbiner med normale dampparametere Mottrykksturbiner er helt upassende typer turbiner for frekvensstyring, siden deres elektriske belastning bestemmes helt av dampbrukeren og er nesten helt uavhengig av frekvensen i systemet .

Det er upraktisk å overlate oppgaven med frekvensregulering til turbiner med store dampsug, fordi de for det første har et (veldig lite kontrollområde, og for det andre er de uøkonomiske for drift med variabel belastning.

For å opprettholde nødvendig kontrollområde bør effekten til frekvenskontrollstasjonen være minst 8 - 10 % av belastningen i systemet slik at det er tilstrekkelig kontrollområde. Reguleringsområdet til det termiske kraftverket kan ikke være lik installert effekt. Derfor bør kraften til CHP, som justerer frekvensen, avhengig av typene kjeler og turbiner, være to til tre ganger høyere enn det nødvendige justeringsområdet.

Den minste installerte kraften til vannkraftverket for å skape nødvendig kontrollområde kan være betydelig mindre enn den termiske. For vannkraftverk er reguleringsområdet vanligvis lik installert effekt. Når frekvensen styres av et vannkraftverk, er det ingen grense for økningshastigheten til lasten fra det øyeblikket turbinen startes. Frekvensregulering av vannkraftverk er imidlertid forbundet med den velkjente komplikasjonen av kontrollutstyr.

I tillegg til stasjonstype og utstyrsegenskaper, påvirkes valget av kontrollstasjonen av dens plassering i det elektriske systemet, nemlig den elektriske avstanden fra lastsenteret. Hvis stasjonen er plassert i midten av den elektriske belastningen og er koblet til transformatorstasjoner og andre stasjoner i systemet gjennom kraftige kraftledninger, fører som regel ikke en økning i belastningen til reguleringsstasjonen til brudd på statisk stabilitet.

Motsatt, når kontrollstasjonen er plassert langt fra midten av systemet, kan det være risiko for ustabilitet.I dette tilfellet må frekvensregulering ledsages av kontroll av divergensvinkelen til e vektorene. etc. c. system og stasjon for å administrere eller kontrollere den overførte kraften.

Hovedkravene til frekvenskontrollsystemer regulerer:

• parametere og grenser for justering,

• statisk og dynamisk feil,

• endringshastigheten i blokkbelastning,

• sikre stabilitet i reguleringsprosessen,

• evnen til å regulere etter en gitt metode.

Regulatorer bør være enkle i design, pålitelige i drift og rimelige.

Frekvenskontrollmetoder i kraftsystemet

Veksten av kraftsystemer førte til behovet for å regulere frekvensen til flere blokker av en stasjon, og deretter flere stasjoner. Til dette formål brukes en rekke metoder for å sikre stabil drift av kraftsystemet og høyfrekvent kvalitet.

Den anvendte kontrollmetoden må ikke tillate en økning i frekvensavviksgrensene på grunn av feil som oppstår i hjelpeenheter (aktive lastfordelingsenheter, telemetrikanaler osv.).

Frekvensreguleringsmetoden er nødvendig for å sikre at frekvensen holdes på et gitt nivå, uavhengig av belastningen på frekvenskontrollenhetene (med mindre selvfølgelig hele kontrollområdet deres brukes), antall enheter og frekvenskontrollstasjonene. , og størrelsen og varigheten av frekvensavviket.… Styringsmetoden skal også sikre opprettholdelse av et gitt belastningsforhold for kontrollenhetene og samtidig inntreden i reguleringsprosessen for alle enheter som styrer frekvensen.

Metode for statiske egenskaper

Den enkleste metoden oppnås ved å justere frekvensen til alle enheter i systemet, når sistnevnte er utstyrt med hastighetsregulatorer med statiske egenskaper. Ved parallelldrift av blokker som opererer uten å forskyve kontrollkarakteristikkene, kan fordelingen av laster mellom blokkene finnes fra de statiske karakteristiske ligningene og effektligningene.

Under drift overskrider lastendringer de spesifiserte verdiene betydelig, derfor kan frekvensen ikke opprettholdes innenfor de angitte grensene. Med denne reguleringsmetoden er det nødvendig å ha en stor roterende reserve spredt over alle enhetene i systemet.

Denne metoden kan ikke sikre økonomisk drift av kraftverk, siden den på den ene siden ikke kan bruke full kapasitet til økonomiske enheter, og på den annen side endrer belastningen på alle enheter seg konstant.

Metode med en astatisk karakteristikk

Hvis alle eller deler av systemenhetene er utstyrt med frekvensregulatorer med astatiske egenskaper, vil teoretisk frekvensen i systemet forbli uendret for eventuelle endringer i belastningen. Denne kontrollmetoden resulterer imidlertid ikke i et fast belastningsforhold mellom de frekvensstyrte enhetene.

Denne metoden kan brukes med hell når frekvensstyring er tilordnet en enkelt enhet.I dette tilfellet bør kraften til enheten være minst 8 - 10% av systemeffekten. Det spiller ingen rolle om hastighetsregulatoren har en astatisk karakteristikk eller enheten er utstyrt med en frekvensregulator med en astatisk karakteristikk.

Alle uplanlagte lastendringer oppfattes av en enhet med en astatisk karakteristikk. Siden frekvensen i systemet forblir uendret, forblir belastningene på de andre enhetene i systemet uendret. En-enhets frekvenskontroll i denne metoden er perfekt, men viser seg å være uakseptabel når frekvenskontroll er tilordnet flere enheter. Denne metoden brukes for regulering i laveffektssystemer.

Generatormetode

Mastergeneratormetoden kan brukes i tilfeller der det i henhold til systemforholdene er nødvendig å justere frekvensen til flere enheter på samme stasjon.

En frekvensregulator med en astatisk karakteristikk er installert på en av blokkene, kalt hovedblokken. Lastregulatorer (equalizers) er installert på de resterende blokkene, som også er belastet med oppgaven med frekvensregulering. De har i oppgave å opprettholde et gitt forhold mellom belastningen på masterenheten og de andre enhetene som hjelper til med å regulere frekvensen. Alle turbiner i systemet har statiske hastighetsregulatorer.

Metoden for imaginær statisme

Den imaginære statiske metoden er anvendelig for både enkeltstasjons- og multistasjonsregulering.I det andre tilfellet må det være toveis telemetrikanaler mellom stasjonene som justerer frekvensen og kontrollrommet (overføring av belastningsindikasjon fra stasjon til kontrollrom og overføring av automatisk ordre fra kontrollrom til stasjon ).

En frekvensregulator er installert på hver enhet som er involvert i regulering. Denne reguleringen er statisk med hensyn til å opprettholde frekvensen i systemet og statisk med hensyn til fordelingen av laster mellom generatorene. Det sikrer en stabil fordeling av laster mellom de modulerende generatorene.

Lastdeling mellom de frekvensstyrte enhetene oppnås ved hjelp av en aktiv lastdelingsenhet. Sistnevnte, som oppsummerer hele lasten til kontrollenhetene, deler den mellom dem i et visst forhåndsbestemt forhold.

Metoden med imaginær statisme gjør det også mulig å regulere frekvensen i et system med flere stasjoner, og samtidig vil det gitte belastningsforholdet respekteres både mellom stasjoner og mellom enkeltenheter.

Synkron tidsmetode

Denne metoden bruker avviket til synkron tid fra astronomisk tid som et kriterium for frekvensregulering i flerstasjonskraftsystemer uten bruk av telemekanikk. Denne metoden er basert på den statiske avhengigheten av avviket til den synkrone tiden fra den astronomiske tiden, fra et bestemt tidspunkt.

Ved normal synkronhastighet til rotorene til turbingeneratorene i systemet og likheten mellom dreiemomentene og motstandsmomentene, vil rotoren til synkronmotoren rotere med samme hastighet. Hvis en pil er plassert på rotoraksen til en synkronmotor, vil den vise tiden på en viss skala. Ved å plassere et passende gir mellom akselen til synkronmotoren og viserens akse, er det mulig å få viseren til å rotere med time-, minutt- eller sekundviserens hastighet.

Tiden som vises av denne pilen kalles synkron tid. Astronomisk tid er utledet fra nøyaktige tidskilder eller fra elektriske strømfrekvensstandarder.

En metode for samtidig kontroll av astatiske og statiske egenskaper

Essensen av denne metoden er som følger. Det er to kontrollstasjoner i kraftsystemet, en av dem fungerer i henhold til den astatiske karakteristikken, og den andre i henhold til den statiske med en liten statisk koeffisient. Ved små avvik fra faktisk lastplan fra kontrollrommet vil eventuelle lastsvingninger oppfattes av en stasjon med en astatisk karakteristikk.

I dette tilfellet vil en kontrollstasjon med statisk karakteristikk delta i reguleringen kun i transientmodus, og unngå store frekvensavvik. Når justeringsområdet til den første stasjonen er oppbrukt, går den andre stasjonen inn i justeringen. I dette tilfellet vil den nye stasjonære frekvensverdien være forskjellig fra den nominelle.

Mens den første stasjonen kontrollerer frekvensen, vil belastningen på basestasjonene forbli uendret. Ved justering av den andre stasjonen vil belastningen på basestasjonene avvike fra den økonomiske.Fordelene og ulempene med denne metoden er åpenbare.

Styringsmetode for strømlås

Denne metoden består i at hvert av kraftsystemene som inngår i sammenkoblingen deltar i frekvensreguleringen bare hvis frekvensavviket er forårsaket av en endring i belastningen i den. Metoden er basert på følgende egenskap til sammenkoblede energisystemer.

Hvis belastningen i et kraftsystem har økt, er en reduksjon i frekvensen i den ledsaget av en reduksjon i den gitte utvekslingskraften, mens i andre kraftsystemer er en reduksjon i frekvens ledsaget av en økning i den gitte utvekslingskraften.

Dette skyldes det faktum at alle enheter som har statiske kontrollegenskaper, prøver å opprettholde frekvensen, øker utgangseffekten. For et kraftsystem hvor det har skjedd en lastendring, stemmer altså tegnet på frekvensavviket og fortegnet for utvekslingseffektavviket, men i andre kraftsystemer er ikke disse tegnene de samme.

Hvert kraftsystem har en kontrollstasjon hvor det er installert frekvensregulatorer og et utvekslingsstrømsperrelé.

Det er også mulig å installere i et av systemene en frekvensregulator blokkert av et kraftutvekslingsrelé, og i et tilstøtende kraftsystem - en utvekslingskraftregulator blokkert av et frekvensrelé.

Den andre metoden har en fordel fremfor den første hvis vekselstrømsregulatoren kan operere med nominell frekvens.

Når belastningen i et kraftsystem endres, faller tegnene på frekvensavvik og utvekslingskraft sammen, kontrollkretsen er ikke blokkert, og under påvirkning av frekvensregulatoren øker eller reduseres belastningen på blokkene til dette systemet. I andre kraftsystemer er tegnene på frekvensavviket og utvekslingseffekten forskjellige, og derfor er kontrollkretsene blokkert.

Regulering med denne metoden krever tilstedeværelse av TV-kanaler mellom understasjonen som forbindelseslinjen går fra til et annet kraftsystem og stasjonen som regulerer frekvensen eller vekslingsstrømmen. Blokkeringskontrollmetoden kan med hell brukes i tilfeller der kraftsystemene er koblet til hverandre med kun én forbindelse.

Frekvenssystemmetode

I et sammenkoblet system som inkluderer flere kraftsystemer, tildeles frekvenskontroll noen ganger til ett system mens de andre kontrollerer den overførte kraften.

Intern statistikkmetode

Denne metoden er en videreutvikling av kontrollblokkeringsmetoden. Blokkering eller styrking av virkningen av frekvensregulatoren utføres ikke ved hjelp av spesielle strømreleer, men ved å skape statistikk i den overførte (utvekslings)kraften mellom systemene.

I hvert av de parallelloperative energisystemene er det tildelt én reguleringsstasjon som det er installert regulatorer på, som har statistikk når det gjelder vekselkraft. Regulatorer reagerer på både den absolutte verdien av frekvensen og utvekslingskraften, mens sistnevnte holdes konstant, og frekvensen er lik den nominelle.

I praksis, i kraftsystemet på dagtid, forblir ikke belastningen uendret, men endringene i henhold til belastningsplanen, antallet og effekten til generatorene i systemet og den angitte utvekslingseffekten forblir heller ikke uendret. Derfor forblir den statiske koeffisienten til systemet ikke konstant.

Med en høyere generasjonskapasitet i systemet er det mindre og med lavere effekt, tvert imot er den statiske koeffisienten til systemet høyere. Derfor vil ikke alltid den nødvendige betingelsen om likhet av statismekoeffisienter være oppfylt. Dette vil resultere i at når belastningen endres i ett kraftsystem, vil frekvensomformerne i begge kraftsystemene tre i aksjon.

I et kraftsystem hvor det har oppstått et lastavvik, vil frekvensomformeren hele tiden virke i én retning under hele reguleringsprosessen, og forsøke å kompensere for den resulterende ubalansen. I det andre kraftsystemet vil driften av frekvensregulatoren være toveis.

Hvis den statistiske koeffisienten til regulatoren i forhold til utvekslingseffekten er større enn den statistiske koeffisienten til systemet, vil kontrollstasjonen til dette kraftsystemet i begynnelsen av reguleringsprosessen redusere belastningen, og dermed øke utvekslingskraften, og etter dette øke belastningen for å gjenopprette den innstilte verdien av utvekslingseffekten ved nominell frekvens.

Når den statistiske koeffisienten til regulatoren med hensyn til utvekslingseffekten er mindre enn den statistiske koeffisienten til systemet, vil kontrollsekvensen i det andre kraftsystemet bli reversert (først vil aksepten av drivfaktoren øke, og deretter vil den avta).