Frekvensregulering i elsystemet

I elektriske kraftsystemer skal der på ethvert givet tidspunkt produceres en mængde elektricitet, som er nødvendig for forbrug på et givet tidspunkt, da det er umuligt at skabe reserver af elektrisk energi.

Frekvens sammen med spænding er en af ​​de vigtigste strømkvalitetsindikatorer... Afvigelse af frekvensen fra det normale fører til afbrydelse af driften af ​​kraftværker, hvilket som regel fører til afbrænding af brændstof. Et fald i frekvensen i systemet fører til et fald i produktiviteten af ​​mekanismer i industrielle virksomheder og til et fald i effektiviteten af ​​kraftværkernes hovedenheder. En stigning i frekvensen fører også til et fald i effektiviteten af ​​kraftværksenheder og til en stigning i nettab.

På nuværende tidspunkt dækker problemet med automatisk frekvensregulering en lang række spørgsmål af økonomisk og teknisk karakter. Strømsystemet udfører i øjeblikket automatisk frekvensregulering.

Effekt af frekvens på driften af ​​kraftværksudstyr

Alle enheder, der udfører roterende bevægelser, beregnes på en sådan måde, at deres højeste effektivitet opnås tre gange fra en meget specifik rotationshastighed, nemlig ved den nominelle. I øjeblikket er de enheder, der udfører roterende bevægelser, for størstedelens vedkommende forbundet med elektriske maskiner.

Produktionen og forbruget af elektrisk energi udføres hovedsageligt på vekselstrøm; derfor er de fleste blokke, der udfører roterende bevægelser, forbundet med frekvensen af ​​vekselstrøm. Ligesom frekvensen af ​​generatoren, der genereres af generatoren, afhænger af turbinens hastighed, så afhænger hastigheden af ​​mekanismen drevet af AC-motoren af ​​frekvensen.

Afvigelser af vekselstrømsfrekvensen fra den nominelle værdi har forskellig effekt på forskellige typer enheder, såvel som på forskellige enheder og apparater, som kraftsystemets effektivitet afhænger af.

Dampturbinen og dens vinger er designet på en sådan måde, at den maksimalt mulige akselkraft leveres ved den nominelle hastighed (frekvens) og sømløs damptilførsel. I dette tilfælde fører et fald i omdrejningshastigheden til forekomsten af ​​tab for damppåvirkning af bladet med en samtidig stigning i drejningsmomentet, og en stigning i rotationshastigheden fører til et fald i drejningsmomentet og en stigning i drejningsmomentet. stød på bagsiden af ​​bladet. Den mest økonomiske mølle arbejder kl nominel frekvens.

Derudover fører drift ved en reduceret frekvens til accelereret slid på turbinens rotorblade og andre dele.Ændringen i frekvens påvirker driften af ​​kraftværkets selvforbrugsmekanismer.

Effekt af frekvens på elforbrugernes ydeevne

Mekanismer og enheder af elforbrugere kan opdeles i fem grupper efter graden af ​​deres afhængighed af frekvens.

Første gruppe. Brugere, hvis frekvensændring ikke har nogen direkte effekt på den udviklede effekt. Disse omfatter: belysning, lysbueovne, modstandslækage, ensrettere og belastninger drevet af dem.

Anden gruppe. Mekanismer, hvis effekt varierer i forhold til den første potens af frekvensen. Disse mekanismer omfatter: metalskæremaskiner, kuglemøller, kompressorer.

Tredje gruppe. Mekanismer, hvis effekt er proportional med kvadratet af frekvensen. Det er mekanismer, hvis modstandsmoment er proportional med frekvensen i første grad. Der er ingen mekanismer med dette præcise modstandsmoment, men en række specielle mekanismer har et øjeblik, der nærmer sig dette.

Fjerde gruppe. Ventilatormomentmekanismer, hvis effekt er proportional med frekvensens terning. Sådanne mekanismer omfatter ventilatorer og pumper med ingen eller ubetydelig statisk hovedmodstand.

Femte gruppe. Mekanismer, hvis kraft afhænger af frekvensen i højere grad. Sådanne mekanismer omfatter pumper med en stor statisk modstandshøjde (f.eks. fødepumper til kraftværker).

Ydelsen for de sidste fire brugergrupper falder med faldende frekvens og stiger med stigende frekvens. Umiddelbart ser det ud til, at det er fordelagtigt for brugerne at arbejde med en øget frekvens, men det er langt fra tilfældet.

Derudover falder induktionsmotorens drejningsmoment, når frekvensen stiger, hvilket kan få enheden til at gå i stå og stoppe, hvis motoren ikke har nogen effektreserver.

Automatisk frekvensstyring i elsystemet

Formålet med automatisk frekvensstyring i elanlæg er primært at sikre økonomisk drift af stationer og elanlæg. Effektiviteten af ​​driften af ​​kraftsystemet kan ikke opnås uden at opretholde den normale frekvensværdi og uden den mest fordelagtige fordeling af belastningen mellem de parallelle arbejdsenheder og kraftværkerne i kraftsystemet.

For at regulere frekvensen fordeles belastningen på flere parallelle arbejdsenheder (stationer). Samtidig er belastningen fordelt mellem enhederne på en sådan måde, at med mindre ændringer i systembelastningen (op til 5-10%) ændres driftstilstanden for det enorme antal enheder og stationer ikke.

Med en variabel beskaffenhed af belastningen vil den bedste modus være en, hvor hoveddelen af ​​blokkene (stationerne) bærer belastningen svarende til betingelsen om lighed af relative trin, og små og korte udsving i belastningen dækkes af ændring belastningen af ​​en lille del fra enhederne.

Når de fordeler belastningen mellem enhederne, der arbejder parallelt, forsøger de at sikre, at de alle arbejder i området med den højeste effektivitet. I dette tilfælde er der sikret et minimum af brændstofforbrug.

Enhederne, der har til opgave at dække alle uplanlagte belastningsændringer, dvs. frekvensregulering i systemet skal opfylde følgende krav:

• har høj effektivitet;

• have en flad belastningseffektivitetskurve, dvs. opretholde høj effektivitet over en bred vifte af belastningsvariationer.

I tilfælde af en væsentlig ændring i systemets belastning (for eksempel dets stigning), når hele systemet skifter til en driftstilstand med en større værdi af den relative forstærkning, overføres frekvensstyringen til en sådan station i hvor størrelsen af ​​den relative forstærkning er tæt på systemets.

Frekvensstationen har det største kontrolområde inden for sin installerede effekt. Styrebetingelserne er nemme at implementere, hvis frekvensstyring kan tildeles en enkelt station. En endnu enklere løsning opnås i tilfælde, hvor regulering kan henføres til en enkelt enhed.

Turbinernes hastighed bestemmer frekvensen i kraftsystemet, så frekvensen styres ved at virke på turbinehastighedsregulatorerne. Turbiner er normalt udstyret med centrifugalhastighedsregulatorer.

De mest velegnede til frekvensstyring er kondenserende turbiner med normale dampparametre Modtryksturbiner er helt uhensigtsmæssige typer af turbiner til frekvensstyring, da deres elektriske belastning bestemmes helt af dampbrugeren og er næsten fuldstændig uafhængig af frekvensen i systemet.

Det er upraktisk at overlade opgaven med frekvensregulering til turbiner med store dampsug, fordi de for det første har et (meget lille kontrolområde, og for det andet er de uøkonomiske til drift med variabel belastning.

For at opretholde det nødvendige reguleringsområde bør frekvensstyringsstationens effekt være mindst 8 - 10 % af belastningen i systemet, så der er tilstrækkelig reguleringsområde. Reguleringsområdet for det termiske kraftværk kan ikke svare til den installerede kapacitet. Derfor bør kraftvarmeværkets kraft, som justerer frekvensen, afhængigt af typerne af kedler og turbiner, være to til tre gange højere end det nødvendige justeringsområde.

Den mindste installerede effekt af vandkraftværket til at skabe det nødvendige kontrolområde kan være betydeligt mindre end den termiske. For vandkraftværker er reguleringsområdet normalt lig med den installerede kapacitet. Når frekvensen styres af et vandkraftværk, er der ingen grænse for stigningshastigheden af ​​belastningen fra det øjeblik, hvor turbinen startes. Frekvensregulering af vandkraftværker er imidlertid forbundet med den velkendte komplikation af kontroludstyr.

Ud over stationstype og udstyrskarakteristika er valget af kontrolstationen påvirket af dens placering i det elektriske system, nemlig den elektriske afstand fra belastningscentret. Hvis stationen er placeret i midten af ​​den elektriske belastning og er forbundet til understationer og andre stationer i systemet gennem kraftige kraftledninger, fører en stigning i belastningen af ​​reguleringsstationen som regel ikke til en krænkelse af statisk stabilitet.

Omvendt, når kontrolstationen er placeret langt fra midten af ​​systemet, kan der være risiko for ustabilitet.I dette tilfælde skal frekvensregulering ledsages af kontrol af divergensvinklen for e vektorerne. etc. c. system og station til styring eller styring af den transmitterede effekt.

De vigtigste krav til frekvensstyringssystemer regulerer:

• parametre og grænser for justering,

• statisk og dynamisk fejl,

• hastigheden af ​​ændring i blokbelastning,

• at sikre stabilitet i reguleringsprocessen,

• evnen til at regulere ved en given metode.

Regulatorer skal være enkle i design, pålidelige i drift og billige.

Frekvensstyringsmetoder i elsystemet

Væksten i kraftsystemer førte til behovet for at regulere frekvensen af ​​flere blokke af en station og derefter flere stationer. Til dette formål anvendes en række metoder til at sikre stabil drift af elsystemet og højfrekvent kvalitet.

Den anvendte styringsmetode må ikke tillade en stigning i frekvensafvigelsesgrænserne på grund af fejl, der opstår i hjælpeanordninger (aktive lastfordelingsanordninger, telemetrikanaler osv.).

Frekvensreguleringsmetoden er nødvendig for at sikre, at frekvensen holdes på et givet niveau, uanset belastningen på frekvensstyringsenhederne (medmindre naturligvis hele deres reguleringsområde anvendes), antallet af enheder og frekvensstyringsstationerne. , og størrelsen og varigheden af ​​frekvensafvigelsen.… Styremetoden skal også sikre opretholdelse af et givet belastningsforhold for styreenhederne og samtidig indtræden i reguleringsprocessen af ​​alle enheder, der styrer frekvensen.

Metode til statiske karakteristika

Den enkleste metode opnås ved at justere frekvensen af ​​alle enheder i systemet, når sidstnævnte er udstyret med hastighedsregulatorer med statiske karakteristika. Ved paralleldrift af blokke, der opererer uden at ændre kontrolkarakteristikkerne, kan fordelingen af ​​belastninger mellem blokkene findes ud fra de statiske karakteristiske ligninger og effektligningerne.

Under drift overstiger belastningsændringer væsentligt de specificerede værdier, derfor kan frekvensen ikke holdes inden for de specificerede grænser. Med denne reguleringsmetode er det nødvendigt at have en stor roterende reserve spredt over alle systemets enheder.

Denne metode kan ikke sikre økonomisk drift af kraftværker, da den på den ene side ikke kan bruge den fulde kapacitet af økonomiske enheder, og på den anden side ændrer belastningen på alle enheder sig konstant.

Metode med en astatisk karakteristik

Hvis alle eller en del af systemenhederne er udstyret med frekvensregulatorer med astatiske karakteristika, så vil frekvensen i systemet teoretisk forblive uændret ved eventuelle ændringer i belastningen. Denne styringsmetode resulterer dog ikke i et fast belastningsforhold mellem de frekvensstyrede enheder.

Denne metode kan med succes anvendes, når frekvensstyring er tildelt en enkelt enhed.I dette tilfælde skal enhedens effekt være mindst 8 - 10% af systemeffekten. Det er ligegyldigt, om hastighedsregulatoren har en astatisk karakteristik, eller enheden er udstyret med en frekvensregulator med en astatisk karakteristik.

Alle uplanlagte belastningsændringer opfattes af en enhed med en astatisk karakteristik. Da frekvensen i systemet forbliver uændret, forbliver belastningerne på de andre enheder i systemet uændrede. Enkelt-enheds frekvensstyring i denne metode er perfekt, men viser sig uacceptabel, når frekvensstyring er tildelt flere enheder. Denne metode bruges til regulering i laveffektssystemer.

Generator metode

Mastergeneratormetoden kan anvendes i tilfælde, hvor det i henhold til systemforholdene er nødvendigt at justere frekvensen af ​​flere enheder på samme station.

En frekvensregulator med en astatisk karakteristik er installeret på en af ​​blokkene, kaldet den vigtigste. På de resterende blokke monteres belastningsregulatorer (equalizere), som også har til opgave at regulere frekvensen. De har til opgave at opretholde et givet forhold mellem belastningen på masterenheden og de andre enheder, der hjælper med at regulere frekvensen. Alle turbiner i systemet har statiske hastighedsregulatorer.

Metoden til imaginær statisme

Den imaginære statiske metode er anvendelig til både enkeltstations- og multistationsregulering.I det andet tilfælde skal der være tovejs telemetrikanaler mellem stationerne, der justerer frekvensen og kontrolrummet (transmission af belastningsindikationen fra stationen til kontrolrummet og transmission af automatisk ordre fra kontrolrummet til stationen ).

En frekvensregulator er installeret på hver enhed, der er involveret i reguleringen. Denne regulering er statisk med hensyn til at opretholde frekvensen i systemet og statisk med hensyn til fordelingen af ​​belastninger blandt generatorerne. Det sikrer en stabil fordeling af belastninger mellem de modulerende generatorer.

Belastningsdeling mellem de frekvensstyrede enheder opnås ved hjælp af en aktiv belastningsfordelingsenhed. Sidstnævnte, der opsummerer hele belastningen af ​​styreenhederne, deler den mellem dem i et bestemt forudbestemt forhold.

Metoden med imaginær statisme gør det også muligt at regulere frekvensen i et system af flere stationer, og samtidig vil det givne belastningsforhold blive respekteret både mellem stationer og mellem individuelle enheder.

Synkron tidsmetode

Denne metode bruger afvigelsen af ​​synkron tid fra astronomisk tid som et kriterium for frekvensregulering i multi-station kraftsystemer uden brug af telemekanik. Denne metode er baseret på den statiske afhængighed af afvigelsen af ​​den synkrone tid fra den astronomiske tid, startende fra et bestemt tidspunkt.

Ved den normale synkronhastighed af rotorerne i systemets turbinegeneratorer og ligheden mellem drejemomenterne og modstandsmomenterne vil synkronmotorens rotor rotere med samme hastighed. Hvis en pil er placeret på en synkronmotors rotorakse, vil den vise tiden på en bestemt skala. Ved at placere et passende gear mellem synkronmotorens aksel og viserens akse er det muligt at få viseren til at rotere med urets time-, minut- eller sekundviserhastighed.

Tiden vist med denne pil kaldes synkron tid. Astronomisk tid er afledt af nøjagtige tidskilder eller fra elektriske strømfrekvensstandarder.

En metode til samtidig kontrol af astatiske og statiske karakteristika

Essensen af ​​denne metode er som følger. Der er to kontrolstationer i strømsystemet, en af ​​dem fungerer i henhold til den astatiske karakteristik, og den anden ifølge den statiske med en lille statisk koefficient. Ved små afvigelser af den faktiske belastningsplan fra kontrolrummet, vil eventuelle belastningsudsving blive opfattet af en station med en astatisk karakteristik.

I dette tilfælde vil en kontrolstation med en statisk karakteristik kun deltage i reguleringen i transienttilstand, hvilket undgår store frekvensafvigelser. Når indstillingsområdet for den første station er opbrugt, går den anden station i justering. I dette tilfælde vil den nye stationære frekvensværdi være forskellig fra den nominelle.

Mens den første station styrer frekvensen, vil belastningen på basestationerne forblive uændret. Når den justeres af den anden station, vil belastningen på basestationerne afvige fra den økonomiske.Fordelene og ulemperne ved denne metode er indlysende.

Strømlåsstyringsmetode

Denne metode består i, at hvert af de strømsystemer, der indgår i sammenkoblingen, kun deltager i frekvensreguleringen, hvis frekvensafvigelsen er forårsaget af en ændring i belastningen i den. Metoden er baseret på følgende egenskab ved sammenkoblede energisystemer.

Hvis belastningen i et strømsystem er steget, ledsages et fald i frekvensen i det af et fald i den givne udvekslingseffekt, mens et fald i frekvensen i andre kraftsystemer ledsages af en stigning i den givne udvekslingseffekt.

Dette skyldes det faktum, at alle enheder, der har statiske kontrolkarakteristika, der forsøger at opretholde frekvensen, øger udgangseffekten. For et kraftsystem, hvor der er sket en belastningsændring, passer fortegnet for frekvensafvigelsen og fortegnet for udvekslingseffektafvigelsen således, men i andre kraftsystemer er disse tegn ikke de samme.

Hvert strømsystem har en kontrolstation, hvor der er installeret frekvensregulatorer og et udvekslingsstrømspærrelæ.

Det er også muligt at installere i et af systemerne en frekvensregulator blokeret af et strømudvekslingsrelæ, og i et tilstødende strømsystem - en udvekslingsstrømregulator blokeret af et frekvensrelæ.

Den anden metode har en fordel i forhold til den første, hvis vekselstrømsregulatoren kan fungere ved nominel frekvens.

Når belastningen i et strømsystem ændres, falder tegnene på frekvensafvigelser og udvekslingseffekt sammen, styrekredsløbet er ikke blokeret, og under påvirkning af frekvensregulatoren stiger eller falder belastningen på blokkene i dette system. I andre strømsystemer er tegnene på frekvensafvigelsen og udvekslingseffekten forskellige, og derfor er styrekredsløbene blokeret.

Regulering ved denne metode kræver tilstedeværelsen af ​​tv-kanaler mellem den understation, hvorfra forbindelsesledningen afgår til et andet elsystem, og den station, der regulerer frekvensen eller udvekslingsflowet. Blokeringskontrolmetoden kan med succes anvendes i tilfælde, hvor strømsystemerne kun er forbundet med én forbindelse til hinanden.

Frekvenssystemmetode

I et sammenkoblet system, der omfatter flere strømsystemer, tildeles frekvensstyring nogle gange til et system, mens de andre styrer den transmitterede effekt.

Intern statistikmetode

Denne metode er en videreudvikling af kontrolblokeringsmetoden. Blokering eller styrkelse af frekvensregulatorens handling udføres ikke ved hjælp af specielle effektrelæer, men ved at skabe statisme i den transmitterede (udvekslings)effekt mellem systemerne.

I hvert af de parallelt fungerende energisystemer er der tildelt en reguleringsstation, hvorpå der er installeret regulatorer, som har statisme med hensyn til vekseleffekt. Regulatorer reagerer på både den absolutte værdi af frekvensen og udvekslingseffekten, mens sidstnævnte holdes konstant, og frekvensen er lig med den nominelle.

I praksis forbliver belastningen i elsystemet i løbet af dagen ikke uændret, men ændringerne i henhold til belastningsplanen, antallet og effekten af ​​generatorerne i systemet og den angivne udvekslingseffekt forbliver heller ikke uændret. Derfor forbliver systemets statiske koefficient ikke konstant.

Med en højere produktionskapacitet i systemet er det mindre og med en lavere effekt, tværtimod er systemets statiske koefficient højere. Derfor vil den påkrævede betingelse om lighed af statismekoefficienter ikke altid være opfyldt. Dette vil resultere i, at når belastningen ændres i det ene strømsystem, vil frekvensomformerne i begge strømsystemer træde i funktion.

I et elsystem, hvor der er opstået en belastningsafvigelse, vil frekvensomformeren hele tiden handle i én retning under hele reguleringsprocessen og forsøge at kompensere for den resulterende ubalance. I det andet strømsystem vil driften af ​​frekvensregulatoren være tovejs.

Hvis regulatorens statkoefficient i forhold til udvekslingseffekten er større end systemets statkoefficient, vil kontrolstationen for dette kraftsystem i begyndelsen af ​​reguleringsprocessen reducere belastningen og derved øge udvekslingseffekten, og derefter øge belastningen for at genoprette den indstillede værdi af udvekslingseffekten ved den nominelle frekvens.

Når regulatorens statkoefficient i forhold til udvekslingseffekten er mindre end systemets statkoefficient, vil kontrolsekvensen i det andet effektsystem blive vendt (først vil accepten af ​​drivfaktoren stige, og derefter vil den formindske).