Frekvensreglering i kraftsystemet

I elkraftsystem måste vid varje givet ögonblick en sådan mängd el genereras som är nödvändig för förbrukning vid ett givet tillfälle, eftersom det är omöjligt att skapa reserver av elektrisk energi.

Frekvens tillsammans med spänning är en av de viktigaste indikatorer för strömkvalitet... Avvikelse av frekvensen från det normala leder till avbrott i driften av kraftverk, vilket som regel leder till förbränning av bränsle. En minskning av frekvensen i systemet leder till en minskning av produktiviteten hos mekanismer i industriföretag och till en minskning av effektiviteten hos kraftverkens huvudenheter. En ökning av frekvensen leder också till att kraftverksenheternas effektivitet minskar och att nätförlusterna ökar.

För närvarande omfattar problemet med automatisk frekvensreglering en lång rad frågor av ekonomisk och teknisk karaktär. Kraftsystemet utför för närvarande automatisk frekvensreglering.

Effekt av frekvens på driften av kraftverksutrustning

Alla enheter som utför roterande rörelser beräknas på ett sådant sätt att deras högsta verkningsgrad realiseras tre gånger från en mycket specifik rotationshastighet, nämligen vid den nominella. För närvarande är enheterna som utför roterande rörelser till största delen kopplade till elektriska maskiner.

Produktionen och förbrukningen av elektrisk energi sker huvudsakligen på växelström; därför är majoriteten av blocken som utför roterande rörelser associerade med frekvensen av växelström. I själva verket, precis som frekvensen för generatorn som genereras av generatorn beror på turbinens hastighet, så beror hastigheten på mekanismen som drivs av AC-motorn på frekvensen.

Avvikelser av växelströmsfrekvensen från det nominella värdet har olika effekt på olika typer av enheter, såväl som på olika enheter och apparater som kraftsystemets effektivitet beror på.

Ångturbinen och dess skovlar är konstruerade på ett sådant sätt att maximal möjlig axeleffekt tillhandahålls vid nominell hastighet (frekvens) och sömlös ånginmatning. I detta fall leder en minskning av rotationshastigheten till uppkomsten av förluster för ånganslag på bladet med en samtidig ökning av vridmomentet, och en ökning av rotationshastigheten leder till en minskning av vridmomentet och en ökning av vridmomentet. kollision på baksidan av bladet. Den mest ekonomiska turbinen arbetar vid nominell frekvens.

Dessutom leder drift vid en reducerad frekvens till accelererat slitage på turbinens rotorblad och andra delar.Förändringen i frekvens påverkar driften av kraftverkets egenförbrukningsmekanismer.

Effekt av frekvens på elkonsumenternas prestanda

Mekanismer och enheter för elkonsumenter kan delas in i fem grupper efter graden av deras frekvensberoende.

Första gruppen. Användare vars frekvensändring inte har någon direkt effekt på den utvecklade effekten. Dessa inkluderar: belysning, ljusbågsugnar, motståndsläckage, likriktare och belastningar som drivs av dem.

Andra gruppen. Mekanismer vars effekt varierar i proportion till frekvensens första potens. Dessa mekanismer inkluderar: metallskärmaskiner, kulkvarnar, kompressorer.

Tredje gruppen. Mekanismer vars effekt är proportionell mot kvadraten på frekvensen. Dessa är mekanismer vars motståndsmoment är proportionellt mot frekvensen i första graden. Det finns inga mekanismer med detta exakta motståndsmoment, men ett antal speciella mekanismer har ett moment som närmar sig detta.

Fjärde gruppen. Fläktmomentmekanismer vars effekt är proportionell mot frekvensens kub. Sådana mekanismer inkluderar fläktar och pumpar med inget eller försumbart statiskt tryckmotstånd.

Femte gruppen. Mekanismer vars kraft beror på frekvensen i högre grad. Sådana mekanismer inkluderar pumpar med ett stort statiskt motståndshöjd (t.ex. matarpumpar till kraftverk).

Prestanda för de fyra senaste användargrupperna minskar med minskande frekvens och ökar med ökande frekvens. Vid en första anblick verkar det vara fördelaktigt för användare att arbeta med en ökad frekvens, men så är långt ifrån fallet.

Dessutom, när frekvensen ökar, minskar induktionsmotorns vridmoment, vilket kan få enheten att stanna och stanna om motorn inte har några kraftreserver.

Automatisk frekvenskontroll i elsystemet

Syftet med automatisk frekvensstyrning i kraftsystem är i första hand att säkerställa ekonomisk drift av stationer och kraftsystem. Effektiviteten av driften av kraftsystemet kan inte uppnås utan att bibehålla det normala frekvensvärdet och utan den mest fördelaktiga fördelningen av belastningen mellan de parallella arbetsenheterna och kraftverken i kraftsystemet.

För att reglera frekvensen fördelas belastningen på flera parallella arbetsenheter (stationer). Samtidigt fördelas belastningen mellan enheterna på ett sådant sätt att med mindre förändringar i systembelastningen (upp till 5-10%) ändras inte driftsläget för det enorma antalet enheter och stationer.

Med en variabel belastningstyp kommer det bästa läget att vara ett där huvuddelen av blocken (stationerna) bär belastningen som motsvarar villkoret för jämlikhet mellan relativa steg, och små och korta fluktuationer av belastningen täcks av förändringar belastningen av en liten del från enheterna.

När de fördelar belastningen mellan enheterna som arbetar parallellt försöker de se till att de alla arbetar inom området med högsta effektivitet. I det här fallet säkerställs minimal bränsleförbrukning.

De enheter som har till uppgift att täcka alla oplanerade lastförändringar, d.v.s. frekvensreglering i systemet måste uppfylla följande krav:

• har hög effektivitet;

• ha en platt lasteffektivitetskurva, dvs. upprätthålla hög effektivitet över ett brett spektrum av belastningsvariationer.

Vid en betydande förändring av systemets belastning (till exempel dess ökning), när hela systemet växlar till ett driftläge med ett större värde på den relativa förstärkningen, överförs frekvenskontrollen till en sådan station i där storleken på den relativa förstärkningen är nära systemets.

Frekvensstationen har det största styrområdet inom sin installerade effekt. Styrvillkoren är lätta att implementera om frekvensstyrning kan tilldelas en enda station. En ännu enklare lösning erhålls i de fall reglering kan tilldelas en enda enhet.

Turbinernas hastighet bestämmer frekvensen i kraftsystemet, så frekvensen styrs genom att påverka turbinhastighetsregulatorerna. Turbiner är vanligtvis utrustade med centrifugalhastighetsregulatorer.

De mest lämpade för frekvensstyrning är kondenserande turbiner med normala ångparametrar Mottrycksturbiner är helt olämpliga typer av turbiner för frekvensstyrning, eftersom deras elektriska belastning helt bestäms av ånganvändaren och är nästan helt oberoende av frekvensen i systemet.

Det är opraktiskt att anförtro uppgiften med frekvensreglering till turbiner med stora ångsug, eftersom de för det första har ett (mycket litet kontrollområde och för det andra är de oekonomiska för drift med variabel belastning.

För att upprätthålla det erforderliga reglerområdet bör frekvensstyrstationens effekt vara minst 8 - 10 % av belastningen i systemet så att det finns tillräckligt med reglerområde. Reglerområdet för värmekraftverket kan inte vara lika med den installerade effekten. Därför bör kraften hos CHP, som justerar frekvensen, beroende på typerna av pannor och turbiner, vara två till tre gånger högre än det erforderliga justeringsområdet.

Den minsta installerade effekten av vattenkraftverket för att skapa det nödvändiga kontrollområdet kan vara betydligt mindre än den termiska. För vattenkraftverk är reglerområdet vanligtvis lika med den installerade effekten. När frekvensen styrs av ett vattenkraftverk finns det ingen gräns för belastningens ökningshastighet från det ögonblick då turbinen startas. Frekvensreglering av vattenkraftverk är dock förknippad med den välkända komplikationen av styrutrustning.

Förutom stationstyp och utrustningsegenskaper påverkas valet av kontrollstationen av dess placering i det elektriska systemet, nämligen det elektriska avståndet från lastcentrum. Om stationen är belägen i mitten av den elektriska belastningen och är ansluten till transformatorstationer och andra stationer i systemet genom kraftfulla kraftledningar, leder som regel en ökning av belastningen på reglerstationen inte till en kränkning av statisk stabilitet.

Omvänt, när kontrollstationen är placerad långt från mitten av systemet kan det finnas risk för instabilitet.I detta fall måste frekvensregleringen åtföljas av styrning av divergensvinkeln för e-vektorerna. etc. c. System och station för att hantera eller kontrollera den överförda effekten.

Huvudkraven för frekvenskontrollsystem reglerar:

• parametrar och gränser för justering,

• statiskt och dynamiskt fel,

• förändringshastigheten i blockbelastning,

• säkerställa stabiliteten i regleringsprocessen,

• förmågan att reglera med en given metod.

Regulatorer bör vara enkla i design, pålitliga i drift och billiga.

Frekvensstyrningsmetoder i kraftsystemet

Tillväxten av kraftsystem ledde till behovet av att reglera frekvensen för flera block av en station, och sedan flera stationer. För detta ändamål används ett antal metoder för att säkerställa stabil drift av kraftsystemet och hög frekvenskvalitet.

Den tillämpade styrmetoden får inte tillåta en ökning av gränserna för frekvensavvikelse på grund av fel som uppstår i hjälpanordningar (aktiva lastfördelningsanordningar, telemetrikanaler, etc.).

Frekvensregleringsmetoden är nödvändig för att säkerställa att frekvensen hålls på en given nivå, oavsett belastningen på frekvensstyrenheterna (såvida inte naturligtvis hela deras styrområde används), antalet enheter och frekvenskontrollstationerna och storleken och varaktigheten av frekvensavvikelsen.… Styrmetoden måste också säkerställa upprätthållandet av ett givet belastningsförhållande för styrenheterna och samtidigt inträde i regleringsprocessen för alla enheter som styr frekvensen.

Metod för statiska egenskaper

Den enklaste metoden erhålls genom att justera frekvensen för alla enheter i systemet, när de senare är utrustade med hastighetsregulatorer med statiska egenskaper. Vid parallelldrift av block som arbetar utan att förskjuta styregenskaperna, kan fördelningen av laster mellan blocken hittas från de statiska karakteristiska ekvationerna och effektekvationerna.

Under drift överstiger belastningsförändringarna avsevärt de angivna värdena, därför kan frekvensen inte hållas inom de angivna gränserna. Med denna regleringsmetod är det nödvändigt att ha en stor roterande reserv spridd över alla enheter i systemet.

Denna metod kan inte säkerställa ekonomisk drift av kraftverk, eftersom den å ena sidan inte kan använda hela kapaciteten av ekonomiska enheter, och å andra sidan förändras belastningen på alla enheter ständigt.

Metod med en astatisk egenskap

Om alla eller delar av systemenheterna är utrustade med frekvensregulatorer med astatiska egenskaper, så kommer teoretiskt sett frekvensen i systemet att förbli oförändrad för eventuella förändringar i belastningen. Denna styrmetod resulterar dock inte i ett fast belastningsförhållande mellan de frekvensstyrda enheterna.

Denna metod kan tillämpas framgångsrikt när frekvensstyrning tilldelas en enda enhet.I det här fallet bör enhetens effekt vara minst 8–10 % av systemeffekten. Det spelar ingen roll om hastighetsregulatorn har en astatisk karaktäristik eller om enheten är utrustad med en frekvensregulator med en astatisk karaktäristik.

Alla oplanerade lastförändringar uppfattas av en enhet med en astatisk egenskap. Eftersom frekvensen i systemet förblir oförändrad, förblir belastningarna på de andra enheterna i systemet oförändrade. En-enhets frekvensstyrning i denna metod är perfekt, men visar sig oacceptabel när frekvensstyrning är tilldelad till flera enheter. Denna metod används för reglering i lågeffektsystem.

Generatormetod

Mastergeneratormetoden kan användas i de fall där det enligt systemförhållandena är nödvändigt att justera frekvensen för flera enheter på samma station.

En frekvensregulator med en astatisk egenskap är installerad på ett av blocken, kallad huvudet. Lastregulatorer (utjämnare) är installerade på de återstående blocken, som också har till uppgift att frekvensreglera. De har till uppgift att upprätthålla ett givet förhållande mellan belastningen på masterenheten och de andra enheterna som hjälper till att reglera frekvensen. Alla turbiner i systemet har statiska hastighetsregulatorer.

Metoden för imaginär statism

Den imaginära statiska metoden är tillämpbar på både enkelstations- och multistationsreglering.I det andra fallet måste det finnas tvåvägs telemetrikanaler mellan stationerna som justerar frekvensen och kontrollrummet (överföring av belastningsindikeringen från stationen till kontrollrummet och sändningen av automatisk order från kontrollrummet till stationen ).

En frekvensregulator är installerad på varje enhet som är involverad i regleringen. Denna reglering är statisk med avseende på upprätthållande av frekvensen i systemet och statisk med avseende på fördelningen av laster mellan generatorerna. Det säkerställer en stabil fördelning av laster mellan de modulerande generatorerna.

Lastdelning mellan de frekvensstyrda enheterna uppnås med hjälp av en aktiv lastdelningsenhet. Den senare, som sammanfattar hela belastningen av styrenheterna, delar den mellan dem i ett visst förutbestämt förhållande.

Metoden med imaginär statism gör det också möjligt att reglera frekvensen i ett system med flera stationer och samtidigt kommer det givna belastningsförhållandet att respekteras både mellan stationer och mellan enskilda enheter.

Synkron tidsmetod

Denna metod använder avvikelsen av synkron tid från astronomisk tid som ett kriterium för frekvensreglering i kraftsystem med flera stationer utan användning av telemekanik. Denna metod är baserad på det statiska beroendet av den synkrona tidens avvikelse från den astronomiska tiden, med början från ett visst ögonblick.

Vid den normala synkrona hastigheten för rotorerna i systemets turbingeneratorer och jämlikheten mellan vridmomenten och motståndsmomenten, kommer synkronmotorns rotor att rotera med samma hastighet. Om en pil placeras på en synkronmotors rotoraxel visar den tiden på en viss skala. Genom att placera ett lämpligt kugghjul mellan synkronmotorns axel och visarens axel är det möjligt att få visaren att rotera med klockans hastighet på timme, minut eller sekundvisare.

Tiden som visas av denna pil kallas synkron tid. Astronomisk tid härleds från exakta tidskällor eller från elektriska strömfrekvensstandarder.

En metod för samtidig kontroll av astatiska och statiska egenskaper

Kärnan i denna metod är som följer. Det finns två kontrollstationer i kraftsystemet, en av dem fungerar enligt den astatiska egenskapen och den andra enligt den statiska med en liten statisk koefficient. För små avvikelser från det faktiska lastschemat från kontrollrummet kommer eventuella lastfluktuationer att uppfattas av en station med en astatisk karaktäristik.

I detta fall kommer en kontrollstation med en statisk karakteristik att delta i regleringen endast i transientläge, vilket undviker stora frekvensavvikelser. När justeringsområdet för den första stationen är slut, går den andra stationen in i justeringen. I detta fall kommer det nya stationära frekvensvärdet att skilja sig från det nominella.

Medan den första stationen styr frekvensen kommer belastningen på basstationerna att förbli oförändrad. När den justeras av den andra stationen kommer belastningen på basstationerna att avvika från den ekonomiska.Fördelarna och nackdelarna med denna metod är uppenbara.

Strömlåshanteringsmetod

Denna metod består i att vart och ett av kraftsystemen som ingår i sammankopplingen deltar i frekvensregleringen endast om frekvensavvikelsen orsakas av en förändring av belastningen i den. Metoden bygger på följande egenskap hos sammankopplade energisystem.

Om belastningen i något kraftsystem har ökat, åtföljs en minskning av frekvensen i den av en minskning av den givna växlingseffekten, medan en minskning av frekvensen i andra kraftsystem åtföljs av en ökning av den givna växlingseffekten.

Detta beror på det faktum att alla enheter som har statiska kontrollegenskaper, som försöker bibehålla frekvensen, ökar uteffekten. För ett kraftsystem där en belastningsändring har skett matchar alltså tecknet för frekvensavvikelsen och tecknet för utbyteseffektavvikelsen, men i andra kraftsystem är dessa tecken inte desamma.

Varje kraftsystem har en kontrollstation där frekvensregulatorer och ett växelströmspärrrelä är installerade.

Det är också möjligt att installera i ett av systemen en frekvensregulator blockerad av ett kraftväxlingsrelä, och i ett intilliggande kraftsystem - en växlingseffektregulator blockerad av ett frekvensrelä.

Den andra metoden har en fördel jämfört med den första om växelströmsregulatorn kan arbeta vid nominell frekvens.

När belastningen i ett kraftsystem ändras, sammanfaller tecknen på frekvensavvikelser och utbyteseffekt, styrkretsen är inte blockerad, och under frekvensregulatorns inverkan ökar eller minskar belastningen på blocken i detta system. I andra kraftsystem är tecknen på frekvensavvikelsen och utbyteseffekten olika och därför är styrkretsarna blockerade.

Reglering med denna metod kräver närvaro av tv-kanaler mellan understationen från vilken anslutningsledningen går till ett annat kraftsystem och stationen som reglerar frekvensen eller växlingsflödet. Den blockerande styrmetoden kan tillämpas framgångsrikt i de fall där kraftsystemen är anslutna med endast en anslutning till varandra.

Frekvenssystemmetod

I ett sammankopplat system som inkluderar flera kraftsystem tilldelas frekvensstyrning ibland ett system medan de andra styr den överförda effekten.

Intern statistikmetod

Denna metod är en vidareutveckling av kontrollblockeringsmetoden. Blockering eller förstärkning av frekvensregulatorns verkan utförs inte med hjälp av speciella effektreläer, utan genom att skapa statism i den överförda (växlings-)effekten mellan systemen.

I vart och ett av de parallellt arbetande energisystemen är en reglerstation tilldelad, på vilken regulatorer är installerade, som har statism i termer av växelkraft. Regulatorer svarar på både det absoluta värdet av frekvensen och utbyteseffekten, medan den senare hålls konstant och frekvensen är lika med den nominella.

I praktiken förblir belastningen i kraftsystemet under dagen inte oförändrad, men förändringarna enligt belastningsschemat, antalet och effekten av generatorerna i systemet och den angivna växlingseffekten förblir inte heller oförändrade. Därför förblir inte systemets statiska koefficient konstant.

Med en högre genereringskapacitet i systemet är det mindre och med en lägre effekt, tvärtom är systemets statiska koefficient högre. Därför kommer det erforderliga villkoret för jämlikhet av statismkoefficienter inte alltid att vara uppfyllt. Detta kommer att resultera i att när belastningen ändras i ett kraftsystem kommer frekvensomformarna i båda kraftsystemen att träda i kraft.

I ett kraftsystem där en lastavvikelse har inträffat kommer frekvensomformaren hela tiden att agera i en riktning under hela regleringsprocessen och försöka kompensera för den resulterande obalansen. I det andra kraftsystemet kommer driften av frekvensregulatorn att vara dubbelriktad.

Om regulatorns statkoefficient i förhållande till utbyteseffekten är större än systemets statkoefficient, kommer kontrollstationen för detta kraftsystem i början av regleringsprocessen att minska belastningen och därigenom öka utbyteseffekten, och efter detta öka belastningen för att återställa det inställda värdet för växeleffekten vid den nominella frekvensen.

När regulatorns statkoefficient med avseende på utbyteseffekten är mindre än systemets statkoefficient, kommer styrsekvensen i det andra kraftsystemet att vändas (först kommer acceptansen av drivfaktorn att öka, och sedan kommer den att minska).