Первичное и вторичное регулирование частоты.

В нормальном режиме энергосистемы регулированию подлежат в основном отклонения частоты, обусловленные изменением состава и мощности потребителей. Эти изменения мощности в течение суток составляют 20—50 %. Весьма важно знать максимальную скорость изменения нагрузки. В современных энергосистемах она достигает 1,5% в минуту и 5—15% в час.

Рис. 3.7. Характеристики регулятора скорости: а — астатическая; б — статическая.

Для регулирования частоты турбины электростанций снабжают регуляторами скорости. Регулировочная способность турбин определяется характеристиками регуляторов скорости. Характеристики бывают астатические (рис. 3.7, а) и статические (рис. 3.7. б).

Принцип регулирования заключается в том, что при изменении частоты мощность турбины соответственно изменяется так, чтобы восстановить прежнюю частоту. Так, например, при снижении частоты с f_н до f1 (см. рис. 3.7, б) происходит автоматический набор нагрузки с Р₀ до Р₁. При дальнейшем снижении частоты мощность генератора будет расти до тех пор, пока не станет равной номинальной.

Наклон характеристики выражают крутизной. С увеличением крутизны статическая характеристика превращается в астатическую. При малейшем отклонении частоты турбины с астатическими характеристиками могут набирать сразу номинальную нагрузку, что обеспечивает быстрое регулирование. Однако при параллельной работе нескольких генераторов астатические характеристики непригодны, так как не обеспечивают однозначного устойчивого распределения нагрузки между станциями. Поэтому в энергосистемах применяют, как правило, турбины со статическими характеристиками.

 

 

Рис, 3,8, Первичное регулирование Рис. 3.9. Первичное регулирование

частоты при наличии резерва частоты при отсутствии

на генераторах. резерва мощности.

 

Рассмотрим теперь процесс регулирования частоты, построив на одном чертеже характеристику регулятора скорости турбины Р_г =φ(f) и частотную статическую характеристику активной нагрузки потребителей Р_н = φ(f) (рис. 3.8). С допустимым приближением их можно считать прямыми линиями. При номинальной частоте fн в точке О мощность нагрузки равна мощности генераторов: Р_н⁼P_Г. Пусть теперь по какой-то причине (например, из-за уменьшения нагрузки одной из станцией) частота уменьшилась на ∆f1 •и стала равной f1 Тогда по статической характеристике Рн мощность нагрузки уменьшится на величину ∆Р_н, а мощность генераторов увеличится на ∆ Р_г, и общий дефицит мощности определится отрезком

∆Р=∆Р_г+∆Р_н .Процесс изменения мощностей генераторов и потребителей при отклонении частоты, стремящийся сохранить прежнее значение частоты, называют первичным регулированием. Из рис. 3.8 следует важный практический вывод: при снижении частоты о полном дефиците мощностей нельзя судить только по увеличению мощности генераторов. Следует учитывать также изменение нагрузки потребителей по статическим характеристикам.

Если в момент снижения частоты на генераторах отсутствует резерв мощности, то такое же уменьшение генерируемой мощности ∆Р приведет к большему снижению частоты ∆f₂ (рис. 3.9). При полном использовании мощности станций первичное регулирование частоты происходит только за счет изменения мощности потребителей.

Изменение частоты в процессе первичного регулирования зависит от крутизны частотных характеристик турбин и нагрузки. Под крутизной характеристики понимают отношение процентного изменения мощности к процентному изменению частоты.

Вторичное регулирование частоты

При выполнении регуляторов скорости турбин со статическими характеристиками первичное регулирование частоты не обеспечивает поддержание номинальной частоты в системе. Поэтому дополнительно применяют вторичное регулирование. Оно заключается в смещении характеристик регуляторов скорости турбин параллельно самим себе.

Вторичное регулирование может осуществляться вручную или автоматически.

Рассмотрим совместный процесс первичного и вторичного регулирования частоты. Пусть известны усредненная характеристика регуляторов скорости генераторов системы Рго и статическая характеристика нагрузки Р_но (рис3.13). В точке 0 имеется равновесие генерируемой и потребляемой мощности при частоте f_н. Если отсутствуют первичные регуляторы скорости, то при росте нагрузки потребителей мощность генераторов Р_г останется неизменной и частота снизится до f₁ а характеристика нагрузки переместится в точку 1 и займет положение Р_н.

При включенных регуляторах скорости генераторы наберут часть нагрузки, и пересечение характеристик Рг0 и Рн окажется в точке 2, а частота станет f2, причем f1<f2<fн- Наконец, при наличии регуляторов вторичного регулирования характеристика генераторов Рг0 будет смещаться до тех пор, пока частота не станет равной номинальной fн (точка 3, характеристика Р’_ГО) В результате весь прирост нагрузки ∆Р примут на себя генераторы станций.

Для выполнения вторичного регулирования частоты в системе обычно выделяют одну или несколько станций, а все остальные станции получают задание поддерживать постоянную нагрузку и участвуют только в процессе первичного регулирования частоты.

В первичном регулировании частоты участвуют все станции энергосистемы. Для вторичного регулирования выделяют только одну или несколько станции. Всем остальным станциям, не регулирующим частоту, дают задание поддерживать постоянную нагрузку.

Регулирующие станции должны иметь достаточный диапазон мощности для регулирования, т, е. они должны быть относительно мощными. Если диапазон регулирования исчерпан, то нужна помощь нерегулирующих, станций.

Регулирующие станции должны обладать достаточной скоростью набора нагрузки Эта скорость определяется возможным изменением нагрузки потребителей в утренние и вечерние максимумы.