Регулирование частоты в электрических системах

В нормальном режиме энергосистемы регулированию подлежат в основном отклонения частоты, обусловленные изменением состава и мощности потребителей. Эти изменения мощности в течении суток составляют 20–50%.

Для регулирования частоты турбины электростанций снабжают регуляторами скорости. Регулировочная способность турбины определяется характеристикой скорости. На рисунке 5.3 показана статическая характеристика регулятора скорости.

Рисунок 5.3

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 происходит автоматический набор нагрузки с Р_о до Р₁. При дальнейшем снижении частоты мощность генератора будет расти до тех пор, пока не станет равной номинальной Р_ном.

5.2.1 Первичное регулирование частоты.

Рассмотрим процесс регулирования частоты, построив на одном графике характеристику регулятора скорости турбины Р = f(f) и частотную статическую характеристику активной нагрузки потребителей Р_н = f(f)(см.рисунок 5.2).

Рисунок 5.4 Рисунок 5.5

При номинальной частоте f_н в точке (О) мощность нагрузки равна мощности генераторов: Р_н = Р_г. Пусть по какой-то причине (например, из-за уменьшения нагрузки одной из станций) частота уменьшилась на ∆f₁ и стала равной f₁. Тогда по статической характеристике Р_н мощность нагрузки уменьшится на величину ∆Р_н, а мощность генераторов увеличится на ∆Р_г, и общий дефицит мощности составит

∆Р = ∆Р_г + ∆Р_н .

Процесс изменения мощностей генераторов и потребителей при отклонении частоты, стремящийся сохранить прежнее значение частоты, называют первичным регулированием. Отсюда 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 генерирующей мощности ∆Р приведет к большему снижению частоты ∆f₂ (рисунок 5.5). При полном использовании мощности станций первичное регулирование частоты происходит только за счет изменения мощности потребителей.

5.2.2 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 (см.рисунок 5.6).

Рисунок 5.6

Известны усредненная характеристика регуляторов скорости генераторов системы Р_го и статическая характеристика нагрузки Р_но. В точке О соблюдается баланс активных мощностей при частоте f_н. Если отсутствуют первичные регуляторы скорости, то при росте нагрузки потребителей мощность генераторов Р_г остается 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 Р_го и Р_н окажется в точке 2, а частота станет f₂, причем f₁ < f₂ < f_н. При включении регуляторов вторичного регулирования характеристика генераторов Р_го будет смещаться до тех пор, пока частота не станет равной номинальной f_н (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 поддерживают постоянную нагрузку и участвуют только в процессе первичного регулирования частоты.