Балансы активной и реактивной мощности и энергии, их структура и анализ Баланс активной мощности и его связь с частотой

Цель лекции: показать каким образом регулируется частота в системе, исходя из баланса активной мощности.

В каждый момент времени в системе должен соблюдаться баланс активной мощности, т.е. равенство генерируемой и потребленной мощности с учетом потерь.

При неизменном составе нагрузок системы потребляемая ими мощность связана с частотой переменного тока. Снижение генерируемой мощности приводит к снижению частоты в сети и наоборот.

Причины нарушения баланса мощности:

а) аварийное отключение генератора;

б) неожиданный рост потребления мощности;

в) аварийное отключение линии или трансформаторов связи.

Рассмотрим систему из двух частей, соединенных линией связи. При связанной работе обеих частей соблюдается баланс мощности:

В первой части системы генерация больше потребления, а во второй – наоборот. Если линия связи аварийно выйдет из строя, обе части системы будут работать изолированно и баланс активной мощности в каждой из них нарушится. В первой частота возрастет, а во второй понизится.

Превышение генерируемой мощности над потребляемой можно ликвидировать, уменьшая мощность генераторов или отключая часть из них.

Превышение мощности потребления над генерацией ведет к снижению частоты, его можно ликвидировать либо вводя дополнительные резервы генерирующей мощности, либо автоматической частотной разгрузкой (АЧР).

Различают горячие (генераторы загружаются до мощности меньше номинальной и очень быстро набирают нагрузку при внезапном нарушении баланса активной мощности) и холодные резервы мощности (для ввода нужен длительный промежуток времени).

Виды резервов мощности: нагрузочный, ремонтный, аварийный, народнохозяйственный. Кроме резерва мощности на электростанциях должен быть резерв энергии. (т. е. запас топлива или воды)

АЧР - это дискретная система регулирования, отключающая потребителей ступенями (очередями).

Регулирование частоты в системе

При снижении генерируемых мощностей в системе происходят изменения частоты и напряжения. Снижение генерируемой активной мощности приводит к уменьшению частоты и напряжения. Для регулирования частоты используется изменение генерируемой активной мощности путем изменения пуска энергоносителя (пара или воды) в турбину.

Регулирование частоты в ЭЭС требует изменения мощности, которые генераторы выдают в сеть. Мощность генераторов определяется мощностью турбины.

Различают нерегулируемую турбину (мощность ее неизменна), турбину со статической характеристикой, астатической характеристикой.

В случае регулируемой турбины увеличения ее скорости вращения приведет в действие автоматический регулятор скорости (АРС), который обеспечит уменьшение подачи энергоносителя в турбину (воды или пара), чтобы сохранить постоянной ее скорость вращения. Принцип работы АРС основан на обратной отрицательной связи системы регулирования.

Если АРС после окончания переходного процесса восстанавливает прежнюю скорость – регулирование называется астатическим, в противном случае – статическим.

Крутизна характеристики регулирования - это коэффициент равный тангенсу угла наклона характеристики АРС к оси абсцисс.

При статической характеристике регулятор скорости турбины оказывает стабилизирующее действие на частоту ЭЭС и называется первичным регулятором частоты, а процесс изменения частоты по его действиям – первичным регулированием частоты. Эффективность первичного регулирования частоты зависит от статизма регулятора скорости.

Для дополнительной корректировки частоты после первичного регулирования применяют вторичное регулирование, в процессе которого изменяют мощность турбины в зависимости от частоты в системе. Вторичное регулирование выполняет автоматический регулятор частоты (АРЧ).

Статизм характеристики регулятора – это величина обратная коэффициенту крутизны.

Турбины станций ЭЭС снабжены статическими регуляторами скорости, для которых записывается закон первичного регулирования.

Осуществляя вторичное регулирование, можно получить эффект астатического регулирования. Наиболее просто вторичное регулирование осуществляется с помощью одной станции. Такой метод называется методом ведущей станции по частоте.

При аварийных отключениях генераторов применяют ААРЧ – автоматическую аварийную разгрузку по частоте, которая заключается в отключении системной автоматической части потребителей.

Регуляторы скорости турбин называются первичными регуляторами частоты. Для дополнительной корректировки частоты используют вторичное регулирование автоматическими регуляторами частоты.

Регулирование частоты в ЭЭС осуществляют несколько электростанций.

Станция, балансирующая по частоте, воспринимает на себя все изменения потребляемой мощности в системе.

Процесс регулирования частоты в системе на примере одной и двух станций.

Коэффициент статизма равен тангенсу угла наклона статической характеристики регуляторов скорости.

Изменения мощностей электростанций обратно пропорциональны коэффициентам статизма их регуляторов скорости.