Reglarea frecvenței în sistemul de alimentare

În sistemele de energie electrică, în orice moment, trebuie generată o cantitate de energie electrică necesară pentru consum la un moment dat, deoarece este imposibil să se creeze rezerve de energie electrică.

Frecvența împreună cu tensiunea este una dintre cele mai importante indicatori de calitate a puterii... Abaterea frecvenței de la normal duce la întreruperea funcționării centralelor electrice, ceea ce, de regulă, duce la arderea combustibilului. O scădere a frecvenței în sistem duce la o scădere a productivității mecanismelor în întreprinderile industriale și la o scădere a eficienței principalelor unități ale centralelor electrice. O creștere a frecvenței duce, de asemenea, la o scădere a eficienței unităților centrale și la o creștere a pierderilor în rețea.

În prezent, problema reglării automate a frecvenței acoperă o gamă largă de probleme de natură economică și tehnică. Sistemul de alimentare efectuează în prezent reglarea automată a frecvenței.

Efectul frecvenței asupra funcționării echipamentelor centralei electrice

Toate unitățile care efectuează mișcare rotativă sunt calculate în așa fel încât randamentul lor maxim să fie realizat de trei ori dintr-o viteză de rotație foarte specifică, și anume la cea nominală. În prezent, unitățile care efectuează mișcare rotativă sunt în cea mai mare parte conectate la mașini electrice.

Producția și consumul de energie electrică se realizează în principal pe curent alternativ; prin urmare, majoritatea blocurilor care efectuează mișcare rotativă sunt asociate cu frecvența curentului alternativ. Într-adevăr, la fel cum frecvența alternatorului generată de alternator depinde de viteza turbinei, la fel și viteza mecanismului antrenat de motorul AC depinde de frecvență.

Abaterile frecvenței curentului alternativ de la valoarea nominală au un efect diferit asupra diferitelor tipuri de unități, precum și asupra diferitelor dispozitive și aparate de care depinde eficiența sistemului de alimentare.

Turbina cu abur și paletele sale sunt proiectate astfel încât puterea maximă posibilă pe arbore să fie furnizată la viteza nominală (frecvența) și la intrarea fără sudură a aburului. În acest caz, o scădere a vitezei de rotație duce la apariția pierderilor pentru impactul aburului asupra lamei cu o creștere simultană a cuplului, iar o creștere a vitezei de rotație duce la o scădere a cuplului și o creștere a cuplului. impact pe partea din spate a lamei. Cea mai economică turbină funcționează la frecventa nominala.

În plus, funcționarea la o frecvență redusă duce la uzura accelerată a palelor rotorului turbinei și a altor piese.Modificarea frecvenței afectează funcționarea mecanismelor de autoconsum ale centralei electrice.

Efectul frecvenței asupra performanței consumatorilor de energie electrică

Mecanismele și unitățile consumatorilor de energie electrică pot fi împărțite în cinci grupe în funcție de gradul de dependență a acestora de frecvență.

Primul grup. Utilizatori a căror modificare de frecvență nu are efect direct asupra puterii dezvoltate. Acestea includ: iluminat, cuptoare cu arc electric, scurgeri de rezistență, redresoare și sarcini alimentate de acestea.

A doua grupă. Mecanisme a căror putere variază proporțional cu prima putere a frecvenței. Aceste mecanisme includ: mașini de tăiat metal, mori cu bile, compresoare.

A treia grupă. Mecanisme a căror putere este proporțională cu pătratul frecvenței. Acestea sunt mecanisme al căror moment de rezistență este proporțional cu frecvența de gradul I. Nu există mecanisme cu acest moment exact de rezistență, dar o serie de mecanisme speciale au un moment care aproximează acest lucru.

A patra grupă. Mecanisme de cuplu ale ventilatorului a căror putere este proporțională cu cubul frecvenței. Astfel de mecanisme includ ventilatoare și pompe cu rezistență statică a capului nu sau neglijabilă.

A cincea grupă. Mecanisme a căror putere depinde într-o măsură mai mare de frecvență. Astfel de mecanisme includ pompe cu o înălțime mare de rezistență statică (de exemplu, pompele de alimentare ale centralelor electrice).

Performanța ultimelor patru grupuri de utilizatori scade odată cu descreșterea frecvenței și crește odată cu creșterea frecvenței. La prima vedere, se pare că este benefic pentru utilizatori să lucreze la o frecvență crescută, dar acest lucru este departe de a fi cazul.

În plus, pe măsură ce frecvența crește, cuplul motorului cu inducție scade, ceea ce poate determina blocarea și oprirea dispozitivului dacă motorul nu are rezerve de putere.

Control automat al frecvenței în sistemul de alimentare

Scopul controlului automat al frecvenței în sistemele de energie este în primul rând de a asigura funcționarea economică a stațiilor și a sistemelor de alimentare. Eficiența funcționării sistemului de alimentare nu poate fi realizată fără menținerea valorii normale a frecvenței și fără distribuția cât mai favorabilă a sarcinii între unitățile de lucru paralele și centralele electrice ale sistemului electric.

Pentru reglarea frecvenței, sarcina este distribuită între mai multe unități de lucru paralele (stații). În același timp, sarcina este distribuită între unități astfel încât, cu modificări minore ale încărcării sistemului (până la 5-10%), modul de funcționare al numărului imens de unități și stații să nu se schimbe.

Cu o natură variabilă a sarcinii, cel mai bun mod va fi unul în care partea principală a blocurilor (stații) poartă sarcina corespunzătoare condiției de egalitate a pașilor relativi, iar fluctuațiile mici și scurte ale sarcinii sunt acoperite prin schimbare. sarcina unei piese mici din unități.

Când distribuie sarcina între unitățile care lucrează în paralel, încearcă să se asigure că toate funcționează în zona cu cea mai mare eficiență.În acest caz, se asigură un consum minim de combustibil.

Unitățile însărcinate să acopere toate modificările neplanificate ale sarcinii, de ex. reglarea frecvenței în sistem trebuie să îndeplinească următoarele cerințe:

• au o eficiență ridicată;

• au o curbă plată a eficienței sarcinii, adică menține eficiența ridicată într-o gamă largă de variații de sarcină.

În cazul unei modificări semnificative a sarcinii sistemului (de exemplu, creșterea acestuia), atunci când întregul sistem trece la un mod de funcționare cu o valoare mai mare a câștigului relativ, controlul frecvenței este transferat la o astfel de stație în care mărimea câștigului relativ este apropiată de cea a sistemului .

Stația de frecvență are cel mai mare domeniu de control din puterea sa instalată. Condițiile de control sunt ușor de implementat dacă controlul frecvenței poate fi atribuit unei singure stații. O soluție și mai simplă se obține în cazurile în care reglementarea poate fi atribuită unei singure unități.

Viteza turbinelor determină frecvența în sistemul de alimentare, astfel încât frecvența este controlată acționând asupra regulatoarelor de turație a turbinei. Turbinele sunt de obicei echipate cu regulatoare de viteză centrifugale.

Cele mai potrivite pentru controlul frecvenței sunt turbinele cu condensare cu parametri normali de abur.Turbinele cu contrapresiune sunt tipuri de turbine complet neadecvate pentru controlul frecvenței, deoarece sarcina lor electrică este determinată în întregime de utilizatorul de abur și este aproape complet independentă de frecvența din sistem.

Nu este practic să se încredințeze sarcina de reglare a frecvenței turbinelor cu aspirații mari de abur, deoarece, în primul rând, au un (domeniu de control foarte mic și, în al doilea rând, sunt neeconomice pentru funcționarea cu sarcină variabilă.

Pentru a menține domeniul de control necesar, puterea stației de control al frecvenței ar trebui să fie de cel puțin 8 - 10% din sarcina din sistem, astfel încât să existe un domeniu de control suficient. Domeniul de reglare al centralei termice nu poate fi egal cu capacitatea instalată. Prin urmare, puterea CHP, care reglează frecvența, în funcție de tipurile de cazane și turbine, ar trebui să fie de două până la trei ori mai mare decât intervalul de reglare necesar.

Cea mai mică putere instalată a hidrocentralei pentru a crea domeniul de control necesar poate fi semnificativ mai mică decât cea termică. Pentru centralele hidroelectrice, domeniul de reglare este de obicei egal cu capacitatea instalată. Când frecvența este controlată de o centrală hidroelectrică, nu există o limită a ratei de creștere a sarcinii începând din momentul pornirii turbinei. Cu toate acestea, reglarea frecvenței hidrocentralelor este asociată cu binecunoscuta complicație a echipamentelor de control.

Pe lângă tipul stației și caracteristicile echipamentului, selecția stației de control este influențată de amplasarea acesteia în sistemul electric și anume distanța electrică față de centrul de sarcină. Dacă stația este situată în centrul sarcinii electrice și este conectată la substații și alte stații ale sistemului prin linii electrice puternice, atunci, de regulă, o creștere a sarcinii stației de reglare nu duce la încălcarea stabilitate statica.

În schimb, atunci când stația de control este situată departe de centrul sistemului, poate exista riscul de instabilitate.În acest caz, reglarea frecvenței trebuie să fie însoțită de controlul unghiului de divergență al vectorilor e. etc. c. sistem și stație de gestionare sau control al puterii transmise.

Principalele cerințe pentru sistemele de control al frecvenței reglementează:

• parametrii și limitele de reglare,

• eroare statică și dinamică,

• rata de modificare a sarcinii blocului,

• asigurarea stabilității procesului de reglementare,

• capacitatea de a regla printr-o anumită metodă.

Regulatoarele ar trebui să fie simple în design, fiabile în funcționare și ieftine.

Metode de control al frecvenței în sistemul de alimentare

Creșterea sistemelor de energie a condus la necesitatea de a regla frecvența mai multor blocuri ale unei stații, apoi mai multe stații. În acest scop, sunt utilizate o serie de metode pentru a asigura funcționarea stabilă a sistemului de alimentare și calitatea de înaltă frecvență.

Metoda de control aplicată nu trebuie să permită o creștere a limitelor deviației de frecvență din cauza erorilor apărute la dispozitivele auxiliare (dispozitive de distribuție a sarcinii active, canale de telemetrie etc.).

Metoda de reglare a frecvenței este necesară pentru a se asigura că frecvența este menținută la un anumit nivel, indiferent de sarcina asupra unităților de control al frecvenței (cu excepția cazului în care, bineînțeles, se utilizează întregul domeniu de control al acestora), de numărul de unități și de stațiile de control al frecvenței. , precum și mărimea și durata abaterii de frecvență.… Metoda de control trebuie să asigure, de asemenea, menținerea unui raport de sarcină dat al unităților de control și intrarea simultană în procesul de reglare a tuturor unităților care controlează frecvența.

Metoda caracteristicilor statice

Cea mai simplă metodă se obține prin reglarea frecvenței tuturor unităților din sistem, atunci când acestea din urmă sunt echipate cu regulatoare de viteză cu caracteristici statice. În funcționarea paralelă a blocurilor care funcționează fără deplasarea caracteristicilor de control, distribuția sarcinilor între blocuri poate fi găsită din ecuațiile caracteristice statice și ecuațiile de putere.

În timpul funcționării, modificările de sarcină depășesc semnificativ valorile specificate, prin urmare frecvența nu poate fi menținută în limitele specificate. Cu această metodă de reglare, este necesar să existe o rezervă rotativă mare răspândită pe toate unitățile sistemului.

Această metodă nu poate asigura funcționarea economică a centralelor electrice, deoarece, pe de o parte, nu poate folosi întreaga capacitate a unităților economice, iar pe de altă parte, sarcina tuturor unităților este în continuă schimbare.

Metodă cu caracteristică astatică

Dacă toate sau o parte din unitățile de sistem sunt echipate cu regulatoare de frecvență cu caracteristici astatice, atunci teoretic frecvența din sistem va rămâne neschimbată pentru orice modificare a sarcinii. Cu toate acestea, această metodă de control nu are ca rezultat un raport de sarcină fix între unitățile controlate în frecvență.

Această metodă poate fi aplicată cu succes atunci când controlul frecvenței este atribuit unei singure unități.În acest caz, puterea dispozitivului ar trebui să fie de cel puțin 8 - 10% din puterea sistemului. Nu contează dacă regulatorul de viteză are o caracteristică astatică sau dispozitivul este echipat cu un regulator de frecvență cu caracteristică astatică.

Toate modificările neplanificate ale sarcinii sunt percepute de o unitate cu o caracteristică astatică. Deoarece frecvența din sistem rămâne neschimbată, sarcinile de pe celelalte unități ale sistemului rămân neschimbate. Controlul frecvenței cu o singură unitate în această metodă este perfect, dar se dovedește inacceptabil atunci când controlul frecvenței este atribuit mai multor unități. Această metodă este utilizată pentru reglarea în sistemele de putere redusă.

Metoda generatorului

Metoda generatorului principal poate fi utilizată în cazurile în care, în funcție de condițiile sistemului, este necesară reglarea frecvenței mai multor unități la aceeași stație.

Un regulator de frecvență cu caracteristică astatică este instalat pe unul dintre blocuri, numit principal. Pe blocurile rămase sunt instalate regulatoare de sarcină (egalizatoare), care sunt, de asemenea, însărcinate cu sarcina de reglare a frecvenței. Aceștia au sarcina de a menține un raport dat între sarcina de pe unitatea principală și celelalte unități care ajută la reglarea frecvenței. Toate turbinele din sistem au regulatoare statice de viteză.

Metoda etatismului imaginar

Metoda statică imaginară este aplicabilă atât pentru reglarea cu o singură stație, cât și pentru mai multe stații.În al doilea caz, trebuie să existe canale de telemetrie bidirecțională între stațiile care reglează frecvența și camera de control (transmiterea indicației de sarcină de la stație la camera de control și transmiterea comenzii automate de la camera de control la stație. ).

Un regulator de frecvență este instalat pe fiecare dispozitiv implicat în reglare. Această reglementare este astatică în ceea ce privește menținerea frecvenței în sistem și statică în ceea ce privește distribuția sarcinilor între generatoare. Asigură o distribuție stabilă a sarcinilor între generatoarele modulante.

Partajarea sarcinii între dispozitivele controlate de frecvență se realizează prin intermediul unui dispozitiv activ de partajare a sarcinii. Acesta din urmă, rezumand întreaga sarcină a unităților de control, o împarte între ele într-un anumit raport prestabilit.

Metoda etaismului imaginar face posibilă și reglarea frecvenței într-un sistem de mai multe stații, iar în același timp se va respecta raportul de încărcare dat atât între stații, cât și între unități individuale.

Metoda timpului sincron

Această metodă utilizează abaterea timpului sincron de la timpul astronomic ca criteriu pentru reglarea frecvenței în sistemele de alimentare cu mai multe stații fără utilizarea telemecanicii. Această metodă se bazează pe dependența statică a abaterii timpului sincron de la timpul astronomic, începând de la un anumit moment în timp.

La viteza normală sincronă a rotoarelor turbinegeneratoarelor sistemului și egalitatea momentelor de rotire și a momentelor de rezistență, rotorul motorului sincron se va roti cu aceeași viteză. Dacă o săgeată este plasată pe axa rotorului unui motor sincron, aceasta va afișa timpul pe o anumită scară. Prin plasarea unei angrenaje adecvate între arborele motorului sincron și axa mânerului, este posibil să se facă mâna să se rotească cu viteza oră, minute sau secunde a ceasului.

Ora indicată de această săgeată se numește timp sincron. Timpul astronomic este derivat din surse de timp precise sau din standardele de frecvență ale curentului electric.

O metodă pentru controlul simultan al caracteristicilor astatice și statice

Esența acestei metode este următoarea. În sistemul de alimentare sunt două posturi de control, unul dintre ele funcționează după caracteristica astatică, iar al doilea după cea statică cu un coeficient static mic. Pentru mici abateri ale programului de sarcină real de la camera de comandă, orice fluctuații de sarcină vor fi percepute de o stație cu caracteristică astatică.

În acest caz, o stație de control cu ​​o caracteristică statică va participa la reglare numai în regim tranzitoriu, evitând abaterile mari de frecvență. Când intervalul de reglare al primei stații este epuizat, a doua stație intră în reglare. În acest caz, noua valoare a frecvenței staționare va fi diferită de cea nominală.

În timp ce prima stație controlează frecvența, sarcina pe stațiile de bază va rămâne neschimbată. Când este reglată de a doua stație, sarcina pe stațiile de bază se va abate de la cea economică.Avantajele și dezavantajele acestei metode sunt evidente.

Metoda de gestionare a blocării puterii

Această metodă constă în faptul că fiecare dintre sistemele de alimentare incluse în interconexiune participă la reglarea frecvenței numai dacă abaterea de frecvență este cauzată de o modificare a sarcinii din acesta. Metoda se bazează pe următoarea proprietate a sistemelor energetice interconectate.

Dacă sarcina în orice sistem de alimentare a crescut, atunci o scădere a frecvenței în acesta este însoțită de o scădere a puterii de schimb date, în timp ce în alte sisteme de alimentare, o scădere a frecvenței este însoțită de o creștere a puterii de schimb date.

Acest lucru se datorează faptului că toate dispozitivele care au caracteristici de control static, încercând să mențină frecvența, cresc puterea de ieșire. Astfel, pentru un sistem de putere în care a avut loc o modificare a sarcinii, semnul abaterii de frecvență și semnul abaterii puterii de schimb se potrivesc, dar în alte sisteme de alimentare aceste semne nu sunt aceleași.

Fiecare sistem de alimentare are o stație de control unde sunt instalate regulatoare de frecvență și un releu de blocare a puterii de schimb.

De asemenea, este posibil să instalați într-unul dintre sisteme un regulator de frecvență blocat de un releu de schimb de putere, iar într-un sistem de alimentare adiacent - un regulator de putere de schimb blocat de un releu de frecvență.

A doua metodă are un avantaj față de prima dacă regulatorul de curent alternativ poate funcționa la frecvența nominală.

Când sarcina dintr-un sistem de alimentare se modifică, semnele abaterilor de frecvență și puterea de schimb coincid, circuitul de control nu este blocat, iar sub acțiunea regulatorului de frecvență, sarcina pe blocurile acestui sistem crește sau scade. În alte sisteme de alimentare, semnele deviației de frecvență și ale puterii de schimb sunt diferite și, prin urmare, circuitele de control sunt blocate.

Reglarea prin această metodă necesită prezența canalelor de televiziune între substația de la care pleacă linia de legătură către un alt sistem de alimentare și stația care reglează frecvența sau fluxul de schimb. Metoda de control al blocării poate fi aplicată cu succes în cazurile în care sistemele de alimentare sunt conectate printr-o singură conexiune între ele.

Metoda sistemului de frecvență

Într-un sistem interconectat care include mai multe sisteme de alimentare, controlul frecvenței este uneori atribuit unui sistem, în timp ce ceilalți controlează puterea transmisă.

Metoda etatismului intern

Această metodă este o dezvoltare ulterioară a metodei de blocare a controlului. Blocarea sau întărirea acțiunii regulatorului de frecvență nu se realizează prin intermediul releelor ​​speciale de putere, ci prin crearea de statism în puterea transmisă (de schimb) între sisteme.

În fiecare dintre sistemele energetice de funcționare paralelă este alocată câte o stație de reglare, pe care sunt instalate regulatoare, care au etatism în ceea ce privește puterea de schimb. Regulatoarele răspund atât la valoarea absolută a frecvenței, cât și la puterea de schimb, în ​​timp ce aceasta din urmă este menținută constantă, iar frecvența este egală cu cea nominală.

În practică, în sistemul de alimentare în timpul zilei sarcina nu rămâne neschimbată, dar modificările în funcție de programul de sarcină, numărul și puterea generatoarelor din sistem și puterea de schimb specificată nu rămân, de asemenea, neschimbate. Prin urmare, coeficientul static al sistemului nu rămâne constant.

Cu o capacitate de generare mai mare in sistem, acesta este mai mic si cu o putere mai mica, dimpotriva, coeficientul static al sistemului este mai mare. Prin urmare, condiția cerută de egalitate a coeficienților de etatism nu va fi întotdeauna îndeplinită. Acest lucru va duce la faptul că atunci când sarcina se schimbă într-un sistem de alimentare, convertizoarele de frecvență din ambele sisteme de putere vor intra în acțiune.

Într-un sistem de alimentare în care a apărut o abatere de sarcină, convertizorul de frecvență va acționa tot timpul într-o singură direcție pe parcursul întregului proces de reglare, încercând să compenseze dezechilibrul rezultat. În al doilea sistem de alimentare, funcționarea regulatorului de frecvență va fi bidirecțională.

Dacă coeficientul de stat al regulatorului în raport cu puterea de schimb este mai mare decât coeficientul de stat al sistemului, atunci la începutul procesului de reglare, stația de control a acestui sistem de alimentare va reduce sarcina, crescând astfel puterea de schimb, iar după aceasta crește sarcina pentru a restabili valoarea setată a puterii de schimb la frecvența nominală.

Atunci când coeficientul de stat al regulatorului în raport cu puterea de schimb este mai mic decât coeficientul de stat al sistemului, secvența de control în cel de-al doilea sistem de putere va fi inversată (în primul rând, acceptarea factorului de antrenare va crește, apoi va fi inversată scădea).