1.5.2. Автоматическое регулирование частоты и активной мощности (арчм)

Частота – общесистемный параметр и важнейшая характеристика энергосистемы. В соответствии с требованиями ПУЭ системы АРЧМ должны обеспечивать на управляемых электростанциях поддержание среднего отклонения частоты от заданного значения в пределах ± 0,1 Гц в десятиминутных интервалах и ограничение перетока мощности по контролируемым связям с подавлением не менее чем на 70% амплитуды колебаний перетока мощности с периодом 2 мин и более.

АРЧМ осуществляет регулирование частоты в соответствии с общим уравнением динамики агрегатов первичный двигатель – генератор. Частота в сети определяется частотой вращения агрегата, которая в свою очередь зависит от соотношения вырабатываемой и передаваемой активной мощности. Таким образом, стабилизация частоты обеспечивается удержанием агрегатов в рабочем диапазоне их работы. Регулирование выполняется путем воздействия на впуск энергоносителя в первичный двигатель: для паровых турбин –пара, для гидротурбин – воды.

Стабилизация частоты вращения турбины осуществляется первичными регуляторами со статическими характеристиками, показанными на рис. 1.5.1,а, где 1 - поддержание номинальной частоты в режиме холостого хода, 2 – поддержание номинальной частоты в номинальном режиме, 3 – промежуточная характеристика.

Характеристики зависимости частоты от активной нагрузки генераторов могут иметь разные наклоны, т.е. разные коэффициенты статизма регулятора. Коэффициент статизма определяется как отношение изменения частоты сети к изменению активной нагрузки

К_с= .

а) б)

Рис. 1.5.1. Статические характеристики регулируемого турбоагрегата (а) и вторичное регулирование частоты (б)

Казалось бы, что нужно вести регулирование частоты по астатической характеристике – по прямой, параллельной оси абсцисс, тогда частота будет неизменной при любой нагрузке, но в этом случае будет невозможно распределять нагрузку между агрегатами в требуемой пропорции. Поэтому всегда применяется статическое регулирование агрегата с возможностью перемещения характеристики параллельно самой себе, как это и показано на рис. 1.5.1,а.

Регулирование агрегата осуществляется путем изменения впуска энергоносителя в турбину. Системы автоматического регулирования частоты агрегата осуществляют так называемое первичное регулирование частоты (являются первичными регуляторами).

Регулирование частоты и активной мощности в энергосистеме или даже на отдельной электростанции осуществляется вторичными регуляторами или системами АРЧМ.

Все АРЧМ воздействуют на механизм управления турбиной (МУТ) первичных регуляторов, перемещая характеристики параллельно самим себе.

В качестве примера на рис. 1.5.1,б показаны характеристики двух агрегатов электростанции при изменении активной нагрузки от значения P_I и до P_II. Это соответствует изменению частоты от f_I до f_II соответственно. АРЧМ воздействует на МУТ первого и второго агрегатов А₁ и до А₂, изменяя их уставки по частоте соответственно с f’_у1 и до f’’_у1 и с f’_у2 и до f’’_у2. В результате этого частота в системе восстанавливается до исходного уровня f_I при новой суммарной нагрузке P_II.

Современные системы регулирования частоты и активной мощности строятся на базе микропроцессорных устройств и представляют собой сложные многоступенчатые системы высокой степени организации.

Филиал ОАО НТЦ электроэнергетики – ВНИИЭ разработал цифровую систему автоматического регулирования режима энергообъединения по частоте и перетокам активной мощности (система АРЧМ).

Система АРЧМ построена по иерархическому принципу, является централизованной и состоит из следующих уровней управления: ЕЭС-ОЭС- энергосистема-регулирование электростанции.

Системы АРЧМ уровней ЕЭС-ОЭС и энергосистем предназначены для:

- обеспечения надежной и экономичной параллельной работы энергосистем и энергообъединений;

- обеспечения качества поддержания частоты;

- помощи диспетчерскому персоналу в ведении режимов по активной мощности.

Системы АРЧМ обеспечивают:

- автоматическое регулирование частоты;

- автоматическое регулирование сальдо внешних перетоков активной мощности энергосистемы или энергоообъединения;

- автоматическое ограничение перетоков активной мощности по слабым связям;

- ручную коррекцию диспетчером мощности регулирующих электростанций.