1.8. Длительные переходные процессы в электроэнергетических системах

Рассмотрим опять простейшую системы (см. рис. 1.8), принимая, что генерирующая ее часть включает несколько агрегатов, ЛЭП состоит из дух цепей, а нагрузка по величине превышает суммарную мощность генерирующих агрегатов, т.е. поток мощности по ЛЭП в нормальном режиме передается от шин бесконечной мощности к нагрузке.

В п.1.5 представлены достаточно простые аварийные ситуации, связанные с аварийными возмущениями и использованием различных средств обеспечения динамической устойчивости ЭЭС. При этом длительность переходного процесса составляет обычно 3-5 с. Однако на практике случаются более сложные аварийные ситуации, продолжающиеся десятки секунд и даже до нескольких минут. Рассмотрим на принятом примере простейшей системы возможный сценарий такой аварийной ситуации, в качестве начала которой примем пример, описанный в п. 1.6.

Пусть, как в п. 1.6, произошло аварийное отключение одной цепи двухцепной ЛЭП (например, вследствие ложного срабатывания релейной защиты) и последующее ее включение с помощью АПВ (см. рис. 1.22). Площадки возможного торможения недостаточно для обеспечения устойчивости системы, устойчивость ее нарушается и начинается асинхронный режим, только в отличие от случая, описанного в п. 1.6, роторы агрегатов генерирующей части системы не ускоряются, а замедляются, поскольку нагрузка по величине превышает генерацию. Асинхронный режим по ЛЭП прерывается действием АЛАР. Частота в левой отделившейся части системы снижается, действует автоматика частотной разгрузки (АЧР), отключающая часть нагрузки (об алгоритме действия АЧР см. ниже). Если нагрузка в узле в нормальном режиме значительно превышала генерацию и небаланс мощности после действия АЛАР оказался большим, действие АЧР не сможет остановить снижение частоты, частота будет продолжать снижаться. Чрезмерное снижение частоты опасно для генерирующих агрегатов, поскольку при этом снижается производительность электродвигателей собственных нужд, обеспечивающих подачу топлива и воды в котлы турбоагрегатов. В результате производительность паровых турбин снижается, т.е. снижается их мощность, что увеличивает дефицит мощности и приводит к еще большему снижению частоты.

Этот процесс получил название лавины частоты. Чтобы не допустить лавины частоты, агрегаты отключаются от электрической сети с выделением одного из них на питание собственных нужд, что облегчает последующее восстановление системы.

Подобные сложные аварийные ситуации каскадного характера обычно связаны в сложных ЭЭС с так называемыми системными авариями и охватывают большую часть системы, приводя к тяжелым последствиям для потребителей. Такие процессы получили название длительных переходных процессов. При этом на генерирующих агрегатах действуют не только АРВ и АРС, но и системы регулирования режимов котла, а также параметров пара (давление и температура) на входе в турбину.

С системными авариями, при которых протекают длительные переходные процессы, обычно связывают понятие живучести ЭЭС как свойства системы противостоять возмущениям, не допуская их каскадного развития с массовым нарушением режима электроснабжения потребителей, и восстанавливать исходное состояние системы или близкое к нему.

На рис. 1.26 приведена структурная схема систем регулирования турбоагрегата, действующих в рассмотренных сложных аварийных ситуациях. Здесь ДП – диспетчерский пункт, ПО – программное обеспечение ДП, К - котел, РК – регулятор котла, МУТ – механизм управления турбиной, АРЧВ – автоматический регулятор частоты вращения, ДПМ – двигатель приводного механизма, Т – турбина, Г – генератор, СВ – система возбуждения, В  возбудитель, ПТВ – преобразующий трансформатор и выпрямитель, Р_пер  мощность перетоков по связям, Р_з – заданная мощность, U_уст – заданное напряжение, Р_пл – плановая загрузка, Р_т мощность турбины, f – частота системы.

Рис. 1.26 дает общее представление о сложности систем регулирования турбоагрегата. Подробнее их рассмотрение выходит за рамки настоящего курса.