§3 Регулирование частоты в электроэнергетической системе

Регулирование частоты в электроэнергетической системе осуществляют несколько электростанций. Для простоты рассмотрим энергосистему не­большой мощности, в которой регулирует частоту только одна станция. Эта станция, балансирующая по частоте, воспринимает на себя все изменения потребляемой мощности в системе. Она изменяет свою нагрузку на ту же ве­личину, на которую изменяется суммарная потребляемая мощность системы. При этом выполняется баланс активной мощности и мощность остальных станций в системе неизменна.

На рис. 7.4 изображены характеристики станции, регулирующей частоту (прямая с точками 1, 2 справа от оси ординат ) и остальных станций системы, кото­рые частоту не регулируют (прямая с точками 1', 2' слева от оси ординат).

При суммарной потребляемой нагрузке все станции системы рабо­тают при номинальной частоте . Станция, регулирующая частоту, имеет нагрузку , нагрузка остальных станций системы равна . Уравнение баланса мощности имеет следующий вид:

.

При увеличении суммарной потребляемой нагрузки на величину , частота в системе снижается до величины . Баланс мощности запишется следующим образом:

При снижении частоты в системе персонал или вторичные регуляторы частоты станции, регулирующей частоту, увеличивают мощность турбины. Это соответствует параллельному перемещению характеристики 1 - 2 и уста­новлению в системе номинальной частоты в точке 3 (рис. 7.4). Регулирующая станция принимает на себя все увеличение нагрузки:

,

.

Изменение потребляемой мощности может быть больше, чем диапазон регулирования мощности станции, ведущей частоту. Тогда регулировать час­тоту должны две или более станций.

§4 Понятие об оптимальном распределении активных мощностей

Энергетическая система объединяет электростанции различного типа, каждая из которых имеет несколько генераторов. Обычно суммарная мощ­ность установленных генераторов превышает нагрузку энергосистемы. При этом возникает вопрос о распределении активной нагрузки между электро­станциями и отдельными генераторами.

Режим энергосистемы, обеспечивающий наименьшие затраты, называют оптимальным. При определении оптимального режима надо учитывать тех­нико-экономические показатели оборудования электростанций, стоимость топлива и потери мощности в электрической сети.

В качестве критерия оптимального распределения активных мощностей между тепловыми электростанциями у нас в стране принимают минимум суммарного расхода топлива в энергосистеме при соблюдении баланса мощности.

Для каждой электростанции и отдельного генератора существует рас­ходная характеристика, определяющая зависимость расхода топлива от вырабатываемой активной мощности. Рассмотрим две электростанции с раз­личными расходными характеристиками (рис. 7.5, а, б).

Для простоты будем считать эти характеристики непрерывными. При одинаковой мощности станция 1 расходует меньше топлива, чем станция 2. В то же время расходная характеристика станции 1 более крутая, т. е. эта стан­ция увеличивает расход топлива на единицу роста нагрузки больше, чем станция 2.

В режиме 1 мощность станции 1 составляет , станции 2 - . Расход топлива станции 1 равен (рис. 7.5, а), станции 2 - (рис. 7.5, б). На рис. 7.6 приведены суммарный расход топлива в энергосистеме и суммарная мощность станций .

При уменьшении на­грузки станции 1 на рас­ход топлива снизится на величину и станет рав­ным (рис. 7.5, а), При увеличении нагрузки станции 2 на расход топлива увеличится на и станет равным (рис. 7.5, б). Режим 2 соответствует мощностям стан­ций и причем их сумма та же, что и в режиме 1.

Режимы 1 и 2 при одинаковой суммарной мощности станций различаются суммарным расходом топлива. При оказывается, что . Увеличение на мощности станции 2 и уменьшение на привело к снижению , так как .

Отношение является важным технико-экономическим показателем станции.

Предел этого отношения

называется относительным приростом расхода топлива.

Станция, у которой меньше значение , меньше увеличивает расход топ­лива при росте нагрузки, следовательно, надо сначала загружать эту станцию.

О чевидно, наименьший расход топлива или оптимальное распределение нагрузки будут при условии ра­венства относительных прирос­тов:

Перераспределение нагру­зок по этому условию осущест­вляется воздейсSтвием на уст­ройства изменения установок регуляторов скорости турбин либо вручную, либо автомати­чески.

На рис. 7.7 приведен суммарный график нагрузки энергосистемы. Рас­пределение нагрузки между различными электростанциями производят, учи­тывая особенности их технологического режима. В нижней — базовой — части графика нагрузок работают те электростанции, мощность которых по условиям работы оборудования регулироваться не может. Это гидроэлектро­станции (ГЭС) без водохранилищ либо ГЭС с водохранилищами, которые должны вырабатывать мощность, определенную санитарным пропуском воды, а также теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и атомные станции (АЭС). В полупиковой части графика работают конденсационные электростанции (КЭС), а в верхней — пиковой части — ГЭС с водохранилищами и гидроак­кумулирующие станции (ГАЭС).

Электростанции, работающие в пиковой части графика нагрузки, регу­лируют активную мощность, т. е. загружаются позже других и разгружаются раньше. Это маневренные станции, регулирующие частоту и обменные по­токи мощности с другими энергосистемами. Они должны иметь достаточный диапазон регулирования и надежное оборудование с хорошо работающей системой вторичного регулирования частоты.