книги из ГПНТБ / Усов С.В. Основы эксплуатации электрических станций конспект лекций

Математическое описание различных вариантов процеду­ ры прогнозирования для каждой составляющей нагрузки и для суммарного графика системы приведено в [1].

Осветительно-бытовой график сильно влияет на число и расположение пиков на системном графике и на его конфигу­ рацию. Чем больше относительная величина осветительной нагрузки, тем неспокойней характер суммарного графика си­ стемы. Осветительная нагрузка зависит от времени дня, сезо­ на года и подвержена значительному влиянию внешних слу­ чайных воздействий, например погоды. Все эти влияния от­ ражаются на системном графике.

При соотношении осветительной нагрузки и промышленной нагрузки 1 :5 системный график уже приобретает выражен­

грузки, носит название системы городского типа со смешанной нагрузкой.

При соотношении осветительно-бытовой и промышленной нагрузки 1:10 коэффициент неравномерности графика kB пре­ восходит значение 85—90% и пики нагрузки сглаживаются. Систему с такой нагрузкой называют промышленной систе­ мой.

Таким образом, относительное увеличение промышленной нагрузки оказывает благоприятное влияние на конфигурацию суммарного графика, выравнивая его и уменьшая пики на­ грузки.

§ 2. Скорость изменения нагрузки

Очень важной динамической характеристикой графика, в особенности с точки зрения его регулирования, является ско­ рость изменения нагрузки dP/dx. Этот показатель обычно вы­ ражают в процентах включенной мощности машин станции или системы и определяют изменения нагрузки в минуту. Только тогда получается полное представление о напряжен­ ности работы машин станции или системы при регулировании графика. Конечно, в этом случае необходимо учитывать не только изменения усредненной нагрузки, но и накладываю­ щиеся на них флуктуационные колебания.

С точки зрения скорости изменения нагрузки на графике различают несколько периодов, в течение которых эти ско­

к дневной в период времени от 6.00 до 8.00 имеет место значи­ тельно большая скорость повышения нагрузки. Она составляет

10

на рис. 1 около 0,2% в минуту. Очень быстрые изменения на­ грузки возникают при понижениях графика, вызванных пауза­

МВт

1800 —

мин

из-за отключения межсистемной линии связи наблюдались скорости изменения графика в 20—25% в минуту (!).

§ 3. Колебания нагрузки

Точные измерения показывают, что кривая изменения на­ грузки не остается спокойной и плавной, как это указано на суточном графике, выполненном обычными способами, а всегда сопровождается колебаниями большей или меньшей

амплитуды (рис. 3).

Причинами появления этих колебаний, накладывающихся

на основной график, служат:

а) толчки нагрузки крупных потребителей с мощными

11

&== Т^^-^макс.

МВт —►

Рис з где Рыме — максимальная включенная мощность системы; т — коэффициент, характеризующий относительную величину

промышленной нагрузки,

Здесь Рмакс — суммарная нагрузка системы, МВт; Р*— мотор­

мощность двигателя Рдв Ср или осветительно-бытового прибора Росв ср. МВт.

Коэффициент т изменяется вместе с изменениями соотно­ шения моторной и осветительно-бытовой нагрузки, и его вела-

12

чина, как правило, больше днем и меньше ночью и больше в рабочий день, чем в субботу и воскресенье. Для одной круп­ ной системы, например, коэффициент т равен 0,03 МВт для рабочего дня и 0,01 для воскресенья;

в) быстрые колебания с очень малой амплитудой и перио­ дом в 1—2 секунды, вызванные разной нечувствительностью первичных регуляторов отдельных турбин и качаниями рото­ ров при изменениях нагрузки генераторов. Эта третья катего­ рия колебаний принадлежит также к флуктуационным коле­ баниям нагрузки и отмечается регистрирующими приборами, ■однако ввиду малости их амплитуды с ними не считаются и не пытаются их устранить.

Так как мощность энергетической системы обычно увели­ чивается значительно быстрее, чем средняя мощность единич­ ного двигателя и осветительно-бытового прибора, относитель- -ная величина коэффициента т и амплитуды флуктуаций е с ■ростом мощности системы падает.

Если Ро — начальная мощность энергосистемы, а% — сред­ ний процент увеличения нагрузки в год, А — число лет, то мощность системы Р через А лет достигнет значения

Ял = Л,(1 + а ) л МВт.

’За тот же период времени коэффициент т увеличится до зна­ чения

111а — Ю-о(1 4~ а) ).

.-.а амплитуда флуктуационных отклонений нагрузки — до зна­ чения

eA= e0(l + а)°’75А.

-§ 4. Выравнивание графиков нагрузки

Под выравниванием графиков нагрузки здесь понимается -активное воздействие на режим потребления, приводящее к уменьшению максимумов нагрузки, увеличению ночной на-

.грузки и уменьшению скорости изменения графика во все часы суток, т. е. к облегчению регулирования нагрузки систе­ мы или станции.

Выравнивание трафиков не только облегчает работу обо­ рудования станций, но и повышает экономичность и рацио­ нальность его использования.

Понижения максимумов и повышения ночных минимумов нагрузки достигают увеличением числа смен на предприятиях, д также введением поощрительных ночных тарифов на ^энергию.

Эффективным средством уменьшения вечернего максимума

13

нагрузки явилось передвижение часовой стрелки вперед по отношению к истинному астрономическому времени. При этом фактический максимум промышленной составляющей графика наступает раньше, а осветительно-бытовой максимум оста­ ется во времени на своем месте. В результате они перестают накладываться друг на друга и общий максимум значительно уменьшается. Такое передвижение стрелки часов на 1 час вперед, декретированное правительством СССР в 1930 году, уменьшило вечерний максимум наших энергосистем приблизи­ тельно на 8%.

Несовпадение максимальной нагрузки в энергосистемах, находящихся в различных часовых поясах, обусловливает по­ нижение суммарного максимума при объединении этих систем на 6—9% (межсистемный эффект).

Уменьшение скорости изменения графика системы достига­ ется в основном раздвижением начала смен предприятий. При. этом одновременно уменьшается несколько и максимум на­ грузки, однако главное значение этого мероприятия заключа­ ется в уменьшении крутизны подъема графика нагрузки.

Уменьшение неравномерности графика нагрузки возможно также за счет повышения ночного провала при работе в ноч­ ные часы в режиме потребления гидроаккумулирующих элек­ тростанций (ГАЭС), которые затем в часы наибольшей на­ грузки системы помогут пиковым станциям.

Очень большое значение для выравнивания графиков на­ грузки могут иметь так называемые потребители-регуляторы,, часы работы которых и величина потребляемой мощности за­ даются энергосистемой. Последние два мероприятия в наших, энергосистемах пока применяются недостаточно.

Следует упомянуть в заключение, что в случае аварийной необходимости (при недостатке мощности из-за выпадения крупных агрегатов и даже целых электростанций либо из-за недостатка топлива на ТЭС и воды на ГЭС) производится аварийное ограничение потребления энергии, плановое, а в не­ отложных случаях — аварийное, выполняемое путем отключе­ ния потребителей на срок, необходимый для полного восста­ новления нормального положения в энергосистеме. Аварийные отключения производятся вручную либо автоматами аварий­ ной разгрузки по частоте, настроенными обычно на несколькоступеней понижения частоты в системе и имеющими различ­ ные выдержки времени.

§ 5. Регулирующий эффект нагрузки

При отклонениях частоты и напряжения от нормы потреб­ ление как активной, так и реактивной мощности в системе изменяется, и эти изменения отражаются на суммарном гра-

14

фике нагрузки, значительно уменьшая или увеличивая era пики. Это явление получило название регулирующего эффекта нагрузки.

На рис. 4, а показаны зависимости активной и реактивной нагрузки от частоты и напряжения для энергосистемы с ха­ рактерным составом потребителей, %'•

Рис. 4

Как видно, зависимость активной нагрузки системы от ча­ стоты линейна, и при этом регулирующий эффект нагрузки положителен, т. е. при понижении частоты активная мощность, потребителей падает, способствуя самовыравниванию си­ стемы.

Реактивная мощность системы изменяется нелинейно; воз­ растает как при понижении, так и при повышении частоты, что объясняется противоположным действием отклонений частоты на намагничивающие мощности и на потери реактивной мощ­ ности Рх в линиях, трансформаторах и асинхронных двига­ телях.

Зависимость активной нагрузки от напряжения почти ли­ нейна, а изменения реактивной нагрузки при отклонениях на­ пряжения от нормы существенно нелинейны (рис. 4,6).

Величина регулирующего эффекта активной нагрузки по частоте выражается обычно в МВт/Гц или в процентах изме­ нения суммарной нагрузки системы на 1% изменения частоты,

15

а по напряжению — в МВт/кВ или в процентах суммарной на­ грузки на 1% изменения напряжения.

Регулирующий эффект реактивной нагрузки по частоте или напряжению выражается в Мвар/Гц или в Мвар/кВ и соответ­ ственно в процентах изменения суммарной реактивной нагруз­ ки на 1% изменения частоты или напряжения.

Регулирующий эффект неодинаков для различных систем и в различные часы суток для одной и той же системы в зави­ симости от состава потребителей. Потребители системы с этой точки зрения могут быть разбиты на три категории.

К первой категории относятся потребители с нагрузкой, имеющей характер активного сопротивления (электрические дуговые печи, освещение, бытовые нагревательные приборы). Активная мощность этой категории потребителей не зависит от частоты.

/30СВ= const, dP°p ■= 0.

Ко второй категории относятся синхронные и асинхронные двигатели с постоянным моментом на валу (металлообраба­ тывающие станки, барабанные угольные мельницы, подъем­ ные краны и т. д.), активная мощность которых пропорцио­ нальна первой степени частоты:

Асинхронные двигатели, приводящие в движение механиз­ мы вентиляторного типа (вентиляторы, дымососы, водяные на­ сосы), относятся к третьей категории потребителей. Момент сопротивления таких механизмов изменяется в зависимости от величины статического напора с полуторной, второй, третьей и даже с четвертой степенью частоты. Соответственно мощ­ ность двигателей этой категории изменяется пропорционально квадрату, третьей, четвертой, пятой степени частоты:

типа приведены на рис. 4,а.

В результате суммарного действия регулирующего эффек­ та в большинстве наших энергосистем каждому проценту по­ нижения частоты отвечает уменьшение активной нагрузки на

1,5-2,5% .

APf % = 1,5 — 2,5% (на \% частоты).

16

Регулирующий эффект активной нагрузки по напряжению также приводит к уменьшению потребления активной мощ­ ности в системе от 0,5% на каждый процент понижения на­ пряжения при большом содержании в составе нагрузки асин­ хронных и синхронных двигателей, активная мощность кото­ рых почти не зависит от напряжения, до 2,0 — 2,5% на 1% по­ нижения напряжения при большом содержании в составе на­ грузки потребителей первой категории (печи, освещение), сильно зависящих от напряжения.

Здесь р — коэффициент, равный для ламп накаливания 1,6, для печей 2,0; в среднем 1,8; следовательно, АРи% равно 1,8% на 1% понижения напряжения.

0,8 0,9 1,0 1,1

— Напряжение

Рис. 6

На рис. 5 показана зависимость осветительно-бытовой на­ грузки от напряжения, а на рис. 6 — такая же зависимость для активной и реактивной составляющей печной и ртутно-вы­ прямительной нагрузки.

Если в системе одновременно с понижением частоты на­ блюдается и понижение напряжения, то результирующий ре­ гулирующий эффект активной нагрузки будет равен:

\ Р Щ% = а двДР/ о/0 4 - а 0СВДРц%,

научно--,':, библиоV

эффект активной нагрузки по частоте и напряжению соответ­

Средневзвешенные регулирующие эффекты активной на­ грузки по частоте и напряжению могут быть вычислены при известном составе нагрузки в различные часы суток. Однако, значительно более надежные результаты получают при экспе­ риментальном определении величин регулирующего эффекта. В табл. 1 приведены регулирующие эффекты активной на­ грузки по частоте и напряжению для некоторых энергосистем, найденные экспериментально (ВНИИЭ) [2].

Т а б л и ц а Г

Если регулирующий эффект активной нагрузки известен, то относительное значение мощности Р% при пониженных ча­ стоте /* и напряжении U;{; может быть вычислено следую­ щим образом [2]:

При необходимости более точного учета изменения мощ­ ности синхронные и асинхронные двигатели выделяют в от­ дельные группы и для асинхронных двигателей учитывают влияние скольжения. Формула (1) принимает при этом вид

18

§ 6. Саморегулирование системы турбина — нагрузка

Под саморегулированием понимают свойство системы тур­ бина — нагрузка приходить к устойчивому режиму после скач­ ка нагрузки (сброс — наброс) без вмешательства регуляторов. Как известно, моментно-угловая характеристика турбины имеет отрицательный угловой коэффициент, т. е. уменьшение

приходит к новому устойчивому режиму при повышенной или пониженной частоте. При этом эффект саморегулирования си­ стемы частично определяется повышением (понижением) мо­ мента турбины и частично регулирующим эффектом нагрузки: ■

^ ^ с и с т ^ -^ турб ”1“ Д ^ н а г р ’

Эффект саморегулирования относят обычно к единице по­ нижения частоты (одному герцу) и измеряют в МВт/Гц или в процентах изменения суммарной мощности системы на 1% из­ менения частоты

kc = МВт/Гц

или

К % = - ^ - 1 0 0 .

Величину kc называют мощностью саморегулирования си­ стемы. Как видно, чем выше регулирующий эффект нагрузки, тем меньше участие турбины в стабилизации режима, и, на­ оборот, чем меньше этот эффект, тем больше в саморегулиро­ вании участвует турбина. При чисто осветительно-бытовой на:- грузке все саморегулирование системы определяется турбиной и размах колебаний частоты становится максимальным.