4.4. Понятие об оптимальном распределении активных мощностей

Энергетическая система объединяет электростанции раз- личного типа, каждая из которых имеет несколько генера- торов. Обычно суммарная мощность установленных генера- торов превышает нагрузку энергосистемы. При этом возни- кает вопрос о распределении активной нагрузки между электростанциями и отдельными генераторами.

Естественное распределение мощности между станция- ми обратно пропорциональное коэффициентам статизма из регуляторов скорости (4.9), не учитывает требования эко- номичности или оптимальности режима. Режим энергоси- стемы, обеспечивающий наименьшие народнохозяйствен- ные затраты, называют оптимальным. При определении оп- тимального режима надо учитывать технико-экономические показатели оборудования электростанций, стоимость топ- лива и потери мощности в электрической сети.

В качестве критерия оптимального распределения ак- тивных мощностей между тепловыми электростанциями у нас в стране принимают минимум суммарного расхода топлива в энергосистеме В_ при соблюдении баланса мощ- ности (4.1).

Для каждой электростанции и отдельного генератора существует расходная характеристика, определяющая за­- висимость расхода топлива В от мощности Р. Рассмотрим две электростанции с различными расходными характерис- тиками В_i = f (P_i) (рис. 4.3, а, б).

Для простоты будем считать эти характеристики непре- рывными. 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 P₁¹, станции 2 — P₂¹. Расход топлива станции 1 равен B₁¹ (рис. 4.3, а), станции 2 — B₂¹ (рис. 4.3, б). На рис. 4.3, в приведены суммарный расход топлива в энерго- системе В_¹=B₁¹+B₂¹ и суммарная мощность станций P_¹= =P₁¹+P₂¹.

При уменьшении нагрузки станции 1 на P_П расход топ­- лива B₁ снизится на величину B₁ и станет равным B₁² (рис. 4.3. a), При увеличении нагрузки станции 2 на P расход топлива B₂ увеличится на B₂ и станет равным B₂² (рис. 4.3, б). Режим 2 соответствует мощностям станций P₁² и P₂², причем их сумма та же, что и в режиме 1.

Рис. 4.3. Распределение активной мощности между электростанциями:

а, б – расходные характеристики электростанций 1 и 2; в – суммарный расход топлива в режимах 1 и 2; г – размещение мощностей различных электростанций на графике нагрузок энергосистемы

Для одной конкретной системы значения мощностей и расходов топлива станций и системы в обоих режимах в относительных единицах приведены в табл. 4.1.

Режимы 1 и 2 при одинаковой суммарной мощности станций различаются суммарным расходом топлива. При P_¹=P_² оказывается, что B_¹=B_². Увеличение на P

Таблица 4.1. Мощности и расходы топлива в двух режимах

* * Номер режима
1	P11=2,5	P11=3,5	P1=6	B11=2	B11=3,25	B1=5,25
2	P12=1,5	P12=4,5	P2=6	B12=1,5	B11=3,5	B2=5

мощности станции 2 и уменьшение P₁ на P привело к сни- жению B_ , так как B₁ >B₂.

Отношение B/P является важным технико-экономи- ческим показателем станции.

Предел этого отношения

(4.10)

называется относительным приростом расхода топлива.

Станция, у которой меньше значение , меньше увеличи- вает расход топлива B при росте нагрузки, следователь- но, надо сначала загружать эту станцию.

Очевидно, наименьший расход топлива или оптимальное распределение нагрузки будут при условии равенства от- носительных приростов:

(4.11)

Условие оптимальности (4.11) можно получить, записав функцию Лагранжа для задачи оптимального распределе­- ния активной нагрузки между станциями без учета потерь мощности в сети. В гл. 13 приведены условия оптимально­- сти и при учете потерь мощности.

Перераспределение нагрузок по условию (4.11) осуще­- ствляется воздействием на устройства изменения уставок регуляторов скорости турбин либо вручную, либо автома­- тически.

На рис. 4.3, г приведен суммарный график нагрузки энергосистемы. Распределение нагрузки между различны- ми 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 водохрани- лищ либо ГЭС с водохранилищами, которые должны вы- рабатывать мощность, определенную санитарным пропус- ком воды, а также теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и атом- ные станции (АЭС). В полупиковой части графика работают конденсационные электростанции (КЭС), а в верхней - пиковой части - ГЭС с водохранилищами и гидроаккуму- лирующие станции (ГАЭС).

Электростанции, работающие в пиковой части графика нагрузки, регулируют активную мощность, т. е. загружаю- тся позже других и разгружаются раньше. Это маневренные станции, регулирующие частоту и обменные потоки мощ- ности с другими энергосистемами. Они должны иметь до- статочный диапазон регулирования и надежное оборудова- ние с хорошо работающей системой вторичного регулиро- вания частоты.