4.1 Статические частотные характеристики электроэнергетических систем

Коэффициент регулирующего эффекта определяется статическими частотными характеристиками генерирующей части энергосистемы и нагрузки, показывающими зависимость активной мощности от частоты при постоянстве напряжения. Для узла нагрузки, содержащего все возможные виды потребителей, зависимость мощности от частоты можно выразить

,

где – лампы накаливания, нагревательные и выпрямительные установки;

– металлорежущие станки, поршневые насосы, мельницы, компрессоры;

–потери в электрических сетях, специальные установки; – центробежные насосы и вентиляторы при малом статическом напоре;– центробежные насосы и

вентиляторы при большом статическом напоре, собственные нужды ТЭС.

Незначительная кривизна характеристики нагрузки в диапазоне частот 45-50 Гц позволяет заменить ее линейной функцией и записать

.

Генерирующая часть может рассматриваться как один эквивалентный агрегат с некоторой обобщенной характеристикой при максимальном впуске энергоносителя. Характеристика эквивалентного агрегата имеет вид квадратичной параболы с максимумом при 50 Гц (обозначена на рисунке 13).

Рисунок 13 – Статические частотные характеристики при отключении генерирующей мощности

Новый установившийся режим с пониженной частотой возможен, если характеристики генерируемой мощности и нагрузки пересекаются (рисунок 13), в любом другом случае возникает «лавина частоты».

4.2 ДИНАМИЧЕСКИЕ ЧАСТОТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭЛЕКТРОЭНЕР-ГЕТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

В переходном процессе при наличии небаланса генерации и потребления активной мощности частота будет меняться при постоянстве напряжения и впуска энергоносителя в турбины. Характер изменения выражается динамическими частотными характеристиками. При наличии дефицита активной мощности () на вал эквивалентного агрегата действует тормозящий моменти уравнение движения ротора эквивалентного агрегата имеет вид

,

где – суммарный момент инерции всех вращающихся масс (генераторов, синхронных компенсаторов, турбин, двигателей, приводимых механизмов);

–текущее значение угловой частоты.

Допуская, что при малых отклонениях частоты вращения от номинальной , можно определить постоянную времени механической инерции генераторов и нагрузки, отнесенную к мощности нагрузки в предшествуемом аварийному режиме, с,

Решение этого уравнения с учетом коэффициента регулирующего эффекта нагрузки () определяет экспоненциальное изменение частоты

,

где – начальное значение частоты в момент возникновения дефицита активной мощности;– конечное (пониженное) значение частоты, которое ус тановится после покрытия дефицита активной мощности за счет регулирующего эффекта нагрузки;– аварийное снижение частоты;– постоянная времени изменения частоты, с.

Изменение частоты при возникновении дефицита активной мощности показано на рисунке 14. В момент времени происходит авария. В точкеа к моменту времени частота достигает уставок срабатывания первой очереди АЧРI и всех очередей АЧР II. После срабатывания первой АЧР I (отключение части нагрузки) снижение частоты замедляется . Срабатывание последующих очередей АЧР I ведет к дальнейшему замедлению снижения частоты до тех пор, пока снижение частоты не прекратится. К моменту времени закончится выдержка времени первой очереди АЧРII и частота начнет повышаться. В моменты времени произойдут срабатывания последующих очередей АЧРII и частота превысит уровень уставки срабатывания АЧР II.

Рисунок 14 – Изменение частоты при возникновении дефицита мощности

Нужно отметить, что при отключении нагрузки действием АЧР, меняется постоянная времени изменения частоты , но обычно этим пренебрегают во избежание усложнения расчетов АЧР. Возможно определять мощность отключаемой нагрузки в процессе снижения частоты (по скорости ее изменения). Но производная частоты определяет относительный дефицит мощности, а не абсолютное значение и поэтому реализация очередей АЧР затруднительна. Кроме этого такая АЧР принципиально не действует при зависаниях частоты, так как производная.