12. Методы и средства автоматического регулирования частоты и активной мощности в отдельных и объединенных энергосистемах.

Чтобы поддерживать частоту постоянной, необходимо сохранять баланс мощностей – потребляемой и генерируемой.

При регулировании частоты несколькими агрегатами, помимо основной задачи поддерживания частоты на заданном уровне, возникает задача распределения нагрузки между регулирующими агрегатами. Существует несколько методов, регулирования частоты в энергосистемах. Различие методов заключается в том, каким образом определяется однозначность распределения нагрузки между регулирующими агрегатами. Чтобы иметь однозначное распределение нагрузки между агрегатами, необходимо в закон регулирования ввести заданную мощность, которую должен воспринять на себя агрегат в процессе регулирования.

Известные методы можно разделить на два вида – регулирование по мгновенному и интегральному отклонению частоты. В первом методе однозначность в распределении определяется тем, что сигнал заданного значения мощности вводится в закон регулирования в явном виде. В методе интегрального регулирования сигнал заданного значения мощности определяется косвенным путем – через интегральное отклонение частоты системы.

Исполнение регулирования по мгновенному отклонению имеет ряд разновидностей. Эти разновидности регулирования по мгновенному отклонению иногда называют самостоятельными методами ведущего генератора, ведущей станции и мнимостатических характеристик. Все они являются частным случаем регулирования частоты по мгновенному отклонению методом мнимостатических характеристик.

Регулирование по методу ведущего агрегата Сущность метода заключается в том, что один из агрегатов системы настраивается по астатической, и все остальные – по статической характеристике. Агрегат, настроенный на астатическую характеристику, называют ведущим. Поскольку один из агрегатов имеет астатическую характеристику, то характеристика всей системы будет также астатической. При астатической характеристике частота системы будет поддерживаться в пределах зоны нечувствительности регулятора ведущего агрегата на уровне 50 Гц. При изменении нагрузки системы, не выходящем за пределы регулировочного диапазона ведущего агрегата, частота системы будет поддерживаться равной 50 Гц.

Метод ведущей станции Для увеличения регулировочного диапазона по мощности к регулированию частоты в системе привлекают не один ведущий генератор, а целую станцию, обычно гидростанцию. Такую станцию называют ведущей. Агрегаты на всех станциях, кроме ведущей, настраивают на статические характеристики. Агрегаты ведущей станции настраивают на астатические характеристики, при этом характеристика всей системы получается также астатической.

С точки зрения распределения нагрузки, ведущую станцию можно рассматривать как ведущий агрегат системы, следовательно, выводы, сделанные для метода ведущего агрегата, справедливы для этого случая.

Преимуществом метода ведущей станции является его простота. Недостатком метода является то, что в крупных энергосистемах одна станция может не справиться с покрытием неплановой нагрузки системы. Следует отметить, что поскольку все неплановые изменения нагрузки воспринимаются ведущей станцией, то режим этой станции, а также всей системы в целом получается неэкономичным. Целесообразно неплановые изменения нагрузки распределять между несколькими станциями системы.

Метод мнимостатических характеристик По методу мнимостатических характеристик к регулированию частоты могут одновременно привлекаться агрегаты нескольких станций системы. Регулирование по методу мнимостатических характеристик является астатическим по частоте и обеспечивает однозначное распределение нагрузок между генераторами. Эта однозначность обусловлена введением в закон регулирования заданного значения мощности. Для реализации регулирования по методу мнимостатических характеристик необходимы связи между регулирующими станциями и диспетчерским пунктом (ДП) системы. По прямому каналу от станции на ДП необходимо передавать сигнал, пропорциональный фактической мощности регулирующих агрегатов станции. При получении этих сигналов со всех регулирующих станций на ДП производятся их суммирование и определение заданного значения мощности для каждой регулирующей станции

Метод интегрального регулирования В закон регулирования вводится воздействие, пропорциональное интегралу отклонения частоты по времени:

, где – текущее значение частоты системы; – эталонная частота.

Для осуществления регулирования по интегральному методу в регулятор необходимо подавать сигнал, пропорциональный эталонной частоте . Возможны два, принципиально отличных друг от друга способа получения эталонной частоты на регулирующей станции. Заменим величиной , при этом где – угол, пройденный вектором, вращающимся с частотой за время интегрирования; – то же самое для вектора, вращающегося с частотой вращения . Таким образом, при интегральном регулировании воздействие регулятора пропорционально углу расхождения векторов напряжения, имеющих соответственно частоты и .Интегральное регулирование может быть астатическим или статическим по углу . Закон астатического регулирования запишется в форме . Астатическая настройка регуляторов не обеспечивает заданного распределения нагрузок между регулирующими агрегатами. Для однозначного распределения регулирование должно осуществляться со статизмом по мощности.

Закон интегрального регулирования со статизмом по мощности может быть

записан в виде

, где – фактическое значение мощности генератора; – значение мощности генератора при ; – коэффициент регулирования по углу.

Особенности регулирования частоты в объединенных энергосистемах Особенностью объединенных энергосистем является наличие линий передач, по которым происходит обмен мощностями между энергосистемами. Как правило, эти линии имеют ограниченную (по сравнению с установленной мощностью системы) пропускную способность. Создание объединенных энергосистем накладывает определенный отпечаток на регулирование частоты. Не затрагивая вопрос распределения нагрузки между генераторами, каждую энергосистему можно представить в виде эквивалентных генераторов А и В. Так как даже самые незначительные изменения частоты в объединениях могут вызвать существенные отклонения обменных мощностей, то в объединенных энергосистемах целесообразно, помимо регулирования частоты, дополнительно регулировать обменную мощность, чтобы она не выходила за определенные пределы. Обменная мощность либо поддерживается регуляторами на заданном уровне, который периодически меняется в соответствии с требованиями энергообъединения, либо регулируется по статическим характеристикам.

• Раздельное регулирование частоты и мощности

Регулирование частоты возлагают на одну энергосистему (система А), а регулирование обменной мощности – на другую (система В). Для этой цели в каждой из энергосистем выделяют регулирующие (ведущие) станции. Преимуществом такого метода регулирования является его простота. Основной недостаток метода проявляется в динамике регулирования и заключается во встречности регулирования. В отношении обменной мощности действия регуляторов систем А и В будут встречными, что может привести к длительным качаниям и по обменной мощности, и по частоте.

• Регулирование частоты с блокировкой по обменной мощности

При этом методе регуляторы частоты устанавливаются во всех энергосистемах объединения, однако схема регулирования построена так, что при изменении нагрузки в одной из энергосистем приходит в действие регулятор только этой энергосистемы, а другие блокируются. Такое избирательное действие регуляторов обусловлено тем, что блокировка осуществляется с учетом знаков изменения частоты и обменной мощности в каждой энергосистеме. Так, если в одной из энергосистем произойдет увеличение нагрузки, то частота всего объединения уменьшится. При уменьшении частоты энергообъединения в силу статичности характеристик первичных двигателей агрегаты всего объединения увеличат свою мощность, которая пойдет на покрытие дополнительной нагрузки. Таким образом, все энергосистемы будут выдавать дополнительную мощность, а энергосистема, в которой произошло увеличение нагрузки, будет принимать эту мощность.

• Регулирование частоты со статизмом по обменной мощности

Регулирование частоты в объединенной энергосистеме может быть улучшено, если значение обменной мощности использовать не в качестве блокирующего сигнала, а ввести в закон регулирования: , где – коэффициент регулирования по мощности, а

, , – заданное и фактическое значение обменной мощности.

При регулировании по данному закону регулятор частоты подает корректирующее воздействие, пропорциональное отклонению частоты от 50 Гц и отклонению обменной мощности от заданного значения. Если знак отклонения обменной мощности совпадает со знаком отклонения частоты, то корректирующее воздействие усиливается, и регулятор стремится быстрее исправить существующее отклонение. Если же знаки и разные, то корректирующее воздействие будет ослабленным или вообще может отсутствовать.

Знаки отклонения частоты и обменной мощности совпадают в системе, в которой происходит нарушение баланса мощностей (сброс или наброс нагрузки). Во всех остальных системах знак отклонения частоты противоположен знаку отклонения обменной мощности. Таким образом, и при этом методе регулировании действие регуляторов получается избирательным. В энергосистеме, в которой происходит нарушение мощностей, регулятор вырабатывает усиленный корректирующий сигнал, а во всех прочих системах за счет встречного воздействия сигналов и будет подаваться ослабленный сигнал или этот сигнал может вообще отсутствовать. Отсюда можно сделать заключение, что изменение нагрузки будет покрываться в первую очередь (или вообще только) генераторами той системы, где произошло это изменение.