Dažnio reguliavimas elektros sistemoje

Elektros sistemose bet kuriuo momentu turi būti pagamintas tiek elektros energijos, kiek reikia konkrečiu momentu suvartoti, nes elektros energijos rezervų sukurti neįmanoma.

Dažnis kartu su įtampa yra vienas iš pagrindinių elektros kokybės rodikliai... Dažnio nukrypimas nuo normalaus sukelia elektrinių darbo sutrikimus, dėl kurių, kaip taisyklė, dega kuras. Sumažėjus dažniui sistemoje, mažėja pramonės įmonių mechanizmų našumas ir sumažėja pagrindinių elektrinių blokų efektyvumas. Padidėjus dažniui, mažėja ir elektrinių blokų efektyvumas bei didėja tinklo nuostoliai.

Šiuo metu automatinio dažnių reguliavimo problema apima daugybę ekonominio ir techninio pobūdžio klausimų. Šiuo metu elektros sistema atlieka automatinį dažnio reguliavimą.

Dažnio įtaka elektrinės įrangos darbui

Visi agregatai, atliekantys sukamąjį judesį, apskaičiuojami taip, kad didžiausias jų efektyvumas būtų realizuotas tris kartus nuo vieno labai specifinio sukimosi greičio, būtent esant vardiniam. Šiuo metu sukamąjį judesį atliekantys agregatai didžiąja dalimi yra prijungti prie elektros mašinų.

Elektros energija gaminama ir vartojama daugiausia naudojant kintamąją srovę; todėl dauguma sukamąjį judesį atliekančių blokų yra susieti su kintamosios srovės dažniu. Iš tiesų, kaip generatoriaus generuojamo generatoriaus dažnis priklauso nuo turbinos greičio, taip ir kintamosios srovės variklio varomo mechanizmo greitis priklauso nuo dažnio.

Kintamosios srovės dažnio nukrypimai nuo nominalios vertės turi skirtingą poveikį skirtingų tipų agregatams, taip pat skirtingiems įrenginiams ir aparatams, nuo kurių priklauso elektros energijos sistemos efektyvumas.

Garo turbina ir jos mentės sukonstruotos taip, kad esant vardiniam greičiui (dažniui) ir vientisam garo įvedimui būtų užtikrinama maksimali galima veleno galia. Tokiu atveju, sumažėjus sukimosi greičiui, atsiranda nuostolių dėl garų smūgio į ašmenis kartu didėjant sukimo momentui, o padidėjus sukimosi greičiui sumažėja sukimo momentas ir padidėja sukimo momentas. atsitrenkimas į galinę ašmenų pusę. Ekonomiškiausia turbina veikia vardinis dažnis.

Be to, dirbant mažesniu dažniu, sparčiau susidėvi turbinos rotoriaus mentės ir kitos dalys.Dažnio pokytis turi įtakos elektrinės savarankiško vartojimo mechanizmų veikimui.

Dažnio įtaka elektros vartotojų našumui

Elektros vartotojų mechanizmus ir agregatus galima suskirstyti į penkias grupes pagal jų priklausomybės nuo dažnio laipsnį.

Pirmoji grupė. Vartotojai, kurių dažnio pokytis neturi tiesioginės įtakos išvystamai galiai. Tai apima: apšvietimą, elektros lanko krosnis, atsparumo nuotėkį, lygintuvus ir jų maitinamas apkrovas.

Antroji grupė. Mechanizmai, kurių galia kinta proporcingai pirmajai dažnio galiai. Šie mechanizmai yra: metalo pjovimo staklės, rutuliniai malūnai, kompresoriai.

Trečioji grupė. Mechanizmai, kurių galia proporcinga dažnio kvadratui. Tai mechanizmai, kurių pasipriešinimo momentas yra proporcingas dažniui pirmojo laipsnio. Nėra mechanizmų su šiuo tikslumu pasipriešinimo momentu, tačiau kai kurie specialūs mechanizmai turi momentą, prilygstantį tai.

Ketvirta grupė. Ventiliatoriaus sukimo momento mechanizmai, kurių galia proporcinga dažnio kubui. Tokie mechanizmai apima ventiliatorius ir siurblius, kurių statinis galvos pasipriešinimas nėra arba yra nereikšmingas.

Penktoji grupė. Mechanizmai, kurių galia labiau priklauso nuo dažnio. Prie tokių mechanizmų priskiriami siurbliai su didele statinio pasipriešinimo aukšte (pvz., elektrinių tiekimo siurbliai).

Paskutinių keturių vartotojų grupių našumas mažėja mažėjant dažniui ir didėja didėjant dažniui. Iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad vartotojams naudinga dirbti padidintu dažnumu, tačiau taip toli gražu.

Be to, didėjant dažniui, indukcinio variklio sukimo momentas mažėja, todėl prietaisas gali užstrigti ir sustoti, jei variklis neturi galios rezervų.

Automatinis dažnio valdymas elektros sistemoje

Automatinio dažnio valdymo energetikos sistemose tikslas pirmiausia yra užtikrinti ekonomišką stočių ir elektros sistemų darbą. Energetikos sistemos darbo efektyvumas negali būti pasiektas neišlaikant normalios dažnio vertės ir nepaskirstant kuo palankiausio apkrovos tarp lygiagrečiai dirbančių mazgų ir elektros sistemos elektrinių.

Dažniui reguliuoti apkrova paskirstoma tarp kelių lygiagrečių darbo vienetų (stočių). Tuo pačiu metu apkrova paskirstoma tarp blokų taip, kad, esant nedideliems sistemos apkrovos pakeitimams (iki 5-10%), nepakinta daugybės blokų ir stočių darbo režimas.

Esant kintamam apkrovos pobūdžiui, geriausias bus toks režimas, kai pagrindinė blokų (stočių) dalis neša apkrovą, atitinkančią santykinių žingsnių lygybės sąlygą, o nedideli ir trumpi apkrovos svyravimai padengiami keičiant. mažos dalies apkrova iš vienetų.

Paskirstydami apkrovą tarp lygiagrečiai dirbančių agregatų, stengiamasi, kad jie visi dirbtų didžiausio efektyvumo zonoje – tokiu atveju būtų užtikrinamos minimalios degalų sąnaudos.

Vienetai, kuriems pavesta padengti visus neplanuotus apkrovos pokyčius, t.y. dažnio reguliavimas sistemoje turi atitikti šiuos reikalavimus:

• turi didelį efektyvumą;

• turėti plokščią apkrovos efektyvumo kreivę, t.y. išlaikyti aukštą efektyvumą esant įvairiems apkrovų svyravimams.

Esant reikšmingam sistemos apkrovos pokyčiui (pavyzdžiui, jos padidėjimui), visai sistemai persijungus į darbo režimą su didesne santykinio stiprinimo reikšme, dažnio valdymas perkeliamas į tokią stotį kurio santykinio padidėjimo dydis yra artimas sistemos .

Dažnio stotis turi didžiausią valdymo diapazoną pagal įdiegtą galią. Valdymo sąlygas lengva įgyvendinti, jei dažnio valdymą galima priskirti vienai stočiai. Dar paprastesnis sprendimas gaunamas tais atvejais, kai reguliavimą galima priskirti vienam vienetui.

Turbinų sukimosi greitis lemia dažnį elektros sistemoje, todėl dažnis valdomas veikiant turbinos greičio reguliatorius. Paprastai turbinose yra išcentriniai greičio reguliatoriai.

Dažnio valdymui tinkamiausios yra kondensacinės turbinos su normaliais garo parametrais.Priešslėgio turbinos yra visiškai netinkami dažnio valdymui turbinų tipai, nes jų elektros apkrovą visiškai nustato garo naudotojas ir ji beveik visiškai nepriklauso nuo dažnio sistemoje.

Nepraktiška dažnio reguliavimo užduotį patikėti turbinoms su dideliu garo siurbimu, nes, pirma, jos turi (labai mažą valdymo diapazoną ir, antra, yra neekonomiškos kintamos apkrovos darbui).

Norint išlaikyti reikiamą valdymo diapazoną, dažnio valdymo stoties galia turi būti bent 8 - 10% sistemos apkrovos, kad būtų pakankamas valdymo diapazonas. Šiluminės elektrinės reguliavimo diapazonas negali būti lygus įrengtajai galiai. Todėl kogeneracinės elektrinės, kuri reguliuoja dažnį, galia, priklausomai nuo katilų ir turbinų tipų, turėtų būti du-tris kartus didesnė už reikiamą reguliavimo diapazoną.

Mažiausia hidroelektrinės instaliuota galia reikalingam valdymo diapazonui sukurti gali būti žymiai mažesnė nei šiluminė. Hidroelektrinėms reguliavimo diapazonas paprastai yra lygus instaliuotai galiai. Kai dažnį valdo hidroelektrinė, apkrovos didėjimo greičiui nuo turbinos paleidimo momento ribų nėra. Tačiau hidroelektrinių dažnio reguliavimas yra susijęs su gerai žinoma valdymo įrangos komplikacija.

Be stoties tipo ir įrangos charakteristikų, valdymo posto pasirinkimą įtakoja jo vieta elektros sistemoje, būtent elektrinis atstumas nuo apkrovos centro. Jei stotis yra elektros apkrovos centre ir yra prijungta prie pastočių ir kitų sistemos stočių per galingas elektros linijas, tada, kaip taisyklė, reguliavimo stoties apkrovos padidėjimas nepažeidžia statinis stabilumas.

Ir atvirkščiai, kai valdymo pultas yra toli nuo sistemos centro, gali kilti nestabilumo pavojus.Šiuo atveju dažnio reguliavimą turi lydėti e vektorių divergencijos kampo valdymas. ir tt c) sistema ir stotis, skirta valdyti arba valdyti perduodamą galią.

Pagrindiniai reikalavimai dažnio valdymo sistemoms reglamentuoja:

• parametrai ir reguliavimo ribos,

• statinė ir dinaminė klaida,

• bloko apkrovos kitimo greitis,

• užtikrinti reguliavimo proceso stabilumą,

• galimybė reguliuoti tam tikru metodu.

Reguliatoriai turi būti paprastos konstrukcijos, patikimi ir nebrangūs.

Dažnio valdymo metodai elektros sistemoje

Energetikos sistemų augimas lėmė poreikį reguliuoti kelių vienos stoties blokų, o vėliau kelių stočių dažnį. Šiuo tikslu naudojama daugybė metodų, užtikrinančių stabilų elektros sistemos darbą ir aukšto dažnio kokybę.

Taikomas valdymo būdas neturi leisti padidinti dažnio nuokrypio ribos dėl klaidų, atsirandančių pagalbiniuose įrenginiuose (aktyviuose apkrovos paskirstymo įrenginiuose, telemetrijos kanaluose ir kt.).

Dažnio reguliavimo metodas yra būtinas norint užtikrinti, kad dažnis būtų palaikomas tam tikrame lygyje, nepaisant dažnio valdymo blokų apkrovos (jeigu nenaudojamas visas jų valdymo diapazonas), blokų skaičiaus ir dažnio valdymo stočių. , o dažnio nuokrypio dydis ir trukmė.… Valdymo metodas taip pat turi užtikrinti tam tikro valdymo blokų apkrovos santykio palaikymą ir visų dažnį valdančių blokų įjungimą į reguliavimo procesą vienu metu.

Statinių charakteristikų metodas

Paprasčiausias būdas gaunamas reguliuojant visų sistemos blokų dažnį, kai pastaruosiuose yra statinių charakteristikų greičio reguliatoriai. Lygiagrečiai veikiant blokams, veikiantiems nekeičiant valdymo charakteristikų, apkrovų pasiskirstymą tarp blokų galima rasti iš statinių charakteristikų lygčių ir galios lygčių.

Eksploatacijos metu apkrovos pokyčiai žymiai viršija nurodytas reikšmes, todėl dažnis negali būti palaikomas nurodytose ribose. Taikant šį reguliavimo būdą, būtina turėti didelį besisukantį rezervą, paskirstytą visuose sistemos blokuose.

Šis metodas negali užtikrinti ekonomiško elektrinių darbo, nes, viena vertus, jis negali išnaudoti visos ekonomiškų blokų galios, kita vertus, nuolat kinta visų blokų apkrova.

Astatinės charakteristikos metodas

Jei visuose sistemos blokuose ar dalyje jų yra astatinių charakteristikų dažnio reguliatoriai, tai teoriškai dažnis sistemoje išliks nepakitęs dėl bet kokių apkrovos pokyčių. Tačiau šis valdymo metodas nesukuria fiksuoto apkrovos santykio tarp dažnio valdomų blokų.

Šis metodas gali būti sėkmingai taikomas, kai dažnio valdymas priskirtas vienam įrenginiui.Šiuo atveju įrenginio galia turi būti bent 8–10% sistemos galios. Nesvarbu, ar greičio reguliatorius turi astatinę charakteristiką, ar įrenginyje yra astatinės charakteristikos dažnio reguliatorius.

Visus neplanuotus apkrovos pokyčius suvokia įrenginys, turintis astatinę charakteristiką. Kadangi dažnis sistemoje nesikeičia, kitų sistemos blokų apkrovos išlieka nepakitusios. Vieno bloko dažnio valdymas šiuo metodu yra tobulas, bet pasirodo nepriimtinas, kai dažnio valdymas priskiriamas keliems įrenginiams. Šis metodas naudojamas reguliuojant mažos galios energijos sistemas.

Generatoriaus metodas

Pagrindinis generatoriaus metodas gali būti taikomas tais atvejais, kai pagal sistemos sąlygas reikia reguliuoti kelių agregatų dažnį toje pačioje stotyje.

Viename iš blokų, vadinamų pagrindiniu, sumontuotas dažnio reguliatorius, turintis astatinę charakteristiką. Ant likusių blokų sumontuoti apkrovos reguliatoriai (ekvalaizeriai), kuriems taip pat pavesta dažnio reguliavimo užduotis. Jiems pavesta išlaikyti nurodytą santykį tarp pagrindinio įrenginio apkrovos ir kitų įrenginių, padedančių reguliuoti dažnį. Visos sistemos turbinos turi statinius greičio reguliatorius.

Įsivaizduojamo etatizmo metodas

Įsivaizduojamas statinis metodas taikomas tiek vienos, tiek kelių stočių reguliavimui.Antruoju atveju tarp stočių, reguliuojančių dažnį, ir valdymo patalpos turi būti dvipusiai telemetrijos kanalai (apkrovos indikacijos perdavimas iš stoties į valdymo kambarį ir automatinio užsakymo perdavimas iš valdymo patalpos į stotį ).

Kiekviename reguliavime dalyvaujančiame įrenginyje yra sumontuotas dažnio reguliatorius. Šis reguliavimas yra statinis dažnio išlaikymo sistemoje ir statinis apkrovų paskirstymo tarp generatorių atžvilgiu. Tai užtikrina stabilų apkrovų paskirstymą tarp moduliuojančių generatorių.

Apkrovos pasidalijimas tarp dažnio valdomų įrenginių pasiekiamas naudojant aktyvų apkrovos paskirstymo įrenginį. Pastarasis, apibendrindamas visą valdymo blokų apkrovą, padalija ją tarp jų tam tikru iš anksto nustatytu santykiu.

Menamo statizmo metodas taip pat leidžia reguliuoti dažnį kelių stočių sistemoje ir tuo pačiu bus laikomasi nurodyto apkrovos koeficiento tiek tarp stočių, tiek tarp atskirų blokų.

Sinchroninio laiko metodas

Šis metodas naudoja sinchroninio laiko nuokrypį nuo astronominio laiko kaip dažnio reguliavimo kriterijų kelių stočių elektros energijos sistemose nenaudojant telemechanikos. Šis metodas pagrįstas statine sinchroninio laiko nuokrypio nuo astronominio laiko priklausomybe, pradedant nuo tam tikro laiko momento.

Esant normaliam sistemos turbininių generatorių rotorių sinchroniniam greičiui ir posūkio momentų bei pasipriešinimo momentų lygybei, sinchroninio variklio rotorius suksis tokiu pat greičiu. Jei ant sinchroninio variklio rotoriaus ašies dedama rodyklė, ji parodys laiką tam tikra skale. Tarp sinchroninio variklio veleno ir rodyklės ašies pastačius tinkamą pavarą, galima priversti rodyklę suktis laikrodžio valandos, minutės ar sekundės rodyklės greičiu.

Laikas, rodomas šia rodykle, vadinamas sinchroniniu laiku. Astronominis laikas yra gaunamas iš tikslių laiko šaltinių arba iš elektros srovės dažnio standartų.

Astatinių ir statinių charakteristikų vienu metu valdymo metodas

Šio metodo esmė yra tokia. Energetikos sistemoje yra du valdymo pultai, vienas iš jų veikia pagal astatinę charakteristiką, o antrasis pagal statinį su mažu statiniu koeficientu. Esant nedideliems faktinio apkrovos grafiko nukrypimams nuo valdymo patalpos, bet kokius apkrovos svyravimus suvoks stotis, turinti astatinę charakteristiką.

Tokiu atveju valdymo stotis su statine charakteristika reguliavime dalyvaus tik pereinamuoju režimu, išvengiant didelių dažnio nuokrypių. Kai išnaudojamas pirmosios stoties reguliavimo diapazonas, antroji stotis pradeda reguliuoti. Tokiu atveju naujoji stacionaraus dažnio vertė skirsis nuo vardinės.

Nors pirmoji stotis valdo dažnį, bazinių stočių apkrova išliks nepakitusi. Sureguliavus antrąją stotį, bazinių stočių apkrova skirsis nuo ekonominio.Šio metodo privalumai ir trūkumai yra akivaizdūs.

Maitinimo užrakto valdymo metodas

Šis metodas susideda iš to, kad kiekviena iš elektros energijos sistemų, įtrauktų į jungtį, dalyvauja reguliuojant dažnį tik tuo atveju, jei dažnio nuokrypį sukelia joje esančios apkrovos pasikeitimas. Metodas pagrįstas tokia tarpusavyje sujungtų energijos sistemų savybe.

Jei apkrova kurioje nors elektros sistemoje padidėjo, tada dažnio sumažėjimą joje lydi tam tikros mainų galios sumažėjimas, o kitose energijos sistemose dažnio sumažėjimą lydi tam tikros mainų galios padidėjimas.

Taip yra dėl to, kad visi įrenginiai, turintys statinio valdymo charakteristikas, bandydami išlaikyti dažnį, padidina išėjimo galią. Taigi elektros sistemoje, kurioje įvyko apkrovos pokytis, dažnio nuokrypio ženklas ir mainų galios nuokrypio ženklas sutampa, tačiau kitose elektros sistemose šie ženklai nėra vienodi.

Kiekviena elektros sistema turi vieną valdymo postą, kuriame sumontuoti dažnio reguliatoriai ir mainų maitinimo blokavimo relė.

Taip pat vienoje iš sistemų galima sumontuoti elektros mainų relės blokuojamą dažnio reguliatorių, o gretimoje elektros sistemoje - dažnio rele blokuojamą mainų galios reguliatorių.

Antrasis metodas turi pranašumą prieš pirmąjį, jei kintamosios srovės galios reguliatorius gali veikti vardiniu dažniu.

Keičiantis apkrovai elektros sistemoje, dažnių nuokrypių ir mainų galios požymiai sutampa, valdymo grandinė neužblokuojama, o veikiant dažnio reguliatoriui, šios sistemos blokų apkrova didėja arba mažėja. Kitose maitinimo sistemose dažnio nuokrypio ir mainų galios ženklai yra skirtingi, todėl valdymo grandinės blokuojamos.

Reguliuojant šiuo metodu, tarp pastotės, iš kurios jungiamoji linija išeina į kitą elektros sistemą, ir stoties, reguliuojančios dažnį arba mainų srautą, turi būti televizijos kanalai. Blokavimo valdymo metodas gali būti sėkmingai taikomas tais atvejais, kai elektros sistemos yra sujungtos tik viena jungtimi viena su kita.

Dažnių sistemos metodas

Sujungtoje sistemoje, kurią sudaro kelios maitinimo sistemos, dažnio valdymas kartais priskiriamas vienai sistemai, o kitos valdo perduodamą galią.

Vidinio etatizmo metodas

Šis metodas yra tolesnis valdymo blokavimo metodo tobulinimas. Dažnio reguliatoriaus veikimo blokavimas ar stiprinimas vykdomas ne specialiomis galios relėmis, o sukuriant tarp sistemų perduodamos (mainos) galios statiškumą.

Kiekvienoje lygiagrečiai veikiančioje energetinėje sistemoje yra skirta po vieną reguliavimo stotį, ant kurios sumontuoti reguliatoriai, turintys statiškumą mainų galios atžvilgiu. Reguliatoriai reaguoja tiek į absoliučią dažnio reikšmę, tiek į mainų galią, o pastaroji išlaikoma pastovi, o dažnis lygus vardiniam.

Praktikoje elektros sistemoje dienos metu apkrova nelieka nepakitusi, tačiau pokyčiai pagal apkrovų grafiką, generatorių skaičius ir galia sistemoje bei nurodyta mainų galia taip pat nesikeičia. Todėl sistemos statinis koeficientas nelieka pastovus.

Esant didesnei generavimo galiai sistemoje, ji mažesnė, o mažesnės galios, priešingai, sistemos statinis koeficientas yra didesnis. Todėl ne visada bus įvykdyta reikalaujama etatizmo koeficientų lygybės sąlyga. Tai lems tai, kad pasikeitus apkrovai vienoje elektros sistemoje, pradės veikti abiejų elektros sistemų dažnio keitikliai.

Elektros sistemoje, kurioje įvyko apkrovos nuokrypis, dažnio keitiklis visą reguliavimo procesą visą laiką veiks viena kryptimi, stengdamasis kompensuoti susidariusį disbalansą. Antroje maitinimo sistemoje dažnio reguliatoriaus veikimas bus dvikryptis.

Jei reguliatoriaus statinis koeficientas mainų galios atžvilgiu yra didesnis už sistemos statinį koeficientą, tai reguliavimo proceso pradžioje šios elektros sistemos valdymo stotis sumažins apkrovą, taip padidindamas mainų galią, o po to padidinkite apkrovą, kad atkurtumėte nustatytą mainų galios vertę vardiniu dažniu.

Kai reguliatoriaus stat koeficientas mainų galios atžvilgiu yra mažesnis už sistemos stat koeficientą, valdymo seka antroje maitinimo sistemoje bus atvirkštinė (pirmiausia padidės varomojo faktoriaus priėmimas, o tada mažinti).