Регулиране на честотата и мощността в електроенергийните системи
Понастоящем цялото производство, почти цялото разпределение и по-голямата част от потреблението на електроенергия вмрежитесе извършва на променлив ток. Поради това параметрите на променливия ток - честота, големина и форма на кривата на напрежението - са придобили стойността на унифицирани параметри, в съответствие с които са проектирани всички източници, средства за предаване иприемницина електрическа енергия. Това се отнася особено за честотата. На практика са запазени само две стандартни честотни стойности - 50 Hz в европейските страни, включително България, и 60 Hz в САЩ и Канада.
По време на работа на електроенергийната система всички параметри на променлив ток могат да се променят. Колкото по-близо се поддържат до номинала, т.е. стойности, изчислени за оборудването, толкова по-близо е режимът до оптималния. По този начин честотата придобива стойността на показател, който характеризира качеството на продуктите на енергийната индустрия, качеството на електроенергията.
Честотата е не самоиндикатор за качеството на електроенергията, но и най-важниятпараметър на режима на електроенергийната система. Непрекъснатостта на производството на електроенергия, невъзможността за съхраняване на енергия и непрекъснатата промяна в потреблението изискват също толкова непрекъснат контрол върху съответствието на производството и потреблението. Параметърът, характеризиращ това съответствие, е честотата.
Честотата в електроенергийната система се определя от общия баланс на генерираната и консумираната активна мощност. Ако балансът се поддържа, тогава честотата остава непроменена. Ако силовият баланс е нарушен, т.е. когато възникне дисбаланс на мощността, възниква преходна промяна на честотата. По скоростта и посоката на промяна на честотата може да се съди за големината и знака на дисбаланса на активната мощност , възникнал в електроенергийната система. Ако честотата в енергийната система намалее,тогава за възстановяване на нормалната честота е необходимо да се увеличи активната мощност, генерирана в електроцентралите.
Задачата за управление на честотата е разделена на три взаимосвързани части:
·Първичен контрол на честотатаза осигуряване на стабилност на честотата, т.е. поддържане на честотните отклонения в допустими граници в случай на нарушаване на общия енергиен баланс във всяка част на енергийната система;
·вторично регулиране, което осигурява възстановяването на нормалното честотно ниво и планираните режими на обмен на мощност между части от електроенергийната система или региони;
·третично регулиране, което може да се разбира като бързо коригиране на регионалните енергийни баланси с цел осигуряване на взаимопомощ на регионите и предотвратяване на опасни претоварвания на транзитнитеелектропроводи.
Нека разгледаме по-подробнопървичния контрол на честотата. Осъществява се отавтоматични регулатори на скоростта(АРЧВ) на турбините. Всяка турбина е снабдена с регулатор, който при промяна на скоростта на въртене на турбинния агрегат, чрез промяна на позицията на елементите за управление на турбината (регулиращи клапани за термична турбина или направляваща лопатка за хидротурбина), променя входа на енергоносителя (пара или вода).
С увеличаване на скоростта на въртене регулаторът обхваща регулиращите органи на турбината и намалява входа на енергоносителя, а с намаляване на честотата отваря регулиращите органи и увеличава входа на енергоносителя. Статичните характеристики на два паралелно работещи блока, оборудвани с AFC, са показани на фиг. 3.3.
От фиг. 3.3 се вижда, че когато честотата намалява от f'до f", в съответствие със статичните характеристики на регулираните блокове, генерираната от тях активна мощност нараства с ∆P1 и∆Р2, съответно, което спомага за поддържане нивото на честотата в електроенергийната система. Приращението на мощността ∆Ре пропорционално на номиналната мощност на блока и зависи от наклона на характеристиката. А наклонът се характеризира със стойността настатистиката. При по-плоска характеристика 2 има по-малко спад и по-голяма промяна в мощността ∆P. Единица с по-стръмна характеристика1има повече спад. По този начин общото увеличение на мощността се разпределя между модулите пропорционално на номиналната мощност и обратно пропорционално на контролния спад. Ако е необходимо устройството да вземе по-голямо участие в първичния контрол на честотата, е необходимо това устройство да имапо-висока мощност и по-малко спад.
Мъртвата зонана автоматичния регулатор на скоростта, която е необходима за разстройване от малки случайни колебания на товара в електроенергийната система, има значително влияние върху процеса на регулиране. При наличие на мъртва зона на регулатора се появява диапазон на несигурност в разпределението на натоварването между блоковете. На фиг. 3.4, две успоредни линии, разположени вертикално една от друга със стойността на мъртвата зона ∆fnech, ограничават зоната на възможните състояния на контролера и устройството. Състоянието се характеризира с честота f и натоварванеP(така наречената работна точка). Вустойчиво състояниепри дадена честота, например f1, работните точки на всички единици са разположени на линията f = f1, но те могат да заемат произволни позиции между горните гранични линии (между точкитеaиbна фиг. 3.4).
Диапазонът на недефинирани стойности на натоварване по време на паралелна работа на модули с контролери, имащимъртва зонае право пропорционална на зонатанечувствителност на контролера ∆fnech и е обратно пропорционална напровисванена управляващата характеристика. За да се подобри качеството на управление на честотата, е необходимо да се постигне възможно най-малко спадане. Въпреки това, с по-малко падане, несигурността на единичния товар се увеличава значително. Следователно при регулатори с по-голяма нечувствителност е необходимо да се зададе по-голям коефициент на спад. Размерът на спадане на хидравличните турбини обикновено е податлив на оперативна промяна. Мъртвата зона на домашните регулатори на хидравличните турбини не надвишава 0,03 Hz. Мъртвата зона на битовите парни турбини е според спецификациите до 0,15 Hz. Стойността на статизма не може да се промени незабавно и обикновено е 0,04-0,05 (4-5%). Точността на разпределение на товара, осигурена от контролерите на парни турбини, е ниска: 6-7%. Но е невъзможно да се стигне до по-нататъшно увеличаване на провисването, тъй като това заплашва да увеличи максималното отклонение на скоростта на въртене при падане на товара, което е опасно за целостта на турбината.
Статичните характеристики на регулаторите на отделните турбини определят статичните характеристики на електроенергийната система като цяло. На фиг. 3.5 е показана характеристиката на еквивалентния генераторPg(f) и зависимостта на мощността на общия товар на електроенергийната системаPn от честотата.
Консумираната мощност от различни типовеелектрически приемницизависи от честотата по различни начини. Например мощността, консумирана от лампи с нажежаема жичка и други топлинни инсталации, практически не зависи от честотата. Но мощността, консумирана от двигателите, помпите и вентилаторите на металообработващата машина, силно зависи от честотата. Като цяло, честотната зависимост на мощността на сложния товар на електроенергийната система, състояща се от електрически приемници от всички видове,изглежда като тази на фиг. 3.5.
Фактът, че мощността, консумирана от товара, намалява с намаляване на честотата, улеснява задачата за първично регулиране (P "-P'