Электропитающие системы и электрические сети: Учебно-методический комплекс (Содержание дисциплины и виды учебной работы. Задания на курсовой проект и методические указания к его выполнению)

распечатки результатов централизованного и местного регулирования напряжения;

выводы по работе. 

Рис. 4  Рабочее окно лабораторной работы

2.5.2. Регулирование частоты в электроэнергетической системе

1. Цель работы – ознакомление со способами, средствами и законами регулирования частоты в электроэнергетической системе.

2. Основные теоретические положения 

При балансе активной мощности в энергосистеме, т.е. при равенстве вырабатываемой и потребляемой активной мощности, частота в энергосистеме неизменна и определяется скоростью вращения генераторов электростанций. Любое нарушение баланса активной мощности в энергосистеме сопровождается изменением частоты. Причины нарушения баланса мощности могут быть самыми различными: аварийное отключение генератора на электростанции, резкое изменение мощности потребителей и другие.

Отклонение частоты  f  от ее номинального значения f_ном = 50 Гц

Df = f - f_ном                                                                                                                                         (7)

как один из показателей качества электроэнергии регламентируется  ГОСТ 13109-97, который устанавливает  нормально допустимые (+ 0,2 Гц) и предельно допустимые (+ 0,4 Гц)  отклонения частоты.

Достаточно жесткие требования по отклонению частоты обуславливают необходимость ее регулирования в энергосистеме. Для понимания процесса регулирования частоты рассмотрим характеристики турбины на примере простейшей энергосистемы, состоящей из одного агрегата (турбина-генератор), работающего на выделенную нагрузку (рис.5).

Случай нерегулируемой турбины показан на рис.5,а. Впуск энергоносителя в турбину постоянный, следовательно, мощность турбины неизменна Р_т=const. Характеристика такой турбины представляет собой вертикальную прямую.

Статические характеристики нагрузки по частоте показаны кривыми Р_н1 и Р_н2.  Причем P_н1 < P_н2.При мощности нагрузки Р_н1 = Р_т (точка 1, рис.5,а) частота в системе равна  f_ном. При увеличении мощности нагрузки до значения Р_н2 (точка 2, рис.5,а) частота уменьшается до значения f₂.

Рассмотрим случай, когда турбина имеет регулятор, изменяющий  впуск энергоносителя в турбину в зависимости от нагрузки. Если при изменении нагрузки регулятор восстанавливает частоту в системе до номинального значения, то такое регулирование называется астатическим. Характеристика турбины с астатическим регулятором представляет собой горизонтальную прямую (рис.5,б).

а)                                                                        б)

в)                                                                          г)

Рис.5.  Регулирование частоты в изолированной системе

При мощности нагрузки Р_н1 = Р_т1 (точка 1, рис.5,б) частота в системе равна  f_ном. При увеличении нагрузки до значения Р_н2 частота понижается до значения f₂' (точка 2’). Регулятор  увеличивает впуск энергоносителя в турбину, увеличивая мощность турбины до значения Р_т2 = Р_н2, и восстанавливает номинальную частоту в системе (точка 2). 

Если при изменении нагрузки  регулятор восстанавливает частоту в энергосистеме до значения близкого к номинальному, то такое регулирование называется статическим. Характеристика турбины со статическим регулятором представляет собой наклонную прямую (рис.5,в). Тангенс угла наклона этой прямой представляет собой коэффициент статизма регулятора турбины

k_ст = tg a.                                                                            (8)

Реальные регуляторами имеют статическую характеристику. Коэффициент статизма реальных регуляторов турбин составляет k_ст = 0,03...0,06.

При мощности нагрузки Р_н1 = Р_т1 (точка 1, рис.5,в) частота в системе равна  f_ном. При увеличении нагрузки до значения Р_н2 частота понижается до значения f₂' (точка 2'). Регулятор  увеличивает впуск энергоносителя в турбину, увеличивает мощность турбины до значения Р_т2 = Р_н2, а частоту в системе до значения f₂ (точка 2), меньшего f_ном.  

Такой процесс регулирования частоты при изменении нагрузки называют первичным регулированием частоты.     

Корректировка частоты, т.е. доведение частоты до номинального значения f_ном, осуществляется с помощью вторичного регулирование частоты. Этот процесс иллюстрируется рис. 5,г, на котором процесс изменения частоты до точки 2 происходит также как на рис. 5,в. В результате вторичного регулирования дополнительно увеличивается впуск энергоносителя в турбину, мощность турбины увеличивается, ее статическая характеристика перемещается параллельно самой себе. В точке 2'' мощность турбины достигнет значения Р_т2'', а частота в системе – номинального