Регулирование частоты и активной мощности в энергетической системе. Особенности регулирования частоты в объединенных системах

Глава 12. Регулирование частоты и активной мощности в энергетической системе

12.1. Влияние частоты на работу элементов электрической системы

Все электроприемники, подключенные к электрической системе, можно условно разделить на три группы.

1.Электроприемники, не реагирующие на изменения частоты переменного тока. Они обладают только активным сопротивлением и потребляют только активную мощность (лампы накаливания, нагревательные электрические печи и др.).

2.Электроприемники, сочлененные с механизмами, работающими без статического напора. К ним относятся электродвигатели переменного тока, являющиеся основными потребителями в электрической системе. При изменении частоты относительно ее номинального значения они изменяют частоту вращения, потребляемую активную и реактивную мощность. В общем случае связь синхронной частоты вращения n с частотой переменного тока f имеет вид

где p ‑ число пар полюсов.

Изменение частоты вращения электродвигателей отражается на производительности соответствующих механизмов и, как следствие, на количество выпускаемой продукции. При этом изменяется потребляемая электродвигателями активная мощность. Если механизмы работают без статического напора (например, металлорежущие станки, компрессоры), то потребляемая мощность пропорциональна частоте Р º f.

3.Электорприемники, сочлененные с механизмами, работающими со статическим напором (вентиляторы, центробежные насосы и др.). На их производительность изменение частоты оказывает наибольшее влияние.

Как характерный пример механизмов, работающих со статическим напором, можно назвать питательные электронасосы собственных нужд тепловых электростанций, преодолевающих при работе высокое давление со стороны котельного агрегата. Мощность электродвигателей, работающих с такими механизмами Р º f^m, где m = 2…4.

Физически изменение потребителей мощности при изменении частоты можно пояснить следующим образом: если, например, частота повышается, то для вращения двигателя с повышенной скоростью необходима увеличенная активная мощность.

Изменение реактивной мощности асинхронных двигателей обусловлено изменением намагничивающей мощности и мощности рассеяния. Зависимость реактивной мощности электродвигателя от частоты показана на рис. 12.1. При повышении частоты намагничивающая мощность Q_нам уменьшается, так как уменьшается  насыщение, а мощность рассеяния Q_рас увеличивается. Здесь же показан характер изменения полной потребляемой реактивной мощности Q_å.

Для энергосистемы в целом зависимости активной Р_* и реактивной Q_* мощности от частоты, называемые статическими характеристиками нагрузки по частоте, приведены на рис.12.2. (Р_* и Q_* ‑ в относительных единицах).

Примечательно то, что при снижении частоты из‑за дефицита генерируемой активной мощности потребители уменьшают свою нагрузку, стремясь тем самым поддерживать частоту на прежнем уровне. Степень изменения нагрузки при изменении частоты, количественно оцениваемую производной  называют регулирующим эффектом нагрузки. Аналогичная картина происходит и при повышении частоты. На 1% снижения частоты суммарная активная нагрузка энергосистемы снижается на 1‑2%.

Наибольшую опасность отклонение частоты от номинального значения создает для нормальной работы электрических станций. Снижение частоты в электрической системе приводит к уменьшению