Моделювання зміни частоти в енергосистемі в аварійних режимах (Загальна постановка завдань)

1  ЗАГАЛЬНА ПОСТАНОВКА ЗАВДАНЬ

1.1  Баланс активної потужності і його зв'язок із частотою

Особливість електроенергетичних систем складається в практично миттєвій передачі енергії від джерел до споживачів і неможливості нагромадження виробленої електроенергії в помітних кількостях. Ці властивості визначають одночасність процесу виробітку й споживання електроенергії.

У кожен момент часу в сталому режимі системи її електричні станції повинні виробляти активну потужність  Р_Г, рівну потужності споживачів   Р_П, і покривати втрати в мережі, тобто повинен дотримуватися баланс вироблюваної й споживаної потужностей. При незмінному складі навантажень системи  споживана ними потужність пов'язана із частотою змінного струму. При порушенні вихідного балансу частота приймає нове значення. Зниження генеріруємой активної потужності приводить до зменшення частоти, її зростання є причиною росту частоти.

Причинами порушення балансу потужності можуть бути:

- аварійне відключення генератора;  

- несподіваний ріст споживання потужності;

- аварійне відключення ліній або трансформаторів зв'язку.

Перевищення Р_Г над Р_П, що приводить до росту частоти, можна ліквідувати, зменшуючи потужність генераторів або відключити частина з них. Зниження частоти через перевищення Р_П над Р_Р вимагає мобілізації резерву потужності або автоматичного частотного розвантаження (АЧР). У противному випадку зниження частоти може привести не тільки до браку, але й до ушкодження обладнання станцій і розвалу системи.

У всіхрежимах повинен  бути певний  резерв потужності, реалізований при відповідному росту навантажень. Резерв може бути гарячим і холодним. Крім резерву потужності на електростанціях необхідний резерв по енергії. На ТЕС повинен бути забезпечений відповідний запас палива, на ГЕС - запас води. Якщо резерв станції вичерпаний, то в дію вступає пристрої АЧР, які призначені для швидкого відновлення балансу потужності при її дефіциті шляхом відключення частини споживачів.

Коливання сумарного навантаження системи , що викликають зміни частоти електричних систем, можна розділити на три групи.

- Швидкі коливання, що мають період порядку 1-3 с.й амплітуду менше 0,001 сумарного навантаження  системи. Ці коливання в основному залежать від малих переміщень роторів генераторів, т, е. від електромеханічних процесів у генераторах системи. Коливання частоти, викликані цими коливаннями навантаження, звичайно становлять соті частки герців 0,01—0,02 гц.

- Середні коливання сумарного навантаження, що досягають амплітуди 0,01 , що мають період коливань порядку десятків секунд 10-30 с. Ці коливання викликаються нерегулярними змінами потужності, що відбуваються в процесі роботи споживачів електричної системи (тяга, печі й ін). Коливання частоти, викликані цими коливаннями навантаження, досягають десятих часток герца 0,1-0,2 гц.

- Повільні коливання, що відбуваються з періодом порядку хвилин і десятків хвилин. Вони викликані змінами сумарного навантаження, пов'язаними із часом доби, атмосферними явищами, технологією виробництва й змінами умов побуту (включення плиток, печей і т.д.).

1.2 Вимоги, пропоновані до частоти змінного струму

Частота змінного електричного струму виявляєте одним з головних показників якості електричної енергії, що вироблена генераторами електростанцій і постачаємої споживачам. Від частоти змінного струму залежить частота обертання електродвигунів, а, отже, і продуктивність механізмів, що обертають ними, (верстатів, насосів, вентиляторів і т, п.). При зниженні  частоти їхня продуктивність знижується. Підвищення ж частоти приводить до перевитрати електроенергії. Таким чином, усяке відхилення частоти від номінального значення завдає шкоди господарству. Тому, а також по ряду інших важливих причин, частота змінного струму нормується.

Номінальне значення частоти змінного струму становить 50 Гц. Припустиме відхилення від номінального значення становить ±0,1 Гц. Допускається короткочасна робота з відхиленням ±0,2 Гц [1].