Frekvenciaszabályozás az elektromos rendszerben

A villamosenergia-rendszerekben minden pillanatban annyi villamos energiát kell előállítani, amennyi az adott pillanatban a fogyasztáshoz szükséges, mivel nem lehet villamosenergia-tartalékot létrehozni.

A frekvencia a feszültséggel együtt az egyik fő áramminőségi mutatók... A frekvencia normáltól való eltérése az erőművek működésének megzavarásához vezet, ami általában az üzemanyag elégetéséhez vezet. A rendszer gyakoriságának csökkenése az ipari vállalkozások mechanizmusainak termelékenységének csökkenéséhez és az erőművek fő egységeinek hatékonyságának csökkenéséhez vezet. A frekvencia növekedése az erőművi blokkok hatékonyságának csökkenéséhez és a hálózati veszteségek növekedéséhez is vezet.

Jelenleg az automatikus frekvenciaszabályozás problémája a gazdasági és műszaki jellegű kérdések széles körét fedi le. Az elektromos rendszer jelenleg automatikus frekvenciaszabályozást végez.

A frekvencia hatása az erőművi berendezések működésére

Minden forgó mozgást végző egységet úgy számítanak ki, hogy a legnagyobb hatásfok háromszor valósuljon meg egy nagyon meghatározott forgási sebességtől, mégpedig a névleges fordulatszámon. A forgó mozgást végző egységek jelenleg nagyrészt elektromos gépekhez kapcsolódnak.

Az elektromos energia előállítása és fogyasztása főként váltakozó árammal történik; ezért a forgó mozgást végző blokkok többsége a váltóáram frekvenciájához kapcsolódik. Valóban, ahogy a generátor által generált generátor frekvenciája függ a turbina fordulatszámától, úgy a váltakozó áramú motor által hajtott mechanizmus sebessége is a frekvenciától függ.

A váltóáram frekvenciájának a névleges értéktől való eltérése eltérő hatással van a különböző típusú egységekre, valamint a különböző eszközökre és berendezésekre, amelyektől az energiarendszer hatékonysága függ.

A gőzturbina és lapátjai úgy vannak kialakítva, hogy a névleges fordulatszámon (frekvencián) és zökkenőmentes gőzbemeneten a lehető legnagyobb tengelyteljesítmény biztosított legyen. Ebben az esetben a forgási sebesség csökkenése a lapát gőzbecsapódásának veszteségéhez vezet a nyomaték egyidejű növekedésével, a forgási sebesség növekedése pedig a nyomaték csökkenéséhez és a forgatónyomaték növekedéséhez vezet. ütközés a penge hátsó oldalán. A leggazdaságosabb turbina működik névleges frekvencia.

Ezenkívül a csökkentett frekvencián történő működés a turbina rotorlapátjainak és egyéb alkatrészeinek felgyorsult kopásához vezet.A frekvenciaváltozás befolyásolja az erőmű önfogyasztó mechanizmusainak működését.

A frekvencia hatása a villamosenergia-fogyasztók teljesítményére

A villamosenergia-fogyasztók mechanizmusai és egységei a frekvenciafüggőség mértéke szerint öt csoportba oszthatók.

Első csoport. Olyan felhasználók, akiknek a frekvenciaváltozásnak nincs közvetlen hatása a kifejlesztett teljesítményre. Ide tartoznak: világítás, elektromos ívkemencék, ellenállás-szivárgás, egyenirányítók és az általuk táplált terhelések.

Második csoport. Mechanizmusok, amelyek teljesítménye a frekvencia első hatványával arányosan változik. Ezek a mechanizmusok a következők: fémvágó gépek, golyósmalmok, kompresszorok.

Harmadik csoport. Mechanizmusok, amelyek teljesítménye arányos a frekvencia négyzetével. Ezek olyan mechanizmusok, amelyek ellenállási nyomatéka arányos a frekvenciával első fokon. Nincsenek olyan mechanizmusok, amelyek pontosan ezzel az ellenállási pillanattal rendelkeznek, de számos speciális mechanizmus rendelkezik ehhez közelítő nyomatékkal.

Negyedik csoport. Ventilátor nyomatékmechanizmusok, amelyek teljesítménye arányos a frekvencia kockájával. Ilyen mechanizmusok közé tartoznak a ventilátorok és szivattyúk, amelyek statikus fejellenállással nem rendelkeznek, vagy csak elhanyagolhatóak.

Ötödik csoport. Mechanizmusok, amelyek teljesítménye nagyobb mértékben függ a frekvenciától. Ilyen mechanizmusok közé tartoznak a nagy statikus ellenállású szivattyúk (pl. erőművek tápszivattyúi).

Az utolsó négy felhasználói csoport teljesítménye a gyakoriság csökkenésével csökken, és a gyakoriság növekedésével növekszik. Első pillantásra úgy tűnik, hogy a felhasználók számára előnyös, ha megnövelt gyakorisággal dolgoznak, de ez korántsem így van.

Ezenkívül a frekvencia növekedésével az aszinkronmotor nyomatéka csökken, ami a készülék leállását és leállását okozhatja, ha a motornak nincs teljesítménytartaléka.

Automatikus frekvenciaszabályozás az elektromos rendszerben

A villamosenergia-rendszerek automatikus frekvenciaszabályozásának célja elsősorban az állomások és villamosenergia-rendszerek gazdaságos működésének biztosítása. A villamosenergia-rendszer működésének hatékonysága nem érhető el a normál frekvenciaérték megőrzése és a terhelés legkedvezőbb elosztása nélkül a párhuzamosan működő egységek és a villamosenergia-rendszer erőművei között.

A frekvencia szabályozásához a terhelést több párhuzamos munkaegység (állomás) között osztják el. Ugyanakkor a terhelést úgy osztják el az egységek között, hogy a rendszerterhelés kisebb változásaival (legfeljebb 5-10%) a hatalmas számú egység és állomás működési módja nem változik.

Változó jellegű terhelés esetén a legjobb mód az lesz, amelyben a blokkok (állomások) fő része a relatív lépések egyenlőségének feltételének megfelelő terhelést hordozza, és a terhelés kis és rövid ingadozásait váltással fedezik. egy kis rész terhelése az egységekből.

A párhuzamosan működő egységek közötti terhelés elosztása során arra törekednek, hogy mindegyik a legnagyobb hatásfokú területen működjön, így a minimális üzemanyag-fogyasztás biztosított.

Az összes nem tervezett terhelési változás fedezésével megbízott egységek, pl. A rendszerben a frekvenciaszabályozásnak meg kell felelnie a következő követelményeknek:

• nagy hatékonysággal rendelkeznek;

• lapos terhelési hatásfok görbéje legyen, pl. magas hatékonyság fenntartása a terhelés széles tartományában.

A rendszer terhelésének jelentős változása esetén (például annak növekedése), amikor a teljes rendszer átkapcsol nagyobb relatív erősítéssel rendelkező üzemmódra, a frekvenciaszabályozás átkerül egy ilyen állomásra. amely a relatív erősítés nagysága közel áll a rendszeréhez .

A frekvenciaállomás a beépített teljesítményen belül a legnagyobb szabályozási tartománnyal rendelkezik. A szabályozási feltételek könnyen megvalósíthatók, ha a frekvenciaszabályozás egyetlen állomáshoz rendelhető. Még egyszerűbb megoldást kapunk olyan esetekben, amikor a szabályozás egyetlen egységhez rendelhető.

A turbinák fordulatszáma határozza meg a frekvenciát az energiarendszerben, így a frekvencia szabályozása a turbina fordulatszám-szabályozóira ható. A turbinák általában centrifugális fordulatszám-szabályozóval vannak felszerelve.

Frekvenciaszabályozásra a legalkalmasabbak a normál gőzparaméterekkel rendelkező kondenzációs turbinák Az ellennyomású turbinák a frekvenciaszabályozásra teljesen alkalmatlan típusú turbinák, mivel elektromos terhelésüket teljes mértékben a gőzfelhasználó határozza meg, és szinte teljesen független a rendszerben lévő frekvenciától.

A frekvenciaszabályozás feladatát nem célszerű nagy gőzelszívású turbinákra bízni, mert egyrészt (nagyon kis szabályozási tartománnyal, másrészt változó terhelésű üzemre gazdaságtalanok).

A szükséges szabályozási tartomány fenntartásához a frekvenciaszabályozó állomás teljesítményének legalább a rendszer terhelésének 8-10%-át kell kitenni, hogy elegendő szabályozási tartomány legyen. A hőerőmű szabályozási tartománya nem lehet egyenlő a beépített teljesítménnyel. Ezért a frekvenciát beállító CHP teljesítményének a kazánok és turbinák típusától függően kétszer-háromszor nagyobbnak kell lennie, mint a szükséges beállítási tartomány.

A vízerőmű legkisebb beépített teljesítménye a szükséges szabályozási tartomány létrehozásához lényegesen kisebb lehet, mint a termikusé. Vízerőműveknél a szabályozási tartomány általában megegyezik a beépített kapacitással. Ha a frekvenciát vízierőmű szabályozza, akkor a turbina beindításától kezdődően nincs korlátozva a terhelés növekedési üteme. A vízi erőművek frekvenciaszabályozása azonban összefügg a vezérlőberendezések jól ismert bonyolultságával.

A vezérlőállomás kiválasztását az állomás típusa és a berendezés jellemzői mellett befolyásolja annak elhelyezkedése az elektromos rendszerben, nevezetesen a terhelési középponttól való elektromos távolság. Ha az állomás az elektromos terhelés közepén helyezkedik el, és erős távvezetékeken keresztül csatlakozik az alállomásokhoz és a rendszer egyéb állomásaihoz, akkor a szabályozó állomás terhelésének növekedése általában nem vezet a szabályozás megsértéséhez. statikus stabilitás.

Ezzel szemben, ha a vezérlőállomás távol van a rendszer közepétől, fennállhat az instabilitás veszélye.Ebben az esetben a frekvenciaszabályozást az e vektorok divergencia szögének szabályozásával kell kísérni. stb. c) rendszer és állomás az átvitt teljesítmény kezelésére vagy vezérlésére.

A frekvenciaszabályozó rendszerekkel szemben támasztott főbb követelmények szabályozzák:

• paraméterek és beállítási határok,

• statikus és dinamikus hiba,

• a blokkterhelés változási sebessége,

• a szabályozási folyamat stabilitásának biztosítása,

• az adott módszerrel történő szabályozás képessége.

A szabályozóknak egyszerűnek kell lenniük a kialakításuknak, működésüknek megbízhatónak és olcsónak.

Frekvenciaszabályozási módszerek az energiarendszerben

A villamosenergia-rendszerek növekedése szükségessé tette egy állomás több blokkjának, majd több állomás frekvenciájának szabályozását. Ebből a célból számos módszert alkalmaznak az energiarendszer stabil működésének és a magas frekvencia minőségének biztosítására.

Az alkalmazott szabályozási mód nem engedheti meg a frekvencia eltérési határértékek növelését a segédberendezésekben (aktív terheléselosztó eszközök, telemetriai csatornák stb.) fellépő hibák miatt.

A frekvenciaszabályozási módszerre azért van szükség, hogy a frekvencia egy adott szinten maradjon, függetlenül a frekvenciaszabályozó egységek terhelésétől (kivéve természetesen a teljes szabályozási tartományt), az egységek számától és a frekvenciavezérlő állomásoktól. , valamint a frekvenciaeltérés nagysága és időtartama.… A szabályozási módnak biztosítania kell a vezérlőegységek adott terhelési arányának fenntartását és a frekvenciát szabályozó összes egység egyidejű belépését a szabályozási folyamatba.

A statikus karakterisztika módszere

A legegyszerűbb módszer a rendszerben lévő összes egység frekvenciájának beállításával érhető el, amikor az utóbbiak statikus jellemzőkkel rendelkező sebességszabályozókkal vannak felszerelve. A szabályozási karakterisztika eltolódása nélkül működő blokkok párhuzamos működése esetén a terhelések blokkok közötti eloszlása ​​a statikus karakterisztikákból és a teljesítményegyenletekből megállapítható.

Üzem közben a terhelésváltozások jelentősen meghaladják az előírt értékeket, ezért a frekvencia nem tartható a megadott határokon belül. Ezzel a szabályozási módszerrel nagy forgó tartalékot kell elosztani a rendszer minden egységére.

Ez a módszer nem tudja biztosítani az erőművek gazdaságos üzemeltetését, hiszen egyrészt nem tudja kihasználni a gazdaságos blokkok teljes kapacitását, másrészt az összes blokk terhelése folyamatosan változik.

Asztatikus karakterisztikával rendelkező módszer

Ha a rendszeregységek egésze vagy egy része asztatikus karakterisztikával rendelkező frekvenciaszabályozóval van felszerelve, akkor elméletileg a rendszer frekvenciája változatlan marad a terhelés bármilyen változása esetén. Ez a szabályozási módszer azonban nem eredményez fix terhelési arányt a frekvenciavezérelt egységek között.

Ez a módszer sikeresen alkalmazható, ha a frekvenciavezérlés egyetlen egységhez van hozzárendelve.Ebben az esetben az eszköz teljesítményének a rendszer teljesítményének legalább 8-10%-ának kell lennie. Nem mindegy, hogy a fordulatszám-szabályozó asztatikus karakterisztikával rendelkezik, vagy a készülék asztatikus karakterisztikával rendelkező frekvenciaszabályozóval van felszerelve.

Minden nem tervezett terhelésváltozást egy asztatikus karakterisztikával rendelkező egység érzékel. Mivel a rendszerben a frekvencia változatlan marad, a rendszer többi egységének terhelése változatlan marad. Az egyegységes frekvenciavezérlés ebben a módszerben tökéletes, de elfogadhatatlannak bizonyul, ha a frekvenciavezérlés több egységhez van hozzárendelve. Ezt a módszert kis teljesítményű rendszerek szabályozására használják.

Generátor módszer

A mestergenerátor módszer olyan esetekben alkalmazható, amikor a rendszerviszonyoknak megfelelően több egység frekvenciáját kell beállítani ugyanazon az állomáson.

Az egyik blokkra egy asztatikus karakterisztikával rendelkező frekvenciaszabályozó van felszerelve, amelyet főnek neveznek. A fennmaradó blokkokra terhelésszabályozók (kiegyenlítők) vannak felszerelve, amelyek frekvenciaszabályozási feladatot is ellátnak. Feladatuk, hogy egy adott arányt tartsanak fenn a master egység terhelése és a frekvencia szabályozását segítő többi egység között. A rendszerben minden turbina statikus fordulatszám-szabályozóval rendelkezik.

A képzeletbeli etatizmus módszere

A képzeletbeli statikus módszer egy- és többállomásos szabályozásra egyaránt alkalmazható.A második esetben a frekvenciát beállító állomások és a vezérlőterem között kétirányú telemetriai csatornáknak kell lenniük (a terhelésjelzés továbbítása az állomásról a vezérlőterembe és az automatikus parancs továbbítása a vezérlőteremből az állomásra ).

A szabályozásban részt vevő minden eszközre frekvenciaszabályzót szerelnek fel. Ez a szabályozás asztatikus a rendszer frekvenciájának fenntartása szempontjából, és statikus a terhelések generátorok közötti elosztása tekintetében. Biztosítja a terhelések stabil elosztását a moduláló generátorok között.

A frekvenciavezérelt eszközök közötti terhelésmegosztás aktív terhelésmegosztó eszközzel valósul meg. Ez utóbbi, összefoglalva a vezérlőegységek teljes terhelését, egy bizonyos előre meghatározott arányban osztja fel közöttük.

A képzeletbeli statizmus módszere több állomásból álló rendszerben is lehetővé teszi a frekvencia szabályozását, ugyanakkor az adott terhelési arányt az állomások és az egyes egységek között is betartják.

Szinkron idő módszer

Ez a módszer a szinkron idő csillagászati ​​időtől való eltérését használja fel a frekvenciaszabályozás kritériumaként többállomásos energiaellátó rendszerekben telemechanika nélkül. Ez a módszer a szinkron idő csillagászati ​​időtől való eltérésének statikus függésén alapul, egy adott időpillanattól kezdve.

A rendszer turbinagenerátorainak rotorjainak normál szinkron fordulatszáma mellett a forgási nyomatékok és az ellenállási nyomatékok egyenlősége mellett a szinkronmotor forgórésze azonos sebességgel fog forogni. Ha egy nyilat helyezünk a szinkronmotor forgórészének tengelyére, az egy bizonyos skálán mutatja az időt. A szinkronmotor tengelye és a mutató tengelye közé megfelelő fogaskerék elhelyezésével lehetővé válik a mutató óra, perc vagy másodpercmutató sebességű forgása.

Az ezzel a nyíllal jelzett időt szinkronidőnek nevezzük. A csillagászati ​​idő pontos időforrásokból vagy elektromos áram frekvencia szabványokból származik.

Módszer az asztatikus és statikus jellemzők egyidejű szabályozására

Ennek a módszernek a lényege a következő. Az áramrendszerben két vezérlőállomás található, az egyik az asztatikus karakterisztika szerint, a másik a statikus szerint működik kis statikus együtthatóval. A tényleges terhelési ütemtervnek a vezérlőteremtől való kis eltérései esetén a terhelés ingadozását egy asztatikus karakterisztikával rendelkező állomás érzékeli.

Ebben az esetben egy statikus karakterisztikával rendelkező vezérlőállomás csak tranziens üzemmódban vesz részt a szabályozásban, elkerülve a nagy frekvenciaeltéréseket. Amikor az első állomás beállítási tartománya kimerült, a második állomás beállításra lép. Ebben az esetben az új állófrekvencia-érték eltér a névleges értéktől.

Míg az első állomás szabályozza a frekvenciát, a bázisállomások terhelése változatlan marad. A második állomás beállításakor a bázisállomások terhelése eltér a gazdaságostól.Ennek a módszernek az előnyei és hátrányai nyilvánvalóak.

Áramzár kezelési módszer

Ez a módszer abban áll, hogy az összekapcsolásba bevont villamosenergia-rendszerek mindegyike csak akkor vesz részt a frekvenciaszabályozásban, ha a frekvenciaeltérést a benne lévő terhelés változása okozza. A módszer az összekapcsolt energiarendszerek következő tulajdonságán alapul.

Ha valamelyik villamosenergia-rendszerben megnőtt a terhelés, akkor abban a frekvenciacsökkenés az adott csereteljesítmény csökkenésével, míg más villamosenergia-rendszerekben a frekvenciacsökkenéssel az adott csereteljesítmény növekedésével jár.

Ez annak a ténynek köszönhető, hogy minden olyan eszköz, amely statikus vezérlési jellemzőkkel rendelkezik, és megpróbálja fenntartani a frekvenciát, növeli a kimeneti teljesítményt. Tehát egy olyan villamosenergia-rendszernél, ahol terhelésváltozás történt, a frekvenciaeltérés előjele és a csereteljesítmény-eltérés előjele megegyezik, de más villamosenergia-rendszerekben ezek az előjelek nem azonosak.

Minden áramrendszernek van egy vezérlőállomása, ahol frekvenciaszabályozók és egy csereteljesítmény blokkoló relé vannak felszerelve.

Lehetőség van arra is, hogy az egyik rendszerbe egy áramcserélő relé által blokkolt frekvenciaszabályozót, egy szomszédos energiarendszerbe pedig egy frekvenciarelével blokkolt csereteljesítmény-szabályozót telepítsen.

A második módszer előnye az elsővel szemben, ha az AC teljesítményszabályozó névleges frekvencián tud működni.

Amikor az energiarendszer terhelése megváltozik, a frekvenciaeltérések és a csereteljesítmény jelei egybeesnek, a vezérlőáramkör nem blokkolódik, és a frekvenciaszabályozó hatására a rendszer blokkjainak terhelése nő vagy csökken. Más elektromos rendszerekben a frekvenciaeltérés és a csereteljesítmény előjelei eltérőek, ezért a vezérlőáramkörök blokkolva vannak.

Az ezzel a módszerrel történő szabályozáshoz televíziós csatornák jelenléte szükséges az alállomás között, ahonnan a csatlakozó vezeték egy másik villamosenergia-rendszer felé indul, és a frekvenciát vagy cserét szabályozó állomás között. A blokkolás szabályozási módszer sikeresen alkalmazható olyan esetekben, amikor a villamosenergia-rendszerek csak egy kapcsolattal kapcsolódnak egymáshoz.

Frekvenciarendszer módszere

Egy összekapcsolt rendszerben, amely több energiarendszert foglal magában, a frekvenciaszabályozás néha egy rendszerhez van rendelve, míg a többi az átvitt teljesítményt szabályozza.

Belső etatizmus módszer

Ez a módszer a vezérlés blokkolási módszer továbbfejlesztése. A frekvenciaszabályozó működésének blokkolása vagy megerősítése nem speciális teljesítményrelék segítségével történik, hanem a rendszerek közötti átvitt (csere) teljesítmény statizmusának létrehozásával.

A párhuzamosan működő energiarendszerek mindegyikében egy-egy szabályozó állomás van kijelölve, amelyekre szabályozók vannak felszerelve, amelyek a csereteljesítmény szempontjából statikusak. A szabályozók mind a frekvencia abszolút értékére, mind a csereteljesítményre reagálnak, ez utóbbit állandó értéken tartják, és a frekvencia megegyezik a névleges értékkel.

A gyakorlatban a villamosenergia-rendszerben napközben a terhelés nem marad változatlan, de a terhelési ütemezés szerinti változások, a rendszerben lévő generátorok száma és teljesítménye, valamint a megadott csereteljesítmény sem marad változatlan. Ezért a rendszer statikus együtthatója nem marad állandó.

A rendszerben nagyobb termelőkapacitás mellett kisebb, kisebb teljesítmény mellett pedig a rendszer statikus együtthatója nagyobb. Ezért nem mindig teljesül az etatizmus-együtthatók egyenlőségének feltétele. Ez azt eredményezi, hogy amikor az egyik villamosenergia-rendszerben megváltozik a terhelés, akkor mindkét energiarendszerben működésbe lép a frekvenciaváltó.

Egy olyan villamosenergia-rendszerben, ahol terheléseltérés történt, a frekvenciaváltó a teljes szabályozási folyamat során mindvégig egy irányba fog hatni, és megpróbálja kompenzálni az ebből eredő kiegyensúlyozatlanságot. A második energiarendszerben a frekvenciaszabályozó működése kétirányú lesz.

Ha a szabályozó csereteljesítményhez viszonyított stat együtthatója nagyobb, mint a rendszer stat együtthatója, akkor a szabályozási folyamat elején ennek az áramrendszernek a vezérlőállomása csökkenti a terhelést, ezáltal növeli a csereteljesítményt, és ezt követően növelje meg a terhelést, hogy visszaállítsa a névleges frekvencián a csereteljesítmény beállított értékét.

Ha a szabályozó stat együtthatója a csereteljesítményre vonatkoztatva kisebb, mint a rendszer stat együtthatója, a második energiarendszerben a szabályozási sorrend megfordul (először a hajtótényező elfogadása nő, majd csökken).