Регулирование частоты в изолированной ЭЭС

В установившемся режиме работы ЭЭС частота в ней определяется частотой вращения турбин генераторов электростанций. Для понимания процесса регулирования частоты рассмотрим характеристики турбины на примере простейшей ЭЭС, состоящей из одного агрегата, включающего турбину и генератор, работающий на выделенную нагрузку.

Случай нерегулируемой турбины показан на рис. 2.1,а. Впуск энергоносителя в турбину постоянный, и, следовательно, мощность турбины неизменна Р_т=const. Характеристика такой турбины представляет собой вертикальную прямую. Статические характеристики нагрузки по частоте показаны кривыми Р_н1и Р_н2. Причем P_н1<P_н2.

При мощности нагрузки Р_н1=Р_т (точка 1, рис. 2.1,а) частота в ЭЭС равна f_ном. При увеличении мощности нагрузки до значения Р_н2 (точка 2, рис. 2.1,а) частота в ЭЭС уменьшается до значения f₂.

а) б)

в) г)

Рис. 2.1. Характеристики турбины

Рассмотрим случай, когда турбина имеет регулятор, изменяющий впуск энергоносителя в турбину в зависимости от нагрузки. Если при изменении нагрузки регулятор восстанавливает частоту в ЭЭС до номинального значения, то такое регулирование называется астатическим. Характеристика турбины с таким регулятором представляет собой горизонтальную прямую (рис. 2.1,б).

При мощности нагрузки Р_н1=Р_т (точка 1, рис. 2.1,б) частота в ЭЭС 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 ЭЭС (точка 2).

Процесс восстановления частоты при уменьшении нагрузки Р_н происходит аналогично. В этом случае регулятор уменьшает впуск энергоносителя в турбину.

Если при изменении нагрузки регулятор восстанавливает частоту в ЭЭС до значения, близкого к номинальному, то такое регулирование называется статическим. Характеристика турбины со статическим регулятором представляет собой наклонную прямую (рис. 2.1,в). Тангенс угла наклона этой прямой представляет собой коэффициент статизма регулятора турбины

k_ст = tga. (2.3)

При мощности нагрузки Р_н1 = Р_т (точка 1, рис. 2.1,в) частота в ЭЭС 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 увеличивает частоту в ЭЭС до значения f₂ (точка 2), меньшего f_ном.

Такой процесс регулирования частоты при изменении нагрузки называют первичным регулированием частоты. Турбины с реальными регуляторами имеют статическую характеристику. Коэффициент статизма реальных турбин составляет k_ст=0,03...0,06.

Корректировка частоты при изменении нагрузки, т. е. доведение частоты до номинального значения f_ном, осуществляется с помощью вторичного регулирования частоты. Этот процесс иллюстрируется рис. 2.1,г.

При увеличении нагрузки до значения Р_н2> Р_н1 сначала осуществляется первичное регулирование частоты, которому отвечает точка 2, соответствующая мощности турбины Р_т2 и частоте f₂. 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 ЭЭС – номинального значения f_ном.

Первичное регулирование осуществляется, как правило, автоматически. Вторичное регулирование может осуществляться как автоматически, так и дежурным персоналом электростанции.