Регулирующий эффект нагрузки

Глубина снижения частоты зависит не только от значения дефицита активной мощности в первый момент аварии, но и от характера нагрузки. Мощность нагрузки, в общем случае, зависит от частоты, причем эта зависимость для различных видов нагрузки неодинакова. Механизмы и агрегаты потребителей по степени их зависимости от частоты делятся на пять групп:

1. Лампы накаливания, нагревательные приборы и выпрямительные установки, мощность нагрузки которых практически не зависит от частоты.

2. Металлорежущие станки, мельницы, поршневые насосы и компрессоры, мощность нагрузки которых от частоты приблизительно в первой степени.

3. Потери в сетях и специальные установки, мощность нагрузки которых зависит от частоты приблизительно во второй степени.

4. Центробежные насосы и вентиляторы при статическом напоре, мощность нагрузки которых пропорциональна частоте в третьей степени.

5. Насосы с большим сопротивлением статического напора (например, питательные насосы электростанций), мощность нагрузки которых зависит от частоты в более высокой степени.

Обозначим составляющие общей нагрузки в долях единицы через а₀, а_1, а_2, а_3, а₄ (индексы0, 1, 2, 3, 4 обозначают степень зависимости данной категории нагрузки от частоты). Тогда зависимость мощности нагрузки энергии системы Р_Н от частоты f выразится соотношением

где Р_Н - мощность нагрузки при частоте f; Р_Н0 – мощность нагрузки энергосистемы при номинальной частоте f_ном=50 Гц.

Из этого уравнения видно, что с уменьшением частоты f нагрузка потребителей системы уменьшается, а при повышении частоты увеличивается. Эти изменения уменьшают небаланс активных мощностей генерации и потребление (дефицит или избыток мощности генерации) и соответственно изменение частоты. Таким образом, сама нагрузка действует подобно автоматическому регулятору частоты. Это явление называется регулирующим эффектом нагрузки (РЭН) и оценивается коэффициентом регулирующего эффекта нагрузки по частоте k_H.

Коэффициент k_H характеризует относительное изменение мощности нагрузки при относительном изменении частоты и равен:

k_H =а₁+2а₂+3а₃+4а₄

Для большинства энергосистем численное значение коэффициента регулирующего эффекта нагрузки колеблется в пределах k_H = 1,5 – 3.

К АЧР предъявляются следующие требования:

1. Мощность, отключаемая устройствами АЧР, должна быть достаточной для ликвидации максимального реально возможного дефицита мощности. Для этого при анализе схем и режимов работы энергосистемы необходимо выявить наиболее тяжелые по величине дефицита мощности аварийные ситуации (отключение значительной генерирующей мощности, сильно загруженных межсистемных связей и т.д.).

2. Устройства АЧР должны полностью исключить возможность возникновения лавины частоты и напряжения. При этом не допускается даже кратковременное снижение частоты ниже 45 Гц, а время работы с частотой ниже 47 Гц не должно превышать 20 с.

3. Устройства АЧР должны обеспечивать отключение нагрузки в соответствии с величиной возникшего дефицита мощности. А так как значения возникающих дефицитов мощности носят вероятностный характер, то для предотвращения излишних отключений потребителей комплекс устройств АЧР должен обладать способностью самонастраиваться в различных условиях. Для этого отключение нагрузки производится небольшими дозами по мере снижения частоты.

4. После действия АЧР частота должна восстанавливаться, как правило до 49-49,5 Гц. Дальнейший ее подъем осуществляется автоматическим включением гидроагрегатов и мероприятиями, проводимыми диспетчером энергосистем.

5. Как правило, устройства АЧР должны устанавливаться на подстанциях энергосистемы, однако допускается их установка непосредственно у потребителей.