Регулирование частоты с помощью вторичных автоматических регуляторов частоты

С целью повышения уровня автоматизации и точности поддержания частоты в энергосистеме используются специальные устройства _ автоматические регуляторы частоты. Эти централизованные устройства, называемые вторичными регуляторами, поддерживают заданное значение частоты в энергосистеме, воздействуя на установленные на агрегатах электростанций первичные регуляторы частоты вращения турбин.

Вторичные автоматические регуляторы частоты (АРЧ) изменяют с достаточной точностью отклонение частоты от номинального значения и вырабатывают управляющие команды.

На рис. 4.3 представлены схемы наиболее простых измерительных органов АРЧ, реагирующих на мгновенные отклонения частоты. Схемы представляют собой контуры из параллельно включенных активного сопротивления и индуктивности или емкости.

Контур настроен так, что при номинальном значении частоты сети токи I₁ и I₂ равны по значению. При понижении или повышении частоты сети вследствие изменения X_L и X_C равенство токов нарушается. В результате в зависимости от значения и знака отклонения частоты сети изменяется фаза тока на выходе контура, что и используется как признак отклонения частоты

Рис. 4.3 Принципиальные схемы измерительных органов вторичных регуляторов, реагирующих на мгновенное отклонение частоты

от номинального значения.

В других схемах используются резонансные контуры с параллельным включением L и С, а также фазочувствительные, фильтровые и балансные схемы. Кроме АРЧ, реагирующих на мгновенные отклонения частоты, используются также АРЧ, измерительные органы которых вырабатывают на своем выходе сигнал, пропорциональный интегралу отклонения частоты за заданный промежуток времени.

Управляющие команды АРЧ производят смещение характеристик первичных регуляторов (рис. 4.4). Так, если при f₀ генератор работал с нагрузкой Р₁, чему соответствовала точка а на характеристике 1, то при понижении частоты до f₁ генератор увеличил бы нагрузку до Р₂, которой на характеристике 1 соответствует точка б.

Рис. 4.4 Перемещение статической характеристики РЧВ при помощи МУТ

Для того чтобы восстановить нормальную частоту, АРЧ, воздействуя на механизм управления турбиной, передвигает характеристику первичного регулятора в положение 2, пока частота вновь не станет номинальной (точка в). При этом нагрузка генератора возрастет до Р₃. Интенсивность команд от АЧР пропорциональна отклонению частоты, а знак соответствует знаку отклонения.

Автоматический регулятор частоты имеет астатическую характеристику и воздействует на агрегаты электростанции, выделяемой для регулирования частоты в энергосистеме. Недостатком воздействия только на одну регулирующую электростанцию является необходимость обеспечения регулировочного диапазона на этой одной электростанции, что практически невозможно при наличии в энергосистеме достаточно мощной гидростанции. При недостаточном регулировочном диапазоне на одной электростанции АРЧ может воздействовать одновременно на две и более электростанции, используя для этой цели специальные каналы регулирования.

Автоматическое регулирование частоты должно осуществляться так, чтобы при этом обеспечилась также наиболее экономичная работа электростанций и энергосистемы в целом. Одним из основных условий получения максимальной экономичности является наивыгоднейшее распределение нагрузки между агрегатами электростанции или между электростанциями энергосистемы, обеспечивающее наименьшие расход условного топлива и потери мощности в электрической сети.

Выполнение первого условия достигается тем, что при понижении частоты в первую очередь загружаются наиболее экономичные агрегаты или электростанции. Это требование относится к агрегатам одной электростанции и электростанциям, связанным короткими сетями, потери мощности в которых не оказывают существенного влияния на экономичность энергосистемы в целом.

Если же электростанции связаны сетями большой протяженности, то должно быть обеспечено выполнение также и второго условия. Для этого загрузка и разгрузка электростанций при регулировании частоты должны производиться не только с учетом их экономичности, но также с учетом потерь мощности в сети.

Для выполнения указанных требований применяются специальные устройства распределения мощности (УРМ) разных типов, которые распределяют общее задание между электростанциями в соответствии с заранее рассчитанными для них долевыми участием. На регулирующих электростанциях также устанавливаются устройства для распределения задания между агрегатами. Такая система регулирования частоты называется централизованной.

В современных энергосистемах при регулировании частоты или перетоков мощности воздействие на изменение мощности генераторов или электростанций в целом производится через автоматические регуляторы электростанции (АРМС) и энергоблоков (АРМБ).

Структурная схема централизованного регулирования частоты несколькими электростанциями показана на рис. 4.5.

Рис. 4.5 Структурная схема централизованного регулирования частоты несколькими регулирующими электростанциями:

АЧР – автоматический регулятор частоты; УРМ – устройство распределения мощности между электростанциями; АКС1 – АКС3 – устройства связи для передачи и приема команд телерегулирования; АРМС1 – АРМС3 – устройства распределения мощности между агрегатами электростанций.

Как показано на структурной схеме на рис. 4.6, АРМС воспринимает задания на изменение мощности электростанции от регуляторов частоты (АРЧ), перетока мощности (АРПМ), ограничителя перетока мощности (АОМП) и от ручного задатчика внеплановой мощности (РЗВН) и распределяет суммарное задание между энергоблоками в заранее заданном долевом участии по их экономическим характеристикам.

Устройства АРМБ, получая задание от АРМС и ручного задатчика плановой мощности РЗПН, вырабатывают суммарное воздействие на регуляторы нагрузки турбин РНТ и котлов РНК и через них – на изменение мощности турбогенератора и котла. Изменение мощности прекращается, когда фактическая нагрузка генератора, контролируемая датчиком мощности ДМ, становится равной заданию. Эту мощность поддерживает АРМБ неизменной до тех пор, пока не изменится задание. Поэтому для того, чтобы АРМБ не препятствовал изменению под действием первичного РЧВ мощности при аварийном повышении или понижении частоты, используется частотный корректор ЧК, который при значительном отклонении частоты подает на АРМБ дополнительное задание на соответствующее изменение мощности энергоблока. Гидростанции оснащаются устройствами группового управления мощностью, выполняющими аналогичные функции.