Узловые и линейные регуляторы частоты в электроэнергетической системе. Что такое встречное регулирование напряжения.

ЭЭС включает в себя большое количество электростанций, работающих параллельно на общую электрическую сеть. При изменении потребляемой активной мощности частота в энергосистеме меняется. Если дежурный персонал каждой электростанции начнет регулировать частоту, то частота в ЭЭС не сможет быть восстановлена на уровне номинального значения из-за несогласованных действий персонала различных станций. Поэтому задача регулирования частоты в ЭЭС возлагается не на все, а на одну или несколько электростанций с суммарной мощностью, достаточной для покрытия всех возможных изменений потребляемой

мощности в ЭЭС. Такие станции называются балансирующими по частоте.

Рассмотрим сначала случай, когда в ЭЭС для регулирования частоты выделена одна балансирующая станция. Остальные электростанции ЭЭС работают с заданной постоянной мощностью.

Статические характеристики балансирующей станции и остальных станций ЭЭС приведены на рис. 6.2,а соответственно справа и слева от вертикальной оси. При суммарной потребляемой мощности ΣР_п значения мощностей балансирующей станции и остальных станций характеризуются величинами Р_б и Р_с соответственно. В ЭЭС имеет место баланс активной мощности

Р_б+Р_с=ΣР_п, (6.4)

а частота в ЭЭС имеет номинальное значение f_ном.

При увеличении суммарной потребляемой мощности до значения ΣР_п' в результате первичного регулирования частота в ЭЭС уменьшится до значения f, а мощности балансирующей станции и остальных станций ЭЭС увеличатся до значений Р_б' и Р_с' соответственно. В ЭЭС вновь будет баланс мощности

Р_б'+Р_с'=ΣР_п', (6.5)

но при частоте f, отличающейся от номинальной f_ном.

На балансирующей станции вступает в действие вторичное регулирование частоты, увеличивается впуск энергоносителя в турбину и характеристика станции перемещается параллельно самой себе до положения, при котором весь прирост суммарной потребляемой мощности

ΔР_п=ΣР_п–ΣР_п' (6.6)

ляжет на генераторы балансирующей станции. Мощность этой станции увеличится до значения Р_б”. Мощность остальных станций в ЭЭС восстановится до исходного значения Р_с, а частота в ЭЭС – до номинального значения f_ном.

В мощных ЭЭС, как правило, недостаточно одной станции для покрытия возможных колебаний потребляемой активной мощности. В этом случае для регулирования частоты выделяются две или более балансирующих станций. Рассмотрим случай, когда в ЭЭС для регулирования частоты выделены две балансирующие станции.

Статические характеристики двух балансирующих станций 1 и 2 показаны на рис. 6.2,б. При суммарной потребляемой в ЭЭС мощности ΣР_п частота равна номинальной f_ном, станция 1 имеет нагрузку Р_б1, а станция 2 – нагрузку Р_б2. Нагрузка остальных станций составляет Р_с.

Суммарная потребляемая активная мощность в ЭЭС увеличивается до значения ΣР_п'. В результате первичного регулирования частота в ЭЭС уменьшится до значения f, а мощности балансирующих станций увеличатся до значений Р'_б1 и Р'_б2 соответственно. Нагрузка остальных станций ЭЭС увеличится до значения Р'_с.

В результате вторичного регулирования частоты характеристики балансирующих станций будут смещаться параллельно самим себе до достижения частотой номинального значения f_ном. При этом мощность электростанций, кроме балансирующих, уменьшится до исходной мощности Р_с, а балансирующие станции примут на себя все увеличение потребляемой в ЭЭС мощности

ΣР_п–ΣР'_п=ΔР_б1+ΔР_б2. (6.7)

Загрузка этих станций будет Р''_б1 и Р''_б2.

Из рис. 6.2,б видно, что приращения мощностей балансирующих станций обратно пропорциональны коэффициентам статизма их регуляторов

ΔР_б1/ΔР_б2=k_ст2 /k_ст1=tgα₂/tgα₁. (6.8)

Чем меньше статизм регуляторов турбин балансирующей станции, тем большую мощность возьмет на себя эта станция при увеличении суммарной потребляемой мощности. И наоборот, чем больше статизм регуляторов турбин балансирующей станции, тем меньшую мощность возьмет на себя станция при увеличении суммарной потребляемой мощности.

Регулирование напряжения осуществляется на шинах генераторов электростанций, шинах высшего и среднего напряжения крупных узловых подстанций в системообразующих сетях, шинах центров питания распределительных районных и местных электрических сетей.

Регулирование напряжения осуществляется с помощью специальных технических средств, называемых регулирующими устройствами. Все эти регулирующие устройства условно можно разделить на два типа: узловые и линейные. Узловые устройства изменяют режимные параметры сети – напряжение и реактивную мощность в точке подключения к сети. Это генераторы электростанций, синхронные компенсаторы, батареи конденсаторов, нерегулируемые и регулируемые реакторы и статические регулируемые источники реактивной мощности.

Линейные устройства изменяют схемные параметры сети – реактивное сопротивление, коэффициенты трансформации. Это конденсаторные установки продольной компенсации, трансформаторы, автотрансформаторы с устройствами регулирования напряжения под нагрузкой РПН, специальные регулировочные трансформаторы.

Регулирование, при котором напряжение на шинах центров питания в период наибольших нагрузок повышается, а в период наименьших нагрузок уменьшается, называется встречнымрегулированием напряжения.

Рассмотрим подробнее принцип встречного регулирования напряжения в ЦП сетевого района. На рис. 7.7 показана упрощенная схема сетевого района. От шин ЦП через распределительный трансформатор с сопротивлением ZРТ получают питание ближние потребители электроэнергии БП. От шин ЦП отходит линия сопротивлением Zл, в конце которой через распределительный трансформатор с сопротивлением ZРТ подключены дальние потребители электроэнергии ДП.

Напряжение у ближнего потребителя БП составляет

Uб=Uцп–ΔUрт, (7.9)

где Uцп – напряжение в ЦП;

ΔUрт – потеря напряжения в распределительном трансформаторе.

Напряжение у дальнего потребителя ДП составляет

Uд=Uцп–ΔUл–ΔUрт, (7.10)

где ΔUл – потеря напряжения в сопротивлении линии Zл.

Согласно ГОСТ 13109-97 нормально допустимые значения отклонений напряжения у потребителей находятся в диапазоне +5% Uном. При поддержании в ЦП напряжения, равного номинальному напряжению сети Uцп=Uном, изменения напряжения от ЦП до ближнего и дальнего потребителей, вычисленные по (7.10) и (7.11), характеризуются эпюрами 1 для режима максимальной нагрузки и эпюрами 2 для режима минимальной нагрузки. Из этих эпюр видно, что напряжение у ближнего потребителя в режимах минимальной и максимальной нагрузки находится в допустимых пределах. В режиме минимальной нагрузки напряжение у дальнего потребителя находится в допустимых пределах. В режиме максимальной нагрузки напряжение у дальнего потребителя ниже допустимого значения.

Рис. 7.7. Схема сети и эпюры напряжений, поясняющие принцип встречного регулирования напряжения

Для поддержания допустимого уровня напряжения у дальних потребителей в режиме максимальной нагрузки необходимо повысить напряжение в ЦП. При увеличении напряжения в ЦП до значения Uцп=1,05Uном изменения напряжений в сети до ближнего и дальнего потребителей характеризуются эпюрами 3. В этом случае напряжения у дальнего и ближнего потребителей находятся в допустимых пределах.

Таким образом, напряжение на шинах ЦП в режиме максимальной нагрузки необходимо поддерживать не ниже 1,05Uном, а в режиме минимальной нагрузки – на уровне Uном.

В ряде случаев централизованное встречное регулирование не может обеспечить требуемый уровень напряжения. Это обусловлено различными параметрами линий, отходящих от ЦП, и неоднородностью графиков нагрузки различных потребителей. В таких случаях необходимо использовать местное регулирование напряжения у потребителей, для которых не обеспечивается требуемый уровень напряжения.