Распределение набросов активной нагрузки между агрегатами электростанций

Действительный график нагрузки энергосистемы не совпадает с заданным диспетчерским графиком. Поэтому периодически возникают те или иные небалансы мощности турбин и нагрузок генераторов электростанций. Следствием этого являются колебания частоты в системе. Основное уравнение баланса мощности для отдельного агрегата имеет вид:

,

где – активная мощность, развиваемая турбиной, отн. ед.; P – электрическая (тормозная) мощность генератора, отн. ед.; – потери в агрегате, отн. ед.; – постоянная инерции (механическая постоянная) вращающихся масс турбины и генератора, рад; – демпферный коэффициент; d – угол определяющий пространственное положение продольной оси ротора генератора, рад.

Постоянная инерции турбины и генератора определяется выражением:

,

где n ₀, n _ном – синхронная и номинальная частоты вращения; P _ном – номинальная мощность агрегата; – суммарный момент инерции турбины и генератора.

Умножение на синхронную угловую скорость вращения ротора w₀ дает в радианах. Пренебрегая в первом приближении потерями мощности в агрегате и демпферной мощностью, получаем:

или

,

где a – угловое ускорение вращающихся масс.

Внезапные набросы – сбросы нагрузки вызывают торможение – ускорение роторов генераторов; тем самым энергия вращающихся масс участвует в покрытии кратковременно возникающего небаланса мощности.

Тормозная мощность или мощность нагрузки генераторов зависит от частоты:

.

Реактивная мощность также зависит от частоты:

.

причем обычно n = 1¸ 2. Изменение активной и реактивной мощностей нагрузки генератора с изменением частоты рассмотрено ниже.

Рассмотрим систему с одним генератором. Частотная характеристика регулятора скорости первичного двигателя имеет вид – рис.1:

Рис. 1. Частотная характеристика регулятора скорости

На рисунке 2 представлена частотная характеристика активной и реактивной нагрузки с учетом потерь в сетях:

Рис. 2. Изменение активной и реактивной мощностей при изменении частоты в системе

Накладывая характеристики активной мощности друг на друга, получим точку пересечения (рис. 3), определяющую действительную частоту:

Рис. 3. Совмещенные частотные характеристики регулятора скорости и нагрузки

При снижении частоты на D f величина P _Г растет, а P _Н падает. Отрезок ac определяет дополнительную нагрузку D P, вызвавшую снижение частоты на величину D f.

Мощность, развиваемая турбиной в продолжительном режиме, зависит от пропуска пара или воды через турбину, который регулируется регулятором скорости турбины, называемым также первичным регулятором частоты.

Регуляторы могут иметь астатическую (вернее квазиастатическую) или статическую характеристику – рис. 4.

Рис. 4. Характеристики регуляторов скорости:

1 – астатическая; 2 – статическая

Статизм характеристики регулятора характеризуется коэффициентом статизма.

,

где

; ; .

Регуляторы скорости имеют естественную статическую характеристику, однако с помощью дополнительных устройств, называемых вторичными регуляторами частоты, можно получить результирующую астатическую (квазиастатическую) характеристику.

Следует отметить, что дежурному щита управления электростанции без помощи устройств автоматики трудно регулировать частоту в соответствии с жесткими требованиями ПУЭ и ГОСТ. Действительно, пусть допустимое отклонение частоты D f = 0, 1 Гц, а статизм регулятора . Тогда

.

Очевидно, что по щитовому прибору дежурному трудно уследить за изменением мощности генератора на 4 %. В связи с этим возникает задача осуществления комплексных автоматических устройств для согласованного регулирования частоты и распределения активных мощностей.