Вопрос 2 Влияние частоты на работу электроприемников. Понятие о лавине частоты

Частота вращения двигателей пропорциональна изменению частоты сети, а производительность технологических линий зави­сит от частоты вращения двигателя. При значительном повышении частоты в энергосистеме, что может быть, например, в случае умень­шения (сброса) нагрузки, возможно повреждение оборудования.

Кроме того, пониженная частота в электрической сети влияет на срок службы оборудования, содержащего элементы со сталью (электродвигатели, трансформаторы), за счет увеличения тока на­магничивания в таких аппаратах и дополнительного нагрева сталь­ных элементов.

Влияние изменения нагрузки потребителей при изменении часто­ты можно проанализировать с помощью статических характеристик обобщенного узла нагрузки от частоты, приведенных на рис.5.

Рис. 5. Статические характеристики по частоте обобщенного узла нагрузки.

Как видно из рис. 5, снижение частоты до значе­ния f1 приводит к увеличе­нию потребляемой нагрузкой реактивной мощности Q, до значения Q*1, что влечет за собой понижение напряже­ния в узле присоединения на­грузки. При этом потребляе­мая активная мощность снижается до Р*1.Обычно увеличение потребляемой реактивной мощности выше, чем снижение активной мощности, что приводит к увеличению пере­токов полной мощности по элементам сети и, следовательно, к увели­чению потерь мощности и энергии в сети.

Изменение нагрузки потребителей в сети может быть различным по характеру. При малых изменениях нагрузки в системе требуется небольшой резерв мощности. В этих случаях автоматическое регу­лирование частоты в системе может производится на одной, так на­зываемой частотно-регулирующей станции. При больших измене­ниях нагрузки увеличение мощности должно быть предусмотрено на значительном числе станций. В связи с этим в соответствии с предполагаемыми изменениями нагрузок потребителей заранее со­ставляются графики соответствующего изменения нагрузки элект­ростанций. При этом предусматривается экономическое распреде­ление нагрузок между станциями.

Лавина частоты

Процесс нарушения устойчивости работы электрической системы в связи со снижением частоты из-за прогрессирующего дефицита активной мощности называется лавина частоты. Для энергосистем с ном частотой f= 50 Гц критическое значение, при котором производительность основных механизмов с.н тепловых электростанций, работающих от электродвигателей, снижается до нуля и наступает лавина частоты, равно 46..45 Гц

 

Вопрос 3: Физическая сущность баланса активных мощностей и ее связь с регулированием частоты

∑Рr=∑Рн+∑∆Р

 

Особенность электроэнергетических систем состоит в практически мгновенной передаче энергии от источников к потребителям и невозможности накапливания выработанной электроэнергии в заметных количествах. Эти свойства определяют одновременность процесса выработки и потребления электроэнергии.

В каждый момент времени в установившемся режиме энергосистемы ее электрические станции должны вырабатывать мощность, равную мощности потребителей, и покрывать потери мощности в сети, т.е. должен соблюдаться баланс вырабатываемой и потребляемой мощностей:

 

  SPг = SPн + SDP, (8.1)

 

где SPг - суммарная активная мощность, генерируемая электростанциями (за вычетом мощности, расходуемой на собственные нужды);  
  SPн - суммарная активная мощность нагрузки потребителей;  
  SDP - суммарные потери активной мощности.  

 

При нарушении исходного баланса частота принимает новое значение. Снижение (дефицит) генерируемой мощности приводит к уменьшению частоты, а ее избыток обусловливает рост частоты, т.е. при SPг<SPн частота понижается, а при SPг>SPн возрастает.

Мощность генератора зависит от ЭДС Еq:

  , (8.2)

 

где Uг – напряжение на зажимах генератора;  
  Xd – сопротивление генератора;  
  δ – угол между векторами ЭДС и напряжения.  

 

  Eq = Uг + jIгXd = Uг + jIг2pfL. (8.3)

 

При увеличении впуска энергоносителя (пара или воды) в турбину турбина начинает вращаться быстрее, возрастает ЭДС, соответственно возрастает частота. Если уменьшить подачу энергоносителя, то Pг снижается, и при том же составе нагрузки (известно, что около 80% нагрузки составляют электродвигатели) становится невозможным вращение двигателей с прежней скоростью:

 

  , (8.4)

 

здесь p – число пар полюсов.  

 

Двигатели начнут тормозиться и потреблять меньшую мощность, при этом может установиться новый баланс при f ≠ fном.

Номинальная частота свидетельствует о том, что генерируемой мощности достаточно для покрытия нормальной потребности электроприемников, при этом двигатели вращаются с номинальной скоростью. Пониженная частота указывает на дефицит генерируемой мощности, а повышенная – на ее избыток.

Причинами нарушения баланса мощности могут быть:

· аварийное отключение генератора;

· неожиданный рост потребления мощности;

· аварийное отключение нагруженных межсистемных и системообразующих линий или трансформаторов связи