15. Динамические частотные характеристики энергосистемы.

Это есть зависимость изменения частоты, при возникновении дефицита мощности, от времени, т.е. f=φ(t). То есть определяет характер протекания переходного процесса изменения частоты вследствие появления дефицита мощности.

. Р_Н.Б. – мощность небаланса.

При равенстве Р_Г = Р_НАГР – установившийся процесс. При возникновении Р_Н.Б на вал генератора будет действовать ускоряющий или тормозящий момент:

, тогда

.

Уравнение движения эквивалентного генератора в операторном виде:

, (3)

где – постоянная времени маховой инерции генераторов и нагрузки, отнесённая к мощности нагрузки. Р_Н.Б* – небаланс, отнесённый к мощности нагрузки.

1. Если отсутствует РЭН (К_Н = 0), то Р_Н.Б* = Р_Н.Б*0 = const.

В этом случае уравнение движения описывается интегрирующим звеном с коэффициентом передачи: . Частота будет уменьшаться (линейно).

2. К_Н>0

– апериодическое звено первого порядка.

, .

Такая передаточная функция может быть получена путём охвата интегрирующего звена жёсткой отрицательной обратной связью по структурной схеме:

Решение дифуравнения (3) описывается зависимостью частоты от времени и носит экспоненциальный характер.

, (5)

где f₀, f – начальная и текущая частота, Р_Н0 – мощность нагрузки при номинальной частоте, Р_Н.Б.0 – небаланс мощности, равный возникшему дефициту мощности.

Чем больше К_Н, тем меньше снижение частоты, поскольку сильнее уменьшается потребляемая мощность. При подъеме частоты (например, в результате действия АЧР) в формуле (5) меняется только знак:

.

Скорость снижения частоты можно определить путём дифференцирования (5) по времени. Максимум скорости приходится на t=0. по скорости снижения частоты можно определить значение возникшего относительного дефицита мощности, т.е. произвести отключения соответствующих нагрузок в самом начале переходного процесса. Минимальное значение частоты можно определить из (5), подставив t=∞ (время установившегося процесса снижения частоты). Исходя из этого определяется, при каком дефиците мощности при разных К_Н частота может снизиться до опасных значений. Опасные снижения частоты до величины 45 Гц возникают уже при достаточно малых дефицитах мощности (10–30%).

16. Регулирующий эффект нагрузки.

Изменение мощности нагрузки при изменении частоты и напряжения в свою очередь также оказывает влияние на параметры режима и это влияние принято называть регулирующим эффектом нагрузки соответственно по частоте и напряжению. При положительных коэффициентах наклона статических характеристик регулирующий эффект оказывает стабилизирующее влияние, то есть при переходе от одного установившегося режима к другому изменение напряжения и частоты будут меньше, чем они были бы при

неизменной мощности нагрузок. При малых отклонениях частоты и напряжения коэффициенты k_U^(P) k _U^(Q) k_f^(P) всегда положительны.

17. Лавина частоты и напряжения.

ЛАВИНА ЧАСТОТЫ

Разделение частей ЭЭС в точке сети, через которую в доаварийном режиме протекала значительная мощность, приводит к нарушению баланса активной мощности. Если в части ЭЭС, получавшей мощность извне, резервы недостаточны, то возникает дефицит активной мощности. Баланс активной мощности в установившемся режиме характеризуется равенством генерируемой и потребляемой мощностей при нормальной частоте. Он определяется точкой пересечения статических характеристик нагрузки (2) и генерирующих источников (1) (рис. 10.11). В исходном режиме этому соответствует точка А. Предположив ограничение характеристики генерирующих источников после разделения линией <?, следует, что баланс в установившемся режиме находится в точке Б (частота /аь). Эта частота может оказаться ниже значения, при котором производительность насосов, работающих на противодавление (питательные насосы котлов), оказывается недостаточной (см. § 8.1). В этом случае нарушается работа котлоагрегатов и электростанция должна быть остановлена. Частота в дефицитной части ЭЭС дополнительно снижается, что приводит к нарушению работы других электростанций, и т. д. до полного останова всех генерирующих источников. Восстановление работы электростанций требует подачи на каждую из них электроэнергии извне для приведения в действие технологического оборудования. Только после пуска котлов и турбин электростанции могут быть включены в работу.

Рис. 10.11. Статические характеристики системы по частоте и активной мощности

Из рассмотренного следует, что лавина частоты может вызвать тяжелую многочасовую энергетическую аварию на большой территории. Чтобы избежать ее, ЭЭС оснащаются частотной автоматикой, расположенной на подстанциях ЭЭС. По мере аварийного снижения частоты эта автоматика отключает линии распределительных сетей для удержания частоты в пределах, безопасных для функционирования собственных нужд электростанций. Затем частота доводится до значения, близкого к нормальному, при котором возможна синхронизация разделившихся частей ЭЭС, и последующее восстановление электроснабжения всех отключенных потребителей. В связи с тем, что процесс изменения частоты происходит с постоянной времени, обусловленной инерцией вращающихся масс, можно осуществить желательный ход изменения процесса и необходимые меры по его корректировке. В этом смысле управление производится с обратной связью, обеспечивающей повышенную надежность. Кроме того, как было показано в § 8.1, в качестве резервного средства при большом снижении частоты используется устройство, отделяющее генератор с собственными нуждами от системы для обеспечения их питания с нормальной частотой. В связи с некоторой разгрузкой отделяемых генераторов частотное деление сопровождается некоторым увеличением дефицита активной мощности. На ГЭС предусматривается автоматический пуск в течение 40— 60 с гидрогенераторов, находящихся в резерве, и перевод агрегатов, работающих в режиме СК, в активный режим (10—15 с).

ЛАВИНЫ НАПРЯЖЕНИЯ

Лавина напряжения  — Явление лавинообразного снижения напряжения вследствие нарушения статической устойчивости энергосистемы и нарастающего дефицита реактивной мощности

Различают несколько причин возникновения лавины напряжения: Сопутствующая лавина понижения напряжения возникает одновременно с лавиной частоты вследствие разделения ЭЭС на части, которые иногда приводят к потере части генерирующей реактивной мощности и зарядной мощности сети сверхвысокого напряжения, существенной для баланса. Кроме того, большое снижение частоты из-за его влияния на работу АРВ приводит к изменению напряжения на выводах генераторов. Известно, что измерительные органы АРВ пропорционального действия обладают индуктивностью, в результате чего они реагируют на снижение частоты как на эквивалентное ему повышение напряжения. В результате эти АРВ приводят к некоторому уменьшению напряжения. В среднем при снижении частоты на 1% напряжение уменьшается на 1,4%. АРВ сильного действия, реагируя на производную частоты, наоборот, воспринимают снижение частоты как уменьшение напряжения, что увеличивает возбуждение генераторов. Реакции АРВ обоих типов противоположны и в целом влияние изменения частоты на напряжение зависит от их удельного веса в ЭЭС. Процесс снижения напряжения при сопутствующей лавине протекает в два этапа. На первом этапе напряжение скачком уменьшается до установившегося значения, соответствующего балансу реактивной мощности (рис. 10.16). На втором этапе при снижении частоты, происходящем с постоянной времени Т=2—3 с, напряжение дополнительно уменьшается из-за характеристик АРВ. Изменение напряжения, влияя на мощность, потребляемую нагрузкой, в свою очередь оказывает некоторое воздействие на изменение частоты. При успешной работе частотной разгрузки ликвидируются дефициты как активной, так и реактивной мощностей. Главная опасность сопутствующей лавины напряжения заключается в том, что большие снижения напряжения могут вызвать отказы частотной автоматики, предназначенной для поддержания частоты в безопасных пределах. Возможны также отказы отключения выключателей на подстанциях с оперативным переменным током. Во избежание отказов необходимо, чтобы принцип действия реле частоты исключал влияние напряжения на их уставку, а цепи отключения выключателей на подстанциях с оперативным переменным током питались от стабилизаторов напряжения.

18. АЧР-I. Назначение и краткая характеристика устройства.

АЧР-I – быстродействующая категория разгрузки (без выдержки времени), состоит из большого числа очередей, действующих с различными уставками по частоте. АЧР-I предназначена для предотвращения снижения частоты ниже допустимого уровня. Опыт эксплуатации показывает, что при снижении частоты ниже 49 Гц вращающийся резерв мощности на ТЭС практически полностью мобилизуется (согласно ПТЭ, все регуляторы частоты вращения турбин со статизмом 4–5% полностью открывают регулирующие органы турбины при частоте 49 Гц). (статизм характеристики регулирования – это её производная) Поэтому верхний предел уставок АЧР-I устанавливается 48.5 Гц (в дальнейшем этот предел предполагается приблизить к 49 Гц, что может быть уже осуществлено в отдельных частях энергосистем с целью облегчения условий ресинхронизации). Нижний предел по частоте должен быть не ниже 46.5 Гц, т.е. выше минимально допустимого уровня.

В указанном диапазоне частот f_НАЧ = 48.5 Гц, f_MIN = 46.5 Гц, очереди АЧР-I распределяются равномерно с интервалом по частоте Δf = 0.1 Гц, который принят, исходя из точности приборов и генераторов частоты, используемых при настройке реле частоты. В АЧР-I может быть размещено до 26 очередей.

Выдержка времени устройств АЧР-I выбирается по условиям предотвращения ложной работы реле частоты. Для индукционного реле частоты типа ИЧВ-011 при резких изменениях контролируемого напряжения достаточна выдержка времени 0.25–0.3 с. Полупроводниковые реле частоты типа РЧ-1 в таких условиях ложно не работают, потому для них возможна меньшая выдержка времени. В случае синхронных качаний устройства АЧР-I с уставками по частоте 46.5–47.5 Гц практически не действуют, а для предотвращения их ложной работы с уставками 47.5–49.0 Гц достаточна выдержка времени 0.25–0.3 с, а в большинстве случаев 0.1–0.15 с.

Поскольку АЧР-I выполняется большим числом небольших по мощности очередей, она не может осуществлять подъём частоты, то есть эффект от её действия аналогичен эффекту от РЭН. Поэтому предусматривается АЧР-II.

19. АЧР-II. Назначение и краткая характеристика устройства.

АЧР-II предназначена для повышения f после работы АЧР-I, для предотвращения зависания f и её медленного снижения при аварийном постепенном снижении генерирующей мощности. Для всех очередей АЧР-II принимается единая уставка по частоте 48.5 Гц.

Уставки по времени срабатывания (интервал от t₁ до t₂), которые регулируются на разных комплектах от 5 до 60 c. Необходима для отстройки по времени от АЧР-I.

После отработки АЧР I, в момент времени t2 по истечении выдержки времени АЧР-II срабатывает её первая очередь, а через интервал Δt – её вторая очередь и так до тех пор, пока частота в энергосистеме не поднимется выше уставки устройств АЧР-II.

Рисунок 7

20. АЧР-III. Назначение и краткая характеристика устройства.