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; - угол определяющий пространственное положение продольной оси ротора генератора, рад.

Постоянная инерции турбины и генератора определяется выражением:

.

где n0, nном — синхронная и номинальная частоты вращения; Pном — номинальная мощность агрегата;

— суммарный момент инерции турбины и генератора.

Умножение на синхронную угловую скорость вращения ротора 0 дает в радианах. Пренебрегая в первом приближении потерями мощности в агрегате и демпферной мощностью, получаем:

.

где — 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 = 12. 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 f величина PГ растет, а PН падает. Отрезок ac определяет дополнительную нагрузку P, вызвавшую снижение частоты на величину 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.

Статизм характеристики регулятора характеризуется коэффициентом статизма.

.

;; .

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 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.

Распределение продолжительного наброса нагрузки между агрегатами со статическими характеристиками регуляторов скорости Пусть параллельно работают n агрегатов (рис. 5). При набросе нагрузок на отдельные генераторы P*1, P*2 и т. д. их частоты изменяются в соответствии с выражениями (далее индексы * опущены):

Рис. 5 Распределение наброса нагрузки между агрегатами:

а — поясняющая схема; б — характеристики агрегатов Так как при параллельной работе генераторов f1 = f2 = … =fn = f

.

Отсюда.

Таким образом, распределение продолжительного наброса активной мощности в первый момент возмущения обратно пропорционально коэффициентам статизма отдельных агрегатов.