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 SP_г<SP_н частота понижается, а при SP_г>SP_н возрастает.

Мощность генератора зависит от ЭДС Е_q:

,

(8.2)

 

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

 

Eq = U г + jI г Xd = U г + jI г 2pfL.

(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 P_г 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 ≠ f_ном.

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