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 = 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 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
