Frequentieregeling in het voedingssysteem

In elektrische energiesystemen moet op elk moment zoveel elektriciteit worden opgewekt als nodig is voor verbruik op een bepaald moment, aangezien het onmogelijk is om elektrische energiereserves te creëren.

Frequentie samen met spanning is een van de belangrijkste Power Quality-indicatoren... Afwijking van de frequentie van normaal leidt tot verstoring van de werking van energiecentrales, wat in de regel leidt tot verbranding van brandstof. Een verlaging van de frequentie in het systeem leidt tot een afname van de productiviteit van mechanismen in industriële ondernemingen en tot een afname van de efficiëntie van de hoofdeenheden van energiecentrales. Een verhoging van de frequentie leidt ook tot een afname van het rendement van de eenheden van een elektriciteitscentrale en tot een toename van de netverliezen.

Momenteel omvat het probleem van de automatische frequentieregeling een groot aantal kwesties van economische en technische aard. Het voedingssysteem voert momenteel automatische frequentieregeling uit.

Effect van frequentie op de werking van apparatuur in energiecentrales

Alle eenheden die een roterende beweging uitvoeren, worden zo berekend dat hun hoogste efficiëntie driemaal wordt gerealiseerd vanaf één zeer specifieke rotatiesnelheid, namelijk bij de nominale. Op dit moment zijn de units die een roterende beweging uitvoeren grotendeels aangesloten op elektrische machines.

De productie en het verbruik van elektrische energie gebeurt voornamelijk op wisselstroom; daarom zijn de meeste blokken die een roterende beweging uitvoeren geassocieerd met de frequentie van wisselstroom. Net zoals de frequentie van de dynamo die door de dynamo wordt gegenereerd, afhangt van de snelheid van de turbine, zo hangt ook de snelheid van het door de wisselstroommotor aangedreven mechanisme af van de frequentie.

Afwijkingen van de wisselstroomfrequentie van de nominale waarde hebben een ander effect op verschillende typen eenheden, evenals op verschillende apparaten en apparaten waarvan de efficiëntie van het voedingssysteem afhangt.

De stoomturbine en zijn bladen zijn zo ontworpen dat het maximaal mogelijke asvermogen wordt geleverd bij het nominale toerental (frequentie) en naadloze stoomtoevoer. In dit geval leidt een afname van de rotatiesnelheid tot het optreden van verliezen voor de stoombotsing op het blad met een gelijktijdige toename van het koppel, en een toename van de rotatiesnelheid leidt tot een afname van het koppel en een toename van de botsing met de achterkant van het mes. De zuinigste turbine werkt bij nominale frequentie.

Bovendien leidt het werken met een lagere frequentie tot versnelde slijtage van de rotorbladen van de turbine en andere onderdelen.De verandering in frequentie beïnvloedt de werking van mechanismen voor eigen verbruik van de energiecentrale.

Effect van frequentie op de prestaties van elektriciteitsverbruikers

Mechanismen en eenheden van elektriciteitsverbruikers kunnen worden onderverdeeld in vijf groepen op basis van hun frequentieafhankelijkheid.

Eerste groep. Gebruikers van wie de frequentieverandering geen direct effect heeft op het ontwikkelde vermogen. Deze omvatten: verlichting, vlamboogovens, weerstandslekken, gelijkrichters en belastingen die hierdoor worden aangedreven.

Tweede groep. Mechanismen waarvan het vermogen varieert in verhouding tot de eerste macht van de frequentie. Deze mechanismen omvatten: metaalsnijmachines, kogelmolens, compressoren.

Derde groep. Mechanismen waarvan de kracht evenredig is met het kwadraat van de frequentie. Dit zijn mechanismen waarvan het weerstandsmoment evenredig is met de frequentie in de eerste graad. Er zijn geen mechanismen met dit exacte moment van weerstand, maar een aantal speciale mechanismen hebben een moment dat dit benadert.

Vierde groep. Ventilatorkoppelmechanismen waarvan het vermogen evenredig is met de derde macht van de frequentie. Dergelijke mechanismen omvatten ventilatoren en pompen met geen of verwaarloosbare statische drukweerstand.

Vijfde groep. Mechanismen waarvan de kracht in hogere mate afhankelijk is van de frequentie. Dergelijke mechanismen omvatten pompen met een grote statische weerstandskop (bijv. voedingspompen van elektriciteitscentrales).

De prestaties van de laatste vier gebruikersgroepen nemen af ​​met afnemende frequentie en stijgen met toenemende frequentie. Op het eerste gezicht lijkt het gunstig voor gebruikers om vaker te werken, maar dat is verre van het geval.

Bovendien, naarmate de frequentie toeneemt, neemt het koppel van de inductiemotor af, waardoor het apparaat kan afslaan en stoppen als de motor geen vermogensreserves heeft.

Automatische frequentieregeling in het voedingssysteem

Het doel van automatische frequentieregeling in energiesystemen is in de eerste plaats om de zuinige werking van stations en energiesystemen te waarborgen. De efficiëntie van de werking van het energiesysteem kan niet worden bereikt zonder de normale frequentiewaarde te behouden en zonder de meest gunstige verdeling van de belasting tussen de parallel werkende eenheden en de energiecentrales van het energiesysteem.

Om de frequentie te regelen wordt de belasting verdeeld over meerdere parallelle werkeenheden (stations). Tegelijkertijd wordt de belasting zodanig over de units verdeeld dat bij kleine veranderingen in de systeembelasting (tot 5-10%) de bedrijfsmodus van het enorme aantal units en stations niet verandert.

Met een variabele aard van de belasting, is de beste modus er een waarin het grootste deel van de blokken (stations) de belasting draagt ​​die overeenkomt met de voorwaarde van gelijkheid van relatieve stappen, en kleine en korte fluctuaties van de belasting worden gedekt door veranderende de belasting van een klein onderdeel van de units.

Wanneer ze de belasting verdelen over de parallel werkende units, proberen ze ervoor te zorgen dat ze allemaal werken in het gebied met de hoogste efficiëntie.In dit geval is een minimaal brandstofverbruik verzekerd.

De eenheden die belast zijn met het dekken van alle ongeplande belastingswisselingen, d.w.z. frequentieregeling in het systeem moet aan de volgende eisen voldoen:

• een hoog rendement hebben;

• een vlakke belastingsefficiëntiecurve hebben, d.w.z. hoog rendement behouden over een breed scala aan belastingsvariaties.

In het geval van een significante verandering in de belasting van het systeem (bijvoorbeeld de toename ervan), wanneer het hele systeem overschakelt naar een werkingsmodus met een grotere waarde van de relatieve versterking, wordt de frequentieregeling overgedragen aan zo'n station in waarbij de grootte van de relatieve versterking dicht bij die van het systeem ligt.

Het frequentiestation heeft het grootste regelbereik binnen zijn geïnstalleerd vermogen. De regelvoorwaarden zijn eenvoudig te realiseren als de frequentieregeling aan één enkel station kan worden toegewezen. Een nog eenvoudigere oplossing wordt verkregen in gevallen waarin regeling kan worden toegewezen aan een enkele eenheid.

De snelheid van de turbines bepaalt de frequentie in het voedingssysteem, dus de frequentie wordt geregeld door in te werken op de snelheidsregelaars van de turbine. Turbines zijn meestal uitgerust met centrifugale snelheidsregelaars.

Het meest geschikt voor frequentieregeling zijn condensatieturbines met normale stoomparameters.Tegendrukturbines zijn totaal ongeschikte typen turbines voor frequentieregeling, aangezien hun elektrische belasting volledig wordt bepaald door de stoomgebruiker en vrijwel volledig onafhankelijk is van de frequentie in het systeem.

Het is onpraktisch om de taak van frequentieregeling toe te vertrouwen aan turbines met grote stoomaanzuigingen, omdat ze ten eerste een (zeer klein regelbereik) hebben en ten tweede oneconomisch zijn voor variabele belasting.

Om het vereiste regelbereik te behouden, moet het vermogen van het frequentieregelstation minimaal 8 - 10% van de belasting in het systeem zijn, zodat er voldoende regelbereik is. Het regelbereik van de thermische centrale kan niet gelijk zijn aan het geïnstalleerde vermogen. Daarom moet het vermogen van de WKK, die de frequentie aanpast, afhankelijk van het type ketel en turbine, twee tot drie keer hoger zijn dan het vereiste instelbereik.

Het kleinste geïnstalleerde vermogen van de waterkrachtcentrale om het benodigde regelbereik te creëren, kan aanzienlijk lager zijn dan het thermische. Voor waterkrachtcentrales is het regelbereik meestal gelijk aan het geïnstalleerde vermogen. Wanneer de frequentie wordt geregeld door een waterkrachtcentrale, is er geen limiet aan de mate van toename van de belasting vanaf het moment dat de turbine wordt gestart. Frequentieregeling van waterkrachtcentrales gaat echter gepaard met de bekende complicatie van regelapparatuur.

Naast het stationtype en de kenmerken van de apparatuur, wordt de keuze van het controlestation beïnvloed door de locatie in het elektrische systeem, namelijk de elektrische afstand tot het lastzwaartepunt. Als het station zich in het midden van de elektrische belasting bevindt en via krachtige hoogspanningsleidingen is verbonden met onderstations en andere stations van het systeem, leidt een toename van de belasting van het regelstation in de regel niet tot een overtreding van statische stabiliteit.

Omgekeerd, wanneer het controlestation zich ver van het midden van het systeem bevindt, kan er een risico op instabiliteit zijn.In dit geval moet frequentieregeling gepaard gaan met controle van de divergentiehoek van de e-vectoren. enz. c) systeem en station voor het beheren of besturen van het uitgezonden vermogen.

De belangrijkste vereisten voor frequentieregelsystemen regelen:

• parameters en limieten van aanpassing,

• statische en dynamische fout,

• de mate van verandering in blokbelasting,

• zorgen voor stabiliteit van het regelgevingsproces,

• het vermogen om te reguleren volgens een bepaalde methode.

Regelaars moeten eenvoudig van ontwerp, betrouwbaar in gebruik en goedkoop zijn.

Frequentiecontrolemethoden in het voedingssysteem

De groei van energiesystemen leidde tot de noodzaak om de frequentie van verschillende blokken van één station en vervolgens meerdere stations te regelen. Voor dit doel worden een aantal methoden gebruikt om een ​​stabiele werking van het voedingssysteem en hoge frequentiekwaliteit te garanderen.

De toegepaste besturingsmethode mag geen verhoging van de frequentieafwijkingslimieten toestaan ​​als gevolg van fouten die optreden in hulpapparaten (actieve lastverdelingsapparaten, telemetriekanalen, enz.).

De frequentieregelmethode is nodig om ervoor te zorgen dat de frequentie op een bepaald niveau wordt gehouden, ongeacht de belasting van de frequentieregeleenheden (tenzij natuurlijk hun volledige regelbereik wordt gebruikt), het aantal eenheden en de frequentieregelstations en de grootte en duur van de frequentieafwijking.… De regelmethode moet ook zorgen voor het behoud van een bepaalde belastingsverhouding van de regeleenheden en de gelijktijdige intrede in het regelproces van alle eenheden die de frequentie regelen.

Methode van statische kenmerken

De eenvoudigste methode wordt verkregen door de frequentie van alle eenheden in het systeem aan te passen, wanneer deze zijn uitgerust met snelheidsregelaars met statische kenmerken. Bij parallelle werking van blokken die werken zonder de regelkarakteristieken te verschuiven, kan de verdeling van belastingen tussen de blokken worden gevonden uit de statische karakteristieke vergelijkingen en de vermogensvergelijkingen.

Tijdens bedrijf overschrijden belastingsveranderingen aanzienlijk de gespecificeerde waarden, daarom kan de frequentie niet binnen de gespecificeerde limieten worden gehouden. Bij deze manier van regelen is het nodig om een ​​grote roterende reserve te hebben, verspreid over alle units van het systeem.

Deze methode kan geen economische werking van energiecentrales garanderen, omdat enerzijds de volledige capaciteit van economische eenheden niet kan worden gebruikt en anderzijds de belasting van alle eenheden voortdurend verandert.

Methode met een astatische eigenschap

Als alle of een deel van de systeemeenheden zijn uitgerust met frequentieregelaars met astatische kenmerken, dan blijft theoretisch de frequentie in het systeem ongewijzigd voor eventuele veranderingen in de belasting. Deze regelmethode resulteert echter niet in een vaste belastingsverhouding tussen de frequentiegeregelde eenheden.

Deze methode kan met succes worden toegepast wanneer frequentieregeling is toegewezen aan een enkele unit.In dit geval moet het vermogen van het apparaat minimaal 8 - 10% van het systeemvermogen zijn. Het maakt niet uit of de snelheidsregelaar een astatische karakteristiek heeft of dat het apparaat is uitgerust met een frequentieregelaar met een astatische karakteristiek.

Alle ongeplande veranderingen in de belasting worden waargenomen door een eenheid met een astatische eigenschap. Aangezien de frequentie in het systeem ongewijzigd blijft, blijven de belastingen op de andere eenheden van het systeem ongewijzigd. Frequentieregeling met één unit bij deze methode is perfect, maar blijkt onaanvaardbaar wanneer frequentieregeling wordt toegewezen aan meerdere units. Deze methode wordt gebruikt voor regulering in energiezuinige systemen.

Generator methode

De master-generatormethode kan worden gebruikt in gevallen waarin het, afhankelijk van de systeemomstandigheden, nodig is om de frequentie van meerdere eenheden op hetzelfde station aan te passen.

Een frequentieregelaar met een astatische karakteristiek is geïnstalleerd op een van de blokken, de hoofdblok genaamd. Op de resterende blokken zijn belastingsregelaars (equalizers) geïnstalleerd, die ook belast zijn met de taak van frequentieregeling. Ze zijn belast met het handhaven van een bepaalde verhouding tussen de belasting van de master-unit en de andere units die helpen bij het regelen van de frequentie. Alle turbines in het systeem hebben statische snelheidsregelaars.

De methode van denkbeeldig statisme

De denkbeeldige statische methode is van toepassing op zowel een-station als multi-station regeling.In het tweede geval moeten er telemetriekanalen in twee richtingen zijn tussen de stations die de frequentie aanpassen en de meldkamer (verzenden van de belastingsindicatie van het station naar de meldkamer en het doorgeven van de automatische opdracht van de meldkamer naar het station ).

Op elk bij de regeling betrokken apparaat is een frequentieregelaar geïnstalleerd. Deze regeling is astatisch met betrekking tot het handhaven van de frequentie in het systeem en statisch met betrekking tot de verdeling van belastingen over de generatoren. Het zorgt voor een stabiele verdeling van belastingen tussen de modulerende generatoren.

Loadsharing tussen de frequentiegeregelde apparaten wordt bereikt door middel van een actief load sharing-apparaat. De laatste, die de volledige belasting van de besturingseenheden samenvat, verdeelt deze tussen hen in een bepaalde vooraf bepaalde verhouding.

De methode van denkbeeldig statisme maakt het ook mogelijk om de frequentie te regelen in een systeem van meerdere stations, en tegelijkertijd zal de gegeven belastingsverhouding zowel tussen stations als tussen individuele eenheden worden gerespecteerd.

Synchrone tijdmethode

Deze methode gebruikt de afwijking van de synchrone tijd van de astronomische tijd als criterium voor frequentieregeling in energiesystemen met meerdere stations zonder het gebruik van telemechanica. Deze methode is gebaseerd op de statische afhankelijkheid van de afwijking van de synchrone tijd van de astronomische tijd, beginnend vanaf een bepaald moment in de tijd.

Bij de normale synchrone snelheid van de rotoren van de turbinegeneratoren van het systeem en de gelijkheid van de draaimomenten en weerstandsmomenten, zal de rotor van de synchrone motor met dezelfde snelheid draaien. Als een pijl op de rotoras van een synchrone motor wordt geplaatst, zal deze de tijd op een bepaalde schaal weergeven. Door een geschikt tandwiel tussen de as van de synchrone motor en de as van de wijzer te plaatsen, is het mogelijk om de wijzer te laten draaien met de snelheid van de uren-, minuten- of secondewijzer van de klok.

De tijd die door deze pijl wordt weergegeven, wordt synchrone tijd genoemd. Astronomische tijd wordt afgeleid van nauwkeurige tijdbronnen of van elektrische stroomfrequentiestandaarden.

Een methode voor gelijktijdige controle van astatische en statische eigenschappen

De essentie van deze methode is als volgt. Er zijn twee controlestations in het voedingssysteem, een ervan werkt volgens de astatische karakteristiek en de tweede volgens de statische met een kleine statische coëfficiënt. Bij kleine afwijkingen van het werkelijke belastingschema vanuit de controlekamer zullen eventuele belastingfluctuaties worden waargenomen door een station met een astatische karakteristiek.

In dit geval zal een controlestation met een statische karakteristiek alleen in de tijdelijke modus deelnemen aan de regeling, waardoor grote frequentieafwijkingen worden vermeden. Wanneer het afstelbereik van het eerste station is uitgeput, gaat het tweede station over op afstelling. In dit geval zal de nieuwe stationaire frequentiewaarde verschillen van de nominale.

Terwijl het eerste station de frequentie regelt, blijft de belasting van de basisstations ongewijzigd. Bij aanpassing door het tweede station zal de belasting op de basisstations afwijken van de economische.De voor- en nadelen van deze methode liggen voor de hand.

Power Lock-beheermethode

Deze methode bestaat erin dat elk van de voedingssystemen die deel uitmaken van de interconnectie alleen deelneemt aan frequentieregeling als de frequentieafwijking wordt veroorzaakt door een verandering in de belasting erin. De methode is gebaseerd op de volgende eigenschap van onderling verbonden energiesystemen.

Als de belasting in een willekeurig energiesysteem is toegenomen, gaat een verlaging van de frequentie daarin gepaard met een afname van het gegeven uitwisselingsvermogen, terwijl in andere energiesystemen een verlaging van de frequentie gepaard gaat met een toename van het gegeven uitwisselingsvermogen.

Dit komt door het feit dat alle apparaten met statische besturingskenmerken, die proberen de frequentie te behouden, het uitgangsvermogen verhogen. Dus voor een voedingssysteem waar een verandering in de belasting heeft plaatsgevonden, komen het teken van de frequentieafwijking en het teken van de afwijking van het uitwisselingsvermogen overeen, maar in andere voedingssystemen zijn deze tekens niet hetzelfde.

Elk voedingssysteem heeft één controlestation waar frequentieregelaars en een wisselstroomblokkeerrelais zijn geïnstalleerd.

Het is ook mogelijk om in een van de systemen een frequentieregelaar te installeren die wordt geblokkeerd door een vermogensuitwisselingsrelais, en in een aangrenzend energiesysteem - een uitwisselingsvermogensregelaar die wordt geblokkeerd door een frequentierelais.

De tweede methode heeft een voordeel ten opzichte van de eerste als de wisselstroomregelaar op nominale frequentie kan werken.

Wanneer de belasting in een voedingssysteem verandert, vallen de tekenen van frequentieafwijkingen en uitwisselingsvermogen samen, wordt het regelcircuit niet geblokkeerd en onder invloed van de frequentieregelaar neemt de belasting van de blokken van dit systeem toe of af. In andere voedingssystemen zijn de tekenen van frequentieafwijking en uitwisselingsvermogen verschillend en daarom zijn de regelcircuits geblokkeerd.

Regeling volgens deze methode vereist de aanwezigheid van televisiekanalen tussen het onderstation van waaruit de verbindingslijn vertrekt naar een ander elektriciteitssysteem en het station dat de frequentie of uitwisselingsstroom regelt. De blokkeerbesturingsmethode kan met succes worden toegepast in gevallen waarin de voedingssystemen slechts door één verbinding met elkaar zijn verbonden.

Frequentie systeem methode

In een onderling verbonden systeem dat meerdere voedingssystemen omvat, wordt frequentieregeling soms toegewezen aan één systeem, terwijl de andere het uitgezonden vermogen regelen.

Interne statistische methode

Deze methode is een doorontwikkeling van de control blocking methode. Het blokkeren of versterken van de werking van de frequentieregelaar gebeurt niet door middel van speciale vermogensrelais, maar door statisme te creëren in het uitgezonden (uitwisselings)vermogen tussen de systemen.

In elk van de parallel werkende energiesystemen wordt één regelstation toegewezen, waarop regelaars zijn geïnstalleerd, die statisme hebben in termen van uitwisselingsvermogen. Regelaars reageren op zowel de absolute waarde van de frequentie als het uitwisselingsvermogen, terwijl de laatste constant wordt gehouden en de frequentie gelijk is aan de nominale.

In de praktijk blijft in het voedingssysteem gedurende de dag de belasting niet ongewijzigd, maar de wijzigingen volgens het belastingschema, het aantal en het vermogen van de generatoren in het systeem en het opgegeven uitwisselingsvermogen blijven ook niet ongewijzigd. Daarom blijft de statische coëfficiënt van het systeem niet constant.

Bij een hoger opwekkingsvermogen in het systeem is het kleiner en bij een lager vermogen daarentegen is de statische coëfficiënt van het systeem hoger. Daarom zal niet altijd aan de vereiste voorwaarde van gelijkheid van statistische coëfficiënten worden voldaan. Dit zal ertoe leiden dat wanneer de belasting in één voedingssysteem verandert, de frequentieomvormers in beide voedingssystemen in actie komen.

In een voedingssysteem waarin een lastafwijking is opgetreden, zal de frequentieomvormer tijdens het gehele regelproces voortdurend in één richting werken en proberen de resulterende onbalans te compenseren. In het tweede voedingssysteem zal de werking van de frequentieregelaar bidirectioneel zijn.

Als de statistische coëfficiënt van de regelaar met betrekking tot het uitwisselingsvermogen groter is dan de statistische coëfficiënt van het systeem, dan zal aan het begin van het regelproces het controlestation van dit voedingssysteem de belasting verminderen, waardoor het uitwisselingsvermogen toeneemt, en verhoog daarna de belasting om de ingestelde waarde van het uitwisselingsvermogen bij de nominale frequentie te herstellen.

Wanneer de statistische coëfficiënt van de regelaar met betrekking tot het uitwisselingsvermogen kleiner is dan de statische coëfficiënt van het systeem, zal de besturingsvolgorde in het tweede vermogenssysteem worden omgekeerd (eerst zal de acceptatie van de drijvende factor toenemen, en dan zal het afname).