Sagedusregulatsioon elektrisüsteemis

Elektrisüsteemides tuleb igal ajahetkel toota nii palju elektrit, kui on antud hetkel tarbimiseks vajalik, kuna elektrienergia varusid pole võimalik luua.

Sagedus koos pingega on üks peamisi elektrikvaliteedi näitajad... Sageduse kõrvalekalle normist põhjustab elektrijaamade töö häireid, mis reeglina toob kaasa kütuse põlemise. Süsteemi sageduse vähenemine toob kaasa mehhanismide tootlikkuse languse tööstusettevõtetes ja elektrijaamade põhisõlmede efektiivsuse vähenemise. Sageduse kasv toob kaasa ka elektrijaama plokkide kasuteguri languse ja võrgukadude suurenemise.

Praegu hõlmab automaatse sageduse reguleerimise probleem paljusid majanduslikku ja tehnilist laadi küsimusi. Elektrisüsteem teostab hetkel automaatset sageduse reguleerimist.

Sageduse mõju elektrijaama seadmete tööle

Kõik pöördliikumist teostavad üksused on arvutatud nii, et nende kõrgeim kasutegur realiseerub kolm korda ühest väga kindlast pöörlemiskiirusest, nimelt nominaalkiirusel. Hetkel on pöörlevat liikumist teostavad agregaadid valdavalt ühendatud elektrimasinatega.

Elektrienergia tootmine ja tarbimine toimub peamiselt vahelduvvoolul; seetõttu on suurem osa pöörlevat liikumist teostavaid plokke seotud vahelduvvoolu sagedusega. Tõepoolest, nii nagu generaatori genereeritava generaatori sagedus sõltub turbiini kiirusest, nii sõltub ka vahelduvvoolumootori käitatava mehhanismi kiirus sagedusest.

Vahelduvvoolu sageduse kõrvalekalded nimiväärtusest mõjutavad erinevat tüüpi seadmeid, samuti erinevaid seadmeid ja seadmeid, millest sõltub elektrisüsteemi efektiivsus.

Auruturbiin ja selle labad on konstrueeritud nii, et nimipöörete (sageduse) ja sujuva auru sisendi juures tagatakse maksimaalne võimalik võlli võimsus. Sel juhul põhjustab pöörlemiskiiruse vähenemine tera auru kokkupõrke kadude tekkimist koos pöördemomendi samaaegse suurenemisega ning pöörlemiskiiruse suurenemine põhjustab pöördemomendi vähenemise ja pöördemomendi suurenemise. kokkupõrge tera tagaküljel. Kõige ökonoomsem turbiin töötab nimisagedus.

Lisaks põhjustab vähendatud sagedusega töötamine turbiini rootori labade ja muude osade kiiremat kulumist.Sageduse muutus mõjutab elektrijaama omatarbimismehhanismide tööd.

Sageduse mõju elektritarbijate jõudlusele

Elektritarbijate mehhanismid ja ühikud võib nende sagedusest sõltuvuse astme järgi jagada viide rühma.

Esimene rühm. Kasutajad, kelle sageduse muutus ei mõjuta otseselt arendatavat võimsust. Nende hulka kuuluvad: valgustus, elektrikaarahjud, takistuse lekked, alaldid ja nende toiteallikad.

Teine rühm. Mehhanismid, mille võimsus varieerub võrdeliselt sageduse esimese astmega. Nende mehhanismide hulka kuuluvad: metalli lõikamismasinad, kuulveskid, kompressorid.

Kolmas rühm. Mehhanismid, mille võimsus on võrdeline sageduse ruuduga. Need on mehhanismid, mille takistusmoment on võrdeline esimese astme sagedusega. Selle täpse takistusmomendiga mehhanisme ei ole, kuid paljudel erimehhanismidel on sellele ligilähedane moment.

Neljas rühm. Ventilaatori pöördemomendi mehhanismid, mille võimsus on võrdeline sageduse kuubiga. Selliste mehhanismide hulka kuuluvad ventilaatorid ja pumbad, millel puudub staatiline peatakistus või see on tühine.

Viies rühm. Mehhanismid, mille võimsus sõltub sagedusest suuremal määral. Selliste mehhanismide hulka kuuluvad suure staatilise takistusega pumbad (nt elektrijaamade toitepumbad).

Viimase nelja kasutajarühma jõudlus väheneb sageduse vähenemisega ja suureneb sageduse suurenemisega. Esmapilgul tundub, et kasutajatel on kasulik kõrgendatud sagedusega töötada, kuid see pole kaugeltki nii.

Lisaks väheneb sageduse kasvades asünkroonmootori pöördemoment, mis võib põhjustada seadme seiskumise ja seiskumise, kui mootoril pole jõuvarusid.

Automaatne sageduse juhtimine elektrisüsteemis

Automaatse sageduse juhtimise eesmärk elektrisüsteemides on eelkõige jaamade ja elektrisüsteemide säästliku töö tagamine. Elektrisüsteemi töö efektiivsust ei ole võimalik saavutada ilma normaalsageduse väärtust säilitamata ja ilma koormuse kõige soodsama jaotumiseta paralleelselt töötavate sõlmede ja elektrisüsteemi elektrijaamade vahel.

Sageduse reguleerimiseks jaotatakse koormus mitme paralleelse tööüksuse (jaama) vahel. Samal ajal jaotatakse koormus üksuste vahel nii, et süsteemi koormuse väiksemate muutustega (kuni 5-10%) ei muutu tohutu hulga üksuste ja jaamade töörežiim.

Koormuse muutuva iseloomuga on parim režiim, kus põhiosa plokkidest (jaamadest) kannab suhteliste sammude võrdsuse tingimusele vastavat koormust ning koormuse väikesed ja lühikesed kõikumised kaetakse muutmisega. väikese osa koormus üksustelt.

Kui nad jaotavad koormuse paralleelselt töötavate agregaatide vahel, püüavad nad tagada, et need kõik töötaksid kõrgeima efektiivsusega piirkonnas, mis tagab minimaalse kütusekulu.

Üksused, kelle ülesandeks on katta kõik ettenägematud koormuse muutused, s.o. sageduse reguleerimine süsteemis peab vastama järgmistele nõuetele:

• on kõrge efektiivsusega;

• omama tasase koormuse efektiivsuse kõverat, st. kõrge efektiivsuse säilitamine mitmesugustes koormuse variatsioonides.

Süsteemi koormuse olulise muutumise (näiteks selle suurenemise) korral, kui kogu süsteem lülitub suurema suhtelise võimenduse väärtusega töörežiimile, viiakse sageduse juhtimine üle sellisele jaamale mille suhtelise võimenduse suurus on lähedane süsteemi omale .

Sagedusjaamal on paigaldatud võimsuse piires suurim juhtimisulatus. Juhtimistingimusi on lihtne rakendada, kui sagedusjuhtimise saab määrata ühele jaamale. Veelgi lihtsam lahendus saadakse juhtudel, kui regulatsiooni saab määrata ühele üksusele.

Turbiinide kiirus määrab sageduse elektrisüsteemis, seega juhitakse sagedust turbiini kiiruse regulaatorite abil. Turbiinid on tavaliselt varustatud tsentrifugaalkiiruse regulaatoritega.

Sageduse reguleerimiseks sobivad kõige paremini normaalsete auruparameetritega kondensatsiooniturbiinid Vasturõhuturbiinid on sageduse reguleerimiseks täiesti sobimatud turbiinitüübid, kuna nende elektrilise koormuse määrab täielikult aurukasutaja ja see on peaaegu täielikult sõltumatu süsteemi sagedusest.

Sageduse reguleerimise ülesannet on ebaotstarbekas usaldada suure auruimemisvõimsusega turbiinidele, kuna esiteks on neil (väga väike juhtimisulatus ja teiseks on need muutuva koormusega töötamiseks ebaökonoomsed.

Vajaliku reguleerimisvahemiku säilitamiseks peaks sagedusjuhtimisjaama võimsus olema vähemalt 8 - 10% süsteemi koormusest, et oleks piisav reguleerimisvahemik. Soojuselektrijaama reguleerimisvahemik ei saa olla võrdne installeeritud võimsusega. Seetõttu peaks sagedust reguleeriva koostootmisjaama võimsus olenevalt katelde ja turbiinide tüübist olema kaks kuni kolm korda suurem kui nõutav reguleerimisvahemik.

Hüdroelektrijaama väikseim installeeritud võimsus vajaliku reguleerimisvahemiku loomiseks võib olla oluliselt väiksem kui soojuslik. Hüdroelektrijaamade puhul on reguleerimisvahemik tavaliselt võrdne paigaldatud võimsusega. Kui sagedust juhib hüdroelektrijaam, ei ole koormuse suurenemise kiirusel alates turbiini käivitamisest piiranguid. Hüdroelektrijaamade sageduse reguleerimine on aga seotud juhtimisseadmete tuntud keerukusega.

Lisaks jaama tüübile ja seadmete omadustele mõjutab juhtimispuldi valikut selle asukoht elektrisüsteemis, nimelt elektriline kaugus koormuskeskmest. Kui jaam asub elektrikoormuse keskel ja on võimsate elektriliinide kaudu ühendatud alajaamade ja teiste süsteemi jaamadega, siis reeglina ei too reguleerimisjaama koormuse suurenemine kaasa elektrilise koormuse rikkumist. staatiline stabiilsus.

Ja vastupidi, kui juhtimisjaam asub süsteemi keskpunktist kaugel, võib tekkida ebastabiilsuse oht.Sel juhul peab sageduse reguleerimisega kaasnema e vektorite lahknemisnurga juhtimine. jne. c) süsteem ja jaam edastatava võimsuse haldamiseks või juhtimiseks.

Peamised nõuded sagedusjuhtimissüsteemidele reguleerivad:

• parameetrid ja reguleerimispiirid,

• staatiline ja dünaamiline viga,

• ploki koormuse muutumise kiirus,

• reguleerimisprotsessi stabiilsuse tagamine,

• võime reguleerida etteantud meetodiga.

Regulaatorid peaksid olema lihtsa konstruktsiooniga, töökindlad ja odavad.

Sagedusjuhtimise meetodid elektrisüsteemis

Elektrisüsteemide kasv tõi kaasa vajaduse reguleerida ühe jaama mitme ploki ja seejärel mitme jaama sagedust. Sel eesmärgil kasutatakse elektrisüsteemi stabiilse töö ja kõrge sageduse kvaliteedi tagamiseks mitmeid meetodeid.

Rakendatav juhtimismeetod ei tohi lubada sagedushälbe piiride suurenemist abiseadmetes (aktiivkoormuse jaotusseadmed, telemeetriakanalid jne) esinevate vigade tõttu.

Sageduse reguleerimise meetod on vajalik selleks, et tagada sageduse hoidmine etteantud tasemel, olenemata sagedusjuhtimisseadmete koormusest (kui ei kasutata loomulikult kogu nende juhtimisvahemikku), seadmete arvust ja sagedusjuhtimisjaamadest. ning sageduse hälbe suurus ja kestus.… Juhtimismeetod peab tagama ka juhtplokkide etteantud koormussuhte säilimise ja kõigi sagedust reguleerivate seadmete samaaegse sisenemise reguleerimisprotsessi.

Staatiliste karakteristikute meetod

Lihtsaim meetod saadakse kõigi süsteemi üksuste sageduse reguleerimisel, kui viimased on varustatud staatiliste omadustega kiirusregulaatoritega. Juhtkarakteristikuid nihutamata töötavate plokkide paralleeltöös saab staatiliste karakteristiku võrranditest ja võimsusvõrranditest leida koormuste jaotuse plokkide vahel.

Töö ajal ületavad koormuse muutused oluliselt etteantud väärtusi, seetõttu ei saa sagedust ettenähtud piirides hoida. Selle reguleerimismeetodi puhul on vajalik, et süsteemi kõikidele üksustele jaotuks suur pöörlev reserv.

See meetod ei suuda tagada elektrijaamade ökonoomset tööd, kuna ühelt poolt ei suudeta ära kasutada ökonoomse ploki täisvõimsust, teisalt muutub kõikide plokkide koormus pidevalt.

Astaatilise karakteristikuga meetod

Kui kõik süsteemiüksused või osa neist on varustatud astaatiliste omadustega sagedusregulaatoritega, siis teoreetiliselt jääb sagedus süsteemis koormuse muutuste korral muutumatuks. See juhtimismeetod ei anna aga sagedusega juhitavate seadmete vahel kindlat koormussuhet.

Seda meetodit saab edukalt rakendada, kui sageduse juhtimine on määratud ühele seadmele.Sel juhul peaks seadme võimsus olema vähemalt 8–10% süsteemi võimsusest. Pole vahet, kas kiirusregulaatoril on astaatiline karakteristik või seade on varustatud astaatilise karakteristikuga sagedusregulaatoriga.

Kõiki planeerimata koormuse muutusi tajub astaatilise karakteristikuga seade. Kuna sagedus süsteemis jääb muutumatuks, jäävad ka süsteemi teiste üksuste koormused muutumatuks. Selle meetodi ühe üksuse sageduse juhtimine on täiuslik, kuid osutub vastuvõetamatuks, kui sageduse juhtimine on määratud mitmele seadmele. Seda meetodit kasutatakse madala võimsusega süsteemide reguleerimiseks.

Generaatori meetod

Peageneraatori meetodit saab kasutada juhtudel, kui vastavalt süsteemi tingimustele on vaja reguleerida mitme seadme sagedust samas jaamas.

Ühele plokile, mida nimetatakse peamiseks, on paigaldatud astaatilise karakteristikuga sagedusregulaator. Ülejäänud plokkidele paigaldatakse koormusregulaatorid (ekvalaiserid), millele on samuti pandud sageduse reguleerimise ülesanne. Nende ülesandeks on säilitada etteantud suhe põhiseadme koormuse ja teiste sagedust reguleerivate seadmete vahel. Kõigil süsteemi turbiinidel on staatilised kiiruse regulaatorid.

Imaginaarse etatismi meetod

Kujutletav staatiline meetod on rakendatav nii ühe- kui ka mitme jaama reguleerimisel.Teisel juhul peavad sagedust reguleerivate jaamade ja juhtimisruumi vahel olema kahesuunalised telemeetriakanalid (koormuse näidu edastamine jaamast juhtimisruumi ja automaatse korralduse edastamine juhtimisruumist jaama ).

Igale reguleerimisega seotud seadmele paigaldatakse sagedusregulaator. See regulatsioon on staatiline süsteemi sageduse säilitamisel ja staatiline koormuste jaotamisel generaatorite vahel. See tagab koormuste stabiilse jaotuse moduleerivate generaatorite vahel.

Koormuse jagamine sagedusjuhitavate seadmete vahel saavutatakse aktiivse koormuse jagamise seadme abil. Viimane, võttes kokku kogu juhtseadmete koormuse, jagab selle nende vahel teatud etteantud suhtega.

Imaginaarse statismi meetod võimaldab reguleerida ka sagedust mitmest jaamast koosnevas süsteemis ning seejuures peetakse kinni antud koormussuhtest nii jaamade vahel kui ka üksikute üksuste vahel.

Sünkroonse aja meetod

See meetod kasutab sünkroonse aja kõrvalekallet astronoomilisest ajast sageduse reguleerimise kriteeriumina mitme jaamaga elektrisüsteemides ilma telemehaanikat kasutamata. See meetod põhineb sünkroonse aja kõrvalekalde staatilisel sõltuvusel astronoomilisest ajast, alates teatud ajahetkest.

Süsteemi turbiingeneraatorite rootorite normaalsel sünkroonkiirusel ning pöördemomentide ja takistusmomentide võrdsuse korral hakkab sünkroonmootori rootor pöörlema ​​sama kiirusega. Kui sünkroonmootori rootori teljele asetada nool, näitab see kellaaega teatud skaalal. Asetades sünkroonmootori võlli ja osuti telje vahele sobiva käigu, on võimalik panna osuti pöörlema ​​kella tunni-, minuti- või sekundiosuti kiirusel.

Selle noolega näidatud aega nimetatakse sünkroonseks ajaks. Astronoomiline aeg tuletatakse täpsetest ajaallikatest või elektrivoolu sagedusstandarditest.

Meetod astaatiliste ja staatiliste karakteristikute samaaegseks juhtimiseks

Selle meetodi olemus on järgmine. Elektrisüsteemis on kaks juhtimisjaama, millest üks töötab vastavalt astaatilisele karakteristikule ja teine ​​staatilisele väikese staatilise koefitsiendiga. Tegeliku koormusgraafiku väikeste kõrvalekallete korral juhtimisruumist tajub kõik koormuse kõikumised astaatilise karakteristikuga jaam.

Sel juhul osaleb staatilise karakteristikuga juhtjaam reguleerimises ainult siirderežiimis, vältides suuri sagedushälbeid. Kui esimese jaama reguleerimisvahemik on ammendatud, siseneb teine ​​jaam reguleerimisse. Sel juhul erineb uus statsionaarse sageduse väärtus nimiväärtusest.

Kui esimene jaam juhib sagedust, siis tugijaamade koormus jääb muutumatuks. Teise jaama reguleerimisel erineb tugijaamade koormus majanduslikust.Selle meetodi eelised ja puudused on ilmsed.

Toiteluku haldusmeetod

See meetod seisneb selles, et iga ühendusse kuuluv elektrisüsteem osaleb sageduse reguleerimises ainult siis, kui sageduse hälve on tingitud koormuse muutumisest selles. Meetod põhineb järgmisel omavahel ühendatud energiasüsteemide omadusel.

Kui mõnes elektrisüsteemis on koormus suurenenud, siis sageduse vähenemisega selles kaasneb antud vahetusvõimsuse vähenemine, teistes elektrisüsteemides aga sageduse vähenemisega antud vahetusvõimsuse suurenemine.

See on tingitud asjaolust, et kõik seadmed, millel on staatilised juhtimisomadused, püüdes säilitada sagedust, suurendavad väljundvõimsust. Seega elektrisüsteemi puhul, kus on toimunud koormuse muutus, kattuvad sagedushälbe märk ja vahetusvõimsuse hälbe märk, kuid teistes elektrisüsteemides ei ole need märgid samad.

Igal elektrisüsteemil on üks juhtjaam, kuhu on paigaldatud sagedusregulaatorid ja vahetusvõimsuse blokeerimisrelee.

Ühte süsteemi on võimalik paigaldada ka vooluvahetusreleega blokeeritud sagedusregulaator ja kõrvalasuvasse elektrisüsteemi - sagedusreleega blokeeritud vahetusvõimsuse regulaator.

Teisel meetodil on eelis esimesega võrreldes, kui vahelduvvoolu võimsusregulaator saab töötada nimisagedusel.

Kui elektrisüsteemis koormus muutub, langevad sageduse hälvete ja vahetusvõimsuse märgid kokku, juhtimisahel ei ole blokeeritud ning sagedusregulaatori toimel suureneb või väheneb selle süsteemi plokkide koormus. Teistes elektrisüsteemides on sagedushälbe ja vahetusvõimsuse märgid erinevad ja seetõttu on juhtimisahelad blokeeritud.

Selle meetodi abil reguleerimine eeldab telekanalite olemasolu alajaama, millest ühendusliin läheb teise elektrisüsteemi, ja sagedust või vahetusvoogu reguleeriva jaama vahel. Blokeerimiskontrolli meetodit saab edukalt rakendada juhtudel, kui elektrisüsteemid on omavahel ühendatud vaid ühe ühenduse kaudu.

Sagedussüsteemi meetod

Omavahel ühendatud süsteemis, mis hõlmab mitut toitesüsteemi, on sageduse juhtimine mõnikord määratud ühele süsteemile, samas kui teised juhivad edastatavat võimsust.

Sisestatistika meetod

See meetod on juhtimisblokeerimismeetodi edasiarendus. Sagedusregulaatori tegevuse blokeerimine või tugevdamine ei toimu mitte spetsiaalsete võimsusreleede abil, vaid süsteemide vahel edastatavas (vahetus)võimsuses statismi tekitamisega.

Igas paralleelselt töötavas energiasüsteemis on eraldatud üks reguleerimisjaam, millele on paigaldatud regulaatorid, mille vahetusvõimsus on statsionaarne. Regulaatorid reageerivad nii sageduse absoluutväärtusele kui ka vahetusvõimsusele, kusjuures viimast hoitakse konstantsena ja sagedus on võrdne nimiväärtusega.

Praktikas ei püsi elektrisüsteemis päevasel ajal koormus muutumatuna, kuid muutumatuks ei jää ka koormusgraafikujärgsed muutused, süsteemis olevate generaatorite arv ja võimsus ning määratud vahetusvõimsus. Seetõttu ei jää süsteemi staatiline koefitsient konstantseks.

Suurema tootmisvõimsusega süsteemis on see väiksem ja väiksema võimsusega, vastupidi, süsteemi staatiline koefitsient on suurem. Seetõttu ei ole alati täidetud statistiliste koefitsientide võrdsuse nõutav tingimus. See toob kaasa asjaolu, et koormuse muutumisel ühes elektrisüsteemis hakkavad tööle mõlema elektrisüsteemi sagedusmuundurid.

Elektrisüsteemis, kus on tekkinud koormuse hälve, töötab sagedusmuundur kogu reguleerimisprotsessi jooksul kogu aeg ühes suunas, püüdes kompenseerida tekkivat tasakaalustamatust. Teises elektrisüsteemis on sagedusregulaatori töö kahesuunaline.

Kui regulaatori statikoefitsient vahetusvõimsuse suhtes on suurem kui süsteemi staatiline koefitsient, siis reguleerimisprotsessi alguses vähendab selle elektrisüsteemi juhtjaam koormust, suurendades seeläbi vahetusvõimsust, ja pärast seda suurendage koormust, et taastada vahetusvõimsuse seatud väärtus nimisagedusel.

Kui regulaatori staatiline koefitsient vahetusvõimsuse suhtes on väiksem kui süsteemi staatiline koefitsient, pööratakse teises toitesüsteemis juhtimisjada vastupidine (esmalt suureneb juhtimisteguri aktsepteerimine ja seejärel vähenemine).