Регулирование частоты электрического тока в центральном энергорайоне Якутской энергосистемы

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Центральный энергорайон Якутской энергосистемы расположен на Дальнем Востоке России и работает электрически изолированно от ЕЭС России. Основными источниками электроснабжения является Якутская ГРЭС (участие в покрытии графика нагрузки - 95%), на которой установлено 12 газотурбинных установок с установленной мощностью 4*45, 4*35 и 4*12 МВт соответственно (суммарно 368 МВт), а также Якутская ТЭЦ, на которой установлено две паровых турбины установленной мощностью 6 МВт каждая (суммарно 12 МВт).

Суточный график нагрузки Центрального энергорайона (Рис. 1.) свидетельствует о преобладании бытовых потребителей: в нём прослеживается ночной провал нагрузки, а также наличие дневного и вечернего максимумов. Изменение нагрузки обуславливает необходимость постоянного регулирования частоты электрического тока, которая нормируется в соответствии с [1] и должна составлять для Центрального энергорайона Якутской энергосистемы:

50±0,2 Гц - не менее 95% времени суток;

50±0,4 Гц - 100% времени суток.

Рис. 1. Характерный график нагрузки Центрального энергорайона в летний день

Регулирование частоты электрического тока в Центральном энергорайоне Якутской энергосистемы.

Регулирование частоты электрического тока в Центральном энергорайоне Якутской энергосистемы осуществляется совокупным действием автоматического общего первичного регулирования частоты Якутской ГРЭС и Якутской ТЭЦ, а также оперативного (действием персонала ГРЭС) вторичного регулирования частоты.

Первичное регулирование частоты - процесс автоматического изменения мощности генерирующего оборудования под действием первичных регуляторов, вызванный изменением частоты и направленный на уменьшение этого изменения [1]. Первичное регулирование по своему принципу работы неспособно поддерживать постоянное значение частоты [1, 3]. Так, любое изменение мощности нагрузки приводит к нарушению баланса относительно генерируемой мощности и сопровождается изменением частоты. Изменение частоты, в свою очередь, приводит в действие регуляторы скорости вращения турбин, которые реализуют встречное регулирование, изменяя мощность турбин на величину , пропорциональную отклонению частоты от первоначальной, в соответствии со следующим выражением:

частота генерирующий турбина

Величина является статизмом системы регулирования и нормируется для газотурбинных установок в диапазоне 4-5% [2]. Меньшее значение статизма соответствует более сильной реакции турбины на отклонение частоты и наоборот. Характеристика, соответствующая описанному выше процессу, изображена на Рис. 2. Следует отметить, что работа регулятора скорости вращения ограничена как на загрузку генерирующего оборудования, так и на его разгрузку. Это обусловлено наличием различных факторов, которые в данной статье не рассматриваются (для упрощения они представлены горизонтальными зелёными отрезками).

Рис. 2. Характеристики мощности генерации (мощности турбины) и мощности нагрузки (мощности генератора). 1 - исходный установившийся режим, 2 - сложившийся после отклонения нагрузки установившийся режим, - отклонение мощности нагрузки, - отклонение частоты

В результате процесса регулирования (при наличии резервов) наступает новый установившийся режим (точка 2, Рис. 2) с отклонением частоты относительно исходного значения. Для восстановления исходного значения частоты применяется вторичное регулирование, которое заключается в параллельном смещении характеристики (изменении задания по мощности), представленном на Рис. 3.

Рис. 3. Характеристики мощности генерации (мощности турбины) и мощности нагрузки (мощности генератора). 2 - исходный установившийся режим, 3 - сложившийся после вторичного регулирования установившийся режим, - отклонение частоты

Смещение характеристики сопровождается изменением положения точки равновесия (смещение из точки 2 в точку 3) потребляемой и генерируемой мощности, в результате чего частота может быть восстановлена до заданной величины. Здесь и далее в целях упрощения зависимость мощности нагрузки от частоты принята линейной с некоторым наклоном относительно оси f, Гц, отражающем регулирующий эффект нагрузки по частоте.

Следует отметить, что в рассматриваемых случаях изменение частоты при изменении нагрузки и изменение нагрузки при изменении частоты - процессы различные. Так, в первом случае величина установившегося отклонения частоты зависит от статизма системы регулирования (при наличии резервов) и регулирующего эффекта нагрузки (Рис. 2). Во втором случае статизм учитывать не следует - изменение нагрузки будет определяться исключительно её регулирующим эффектом по частоте (Рис. 3).

Так, если принять результирующий статизм генерирующего оборудования Якутской ГРЭС и Якутской ТЭЦ равным 5% [2], регулирующий эффект нагрузки по частоте - равным 2,3% (Среднесуточный регулирующий эффект комплексной нагрузки городских потребителей [4]), а зоной нечувствительности регуляторов скорости вращения пренебречь, то:

Где - эффект изменения установившегося значения частоты при изменении мощности нагрузки на ,

- эффект изменения нагрузки при изменении частоты.

В реальности, когда в энергосистеме синхронно работают две и более генерирующих единицы, их совокупная характеристика будет представлять из себя сумму всех отдельных характеристик (Рис. 4.).

Рис. 4. Характеристики мощности генерирующих единиц: 1 - характеристика мощности первой единицы, 2 - второй единицы, ? - суммарная характеристика

В таком случае, как видно из Рис. 4, суммарная характеристика имеет участки с различным наклоном (местной неравномерностью). Это вызвано различными условно постоянными и условно переменными параметрами турбин (различия в установленной мощности, статизме, зоне нечувствительности, текущем задании по мощности, наличием резервов и т.д.).

В результате в общем случае в зависимости от ряда описанных выше факторов одно и то же (по относительной величине) приращение мощности нагрузки в рассматриваемой энергосистеме будет вызывать различное установившееся отклонение частоты.

Статистический анализ отклонений частоты в Центральном энергорайоне Якутской энергосистемы подтверждает порядок представленных выше расчётных величин. Зафиксированные величины составляют: , .

Программа для расчёта установившихся отклонений частоты электрического тока.

В отличие от таких крупных энергосистем, как ЕЭС России, Центральный энергорайон Якутской энергосистемы с нагрузкой потребителей около 300 МВт в часы максимума характеризуется систематическими значительными отклонениями частоты. Так, включение (либо аварийное отключение при коротких замыканиях) воздушных линий с подключенными к ним нагрузками потребителей, аварийные отключения генерирующего оборудования сопровождаются отклонениями частоты электрического тока на величины от десятых долей до единиц Гц, что может привести к работе автоматической частотной разгрузки (АЧР) и соответствующему ограничению питания потребителей, работе технологических защит генерирующего оборудования, а также к нарушению требований ГОСТ [1] в части обеспечения нормального значения частоты 50±0,2 Гц.

Однако, совокупность описанных в разделе II факторов затрудняет анализ и оценку отклонений частоты. Для решения этой проблемы на базе Microsoft Excel создана программа (Рис. 5), позволяющая имитировать процесс регулирования частоты электрического тока при изменении нагрузки или генерации. Программа обладает следующим функционалом:

Позволяет настраивать и учитывает в расчётах статизм первичных регуляторов, зону нечувствительности, максимальную мощность, технический минимум по каждой генерирующей единице;

Позволяет задать и выбрать суточный график нагрузки, а также моделировать аварийное отключение нагрузки или генераторов.

Описаны процессы первичного и вторичного регулирования в энергосистеме без внешних связей на примере изолированного Центрального энергорайона Якутской энергосистемы;

Представлены расчётные и фактические величины эффективности регулирования частоты и нагрузки в Центральном энергорайоне Якутской энергосистемы;

Создана программа для расчёта установившегося значения частоты электрического тока в Центральном энергорайоне Якутской энергосистемы. Программа может быть использована для анализа отклонений частоты, в качестве тренажёра для диспетчерского персонала диспетчерских центров, а также в целях обучения.

Рис. 5. Интерфейс программы для расчёта установившихся отклонений частоты электрического тока

Список литературы

1. ГОСТ Р 55890-2013. Единая энергетическая система и изолированно работающие энергосистемы. Оперативно-диспетчерское управление. Регулирование частоты и перетоков активной мощности. Нормы и требования.

2. Правила технической эксплуатации электрических станций и сетей российской федерации. Утв. приказом Минэнерго РФ от 19 июня 2003 г. № 229.

3. Рабинович, Р.С. Автоматическая частотная разгрузка энергосистем. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.:Энергоатомиздат, 1989. - 352 с.: ил.

4. Баклушин, Р.П. Эксплуатация АЭС. Ч. I. Работа АЭС в энергосистемах. Ч. П. Обращение с радоиоактивными отходами: учебное пособие. М.: НИЯУ МИФИ, 2011. - 304 с.

Размещено на Allbest.ru