Регулирование частоты в послеаварийных режимах

Послеаварийный режим связан со значительным отклонением частоты и может возникнуть при аварийном расчленении объединенной энергосистемы на части, как с недостатком, так и избытком активной мощности.

Наиболее опасным является понижение частоты. При возникновении дефицита мощности и резком снижении частоты в результате первичного и вторичного регулирования все станции окажутся полностью загруженными.

Если отключившаяся в результате аварии мощность генераторов больше, чем был резерв на всех станциях системы, то частота не восстановится до номинальной. При значительном дефиците мощности снижение частоты будет большим. Для предотвращения лавины частоты должны быть приняты

автоматические быстродействующие меры.

Восстановление частоты осуществляют путем автоматической частотной разгрузки (АЧР), при которой отключается часть потребителей. Преднамеренное отключение части потребителей позволяет сохранить в работе генерирующие мощности, обеспечить электроснабжение остальных нагрузок.

Рассмотрим процесс изменения частоты при действии АЧР (рис. 16.14). Здесь РГС – частотная характеристика генерирующей части системы, а Р_н – статическая характеристика нагрузки. Рассмотрим случай, когда энергосистема работает без резерва с нагрузкой Р_ГС0 и частота равна номинальной.

Этот режим характеризуется точкой 1, в которой Р_ГС0 = Р_н. Предположим теперь, что в результате аварии отключена генерирующая мощность

ΔР_Г. Тогда характеристика генерирующей части системы сместится в положение Р_ГС1, и частота в соответствии со статической характеристикой нагрузки снизится до f₁ (точка 2). Для увеличения частоты до номинальной следует отключить с помощью АЧР часть нагрузки потребителей: ΔР_АЧР = ΔР_Г.

На рис. 16.14 это выражено переносом статической характеристики нагрузки параллельно самой себе в положение Р_н1. При таком отключении мощность генерирования станет больше мощности потребления, и частота будет восстанавливаться по прямой 3–4. В точке 4 установится номинальная частота при новой генерирующей и потребляемой мощности.

Для того чтобы при снижении частоты не было лишних отключений всю систему АЧР разбивают на две категории (АЧР I и АЧР II), каждая из которых выполняется в виде нескольких очередей. В АЧР I и II очереди отличаются одна от другой только установками по частоте.

При снижении частоты происходит отключение потребителей от первой очереди АЧР I. Если частота продолжает снижаться, то срабатывает вторая очередь АЧР I с меньшей уставкой по частоте и т. д. Такая «самонастраивающаяся» система АЧР обеспечивает отключение мощности потребителей, равной возникшему дефициту мощности. При таком подходе подключение потребителей к АЧР допустимо производить с запасом, не боясь излишних отключений. Если после действия АЧР I частота не восстановится, то с выдержками времени вступают в действие очереди АЧР II и дополнительно отключаются потребители.

Изменение частоты во времени при возникновении дефицита активной мощности и действии АЧР показано на рис. 16.15. Точка 0 кривой а характеризует начальный момент времени, в который возник дефицит мощности. При этом происходит снижение частоты по кривой а. В точке 1 частота f достигает уставки первой очереди АЧР-I, и происходит отключение части потребителей. Если при этом еще сохранился некоторый дефицит мощности, то будет происходить дальнейшее снижение частоты.

В точке 2 при частоте f₂ происходит дополнительное отключение потребителей от второй очереди АЧР-I. При достаточной отключенной нагрузке мощность генераторов превысит мощности потребителей, и частота будет повышаться (участок 2–3 кривой а). При уравновешивании генерирующей и потребляемой мощности частота может установиться между двумя соседними уставками АЧР (кривая 2–4). Происходит «зависание» частоты. Тогда через некоторое время в точке 4 срабатывает 1-я очередь АЧР-II, после чего частота повышается (кривая 4–5). Если частота еще не восстановилась, то срабатывает 2-я очередь АЧР-II и т. д.

Избирательное действие АЧР с учетом возникновения величины и места дефицита мощности осуществляется путем учета скорости изменения частоты в местной (МЭС) и объединенной (ОЭС) энергосистемах. Из-за меньшей инерции в местной энергосистеме скорость изменения частоты всегда больше, чем в объединенной системе (кривая б на рис. 16.15). Другими словами, изменение частоты происходит тем быстрее, чем больше дефицит мощности. Поэтому при выпадении одной и той же мощности в местной и объединенной системе скорость изменения частоты будет выше в местной энергосистеме. Таким образом, для выравнивания частоты при отключении межсистемной линии в МЭС, кроме устройств АЧР_ОЭС, выполняемых по условию работы ОЭС, необходимо устройство АЧР_МЭС, реагирующее на значение частоты и скорость ее изменения.

В ОЭС при регулировании частоты возникает ряд особенностей, которые обусловлены наличием межсистемных связей и большой мощностью объединения. Если межсистемные линии имеют значительную пропускную способность, то объединение нескольких систем фактически является одной системой, и отличий, характерных для межсистемных линий, нет. Однако в большинстве случаев межсистемные линии электропередачи имеют ограниченную пропускную способность либо при большой пропускной способности предназначены для передачи больших потоков мощностей из одной системы в другую. Такой режим работы обычно диктуется экономическими соображениями, когда осуществляется транзит дешевой энергии от ГЭС или от экономичной ТЭС.

В процессе регулирования частоты в энергосистеме изменяются потоки активной мощности по межсистемным линиям электропередачи и может наступить их перегрузка.

Поясним причины возможной перегрузки на примере схемы объединенной энергосистемы, представленной

на рис. 16.16.

Пусть поток мощности при номинальной частоте направлен из системы 1 в систему 2. Статические (частотные) характеристики систем генерирования имеют крутизну k_1ГС и k_2ГС, причем k_lГС > k_2ГС (рис. 16.17). Тогда при снижении частоты с f_н до f₁ в процессе первичного регулирования мощность станции энергосистемы 1 увеличится на ΔP₁, а мощность станций системы 2 – на ΔP₂, причем ΔP₁ > ΔP₁. При этом поток мощности по межсистемной линии увеличится, что может привести к ее перегрузке.

При малых отклонениях частоты изменение этого потока незначительно. В послеаварийных режимах, когда происходит значительное снижение частоты, непропорциональное изменение нагрузки потребителей отдельных систем может привести к перегрузке межсистемных линий

и их отключению, что разовьет аварию. Поэтому во избежание неприятностей, связанных с перегрузкой межсистемных линий, в процессе регулирования частоты осуществляют контроль за перетоками мощности по линиям.

В объединенных международных энергосистемах на межсистемных линиях электропередачи задаются графики обменных потоков мощности в соответствии с интересами каждой страны. Регулирование частоты поручается энергосистеме одной из стран, входящих в объединение. Другие энергосистемы изменяют мощности своих станций так, чтобы выдерживать заданные перетоки по межсистемным линиям.