Автоматическое регулирование частоты позволяет наиболее точно поддерживать частоту относительно ее номинального значения. При этом персонал электростанции, осуществляющей вторичное регулирование частоты, освобождается от необходимости непрерывно наблюдать за ее значениями. Кроме того, при автоматическом регулировании частоты появляется возможность привлекать к вторичному регулированию сразу любое число электростанций.
Известны различные методы автоматического регулирования частоты [30]. Рассмотрим кратко один из них, в соответствии с которым регулирование осуществляется по комбинированным критериям.
По этому методу регулирование мощности каждого генератора, привлеченного к вторичному регулированию частоты, осуществляется в соответствии с уравнением
+ + = 0, (3.4.1)
где Р - изменение мощности генератора по сравнению с заданной; tэ - отклонение электрического времени, определяемое по формуле;
кр, кt- параметры настройки регулятора частоты.
Если f = 0 и tэ = 0, то Р = 0, т. е. мощность генератора будет соответствовать заданной при номинальной частоте и отсутствии отклонения электрического времени. При отклонении частоты (например, при f < 0) в
первый момент tэ = 0, и изменение мощности генератора Р будет происходить
только за счет отклонения частоты f 0. Однако частота при этом не восстановится до номинальной, а отклонение электрического времени будет принимать какое-то значение tэ 0. При этом происходит дальнейшее увеличение мощности генератора. Процесс регулирования закончится, когда обеспечится условие f = 0. Изменение мощности генератора в соответствии с (12.16) при f = 0 составит
Р = кр Рном (3.4.2)
Таким образом, процесс регулирования частоты связан с изменением активной мощности электростанции. При этом возникает дополнительная важная задача оптимального распределения активной нагрузки между станциями. В условиях эксплуатации (управления режимами системы) критерием оптимальности при равенстве стоимости топлива на различных электростанциях служит минимум расхода топлива на выработку и передачу электроэнергии в целом по всей системе.
При изменении нагрузки системы в соответствии с суточным графиком и переходе из точки 0 в точку 1 происходит изменение частоты, и в процессе ее регулирования будут изменяться мощности электростанций. В зависимости от того, какие станции примут дополнительную нагрузку, будет иметь место и суммарный расход топлива в системе.
На практике процессы автоматического регулирования частоты (АРЧ) и оптимизации автоматического распределения активных нагрузок (АРАН) между электростанциями целесообразно разделить во времени. В этом случае устройства АРЧ будут реагировать на все изменения частоты, а устройства АРАН - вступать в действие периодически: через какой-то интервал времени, например 30 мин, либо при изменении суммарной нагрузки системы на какую-то величину, например на 2...4 % [29]. При действии АРАН станциям задаются новые уставки в устройства АРЧ в виде мощности РУ. Изменение мощности в соответствии с АРАН называют третичным регулированием.
Выбор рационального закона регулирования напряжения зависит от характера графика нагрузки. При малоизменяющейся в течение суток нагрузке целесообразно применять режим стабилизации напряжения. В этом случае на автоматический регулятор напряжения (АРН) воздействует только величина напряжения на шинах вторичного напряжения ЦП (рис. 3.4.1, а). Пределы изменения напряжения при таком законе регулирования с учетом зоны нечувствительности а показаны на рис. 3.4.1, б. Такой режим
регулирования напряжения целесообразно применять в ЦП, питающем промышленные предприятия с трехсменным характером работы.
Если нагрузка в течение суток сильно изменяется, но это изменение имеет вполне определенный характер (например, на двухсменном промышленном предприятии), то регуляторы напряжения могут быть
настроены на режим стабилизации напряжения по графику напряжений (по времени суток). В этом случае регулятору задается уставка по напряжению, и она меняется в зависимости от времени суток. Диапазон возможного изменения напряжения в этом случае представлен на рис. 3.4.2, б.
Рис. 3.4.1. Режим стабилизации Рис. 3.4.2. Регулирование напряжения
напряжения: по времени суток:
а – схема ЦП; б – график напряжений а – схема ЦП; б – график напряжений
При смешанной нагрузке, когда ее изменение носит случайный характер, в ЦП должно быть обеспечено встречное регулирование напряжения, при котором с повышением нагрузки увеличивается и напряжение на шинах ЦП). Для этого в регулятор напряжения вводится уставка по напряжению с коррекцией по току. Эта коррекция создает на шинах ЦП дополнительную надбавку напряжения, которая погашает увеличенную потерю напряжения в сети при больших нагрузках.
Встречное регулирование напряжения в настоящее время широко применяется в городских, сельских, а также промышленных сетях.
Указанные принципы настройки регуляторов могут относиться не только к трансформаторам с РПН, но и к другим регулирующим устройствам, установленным в ЦП (например, к синхронным компенсаторам).