Автор: Волохов Н. А.
Источник: Интеллектуальные энергосистемы: труды I Международного молодёжного форума. В 2т. Томск 21-25 октября 2013г. Т.1. – Материалы I Международного форума «Интеллектуальные энергосистемы», 321 с.
В настоящее время все производство, практически все распределение и большая часть потребления электроэнергии в энергосистемах выполняются на переменном токе. Поэтому параметры переменного тока – частота, величина и форма кривой напряжения – приобрели значение унифицированных параметров, в соответствии с которыми конструируются все источники, средства передачи и приемники электрической энергии. В особенности это относится к частоте. Практически сохранилось лишь два стандартных значения частоты – 50 Гц в странах Европы, в том числе в России, и 60 Гц в США и Канаде. В процессе работы энергосистемы все параметры переменного тока могут изменяться. Чем ближе они поддерживаются к номинальным, т.е. расчетным для оборудования, значениям, тем ближе режим к оптимальному. Таким образом, частота приобретает значение показателя, характеризующего качество продукции энергетической промышленности, качества электроэнергии. В Российских энергосистемах в нормальном режиме частота должна поддерживаться с точностью ≈ 0,05 Гц. Допускается кратковременная работа энергосистем с отклонением частоты в пределах ≈ 0,2 Гц.
Частота переменного тока непосредственно связана с частотой вращения агрегатов, преобразующих механическую энергию в электрическую, т.е. генераторов, и агрегатов, преобразующих электрическую энергию в механическую, т.е. двигателей. Изменение же частоты вращения, даже небольшое, существенно влияет на режим работы вращающихся механизмов. Снижение частоты приводит к падению производительности насосов и других механизмов. Примером механизма, предъявляющего весьма жесткие требования к точности поддержания частоты вращения, является паровая турбина. Турбостроительные заводы требуют, чтобы частота не оставалась длительно ниже 49,5 Гц и выше 50,5 Гц, иначе возможно повреждение лопаток турбин. Таким образом, серьезные требования к точности регулирования частоты предъявляются самими электростанциями.
Частота является не только показателем качества электроэнергии, но и важнейшим параметром режима энергосистемы. Непрерывность производства электроэнергии, отсутствие возможности запасать энергию и непрерывное изменение потребления требуют столь же непрерывного контроля за соответствием производства и потребления. Параметром, характеризующим это соответствие, и является частота.
Задача регулирования частоты решается с помощью регуляторов частоты вращения, которыми оборудуется каждая турбина на электростанциях энергосистемы. Эти регуляторы построены как система регулирования с обратной связью и её параметры выбираются таким образом, чтобы при изменении мощности турбины от нуля до номинальной, частота снижалась примерно на 5% . Такая характеристика системы регулирования турбины необходима для того, чтобы можно было обеспечить определённое распределение мощности между параллельно работающими агрегатами турбина-генератор. Однако при этом изменение мощности нагрузки энергосистемы, и соответственно изменение мощности турбин частота не остаётся постоянной. Для того, чтобы обеспечить постоянство частоты в таких условиях применяется дополнительно система вторичного регулирования частоты, сравнивающая фактическое значение частоты электрического тока с номинальным, и вырабатывающая воздействие на изменение заданного значения частоты в системе регулирования турбины.
В результате выполнения работы показано какими методами и техническими средствами обеспечивается регулирование частоты в энергосистемах. Также показана связь данной конкретной задачи с общими закономерностями в системах автоматического регулирования с обратной связью.
1. Юревич Е.И. Теория автоматического управления. Л.: Энергия, 1969. 375с.
2. Электрические системы. Электрические сети / Под ред. Веникова В.А., Строева В.А.. М.: Высшая школа, 1998.
3. Веников В.А., Идельчик В.И., Лисеев М.С. Регулирование напряжения в электроэнергетических системах. М.: Энергоатомиздат, 1985.
4. Веников В.А. Переходные электромеханические процессы в электрических системах: Учеб. для электроэнергетических специальностей вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1985.