Güç sisteminde frekans regülasyonu

Elektrik güç sistemlerinde, herhangi bir anda, elektrik enerjisi rezervi oluşturmak mümkün olmadığından, belirli bir anda tüketim için gerekli olan miktarda elektrik üretilmelidir.

Voltajla birlikte frekans ana olanlardan biridir güç kalitesi göstergeleri... Frekansın normalden sapması, enerji santrallerinin çalışmasının aksamasına yol açar ve bu da kural olarak yakıtın yanmasına neden olur. Sistemdeki frekansın azalması sanayi işletmelerinde mekanizmaların veriminin düşmesine ve santrallerin ana ünitelerinin veriminin düşmesine neden olur. Frekansın artması santral ünitelerinin veriminin düşmesine ve şebeke kayıplarının artmasına da neden olur.

Şu anda, otomatik frekans düzenleme sorunu, ekonomik ve teknik nitelikte çok çeşitli konuları kapsamaktadır. Güç sistemi şu anda otomatik frekans düzenlemesi yapıyor.

Frekansın santral ekipmanının çalışması üzerindeki etkisi

Dönme hareketi gerçekleştiren tüm üniteler, en yüksek verimlilikleri çok özel bir dönüş hızından, yani nominal olandan üç kez gerçekleştirilecek şekilde hesaplanır. Şu anda, dönme hareketi yapan üniteler çoğunlukla elektrikli makinelere bağlıdır.

Elektrik enerjisinin üretimi ve tüketimi ağırlıklı olarak alternatif akımla gerçekleştirilir; bu nedenle, dönme hareketi gerçekleştiren blokların çoğu, alternatif akımın frekansı ile ilişkilidir. Gerçekten de, alternatörün ürettiği alternatörün frekansı türbinin hızına bağlı olduğu gibi, AC motorun tahrik ettiği mekanizmanın hızı da frekansa bağlıdır.

Alternatif akım frekansının nominal değerden sapmaları, güç sisteminin verimliliğinin bağlı olduğu farklı cihaz ve aparatların yanı sıra farklı tipte üniteler üzerinde farklı etkilere sahiptir.

Buhar türbini ve kanatları, nominal hızda (frekansta) ve kesintisiz buhar girişinde mümkün olan maksimum şaft gücü sağlanacak şekilde tasarlanmıştır. Bu durumda, dönme hızındaki bir azalma, torkta eş zamanlı bir artış ile kanat üzerindeki buhar çarpması için kayıpların oluşmasına neden olur ve dönme hızındaki bir artış, torkta bir azalmaya ve torkta bir artışa yol açar. bıçağın arka tarafında çarpma. En ekonomik türbin çalışır nominal frekans.

Ek olarak, azaltılmış bir frekansta çalıştırma, türbin rotor kanatlarının ve diğer parçaların daha hızlı aşınmasına yol açar.Frekanstaki değişiklik, santralin öz tüketim mekanizmalarının çalışmasını etkiler.

Frekansın elektrik tüketicilerinin performansına etkisi

Elektrik tüketicilerinin mekanizmaları ve birimleri, frekansa bağımlılık derecelerine göre beş gruba ayrılabilir.

İlk grup. Frekans değişikliğinin geliştirilen güç üzerinde doğrudan bir etkisi olmayan kullanıcılar. Bunlar şunları içerir: aydınlatma, elektrik ark fırınları, rezistans kaçağı, doğrultucular ve bunlardan güç alan yükler.

İkinci grup. Gücü frekansın birinci kuvvetiyle orantılı olarak değişen mekanizmalar. Bu mekanizmalar şunları içerir: metal kesme makineleri, bilyalı değirmenler, kompresörler.

Üçüncü grup. Gücü frekansın karesiyle orantılı olan mekanizmalar. Direnç momenti birinci derecede frekansla orantılı olan mekanizmalardır. Tam olarak bu direnç momentine sahip hiçbir mekanizma yoktur, ancak bazı özel mekanizmaların buna yaklaşan bir momenti vardır.

Dördüncü grup. Gücü frekansın küpü ile orantılı olan fan tork mekanizmaları. Bu tür mekanizmalar, statik kafa direnci olmayan veya ihmal edilebilir düzeyde olan fanları ve pompaları içerir.

Beşinci grup. Gücü daha yüksek derecede frekansa bağlı olan mekanizmalar. Bu tür mekanizmalar, büyük bir statik dirençli basma yüksekliğine sahip pompaları içerir (örneğin, enerji santrallerinin besleme pompaları).

Son dört kullanıcı grubunun performansı azalan frekansla azalır ve artan frekansla artar. İlk bakışta, kullanıcıların artan sıklıkta çalışması faydalı gibi görünse de, durum hiç de öyle değil.

Ek olarak, frekans arttıkça asenkron motorun torku azalır, bu da motorun güç rezervi yoksa cihazın durmasına ve durmasına neden olabilir.

Güç sisteminde otomatik frekans kontrolü

Güç sistemlerinde otomatik frekans kontrolünün amacı öncelikle istasyonların ve güç sistemlerinin ekonomik çalışmasını sağlamaktır. Güç sisteminin çalışmasının verimliliği, normal frekans değeri korunmadan ve paralel çalışan üniteler ile güç sisteminin enerji santralleri arasında yükün en uygun dağılımı olmadan elde edilemez.

Frekansı düzenlemek için yük birkaç paralel iş birimi (istasyon) arasında dağıtılır. Aynı zamanda, yük, sistem yükündeki küçük değişikliklerle (%5-10'a kadar), çok sayıda ünite ve istasyonun çalışma modu değişmeyecek şekilde üniteler arasında dağıtılır.

Yükün değişken doğası ile, en iyi mod, blokların (istasyonların) ana kısmının, bağıl adımların eşitliği durumuna karşılık gelen yükü taşıdığı ve yükteki küçük ve kısa dalgalanmaların değiştirilerek karşılandığı mod olacaktır. ünitelerden küçük bir parçanın yükü.

Yükü paralel çalışan üniteler arasında dağıtırken hepsinin en yüksek verim alanında çalışmasını sağlamaya çalışırlar.Bu durumda minimum yakıt tüketimi sağlanır.

Tüm plansız yük değişikliklerini karşılamakla görevli birimler, örn. sistemdeki frekans düzenlemesi aşağıdaki gereksinimleri karşılamalıdır:

• yüksek verimliliğe sahip;

• düz bir yük verimlilik eğrisine sahip olmak, yani çok çeşitli yük varyasyonlarında yüksek verimliliği koruyun.

Sistemin yükünde önemli bir değişiklik olması durumunda (örneğin, artması), tüm sistem bağıl kazancın daha büyük bir değerine sahip bir çalışma moduna geçtiğinde, frekans kontrolü böyle bir istasyona aktarılır. bağıl kazancın büyüklüğü sisteminkine yakındır.

Frekans istasyonu kurulu gücü dahilinde en geniş kontrol aralığına sahiptir. Frekans kontrolü tek bir istasyona atanabiliyorsa, kontrol koşullarının uygulanması kolaydır. Regülasyonun tek bir birime atanabileceği durumlarda daha da basit bir çözüm elde edilmektedir.

Türbinlerin hızı, güç sistemindeki frekansı belirler, dolayısıyla frekans, türbin hız regülatörleri üzerinde hareket edilerek kontrol edilir. Türbinler genellikle santrifüjlü hız regülatörleri ile donatılmıştır.

Frekans kontrolü için en uygun olanı normal buhar parametrelerine sahip yoğuşmalı türbinlerdir.Karşı basınç türbinleri, elektrik yükü tamamen buhar kullanıcısı tarafından belirlendiği ve sistemdeki frekanstan neredeyse tamamen bağımsız olduğu için frekans kontrolü için tamamen uygun olmayan türbin türleridir.

Frekans düzenleme görevini büyük buhar emişli türbinlere emanet etmek pratik değildir, çünkü ilk olarak, (çok küçük bir kontrol aralığına sahiptirler ve ikinci olarak, değişken yük işletimi için ekonomik değildirler.

Gerekli kontrol aralığını korumak için, frekans kontrol istasyonunun gücü, yeterli kontrol aralığı olacak şekilde sistemdeki yükün en az %8 - 10'u olmalıdır. Termik santralin regülasyon aralığı kurulu güce eşit olamaz. Bu nedenle kazan ve türbin tiplerine göre frekansı ayarlayan CHP'nin gücü, gerekli ayar aralığının iki ila üç katı olmalıdır.

Gerekli kontrol aralığını oluşturmak için hidroelektrik santralinin en küçük kurulu gücü, termal olandan önemli ölçüde daha az olabilir. Hidroelektrik santraller için regülasyon aralığı genellikle kurulu güce eşittir. Frekans bir hidroelektrik santral tarafından kontrol edildiğinde, türbinin çalıştırıldığı andan itibaren yükün artış hızının bir sınırı yoktur. Bununla birlikte, hidroelektrik santrallerin frekans regülasyonu, kontrol ekipmanının iyi bilinen komplikasyonu ile ilişkilidir.

İstasyon tipi ve ekipman özelliklerine ek olarak, kontrol istasyonunun seçimi, elektrik sistemindeki konumu, yani yük merkezine olan elektriksel mesafesi tarafından etkilenir. İstasyon, elektrik yükünün merkezinde bulunuyorsa ve trafo merkezlerine ve sistemin diğer istasyonlarına güçlü elektrik hatları üzerinden bağlıysa, kural olarak, ayar istasyonunun yükündeki bir artış, ihlale yol açmaz. statik kararlılık.

Tersine, kontrol istasyonu sistemin merkezinden uzakta bulunduğunda, istikrarsızlık riski olabilir.Bu durumda, frekans düzenlemesine e vektörlerinin sapma açısının kontrolü eşlik etmelidir. vesaire. c. iletilen gücü yönetmek veya kontrol etmek için sistem ve istasyon.

Frekans kontrol sistemleri için ana gereksinimler şunları düzenler:

• ayar parametreleri ve limitleri,

• statik ve dinamik hata,

• blok yükündeki değişim oranı,

• düzenleyici sürecin istikrarını sağlamak,

• belirli bir yöntemle düzenleme yeteneği.

Regülatörlerin tasarımı basit, kullanımı güvenilir ve ucuz olmalıdır.

Güç sisteminde frekans kontrol yöntemleri

Güç sistemlerinin büyümesi, bir istasyonun birkaç bloğunun ve ardından birkaç istasyonun frekansını düzenleme ihtiyacına yol açtı. Bu amaçla, güç sisteminin kararlı çalışmasını ve yüksek frekans kalitesini sağlamak için bir takım yöntemler kullanılmaktadır.

Uygulanan kontrol yöntemi, yardımcı cihazlarda (aktif yük dağıtım cihazları, telemetri kanalları vb.) meydana gelen hatalardan dolayı frekans sapma limitlerinde artışa izin vermemelidir.

Frekans düzenleme yöntemi, frekans kontrol üniteleri üzerindeki yük (tabii ki tüm kontrol aralıkları kullanılmadıkça), ünite sayısı ve frekans kontrol istasyonları ne olursa olsun, frekansın belirli bir seviyede tutulmasını sağlamak için gereklidir. ve frekans sapmasının büyüklüğü ve süresi.... Kontrol yöntemi ayrıca, kontrol ünitelerinin belirli bir yük oranının korunmasını ve frekansı kontrol eden tüm ünitelerin düzenleme sürecine eşzamanlı girişini sağlamalıdır.

Statik özellikler yöntemi

En basit yöntem, sistemdeki tüm birimlerin frekansının, ikincisi statik özelliklere sahip hız regülatörleri ile donatıldığında ayarlanmasıyla elde edilir. Kontrol karakteristiklerini değiştirmeden çalışan blokların paralel çalışmasında, yüklerin bloklar arasındaki dağılımı statik karakteristik denklemlerinden ve güç denklemlerinden bulunabilir.

Çalışma sırasında, yük değişiklikleri belirtilen değerleri önemli ölçüde aşar, bu nedenle frekans belirtilen sınırlar içinde tutulamaz. Bu regülasyon yöntemi ile sistemin tüm birimlerine yayılmış büyük bir döner rezerve sahip olmak gerekir.

Bu yöntem, bir yandan ekonomik birimlerin tam kapasitelerini kullanamadığı için, diğer yandan tüm birimlerin yükü sürekli değiştiği için santrallerin ekonomik çalışmasını sağlayamaz.

Astatik özellikli yöntem

Sistem birimlerinin tamamı veya bir kısmı statik olmayan özelliklere sahip frekans regülatörleri ile donatılmışsa, teorik olarak sistemdeki frekans, yükteki herhangi bir değişiklik için değişmeden kalacaktır. Ancak bu kontrol yöntemi, frekans kontrollü üniteler arasında sabit bir yük oranı ile sonuçlanmaz.

Bu yöntem, frekans kontrolü tek bir birime atandığında başarılı bir şekilde uygulanabilir.Bu durumda cihazın gücü, sistem gücünün en az %8 – 10'u kadar olmalıdır. Hız kontrol cihazının astatik özelliğinin olması veya cihazın astatik özelliği olan bir frekans regülatörü ile donatılmış olması fark etmez.

Tüm plansız yük değişimleri, astatik karakteristiğe sahip bir ünite tarafından algılanır. Sistemdeki frekans değişmediği için sistemin diğer birimlerine gelen yükler değişmeden kalır. Bu yöntemde tek birimli frekans kontrolü mükemmeldir, ancak frekans kontrolü birden fazla birime atandığında kabul edilemez. Bu yöntem, düşük güçlü güç sistemlerinde düzenleme için kullanılır.

Jeneratör yöntemi

Ana jeneratör yöntemi, sistem koşullarına göre aynı istasyondaki birkaç ünitenin frekansını ayarlamanın gerekli olduğu durumlarda kullanılabilir.

Ana blok olarak adlandırılan bloklardan birine astatik karakteristiğe sahip bir frekans regülatörü kurulur. Frekans düzenleme görevi ile de ücretlendirilen kalan bloklara yük düzenleyiciler (dengeleyiciler) kurulur. Ana ünitedeki yük ile frekansı düzenlemeye yardımcı olan diğer üniteler arasındaki belirli bir oranı korumakla görevlidirler. Sistemdeki tüm türbinler statik hız regülatörlerine sahiptir.

Hayali devletçilik yöntemi

Hayali statik yöntem, hem tek istasyonlu hem de çok istasyonlu düzenlemeye uygulanabilir.İkinci durumda frekansı ayarlayan istasyonlar ile kontrol odası arasında çift yönlü telemetri kanalları bulunmalıdır (istasyondan kontrol odasına yük göstergesinin iletilmesi ve kontrol odasından istasyona otomatik emrin iletilmesi). ).

Düzenlemeye dahil olan her cihaza bir frekans regülatörü kurulur. Bu düzenleme, sistemdeki frekansın korunması açısından astatik, yüklerin jeneratörler arasında dağılımı açısından statiktir. Modülasyonlu jeneratörler arasında dengeli bir yük dağılımı sağlar.

Frekans kontrollü cihazlar arasında yük paylaşımı, aktif bir yük paylaşım cihazı vasıtasıyla sağlanmaktadır. İkincisi, kontrol ünitelerinin tüm yükünü özetleyerek, onu önceden belirlenmiş belirli bir oranda aralarında böler.

Hayali devletçilik yöntemi ayrıca, birkaç istasyonlu bir sistemdeki frekansı düzenlemeyi mümkün kılar ve aynı zamanda hem istasyonlar arasında hem de bireysel birimler arasında verilen yük oranına uyulacaktır.

senkron zaman yöntemi

Bu yöntem, telemekanik kullanılmadan çok istasyonlu güç sistemlerinde frekans regülasyonu için bir kriter olarak senkron zamanın astronomik zamandan sapmasını kullanır. Bu yöntem, zamanın belirli bir anından başlayarak, senkron zamanın astronomik zamandan sapmasının statik bağımlılığına dayanmaktadır.

Sistemin türbin jeneratörlerinin rotorlarının normal senkron hızında ve dönme momentleri ile direnç momentlerinin eşitliğinde, senkron motorun rotoru aynı hızda dönecektir. Bir senkron motorun rotor eksenine ok konulursa zamanı belli bir ölçekte gösterecektir. Senkron motorun mili ile ibrenin ekseni arasına uygun bir dişli konularak ibrenin saatin akrep, yelkovan veya saniye ibresi hızında dönmesi sağlanır.

Bu okla gösterilen zamana senkron zaman denir. Astronomik zaman, doğru zaman kaynaklarından veya elektrik akımı frekans standartlarından elde edilir.

Astatik ve statik özelliklerin eşzamanlı kontrolü için bir yöntem

Bu yöntemin özü aşağıdaki gibidir. Güç sisteminde biri astatik karakteristiğe göre, ikincisi ise küçük statik katsayılı statik karakteristiğe göre çalışan iki adet kontrol istasyonu bulunmaktadır. Gerçek yük çizelgesinin kontrol odasından küçük sapmaları için, herhangi bir yük dalgalanması, astatik özelliği olan bir istasyon tarafından algılanacaktır.

Bu durumda, statik karakteristiğe sahip bir kontrol istasyonu, büyük frekans sapmalarından kaçınarak düzenlemeye yalnızca geçici modda katılacaktır. Birinci istasyonun ayar aralığı tükendiğinde, ikinci istasyon ayara girer. Bu durumda, yeni durağan frekans değeri nominal değerden farklı olacaktır.

İlk istasyon frekansı kontrol ederken, baz istasyonlarındaki yük değişmeden kalacaktır. İkinci istasyon tarafından ayarlandığında, baz istasyonlarındaki yük ekonomik olandan sapacaktır.Bu yöntemin avantajları ve dezavantajları açıktır.

Güç Kilidi Yönetim Yöntemi

Bu yöntem, ara bağlantıya dahil olan güç sistemlerinin her birinin, yalnızca frekans sapmasına içindeki yükteki bir değişiklikten kaynaklanması durumunda frekans düzenlemesine katılması gerçeğinden oluşur. Yöntem, birbirine bağlı enerji sistemlerinin aşağıdaki özelliğine dayanmaktadır.

Herhangi bir güç sistemindeki yük artmışsa, frekanstaki bir azalmaya verilen değişim gücündeki bir azalma eşlik ederken, diğer güç sistemlerinde frekanstaki bir azalmaya verilen değişim gücündeki bir artış eşlik eder.

Bunun nedeni, frekansı korumaya çalışan statik kontrol özelliklerine sahip tüm cihazların çıkış gücünü artırmasıdır. Böylece yük değişiminin meydana geldiği bir güç sistemi için frekans sapmasının işareti ile değişim gücü sapmasının işareti eşleşirken, diğer güç sistemlerinde bu işaretler aynı değildir.

Her güç sisteminde, frekans regülatörlerinin ve bir değişim güç engelleme rölesinin kurulu olduğu bir kontrol istasyonu vardır.

Sistemlerden birine bir güç değişim rölesi tarafından bloke edilen bir frekans regülatörü ve bitişik bir güç sistemine - bir frekans rölesi tarafından bloke edilen bir değişim güç regülatörü kurmak da mümkündür.

AC güç regülatörü anma frekansında çalışabiliyorsa, ikinci yöntemin birinci yönteme göre bir avantajı vardır.

Bir güç sistemindeki yük değiştiğinde, frekans sapmalarının işaretleri ve değişim gücü çakışır, kontrol devresi bloke olmaz ve frekans regülatörünün etkisi altında bu sistemin blokları üzerindeki yük artar veya azalır. Diğer güç sistemlerinde, frekans sapması ve değişim gücünün işaretleri farklıdır ve bu nedenle kontrol devreleri bloke edilir.

Bu yöntemle düzenleme, bağlantı hattının başka bir güç sistemine gittiği trafo merkezi ile frekansı veya değişim akışını düzenleyen istasyon arasında televizyon kanallarının bulunmasını gerektirir. Bloklama kontrol yöntemi, güç sistemlerinin birbirine sadece bir bağlantı ile bağlı olduğu durumlarda başarılı bir şekilde uygulanabilmektedir.

Frekans sistemi yöntemi

Birkaç güç sistemi içeren birbirine bağlı bir sistemde, frekans kontrolü bazen bir sisteme atanırken diğerleri iletilen gücü kontrol eder.

Dahili devletçilik yöntemi

Bu yöntem, kontrol engelleme yönteminin daha da geliştirilmiş halidir. Frekans regülatörünün eyleminin engellenmesi veya güçlendirilmesi, özel güç röleleri aracılığıyla değil, sistemler arasında iletilen (değişim) güçte devletçilik yaratılarak gerçekleştirilir.

Paralel çalışan enerji sistemlerinin her birinde, üzerine değişim gücü açısından devletçiliğe sahip regülatörlerin kurulu olduğu bir düzenleme istasyonu tahsis edilir. Düzenleyiciler, hem frekansın mutlak değerine hem de değişim gücüne yanıt verirken, ikincisi sabit tutulur ve frekans nominal olana eşittir.

Uygulamada, güç sisteminde gün boyunca yük değişmeden kalmaz, ancak yük çizelgesine göre değişiklikler, sistemdeki jeneratörlerin sayısı ve gücü ve belirtilen değişim gücü de değişmez. Bu nedenle sistemin statik katsayısı sabit kalmaz.

Sistemde daha yüksek üretim kapasitesi ile daha küçük ve daha düşük bir güçle, aksine sistemin statik katsayısı daha yüksektir. Bu nedenle, devletçilik katsayılarının eşitliği için gerekli koşul her zaman sağlanmayacaktır. Bu, bir güç sisteminde yük değiştiğinde, her iki güç sisteminde de frekans dönüştürücülerin devreye girmesiyle sonuçlanacaktır.

Bir yük sapmasının meydana geldiği bir güç sisteminde, frekans dönüştürücü tüm düzenleme süreci boyunca her zaman tek yönde hareket ederek ortaya çıkan dengesizliği telafi etmeye çalışır. İkinci güç sisteminde frekans regülatörünün çalışması çift yönlü olacaktır.

Regülatörün değişim gücüne göre stat katsayısı sistemin stat katsayısından büyükse, regülasyon sürecinin başında bu güç sisteminin kontrol istasyonu yükü azaltacak ve böylece değişim gücünü artıracaktır, ve bundan sonra, nominal frekansta değişim gücünün ayarlanan değerini eski haline getirmek için yükü artırın.

Regülatörün değişim gücüne göre stat katsayısı, sistemin stat katsayısından küçük olduğunda, ikinci güç sistemindeki kontrol dizisi tersine dönecektir (önce, sürücü faktörün kabulü artacak ve sonra azaltmak).