Taajuussäätö sähköjärjestelmässä

Sähkövoimajärjestelmissä on kulloinkin tuotettava sellainen määrä sähköä, joka on tarpeen kulloinkin kulutukseen, koska sähköenergiavarastojen luominen on mahdotonta.

Taajuus jännitteen ohella on yksi tärkeimmistä sähkön laadun indikaattorit... Taajuuden poikkeama normaalista johtaa voimalaitosten toiminnan häiriintymiseen, mikä pääsääntöisesti johtaa polttoaineen palamiseen. Taajuuden lasku järjestelmässä johtaa teollisuusyritysten mekanismien tuottavuuden laskuun ja voimalaitosten pääyksiköiden tehokkuuden heikkenemiseen. Taajuuden lisääntyminen johtaa myös voimalaitosyksiköiden hyötysuhteen laskuun ja verkkohäviöiden lisääntymiseen.

Tällä hetkellä automaattisen taajuuden säätelyn ongelma kattaa laajan kirjon taloudellisia ja teknisiä kysymyksiä. Sähköjärjestelmä suorittaa parhaillaan automaattista taajuuden säätöä.

Taajuuden vaikutus voimalaitoksen laitteiden toimintaan

Kaikki kiertoliikettä suorittavat yksiköt on laskettu siten, että niiden suurin hyötysuhde toteutuu kolme kertaa yhdestä hyvin tietystä pyörimisnopeudesta, nimittäin nimellisnopeudella. Pyörivää liikettä suorittavat yksiköt ovat tällä hetkellä suurimmaksi osaksi kytkettyjä sähkökoneisiin.

Sähköenergian tuotanto ja kulutus tapahtuu pääosin vaihtovirralla; siksi suurin osa pyörivää liikettä suorittavista lohkoista liittyy vaihtovirran taajuuteen. Todellakin, aivan kuten vaihtovirtageneraattorin generoima taajuus riippuu turbiinin nopeudesta, samoin AC-moottorin käyttämän mekanismin nopeus riippuu taajuudesta.

Vaihtovirtataajuuden poikkeamilla nimellisarvosta on erilainen vaikutus erityyppisiin yksiköihin sekä erilaisiin laitteisiin ja laitteisiin, joista sähköjärjestelmän hyötysuhde riippuu.

Höyryturbiini ja sen siivet on suunniteltu siten, että suurin mahdollinen akseliteho saadaan nimellisnopeudella (taajuudella) ja saumattomalla höyrynsyötöllä. Tässä tapauksessa pyörimisnopeuden pieneneminen johtaa hävikkiin terän höyryn törmäyksessä samalla kun vääntömomentti kasvaa, ja pyörimisnopeuden kasvu johtaa vääntömomentin pienenemiseen ja vääntömomentin lisääntymiseen. törmäys terän takapuolelle. Taloudellisin turbiini toimii nimellistaajuus.

Lisäksi käyttö alennetulla taajuudella johtaa turbiinin roottorin siipien ja muiden osien kiihtyvään kulumiseen.Taajuuden muutos vaikuttaa voimalaitoksen omakulutusmekanismien toimintaan.

Taajuuden vaikutus sähkönkuluttajien suorituskykyyn

Sähkönkuluttajien mekanismit ja yksiköt voidaan jakaa viiteen ryhmään niiden taajuudesta riippuvuuden mukaan.

Ensimmäinen ryhmä. Käyttäjät, joiden taajuuden muutoksella ei ole suoraa vaikutusta kehitettyyn tehoon. Näitä ovat: valaistus, valokaariuunit, vastusvuodot, tasasuuntaajat ja niillä toimivat kuormat.

Toinen ryhmä. Mekanismit, joiden teho vaihtelee suhteessa taajuuden ensimmäiseen tehoon. Näitä mekanismeja ovat: metallinleikkauskoneet, kuulamyllyt, kompressorit.

Kolmas ryhmä. Mekanismit, joiden teho on verrannollinen taajuuden neliöön. Nämä ovat mekanismeja, joiden vastusmomentti on verrannollinen taajuuteen ensimmäisessä asteessa. Tällä resistanssimomentilla ei ole mekanismeja, mutta useilla erikoismekanismeilla on momentti, joka on lähellä tätä.

Neljäs ryhmä. Tuulettimen vääntömomenttimekanismit, joiden teho on verrannollinen taajuuden kuutioon. Tällaisia ​​mekanismeja ovat tuulettimet ja pumput, joissa ei ole staattista päävastusta tai se on mitätön.

Viides ryhmä. Mekanismit, joiden teho riippuu taajuudesta enemmän. Tällaisia ​​mekanismeja ovat pumput, joissa on suuri staattinen vastus (esim. voimalaitosten syöttöpumput).

Neljän viimeisen käyttäjäryhmän suorituskyky heikkenee taajuuden pienentyessä ja lisääntyy tiheyden kasvaessa. Ensi silmäyksellä näyttää siltä, ​​​​että käyttäjille on hyödyllistä työskennellä lisääntyneellä taajuudella, mutta tämä ei ole kaukana.

Lisäksi taajuuden kasvaessa oikosulkumoottorin vääntömomentti pienenee, mikä voi aiheuttaa laitteen pysähtymisen ja pysähtymisen, jos moottorissa ei ole tehoreserviä.

Automaattinen taajuudensäätö sähköjärjestelmässä

Sähköjärjestelmien automaattisen taajuussäädön tarkoituksena on ensisijaisesti varmistaa asemien ja voimajärjestelmien taloudellinen toiminta. Voimajärjestelmän toiminnan tehokkuutta ei voida saavuttaa ilman normaalin taajuusarvon säilyttämistä ja ilman suotuisinta kuormituksen jakautumista rinnakkaisten työyksiköiden ja voimajärjestelmän voimalaitosten välillä.

Taajuuden säätämiseksi kuorma jaetaan useiden rinnakkaisten työyksiköiden (asemien) kesken. Samanaikaisesti kuorma jakautuu yksiköiden kesken siten, että järjestelmän kuormituksen pienillä muutoksilla (jopa 5-10%) valtavan yksiköiden ja asemien käyttötapa ei muutu.

Kuorman vaihtelevalla luonteella paras tila on sellainen, jossa suurin osa lohkoista (asemista) kantaa suhteellisten askelten yhtäläisyyden ehtoa vastaavaa kuormaa ja kuorman pienet ja lyhyet vaihtelut katetaan vaihtamalla. pienen osan kuormitusta yksiköistä.

Kun ne jakavat kuorman rinnakkain toimivien yksiköiden kesken, ne pyrkivät varmistamaan, että ne kaikki toimivat korkeimman hyötysuhteen alueella, jolloin polttoaineenkulutus on mahdollisimman pieni.

Yksiköt, joiden tehtävänä on kattaa kaikki odottamattomat kuormanmuutokset, ts. järjestelmän taajuussäädön tulee täyttää seuraavat vaatimukset:

• on korkea hyötysuhde;

• niillä on tasainen kuorman hyötysuhdekäyrä, ts. ylläpitää korkeaa tehokkuutta useilla kuormitusvaihteluilla.

Jos järjestelmän kuormituksessa tapahtuu merkittävä muutos (esimerkiksi sen nousu), kun koko järjestelmä siirtyy toimintatilaan, jossa suhteellinen vahvistus on suurempi, taajuudensäätö siirtyy tällaiselle asemalle jonka suhteellisen vahvistuksen suuruus on lähellä järjestelmän suuruutta.

Taajuusasemalla on asennettu tehonsa laajin ohjausalue. Ohjausehdot on helppo toteuttaa, jos taajuusohjaus voidaan osoittaa yhdelle asemalle. Vielä yksinkertaisempi ratkaisu saadaan tapauksissa, joissa säätö voidaan osoittaa yhdelle yksikölle.

Turbiinien nopeus määrää voimajärjestelmän taajuuden, joten taajuutta ohjataan turbiinin nopeudensäätimiin vaikuttamalla. Turbiinit on yleensä varustettu keskipakonopeudensäätimellä.

Taajuussäätöön sopivimpia ovat lauhduturbiinit, joiden höyryparametrit ovat normaaleja. Vastapaineturbiinit ovat täysin sopimattomia turbiinityyppejä taajuudensäätöön, koska niiden sähkökuormitus on täysin höyryn käyttäjän päätettävissä ja se on lähes täysin riippumaton järjestelmän taajuudesta.

On epäkäytännöllistä uskoa taajuudensäätötehtävää turbiineille, joissa on suuret höyryn imut, koska ensinnäkin niillä on (hyvin pieni säätöalue ja toiseksi ne ovat epätaloudellisia vaihtelevalla kuormituksella.

Vaaditun säätöalueen ylläpitämiseksi taajuussäätöaseman tehon tulee olla vähintään 8 - 10 % järjestelmän kuormituksesta, jotta ohjausaluetta on riittävästi. Lämpövoimalaitoksen säätöalue ei voi olla yhtä suuri kuin asennettu kapasiteetti. Siksi CHP:n tehon, joka säätää taajuutta kattiloiden ja turbiinien tyypeistä riippuen, tulisi olla kaksi tai kolme kertaa suurempi kuin vaadittu säätöalue.

Vesivoimalaitoksen pienin asennettu teho tarvittavan säätöalueen luomiseksi voi olla merkittävästi pienempi kuin lämpöteho. Vesivoimaloissa säätöalue on yleensä sama kuin asennettu kapasiteetti. Kun taajuutta ohjaa vesivoimalaitos, kuorman nousunopeudella ei ole rajoitusta turbiinin käynnistyshetkestä alkaen. Vesivoimaloiden taajuuden säätö liittyy kuitenkin hyvin tunnettuun ohjauslaitteiden monimutkaisuuteen.

Ohjausaseman valintaan vaikuttaa asematyypin ja laiteominaisuuksien lisäksi sen sijainti sähköjärjestelmässä eli sähköinen etäisyys kuormapisteestä. Jos asema sijaitsee sähkökuorman keskellä ja on kytketty sähköasemiin ja muihin järjestelmän asemiin voimakkaiden voimalinjojen kautta, säätöaseman kuormituksen kasvu ei yleensä johda järjestelmän rikkomiseen. staattinen vakaus.

Päinvastoin, kun ohjausasema sijaitsee kaukana järjestelmän keskustasta, voi olla epävakauden vaara.Tässä tapauksessa taajuuden säätelyyn on liitettävä e-vektorien divergenttikulman ohjaus. jne. c. järjestelmä ja asema lähetetyn tehon hallintaan tai ohjaamiseen.

Taajuussäätöjärjestelmien päävaatimukset säätelevät:

• parametrit ja säätörajat,

• staattinen ja dynaaminen virhe,

• lohkokuorman muutosnopeus,

• sääntelyprosessin vakauden varmistaminen,

• kyky säädellä tietyllä menetelmällä.

Säätimien tulee olla rakenteeltaan yksinkertaisia, toimintavarmoja ja edullisia.

Taajuussäätömenetelmät sähköjärjestelmässä

Voimajärjestelmien kasvu johti tarpeeseen säädellä yhden aseman useiden lohkojen taajuutta ja sitten useiden asemien taajuutta. Tätä tarkoitusta varten käytetään useita menetelmiä sähköjärjestelmän vakaan toiminnan ja korkean taajuuden laadun varmistamiseksi.

Käytetty ohjausmenetelmä ei saa sallia taajuuden poikkeamarajojen nousua apulaitteissa (aktiiviset kuormanjakolaitteet, telemetriakanavat jne.) tapahtuvien virheiden vuoksi.

Taajuussäätömenetelmä on välttämätön sen varmistamiseksi, että taajuus pysyy tietyllä tasolla riippumatta taajuudensäätöyksiköiden kuormituksesta (ellei tietenkään käytetä niiden koko ohjausaluetta), yksiköiden lukumäärästä ja taajuudensäätöasemista ja taajuuspoikkeaman suuruus ja kesto.… Ohjausmenetelmän on myös varmistettava ohjausyksiköiden tietyn kuormitussuhteen ylläpito ja kaikkien taajuutta ohjaavien yksiköiden samanaikainen siirtyminen säätöprosessiin.

Staattisten ominaisuuksien menetelmä

Yksinkertaisin menetelmä saadaan säätämällä kaikkien järjestelmän yksiköiden taajuutta, kun viimeksi mainitut on varustettu nopeudensäätimillä, joilla on staattiset ominaisuudet. Ohjausominaisuuksia siirtämättä toimivien lohkojen rinnakkaiskäytössä staattisista ominaisyhtälöistä ja tehoyhtälöistä saadaan selville kuormien jakautuminen lohkojen välillä.

Käytön aikana kuormituksen muutokset ylittävät huomattavasti määritellyt arvot, joten taajuutta ei voida pitää määritellyissä rajoissa. Tällä säätömenetelmällä on välttämätöntä, että järjestelmän kaikkiin yksiköihin on jaettu suuri pyörivä reservi.

Tällä menetelmällä ei voida taata voimalaitosten taloudellista toimintaa, koska toisaalta se ei pysty hyödyntämään taloudellisten yksiköiden täyttä kapasiteettia ja toisaalta kaikkien yksiköiden kuormitus muuttuu jatkuvasti.

Menetelmä, jolla on astaattinen ominaisuus

Jos kaikki järjestelmäyksiköt tai osa niistä on varustettu taajuussäätimillä, joilla on astaattiset ominaisuudet, niin teoriassa järjestelmän taajuus pysyy muuttumattomana mahdollisille kuormituksen muutoksille. Tämä ohjausmenetelmä ei kuitenkaan johda kiinteään kuormitussuhteeseen taajuusohjattujen yksiköiden välillä.

Tätä menetelmää voidaan käyttää onnistuneesti, kun taajuuden ohjaus on määritetty yhdelle yksikölle.Tässä tapauksessa laitteen tehon tulee olla vähintään 8 - 10 % järjestelmän tehosta. Ei ole väliä, onko nopeussäätimessä astaattinen ominaisuus vai onko laite varustettu astaattisella taajuussäätimellä.

Kaikki suunnittelemattomat kuormituksen muutokset havaitaan yksiköllä, jolla on astaattinen ominaisuus. Koska järjestelmän taajuus pysyy muuttumattomana, järjestelmän muiden yksiköiden kuormitukset pysyvät ennallaan. Yhden yksikön taajuudensäätö tässä menetelmässä on täydellinen, mutta osoittautuu mahdottomaksi hyväksyä, kun taajuusohjaus on määritetty useille yksiköille. Tätä menetelmää käytetään säätöön pienitehoisissa järjestelmissä.

Generaattori menetelmä

Päägeneraattorimenetelmää voidaan käyttää tapauksissa, joissa järjestelmäolosuhteiden mukaan on tarpeen säätää useiden yksiköiden taajuutta samalla asemalla.

Taajuussäädin, jolla on astaattinen ominaisuus, on asennettu yhteen lohkosta, jota kutsutaan päälohkoksi. Jäljelle jääviin lohkoihin on asennettu kuormansäätimet (taajuuskorjaimet), jotka on myös vastuussa taajuuden säädöstä. Niiden tehtävänä on ylläpitää tietty suhde isäntäyksikön ja muiden taajuutta säätelevien yksiköiden välillä. Kaikissa järjestelmän turbiineissa on staattiset nopeudensäätimet.

Imaginaarisen statismin menetelmä

Kuvitteellinen staattinen menetelmä soveltuu sekä yhden aseman että usean aseman säätöön.Toisessa tapauksessa taajuutta säätelevien asemien ja valvomon välillä tulee olla kaksisuuntaisia ​​telemetriakanavia (kuormitusosoituksen siirto asemalta valvomoon ja automaattisen tilauksen siirto valvomosta asemalle ).

Jokaiseen säätelyyn osallistuvaan laitteeseen asennetaan taajuussäädin. Tämä säätö on staattinen järjestelmän taajuuden ylläpitämisen suhteen ja staattinen generaattoreiden välisen kuormituksen jakautumisen suhteen. Se varmistaa vakaan kuormituksen jakautumisen moduloivien generaattoreiden välillä.

Kuormanjako taajuusohjattujen laitteiden välillä saavutetaan aktiivisen kuormanjakolaitteen avulla. Jälkimmäinen, joka tiivistää ohjausyksiköiden koko kuorman, jakaa sen niiden kesken tietyssä ennalta määrätyssä suhteessa.

Kuvitteellinen statismi mahdollistaa myös taajuuden säätelyn useiden asemien järjestelmässä, ja samalla annettua kuormitussuhdetta noudatetaan sekä asemien että yksittäisten yksiköiden välillä.

Synkroninen aikamenetelmä

Tämä menetelmä käyttää synkronisen ajan poikkeamaa tähtitieteellisestä ajasta kriteerinä taajuuden säätelyssä moniasemaisissa tehojärjestelmissä ilman telemekaniikkaa. Tämä menetelmä perustuu synkronisen ajan poikkeaman staattiseen riippuvuuteen tähtitieteellisestä ajasta, alkaen tietystä ajanhetkestä.

Järjestelmän turbiinigeneraattoreiden roottoreiden normaalilla synkronisella nopeudella ja kääntömomenttien ja vastusmomenttien yhtäläisyydellä synkronisen moottorin roottori pyörii samalla nopeudella. Jos nuoli asetetaan synkronisen moottorin roottorin akselille, se näyttää ajan tietyssä asteikossa. Asettamalla sopiva vaihteisto tahdistusmoottorin akselin ja osoittimen akselin väliin on mahdollista saada osoitin pyörimään kellon tunti-, minuutti- tai sekuntiosoittimen nopeudella.

Tämän nuolen osoittamaa aikaa kutsutaan synkroniseksi ajaksi. Tähtitieteellinen aika johdetaan tarkoista aikalähteistä tai sähkövirran taajuusstandardeista.

Menetelmä astaattisten ja staattisten ominaisuuksien samanaikaiseen säätöön

Tämän menetelmän olemus on seuraava. Sähköjärjestelmässä on kaksi ohjausasemaa, joista toinen toimii astaattisen ominaisuuden mukaan ja toinen staattisen mukaan pienellä staattisella kertoimella. Pienillä poikkeamilla varsinaisessa kuormitusaikataulussa valvomosta, asema havaitsee mahdolliset kuormituksen vaihtelut, jolla on astaattinen ominaisuus.

Tässä tapauksessa staattisen ominaisuuden omaava ohjausasema osallistuu säätelyyn vain transienttitilassa välttäen suuria taajuuspoikkeamia. Kun ensimmäisen aseman säätöalue on käytetty loppuun, toinen asema siirtyy säätöön. Tässä tapauksessa uusi kiinteä taajuusarvo on eri kuin nimellisarvo.

Kun ensimmäinen asema ohjaa taajuutta, tukiasemien kuormitus pysyy ennallaan. Kun toinen asema säätää, tukiasemien kuormitus poikkeaa taloudellisesta.Tämän menetelmän edut ja haitat ovat ilmeisiä.

Virranlukon hallintamenetelmä

Tämä menetelmä koostuu siitä, että kukin yhteenliittämiseen kuuluvista voimajärjestelmistä osallistuu taajuuden säätöön vain, jos taajuuspoikkeama johtuu sen kuormituksen muutoksesta. Menetelmä perustuu toisiinsa kytkettyjen energiajärjestelmien seuraavaan ominaisuuteen.

Jos kuorma missä tahansa sähköjärjestelmässä on kasvanut, taajuuden laskuun siinä liittyy tietyn vaihtotehon lasku, kun taas muissa sähköjärjestelmissä taajuuden laskuun liittyy annetun vaihtotehon kasvu.

Tämä johtuu siitä, että kaikki laitteet, joilla on staattiset ohjausominaisuudet ja jotka yrittävät ylläpitää taajuutta, lisäävät lähtötehoa. Näin ollen sähköjärjestelmässä, jossa on tapahtunut kuorman muutos, taajuuspoikkeaman etumerkki ja vaihtotehopoikkeaman etumerkki täsmäävät, mutta muissa sähköjärjestelmissä nämä merkit eivät ole samat.

Jokaisessa sähköjärjestelmässä on yksi ohjausasema, johon on asennettu taajuussäätimet ja vaihteen virranestokele.

On myös mahdollista asentaa yhteen järjestelmistä taajuusmuuttaja, joka on estetty tehonvaihtoreleen avulla, ja viereiseen sähköjärjestelmään - taajuusreleen estetty vaihtotehosäädin.

Toisella menetelmällä on etu ensimmäiseen verrattuna, jos AC-tehonsäädin voi toimia nimellistaajuudella.

Kun tehojärjestelmän kuormitus muuttuu, taajuuspoikkeamien ja vaihtotehon merkit osuvat yhteen, ohjauspiiri ei ole tukossa, ja taajuussäätimen toiminnan seurauksena tämän järjestelmän lohkojen kuormitus kasvaa tai pienenee. Muissa tehojärjestelmissä taajuuspoikkeaman ja vaihtotehon merkit ovat erilaiset ja siksi ohjauspiirit ovat tukossa.

Tällä menetelmällä säätely edellyttää televisiokanavien läsnäoloa sähköaseman, josta liitäntäjohto lähtee toiseen voimajärjestelmään, ja taajuutta tai vaihtovirtaa säätelevän aseman välillä. Estonohjausmenetelmää voidaan soveltaa menestyksekkäästi tapauksissa, joissa voimajärjestelmät on kytketty toisiinsa vain yhdellä liitännällä.

Taajuusjärjestelmän menetelmä

Yhdistetyssä järjestelmässä, joka sisältää useita tehojärjestelmiä, taajuudensäätö on joskus osoitettu yhdelle järjestelmälle, kun taas muut ohjaavat lähetettyä tehoa.

Sisäisen statismin menetelmä

Tämä menetelmä on ohjauksen estomenetelmän jatkokehitys. Taajuussäätimen toiminnan estämistä tai vahvistamista ei suoriteta erityisillä tehoreleillä, vaan luomalla statismia järjestelmien välillä siirrettävään (vaihto)tehoon.

Jokaiseen rinnakkain toimivaan energiajärjestelmään on varattu yksi säätöasema, jolle on asennettu säätimet, jotka ovat vaihtotehon suhteen statisia. Säätimet reagoivat sekä taajuuden itseisarvoon että vaihtotehoon, kun taas jälkimmäinen pidetään vakiona ja taajuus on yhtä suuri kuin nimellisarvo.

Käytännössä sähköjärjestelmässä päivän aikana kuormitus ei pysy ennallaan, mutta kuormitusaikataulun mukaiset muutokset, järjestelmän generaattoreiden lukumäärä ja teho sekä määritetty vaihtoteho eivät myöskään pysy ennallaan. Siksi järjestelmän staattinen kerroin ei pysy vakiona.

Suuremmalla tuotantokapasiteetilla järjestelmässä se on pienempi ja pienemmällä teholla, päinvastoin, järjestelmän staattinen kerroin on suurempi. Siksi vaadittu statismikertoimien yhtäläisyyden ehto ei aina täyty. Tämä johtaa siihen, että kun kuormitus muuttuu yhdessä sähköjärjestelmässä, molempien sähköjärjestelmien taajuusmuuttajat tulevat toimintaan.

Sähköjärjestelmässä, jossa on tapahtunut kuormituspoikkeama, taajuusmuuttaja toimii koko ajan yhteen suuntaan koko säätöprosessin ajan yrittäen kompensoida syntyvää epätasapainoa. Toisessa sähköjärjestelmässä taajuussäätimen toiminta on kaksisuuntaista.

Jos säätimen stat-kerroin suhteessa vaihtotehoon on suurempi kuin järjestelmän stat-kerroin, säätöprosessin alussa tämän sähköjärjestelmän ohjausasema vähentää kuormitusta, mikä lisää vaihtotehoa, ja tämän jälkeen lisää kuormaa vaihtotehon asetusarvon palauttamiseksi nimellistaajuudella.

Kun säätimen stat-kerroin suhteessa vaihtotehoon on pienempi kuin järjestelmän stat-kerroin, ohjausjärjestys toisessa tehojärjestelmässä kääntyy päinvastaiseksi (ensin ohjauskertoimen hyväksyntä kasvaa, ja sitten se lasku).