Балансы мощностей в энергосистеме и их связь с отклонением частоты. Статические характеристики нагрузки по частоте.

Частота переменного тока в электрической сети и напряжения в узлах являются важнейшими показателями качества электроэнергии. Общим для этих показателей является то, что они оба связаны с балансами мощностей в электроэнергетической системе и системах электроснабжения потребителей. Значение частоты в любой момент нормального режима одинаково во всех узлах электрической сети и является единым показателем качества электро- энергии. В то же время уровни напряжений в различных точках сети могут различаться очень сильно и одновременно в одних узлах сетей соответствовать, а в других не соответствовать требованиям ГОСТов. В этом смысле напряжение, как параметр качества электроэнергии, должно анализироваться в каждом от- дельном узле энергосистемы на шинах каждого потребителя. Основными особенностями электроэнергетических систем и систем электроснабжения являются: - практическая невозможность накопления электроэнергии, мощности со- временных аккумуляторных батарей неизмеримо меньше мощностей генерирующих источников; - практически мгновенная передача электроэнергии потребителям от генерирующих источников в связи с высокой скоростью распространения электро- магнитных волн. Указанные особенности определяют одновременность процессов производства и потребления электроэнергии и равенство величин вырабатываемой и потребляемой электроэнергии в каждый момент времени. В каждый момент установившегося режима в электроэнергетической системе существуют балансы по активной и реактивной мощности. Уравнения балансов мощностей можно записать в виде
 
здесь  –– суммарные активные и реактивные мощности генерирующих источников;  –– суммарные активные и реактивные мощности нагрузок;  –– суммарные потери мощности в элементах систем электро- снабжения и электроэнергетической системы;  –– суммарные расходы мощности на собственные нужды электростанций;  –– суммарные мощности компенсирующих устройств (знак «+» соответствует устройствам, потребляющим реактивную мощность, знак «-» –– вырабатывающим);  — суммарная реактивная мощность, генерируемая воздушными ли ниями электропередачи
Мощности, потребляемые из сети электроприемниками, как правило, зависят от частоты в сети и напряжений на шинах электроприемников. Группы электроприемников, получающие питание от энергосистем образуют узлы нагрузок. При различном комплексном составе электроприемников в узлах нагрузок обычно значительную долю составляют асинхронные и синхронные двигатели, которые и определяют виды зависимостей потребляемой из сети активной Рн и реактивной Qн нагрузок.

47.Поддержание частоты в энергосистемах. Характеристики первичных двигателей
Поддержание частоты на уровне, регламентируемом ГОСТ 13109-97, осуществляется мощными генераторами электроэнергетических систем. Электроприемники промышленных предприятий в силу их незначительной мощности по сравнению с суммарной генерирующей мощностью энергосистемы не могут оказать существенного влияния на отклонение частоты в питаю- щей сети. Однако следует иметь в виду, что мощные электроприемники с резкопеременной нагрузкой вызывают значительные изменения напряжения в сети, а следовательно, и колебания частоты питающего напряжения. Основное влияние на колебания частоты оказывают быстрые резкопеременные колебания активной нагрузки и резкие сбросы генерации активной мощности, связанные с аварийными ситуациями в энергосистемах.

Частоту в электроэнергетической системе регулируют путем изменения выдачи генераторами активной мощности в сеть. Активная мощность генератора зависит от работы первичного двигателя — паровой, газовой или гидравлической турбины, поэтому для анализа процесса регулирования частоты необходимо рассмотреть работу первичных двигателей и их характеристики. Первичные двигатели, как правило, снабжены регуляторами скорости вращения турбин, позволяющими изменять подачу энергоносителя на лопатки турбины при изменении скорости ее вращения. При отсутствии регулирования подача энергоносителя в турбину не меняется при изменении частоты. Таким образом, мощность на валу первичного двигателя и соответственно активная мощность генератора не зависят от часто- ты в сети. При наличии регулирования снижение частоты в энергосистеме отслеживается регуляторами скорости турбин, изменяющими подачу пара на лопасти турбин. При снижении частоты регулятор действует на задвижку паропровода, увеличивая подачу пара в турбину и тем самым увеличивая мощность первичного двигателя Рт, и механический момент на валу ротора, связанный с ним со- отношением ,где  –– угловая частота ротора турбины.

 

48.Сущность первичного и вторичного регулирования частоты в энергосистеме.
В каждый момент времени установившегося режима в электроэнергетической системе существует баланс активных мощностей. Рассмотрим условия поддержания баланса мощностей в энергосистеме, эквивалентированной к одномашинной системе турбинагенератор с эквивалентной нагрузкой на шинах генератора. Схема

В такой системе хар-ка Рr соответствует турбине, снабженной регулятором скорости. Снижение частоты в энергосистеме приводит к увеличению подачи энергоносителя на лопатки турбины и увеличению выдачи генератором активной мощности в сеть. Горизонтальная часть хар-ки соответствует предельно допустимой, как правило, номинальной, мощности турбины  , при этом задвижка паропровода полностью открыта и дальнейшее увеличение мощности турбогенератора невозможно. Увеличения генерации можно достигнуть только путем ввода резервных мощностей. Нагрузка Рн представляется статической хар-кой Рн(f) увеличение нагрузки приводит к смещению статической характеристики нагрузки вверх параллельно себе, снижение нагрузки смещает хар-ку вниз. Пересечение характеристик генератора Рr и нагрузки Pн соответствует балансу активных мощностей (Pr=Pн) при некоторой начальной частоте в энергосистеме, равной fo (т. 1). Пусть fo=fном. Рассмотрим нарушение баланса активных мощностей, вызванное подключением дополнительной нагрузки, то есть ее увеличением на ∆Pн, новая хар-ка нагрузки займет положение Pн + ∆Pн. При отсутствии регулирования новый баланс мощности наступит при выравнивании вращающего и тормозного моментов при значении частоты f1 (т. 2). При наличии на турбине регулятора скорости новый баланс установится при частоте f2 большей, чем f1 (т. 3). Стрелками показан апериодический переходный процесс от начального состояния к новому. Таким образом, за счет наклона характеристики регулятора скорости выполняется регулирование частоты от f1 до f2, называемое первичным регулированием частоты. Как правило, первичное регулирование частоты не обеспечивает требований ГОСТов на качество электроэнергии и необходимо дальнейшее регулирование. Вторичное регулирование частоты обычно выполняется специально выделенными частотоведущими станциями путем ввода дополнительных резервных мощностей. Ввод дополнительных мощностей ∆Pг соответствует переходу на характеристику генератора Pг + ∆Pг и установлению нового баланса мощностей (Pг+∆Pг= Pн+∆Pн) при первоначальной частоте fo (т. 4)Регулирование частоты от f2 до fo называется вторичным регулированием частоты