Основные понятия, характеризующие процессы в ЭЭС.
Взаимосвязь частоты и активной мощности
Рассмотрим основные понятия, характеризующие процессы в ЭЭС, при нарушении и восстановлении баланса активной мощности.
Мощность электрической цепи, которая определяет производство или потребление электроэнергии в единицу времени, равна
(1.1)
где 
- мгновенные значения мощности, напряжения и тока электрической цепи соответственно.
Если напряжение и ток изменяются по гармоническому закону, что имеет место в промышленной энергетике, то мощность имеет две составляющие – постоянную, не зависящую от времени, и гармоническую, изменяющуюся с двойной частотой:
(1.2)
Необратимые процессы производства и потребления электроэнергии определяются постоянной составляющей 
в соотношении (1.2) т.е., 
, поскольку переменная составляющая не оказывает влияния на технологический процесс потребления электроэнергии из-за его инерционности. В связи с этим, при рассмотрении электромеханических и электромагнитных процессов ЭЭС используется понятие средней за период сети Т или активной мощности Р, которая равна:
(1.3)
Для трехфазной сети активная мощность определяется суммой активных мощностей трех фаз.
Изменение частоты в ЭЭС зависит именно от ее активной мощности.
Рассмотрим простейший вариант, когда первичный двигатель (гидро- или паровая турбина, дизельный агрегат) и синхронный генератор, имеющие общий вал, работают на изолированную нагрузку.
Рис. 1.2. Модель простейшей энергосистемы:
Т – турбина; Г – генератор; Н – нагрузка; РК – регулирующий клапан; АРЧВ – автоматический регулятор частоты вращения турбины
Динамическое движение такой системы описывается следующим дифференциальным уравнением:
(1.4)
где ω – круговая частота вращения ротора Т и Г;
J – момент инерции вращающихся масс турбины и генератора;
МТ – движущий момент на валу Т;
МГ – момент генератора, определяемый его электрической нагрузкой.
Умножим обе части уравнения (1.4) на некоторое начальное значение частоты ω0 и перейдем к относительным единицам.
Тогда
, (1.5)
где 
- номинальная мощность генератора.
Величину 
обозначим через ТА. Поскольку она имеет размерность времени и определяется инерционными свойствами агрегатов, величину ТА называют инерционной постоянной времени агрегата. Для современных турбоагрегатов она составляет 10-12 с, а для гидроагрегатов 7-8 с.
Окончательно соотношение (1.5) принимает вид:
(1.6)
Из уравнения (1.6) следует, что скорость вращения турбины и генератора, а, следовательно, и частота напряжения генератора, остаются неизменными, когда мощность турбины 
равна электрической мощности генератора 
, определяемой его нагрузкой, т.е. когда 
. Если 
(избыток генерируемой мощности), то 
и частота агрегата растет. В другом случае, когда 
(дефицит мощности), частота агрегата снижается. Разность мощностей Т и Г (нагрузки) называется небалансом мощности.
К подобной модели могут быть приведены электрическая станция, ЭЭС, ОЭС либо их отдельные части.
Рассмотрим процесс изменения частоты в энергосистеме, представляя ее эквивалентным агрегатом по выражению (1.6) и рис.1.2. Предположим вначале, что мощность турбины 
и мощность генератора 
, а следовательно и мощность нагрузки не зависят от частоты.
В случае нарушения баланса мощностей в выражении (1.6) из-за увеличения мощности потребителей, появится некоторая величина . В этом случае интегрируя выражение (1.6), получим:
(1.7)
где 
- начальная частота в энергосистеме в момент возникновения дефицита 
.
Из (1.7) следует, что, как бы ни был мал дефицит мощности 
в ЭЭС, частота в ней будет монотонно снижаться, приводя к обязательному погашению системы.
Если небаланс мощности возник из-за отключения части нагрузки, то , знак второго члена в (1.7) изменится на противоположный и частота в ЭЭС будет монотонно возрастать – это также приведет к нарушению нормальной работы последней.
Следовательно, при идеализированном представлении частотных характеристик Т и Г (нагрузки) независящими от частоты, устойчивая работа ЭЭС невозможна.
В реальных условиях частотные характеристики генерирующей части ЭЭС и потребителей таковы, что мощность турбин возрастает, а мощность потребителей снижается при уменьшении частоты; при увеличении частоты – наоборот, мощность турбин снижается, а мощность потребителей возрастает. Подобные частотные зависимости способствуют ликвидации возможного небаланса мощности и восстановлению равенства генерируемой и потребляемой мощностей и стабилизации частоты. Эти частотные свойства получили название саморегулирования или самовыравнивания энергосистемы. Самовыравнивание и обеспечивает устойчивую работу последней. При чем в этом случае баланс (равенство) мощностей устанавливается при другом установившемся значении частоты, отличающимся от исходного значения частоты в момент возникновения небаланса мощности.
Мощность турбины 
является некоторой функцией, в общем случае, нелинейной, частоты. Причем 
зависит также и от других параметров, например, давления острого пара перед турбиной и его температуры, вакуума в конденсаторе для паровых турбин, напора и расхода воды и т.п. для гидротурбин. Мощность генератора 
определяется мощностью нагрузки (потребителей), которые по своим частотным характеристикам могут быть разделены на несколько групп. Следовательно:
где П1, П2.....ПГ1, ПГ2... – некоторые параметры, определяющие мощности турбины и генератора соответственно.
Дата добавления: 2018-05-31; просмотров: 366; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!