電力系統調頻

在電力系統中，在任何給定時刻，必須產生在給定時刻消耗所需的電量，因為不可能產生電能儲備。

頻率和電壓是主要因素之一 電能質量指標... 偏離正常頻率會導致發電廠運行中斷，這通常會導致燃料燃燒。系統頻率的降低導致工業企業機構生產率的下降，以及電廠主要機組效率的下降。頻率的增加還導致發電廠單元效率的降低和電網損耗的增加。

目前，自動調頻問題涵蓋了廣泛的經濟和技術問題。電力系統目前正在進行自動調頻。

頻率對電廠設備運行的影響

所有執行旋轉運動的單元都以這樣一種方式計算，即它們的最高效率是從一個非常特定的旋轉速度（即標稱速度）實現三倍。目前，執行旋轉運動的裝置大部分都與電機相連。

電能的生產和消費主要依靠交流電進行；因此，大多數進行旋轉運動的塊都與交流電的頻率有關。事實上，正如交流發電機產生的交流發電機的頻率取決於渦輪機的速度一樣，交流電機驅動的機構的速度也取決於頻率。

交流電頻率與標稱值的偏差對不同類型的單元以及電力系統效率所依賴的不同設備和設備具有不同的影響。

汽輪機及其葉片的設計方式是在額定轉速（頻率）和無縫蒸汽輸入下提供最大可能的軸功率。在這種情況下，轉速的降低導致蒸汽衝擊葉片產生損失，同時扭矩增加，而轉速的增加導致扭矩的降低和扭矩的增加。衝擊刀片的背面。最經濟的渦輪機工作在 標稱頻率.

此外，以降低的頻率運行會導致渦輪轉子葉片和其他部件的加速磨損。頻率的變化會影響發電廠自耗機制的運行。

頻率對電力消費者性能的影響

電力消費者的機制和單位可以根據對頻率的依賴程度分為五組。

第一組。頻率變化對開發功率無直接影響的用戶。其中包括：照明、電弧爐、電阻漏電、整流器和由它們供電的負載。

第二組。功率與頻率的一次冪成比例變化的機制。這些機制包括：金屬切削機、球磨機、壓縮機。

第三組。功率與頻率的平方成正比的機制。這些機制的阻力矩與一級頻率成正比。沒有具有這個精確阻力矩的機制，但許多特殊機制具有近似於此的力矩。

第四組。功率與頻率的立方成正比的風扇轉矩機制。此類機構包括沒有靜壓頭阻力或靜壓頭阻力可忽略不計的風扇和泵。

第五組。功率在更高程度上取決於頻率的機制。此類機構包括具有大靜壓頭的泵（例如發電廠的給水泵）。

最後四個用戶組的性能隨著頻率的降低而降低，並隨著頻率的增加而提高。乍一看，增加工作頻率似乎對用戶有益，但事實並非如此。

此外，隨著頻率的增加，感應電機的轉矩會降低，如果電機沒有動力儲備，會導致設備失速和停止。

電力系統自動頻率控制

電力系統自動調頻的目的主要是為了保證電站和電力系統的經濟運行。如果不維持正常的頻率值並且沒有在電力系統的並聯工作單元和發電廠之間最有利地分配負載，則無法實現電力系統的運行效率。

為了調節頻率，負載分佈在幾個並行工作單元（站）之間。同時，負荷在機組之間分配，即使系統負荷發生微小變化（最多5-10%），大量機組和站的運行模式也不會改變。

由於負荷的性質是可變的，最好的模式是在相對階梯相等的情況下，由街區（站）的主要部分承擔相應的負荷，通過變化來彌補負荷的小而短的波動。從單位的一小部分的負載。

他們在並行工作的單元之間分配負荷時，盡量保證它們都工作在效率最高的區域，在這種情況下，保證了最低的油耗。

負責涵蓋所有計劃外負載變化的單位，即系統中的頻率調節必須滿足以下要求：

• 效率高；

• 具有平坦的負載效率曲線，即在很寬的負載變化範圍內保持高效率。

在系統負載發生顯著變化（例如增加）的情況下，當整個系統切換到相對增益值較大的運行模式時，頻率控制轉移到這樣一個站點其中相對增益的大小接近於系統的大小。

頻率站在其裝機功率範圍內的控制範圍最大。如果可以將頻率控制分配給單個站點，則控制條件很容易實現。在可以將調節分配給單個單元的情況下，可以獲得更簡單的解決方案。

渦輪機的速度決定了電力系統的頻率，因此通過作用於渦輪機調速器來控制頻率。渦輪機通常配備有離心式調速器。

最適合頻率控制的是具有正常蒸汽參數的凝汽式汽輪機。背壓式汽輪機是完全不適合頻率控制的汽輪機類型，因為它們的電力負荷完全由蒸汽用戶決定，幾乎完全獨立於系統中的頻率。

將頻率調節任務委託給具有大蒸汽吸力的渦輪機是不切實際的，因為首先，它們的控制範圍非常小，其次，它們對於可變負載運行來說是不經濟的。

為保持所需的控制範圍，變頻調速站的功率至少應為系統負載的8-10%，以便有足夠的控制範圍。火電廠的調節範圍不能等於裝機容量。因此，根據鍋爐和渦輪機的類型調整頻率的熱電聯產的功率應比所需的調整範圍高兩到三倍。

產生必要控制範圍的水力發電廠的最小裝機功率可能明顯小於火力發電廠。對於水力發電廠，調節範圍通常等於裝機容量。當頻率由水力發電廠控制時，從水輪機啟動的那一刻起，負載的增加率沒有限制。然而，眾所周知，水力發電廠的頻率調節與控制設備的複雜性有關。

除了電站類型和設備特性外，控制站的選擇還受其在電氣系統中的位置影響，即距負荷中心的電氣距離。如果電站位於電力負荷的中心，並通過強大的電力線連接到系統的變電站和其他電站，那麼通常情況下，調節站負荷的增加不會導致違反靜態穩定性。

相反，當控制站遠離系統中心時，可能存在不穩定的風險。在這種情況下，頻率調節必須伴隨著對 e 矢量發散角的控制。 ETC。 c. 管理或控制發射功率的系統和站。

頻率控制系統調節的主要要求：

• 參數和調整限制，

• 靜態和動態誤差，

• 塊負載的變化率，

• 確保監管過程的穩定性，

• 通過給定方法進行調節的能力。

穩壓器應該設計簡單、運行可靠且價格低廉。

電力系統中的頻率控制方法

電力系統的發展導致需要調節一個站的幾個街區的頻率，然後是幾個站。為此，採用了多種方法來保證電力系統的穩定運行和高頻質量。

由於輔助設備（有源負載分配設備、遙測通道等）出現錯誤，所應用的控制方法不得增加頻率偏差限值。

頻率調節方法對於確保頻率保持在給定水平是必要的，無論頻率控制單元上的負載（當然，除非使用它們的整個控制範圍）、單元數量和頻率控制站，以及頻率偏差的幅度和持續時間。…控制方法還必須確保控制單元保持給定的負載率，並同時進入控制頻率的所有單元的調節過程。

靜態特性法

最簡單的方法是通過調整系統中所有單元的頻率來獲得，當後者配備有靜態特性的速度調節器時。在不改變控制特性的情況下運行的塊的並聯運行中，可以從靜態特性方程和功率方程中找到塊之間的負載分佈。

在運行期間，負載變化明顯超過指定值，因此頻率無法保持在指定範圍內。使用這種調節方法，必須有一個大的循環儲備分佈在系統的所有單元上。

這種方法不能保證電廠的經濟運行，一方面不能充分利用經濟機組的全部容量，另一方面所有機組的負荷都在不斷變化。

具有非靜態特性的方法

如果所有或部分系統單元配備具有非靜態特性的頻率調節器，那麼理論上系統中的頻率將隨著負載的任何變化而保持不變。然而，這種控制方法不會導致頻率控制單元之間的固定負載比。

當頻率控制分配給單個單元時，可以成功應用此方法。在這種情況下，設備的功率至少應為系統功率的 8 - 10%。速度控制器是否具有非靜態特性或設備是否配備具有非靜態特性的頻率調節器都無關緊要。

所有計劃外的負載變化都會被具有非靜態特性的單元感知。由於系統中的頻率保持不變，系統其他單元的負載保持不變。這種方法單機調頻是完美的，但當調頻分配給多台機組時就不能接受了。該方法用於小功率電源系統中的調節。

生成器方法

主發電機法可用於根據系統情況需要調整同站多台機組頻率的場合。

具有非靜態特性的頻率調節器安裝在其中一個塊上，稱為主塊。負載調節器（均衡器）安裝在剩餘的塊上，它們也負責頻率調節的任務。他們的任務是維持主單元負載與其他有助於調節頻率的單元之間的給定比率。系統中的所有渦輪機都有靜態調速器。

虛構統計方法

虛靜力法適用於單站和多站調節。第二種情況，調頻站與控制室之間必須有雙向遙測通道（站向控制室傳輸負荷指示和控制室向站傳輸自動指令） ).

每個參與調節的設備上都安裝有頻率調節器。該調節在維持系統頻率方面是非靜態的，並且在發電機之間的負載分配方面是靜態的。它確保調製發電機之間的負載穩定分配。

頻率受控設備之間的負載共享是通過有源負載共享設備實現的。後者總結了控制單元的全部負載，並以一定的預定比例在它們之間分配。

虛數統計方法還可以在多個站點的系統中調節頻率，同時在站點之間和各個單元之間都將遵守給定的負載率。

同步時間法

該方法使用同步時間與天文時間的偏差作為多站電力系統頻率調節的標準，無需使用遠程機械裝置。該方法基於從某個時刻開始的同步時間與天文時間的偏差的靜態依賴性。

在系統的汽輪發電機轉子正常同步轉速下，轉動力矩和阻力矩相等時，同步電動機的轉子將以相同的速度旋轉。如果在同步電動機的轉子軸上放置一個箭頭，它會以一定的刻度顯示時間。通過在同步電動機的軸和指針的軸之間放置一個合適的齒輪，可以使指針以時鐘的時針、分針或秒針的速度旋轉。

這個箭頭所示的時間稱為同步時間。天文時間源自準確的時間源或電流頻率標準。

一種同時控制非靜態和靜態特性的方法

該方法的本質如下。電力系統中有兩個控制站，一個按非靜止特性工作，另一個按靜止係數小的靜止工作。對於來自控制室的實際負載計劃的微小偏差，任何負載波動都會被具有非靜態特性的站點感知。

在這種情況下，具有靜態特性的控制站將僅在瞬態模式下參與調節，避免大的頻率偏差。當第一工位的調整範圍用盡時，第二工位進入調整。在這種情況下，新的固定頻率值將不同於標稱值。

當第一站控制頻率時，基站上的負載將保持不變。當二站調整時，基站的負載會偏離經濟站。這種方法的優缺點是顯而易見的。

電源鎖管理方法

這種方法在於這樣一個事實，即只有當頻率偏差是由其中的負載變化引起時，包括在互連中的每個電力系統才參與頻率調節。該方法基於互連能源系統的以下特性。

如果任何電力系統中的負荷增加，那麼它的頻率降低伴隨著給定交換功率的降低，而在其他電力系統中，頻率降低伴隨著給定交換功率的增加。

這是因為所有具有靜態控制特性的設備都試圖保持頻率，增加輸出功率。因此，對於發生負荷變化的電力系統，頻率偏差的符號與交換功率偏差的符號匹配，但在其他電力系統中，這些符號不相同。

每個電力系統都有一個控制站，其中安裝了頻率調節器和交流電源閉鎖繼電器。

也可以在其中一個系統中安裝一個由功率交換繼電器阻斷的頻率調節器，並在相鄰的電力系統中安裝一個由頻率繼電器阻斷的交流功率調節器。

如果交流電源調節器可以在額定頻率下工作，則第二種方法比第一種方法有優勢。

當電力系統負荷發生變化時，頻率偏差與交流電能的符號相吻合，控制電路不閉鎖，在頻率調節器的作用下，使系統各模塊的負荷增減。在其他電力系統中，頻率偏差和交換功率的符號不同，因此控制電路被阻塞。

通過這種方法進行的調節需要在連接線路離開另一個電力系統的變電站和調節頻率或交換流量的站之間存在電視頻道。閉鎖控制方法可以成功應用於電力系統僅通過一個連接相互連接的情況。

頻率系統法

在包含多個電力系統的互連繫統中，頻率控制有時分配給一個系統，而其他系統控制傳輸功率。

內部統計方法

該方法是控制阻塞法的進一步發展。阻止或加強頻率調節器的作用不是通過特殊的功率繼電器來執行的，而是通過在系統之間的傳輸（交換）功率中創建統計來執行的。

在每個並行運行的能源系統中，分配一個調節站，調節器安裝在調節器上，調節器在交換功率方面具有統計性。穩壓器對頻率和交換功率的絕對值均有響應，而後者保持恆定，頻率等於標稱值。

在實踐中，白天電力系統中的負荷並沒有保持不變，但是隨著負荷調度的變化，系統中發電機的台數和功率以及規定的交換功率也沒有保持不變。因此，系統的靜態係數不會保持不變。

系統發電量越大，體積越小，功率越低，反之，系統的靜態係數越高。因此，並不總是滿足統計係數相等的必要條件。這將導致當一個電力系統中的負載發生變化時，兩個電力系統中的變頻器都會起作用。

在已經出現負載偏差的電力系統中，變頻器在整個調節過程中始終朝一個方向動作，試圖補償由此產生的不平衡。在第二個電力系統中，頻率調節器的操作將是雙向的。

如果調節器相對於交換功率的統計係數大於系統的統計係數，那麼在調節過程開始時，該電力系統的控制站將減少負荷，從而增加交換功率，然後再增加負載，恢復額定頻率下交流功率的設定值。

當調節器對交流電的統計係數小於系統的統計係數時，第二個電力系統的控制順序將反轉（先是驅動因素的接受度增加，然後是減少）。