1.6. Общее положения автоматизированного и автоматического регулирования частоты и активной мощности

Как известно, выработка и потребление активной мощности происходит одновременно. Поэтому в нормальном режиме мощность, вырабатываемая генераторами электростанций, ΣР_Г должна быть равна сумме мощности, потребляемой нагрузкой потребителей, ΣР_П,Н и мощности, расходуемой на потери в элементах электрической сети, ΣР_П,С, т.е.

ΣР_Г =ΣР_П,Н +ΣР_П,С, (1.8)

где ΣР_П,Н +ΣР_П,С = Σ Р_Н – суммарная нагрузка на генераторы и, следовательно, Σ Р_Г = Σ Р_Н.

Это равенство определяет условие баланса выработки и потребления мощности, при соблюдении которого частота в ЭЭС остается неизменной. Однако нагрузка ЭЭС практически не остается постоянной, а непрерывно изменяется, что приводит к нарушению баланса и его последующему восстановлению.

Пример изменения нагрузки в ЭЭС в течение суток характеризуется графиком, приведенным на рис.1.3.

Рис. 1.3. Примерный суточный график изменения нагрузки ЭЭС (зимний рабочий день).

Разница между максимальными и минимальными значениями нагрузки может составлять 30-50%. В таких условиях поддержание номинальной частоты в ЭЭС требует соответствующего и своевременного изменения мощности генераторов электростанций.

График суммарного электропотребления заранее не известен, он может лишь более или менее точно прогнозироваться. Действительный график нагрузки всегда несколько отличается от прогнозируемого. Обобщение статических данных, применение математических методов позволяют повысить точность прогнозов и существенно снизить эти отклонения.

ГП «Энергорынок» ежесуточно осуществляет оптимизацию распределения запрогнозированного графика нагрузки между работающими электростанциями, чтобы обеспечить электроснабжение потребителей при минимальной стоимости производства электроэнергии на ТЭС (ТЭЦ).

В случае совпадения фактического и прогнозируемого графиков электропотребления точное выполнение заданных электростанциям графиков нагрузки обеспечивает поддержание баланса мощности при нормальном уровне частоты ЭЭС. Однако частота в системе не остается постоянной. Причины этого в следующем:

1) фактический график электропотребления в силу ряда причин всегда несколько отличается от прогнозируемого;

2) график рассчитывается для конечных интервалов времени, обычно часовых, нагрузка же потребителей изменяется непрерывно. Следовательно, внутри интервалов неизбежны несовпадения;

3) нагрузка электростанций в соответствии с заданным графиком может быть изменена лишь с определенной скоростью, обусловленной технологическими особенностями современных станций. В период резких изменений электропотребления отдельные электростанции не успевают изменять нагрузку с той же скоростью, с которой меняется нагрузка потребителей, что служит причиной временных нарушений баланса.

Влияние на фактический график электропотребления этих факторов иллюстрируется рис. 1.4.

а)

б)

Рис. 1.4. Утренний подъем нагрузки ЭЭС:

а – график суммарной мощности, заданной генераторам (1), фактическая мощность генераторов (2) и фактическое электропотребление (3);

б – неплановая мощность ЭЭС .

4) суммарная мощность как потребителей, так и генераторов электростанций в любой момент может изменится в силу непредвиденных обстоятельств (аварийные отключения линий электропередачи, трансформаторов, генераторов).

Таким образом, в отдельные периоды времени отклонения частоты могут быть существенными, в особенности они возрастают в часы переменной части графика электропотребления. Для поддержания частоты с требуемой точностью необходимо постоянно устранять отклонения частоты, обусловленные отклонением потребляемой или генерируемой мощности от запланированного графика нагрузки.

Задача регулирования нагрузки электростанции не ограничивается поддержанием уровня частоты в ЭЭС в целом, поскольку узлы генерации и потребления рассредоточены по территории ЭЭС неравномерно. При этом связь между узлами (энергорайонами) осуществляется по линиям электропередачи, пропускная способность которых ограничена. Это обуславливает необходимость регулирования перетоков мощности по линиям связи, имеющим ограниченную пропускную способность.