Физическая сущность баланса активных мощностей и его связь с регулированием частоты

Особенность электроэнергетических систем состоит в практически мгновенной передаче энергии от источников к потребителям и невозможности накапливания выработанной электроэнергии в заметных количествах. Эти свойства определяют одновременность процесса выработки и потребления электроэнергии.

В каждый момент времени в установившемся режиме энергосистемы ее электрические станции должны вырабатывать мощность, равную мощности потребителей, и покрывать потери мощности в сети, т.е. должен соблюдаться баланс вырабатываемой и потребляемой мощностей:

SPг = SPн + SDP,

(8.1)

где	SPг - суммарная активная мощность, генерируемая электростанциями (за вычетом мощности, расходуемой на собственные нужды);
	SPн - суммарная активная мощность нагрузки потребителей;
	SDP - суммарные потери активной мощности.

При нарушении исходного баланса частота принимает новое значение. Снижение (дефицит) генерируемой мощности приводит к уменьшению частоты, а ее избыток обусловливает рост частоты, т.е. при SP_г<SP_н частота понижается, а при SP_г>SP_н возрастает.

Мощность генератора зависит от ЭДС Е_q:

,

(8.2)

где	Uг – напряжение на зажимах генератора;
	Xd – сопротивление генератора;
	δ – угол между векторами ЭДС и напряжения.

Eq = U г + jI г Xd = U г + jI г 2pfL.

(8.3)

При увеличении впуска энергоносителя (пара или воды) в турбину турбина начинает вращаться быстрее, возрастает ЭДС, соответственно возрастает частота. Если уменьшить подачу энергоносителя, то P_г снижается, и при том же составе нагрузки (известно, что около 80% нагрузки составляют электродвигатели) становится невозможным вращение двигателей с прежней скоростью:

,

(8.4)

здесь

p – число пар полюсов.

Двигатели начнут тормозиться и потреблять меньшую мощность, при этом может установиться новый баланс при f ≠ f_ном.

Номинальная частота свидетельствует о том, что генерируемой мощности достаточно для покрытия нормальной потребности электроприемников, при этом двигатели вращаются с номинальной скоростью. Пониженная частота указывает на дефицит генерируемой мощности, а повышенная – на ее избыток.

Причинами нарушения баланса мощности могут быть:

· аварийное отключение генератора;

· неожиданный рост потребления мощности;

· аварийное отключение нагруженных межсистемных и системообразующих линий или трансформаторов связи.