Процесс изменения частоты в ЭС

При нарушении, вследствие возмущающего воздействия, баланса мощностей в электроэнергетической системе начинается электромеханический переходный процесс, сопровождающийся снижением или повышением частоты вращения синхронных генераторов. И то и другое, однако, некатастрофично, поскольку нагруженная электроэнер­гетическая система обладает способностью самоустановления послеаварийного установившегося режима, благодаря естественному свойству нагрузки соответственно снижать и увеличивать свою производитель­ность.

На рис. 1 приведены статические зависимости вырабатываемой синхронными генераторами мощности Р_Г и потребляемой нагрузкой Р_Н от частоты. При ограниченном небалансе мощности ΔР_Г1=Р_{Н 1.0} - Р_ГО (рис. 1,а) или ΔР_Г1=Р_{Н 1.0} - Р_ГО (рис. 1,б), при котором графи­ки 1, 2 указанных зависимостей пересекаются не только в точке а — нормальный режим, но и в точке b — послеаварийный установившийся режим наступает при снижении частоты f1< f _НОМ потребляемой мощ­ности Р_{Н 1} < Р_НО = Рн.ном. Однако при дефиците генерируемой мощности

ΔР_Г2 = Р_{Н 2.0} - Р_ГОили ΔР_Г2= Р_ГО — Р_{Г 2.0} , при котором характеристики 1 и 3или 2и 3расходятся (рис. 1),аварийный процесс развивается, вследствие лавины частоты — может произойти общесистемная авария. Для спасения электроэнергетической системы необходимо снижение де­фицита ΔР_Г2,что и делается противоаварийным отключением нагрузки по снижению частоты автоматикой частотной разгрузки (АЧР) — наи­более простым и эффективным видом АОСЧ

. Столь же опасно и повышение частоты вращения синхронных гене­раторов в избыточной по мощности части ЭЭС, но уже с точки зрения сохранения статической устойчивости в послеаварийном режиме. В этом случае производится частотное отключение гидрогенераторов (АЧОГ).

Динамический процесс изменения, в частности снижения (рис. 2), частоты представляется ин­тегрирующим структурно неустойчивым звеном при электро-

механическом п.п., обусловленном возникшим недостатком мощности .

(2)

(3).

;

J – момент электромеханической инерции электроэнергетической системы; т.е.новый установившийся послеаварийный режим при ΔР_Ном = const невозможен.

Однако, как указывалось, недостаток мощности уменьшается по мере снижения частоты

(4)

где К_Н = (P/f) = tg a — коэффициент регулирующего эффекта нагруз-ки (см. рис. 1,б).

С его учетом [подстановкой(4) в уравнение (3)] нагруженная электроэнергетическая система подставляется инерционным — потен­циально устойчивым структурным звеном первого порядка

(5)

где Т_Ч — постоянная времени изменения частоты, Т_Ч = T_J /K_H.

В установившемся послеаварийном режиме (при t —►∞, р —►0) ча­стота оказывается сниженной на

(6)

Указанная подстановка (4) в (3) эквивалентна охвату интегри­рующего звена жесткой отрицательной обратной связью с коэффициен­том передачи K_О.С. =К _Н, преобразующей его в ука­занное апериодическое звено и обеспечивающей затухание электромеханического процесса в электроэнергетической системе.

Решение уравнения (5) и определяет экспоненциальное изменение частоты

(см. рис.2).

f = f _ном ± Δ f _∞(1-е^{-t/ Tч}) (7)

при недостатке или избытке мощности соответственно «-» или «+» в (7).

Обращено внимание на свойство производной функции (7)

(8)

максимальное значение которой при t =0

(9)

дает информацию о возникающем небалансе мощности и уменьшающемся по мере, в частности, снижения частоты недостатке (дефиците)мощности. Остановить процессы снижения или повышения частоты с целью восстановления ее номинального значения и есть задача автоматики противоаварийных частотных отключений нагрузки (АЧР) и частотного ускоренного пуска гидрогенераторов (АЧУП) в дефицитной и отключения гидрогенераторов(АЧОГ) в избыточной по мощности частях ЭЭС.