Pengaturan frekuensi dalam sistem tenaga

Dalam sistem tenaga listrik, pada saat tertentu, sejumlah listrik harus dihasilkan sebagaimana diperlukan untuk dikonsumsi pada saat tertentu, karena tidak mungkin membuat cadangan energi listrik.

Frekuensi bersama dengan voltase adalah salah satu yang utama indikator kualitas daya... Penyimpangan frekuensi dari normal menyebabkan terganggunya pengoperasian pembangkit listrik, yang biasanya menyebabkan pembakaran bahan bakar. Penurunan frekuensi dalam sistem menyebabkan penurunan produktivitas mekanisme di perusahaan industri dan penurunan efisiensi unit utama pembangkit listrik. Peningkatan frekuensi juga menyebabkan penurunan efisiensi unit pembangkit listrik dan peningkatan kerugian jaringan.

Saat ini, masalah pengaturan frekuensi otomatis mencakup berbagai masalah yang bersifat ekonomis dan teknis. Sistem tenaga saat ini melakukan pengaturan frekuensi otomatis.

Pengaruh frekuensi terhadap pengoperasian peralatan pembangkit listrik

Semua unit yang melakukan gerakan putar dihitung sedemikian rupa sehingga efisiensi tertingginya diwujudkan tiga kali lipat dari satu kecepatan putaran yang sangat spesifik, yaitu pada nominal. Saat ini, unit yang melakukan gerakan berputar sebagian besar terhubung ke mesin listrik.

Produksi dan konsumsi energi listrik dilakukan terutama pada arus bolak-balik; oleh karena itu, sebagian besar blok yang melakukan gerakan putar dikaitkan dengan frekuensi arus bolak-balik. Memang, sama seperti frekuensi alternator yang dihasilkan oleh alternator bergantung pada kecepatan turbin, demikian pula kecepatan mekanisme yang digerakkan oleh motor AC bergantung pada frekuensi.

Penyimpangan frekuensi arus bolak-balik dari nilai nominal memiliki efek berbeda pada berbagai jenis unit, serta pada berbagai perangkat dan peralatan yang menjadi sandaran efisiensi sistem tenaga.

Turbin uap dan bilahnya dirancang sedemikian rupa sehingga daya poros maksimum yang mungkin disediakan pada kecepatan pengenal (frekuensi) dan masukan uap yang lancar. Dalam hal ini, penurunan kecepatan rotasi menyebabkan terjadinya kerugian akibat tumbukan uap pada sudu dengan peningkatan torsi secara bersamaan, dan peningkatan kecepatan rotasi menyebabkan penurunan torsi dan peningkatan torsi. pelampiasan di sisi belakang pisau. Turbin paling ekonomis bekerja di frekuensi nominal.

Selain itu, pengoperasian pada frekuensi yang dikurangi menyebabkan keausan yang dipercepat pada baling-baling turbin dan bagian lainnya.Perubahan frekuensi mempengaruhi pengoperasian mekanisme konsumsi sendiri pembangkit listrik.

Pengaruh frekuensi terhadap kinerja konsumen listrik

Mekanisme dan unit konsumen listrik dapat dibagi menjadi lima kelompok sesuai dengan tingkat ketergantungannya pada frekuensi.

Grup pertama. Pengguna yang perubahan frekuensinya tidak berpengaruh langsung pada daya yang dikembangkan. Ini termasuk: penerangan, tungku busur listrik, kebocoran resistansi, penyearah dan beban yang ditenagai olehnya.

Kelompok kedua. Mekanisme yang kekuatannya bervariasi sebanding dengan kekuatan pertama frekuensi. Mekanisme ini meliputi: mesin pemotong logam, ball mill, kompresor.

Kelompok ketiga. Mekanisme yang kekuatannya sebanding dengan kuadrat frekuensi. Ini adalah mekanisme yang momen resistensinya sebanding dengan frekuensi pada tingkat pertama. Tidak ada mekanisme dengan momen resistensi yang tepat ini, tetapi sejumlah mekanisme khusus memiliki momen yang mendekati ini.

Kelompok keempat. Mekanisme torsi kipas yang kekuatannya sebanding dengan pangkat tiga frekuensi. Mekanisme tersebut termasuk kipas dan pompa tanpa atau hambatan kepala statis yang dapat diabaikan.

Kelompok kelima. Mekanisme yang kekuatannya tergantung pada frekuensi ke tingkat yang lebih tinggi. Mekanisme tersebut meliputi pompa dengan head resistansi statis yang besar (mis. pompa umpan pembangkit listrik).

Kinerja dari empat kelompok pengguna terakhir menurun dengan penurunan frekuensi dan meningkat dengan peningkatan frekuensi. Sekilas, tampaknya bermanfaat bagi pengguna untuk bekerja pada frekuensi yang lebih tinggi, tetapi ini jauh dari kasusnya.

Selain itu, dengan bertambahnya frekuensi, torsi motor induksi berkurang, yang dapat menyebabkan perangkat mati dan berhenti jika motor tidak memiliki cadangan daya.

Kontrol frekuensi otomatis dalam sistem tenaga

Tujuan dari kontrol frekuensi otomatis dalam sistem tenaga terutama untuk memastikan pengoperasian stasiun dan sistem tenaga yang ekonomis. Efisiensi pengoperasian sistem tenaga tidak dapat dicapai tanpa mempertahankan nilai frekuensi normal dan tanpa distribusi beban yang paling menguntungkan antara unit kerja paralel dan pembangkit listrik sistem tenaga.

Untuk mengatur frekuensi, beban didistribusikan ke beberapa unit kerja (stasiun) paralel. Pada saat yang sama, beban didistribusikan di antara unit-unit sedemikian rupa sehingga dengan perubahan kecil pada beban sistem (hingga 5-10%), mode pengoperasian sejumlah besar unit dan stasiun tidak berubah.

Dengan sifat beban yang bervariasi, mode terbaik adalah di mana bagian utama dari blok (stasiun) membawa beban yang sesuai dengan kondisi persamaan langkah relatif, dan fluktuasi beban yang kecil dan pendek ditutupi dengan mengubah beban sebagian kecil dari unit.

Saat mereka mendistribusikan beban antar unit yang bekerja secara paralel, mereka mencoba memastikan bahwa semuanya bekerja di area efisiensi tertinggi... Dalam hal ini, konsumsi bahan bakar minimum dipastikan.

Unit-unit yang bertugas mencakup semua perubahan beban yang tidak direncanakan, mis. pengaturan frekuensi dalam sistem harus memenuhi persyaratan sebagai berikut:

• memiliki efisiensi tinggi;

• memiliki kurva efisiensi beban datar, yaitu mempertahankan efisiensi tinggi pada berbagai variasi beban.

Dalam kasus perubahan signifikan dalam beban sistem (misalnya, peningkatannya), ketika seluruh sistem beralih ke mode operasi dengan nilai penguatan relatif yang lebih besar, kontrol frekuensi dipindahkan ke stasiun tersebut di yang besarnya keuntungan relatif dekat dengan sistem.

Stasiun frekuensi memiliki rentang kendali terbesar dalam daya terpasangnya. Kondisi kontrol mudah diimplementasikan jika kontrol frekuensi dapat ditugaskan ke satu stasiun. Solusi yang lebih sederhana diperoleh dalam kasus di mana regulasi dapat ditugaskan ke satu unit.

Kecepatan turbin menentukan frekuensi dalam sistem tenaga, sehingga frekuensi dikontrol dengan bekerja pada pengatur kecepatan turbin. Turbin biasanya dilengkapi dengan pengatur kecepatan sentrifugal.

Yang paling cocok untuk kontrol frekuensi adalah turbin kondensasi dengan parameter uap normal Turbin tekanan balik adalah jenis turbin yang sama sekali tidak sesuai untuk kontrol frekuensi, karena beban listriknya ditentukan sepenuhnya oleh pengguna uap dan hampir sepenuhnya tidak bergantung pada frekuensi dalam sistem .

Tidak praktis untuk mempercayakan tugas pengaturan frekuensi ke turbin dengan hisapan uap besar, karena, pertama, mereka memiliki (rentang kontrol yang sangat kecil dan, kedua, tidak ekonomis untuk operasi beban variabel.

Untuk mempertahankan rentang kontrol yang diperlukan, daya stasiun kontrol frekuensi harus setidaknya 8 - 10% dari beban dalam sistem sehingga terdapat rentang kontrol yang memadai. Kisaran pengaturan pembangkit listrik termal tidak boleh sama dengan kapasitas terpasang. Oleh karena itu, daya CHP, yang menyesuaikan frekuensi, tergantung pada jenis boiler dan turbin, harus dua hingga tiga kali lebih tinggi dari rentang penyesuaian yang diperlukan.

Daya terpasang terkecil dari pembangkit listrik tenaga air untuk membuat rentang kendali yang diperlukan bisa jauh lebih kecil daripada daya termal. Untuk pembangkit listrik tenaga air, kisaran regulasi biasanya sama dengan kapasitas terpasang. Ketika frekuensi dikendalikan oleh pembangkit listrik tenaga air, tidak ada batasan laju kenaikan beban mulai dari saat turbin dimulai. Namun, pengaturan frekuensi pembangkit listrik tenaga air dikaitkan dengan komplikasi peralatan kontrol yang terkenal.

Selain jenis stasiun dan karakteristik peralatan, pemilihan stasiun kontrol dipengaruhi oleh letaknya di sistem kelistrikan, yaitu jarak listrik dari pusat beban. Jika stasiun terletak di tengah beban listrik dan terhubung ke gardu induk dan stasiun lain dari sistem melalui saluran listrik yang kuat, maka, sebagai aturan, peningkatan beban stasiun pengatur tidak menyebabkan pelanggaran terhadap stabilitas statis.

Sebaliknya, bila stasiun kontrol terletak jauh dari pusat sistem, mungkin ada risiko ketidakstabilan.Dalam hal ini, pengaturan frekuensi harus disertai dengan kontrol sudut divergensi vektor e. dll. c.sistem dan stasiun untuk mengatur atau mengendalikan daya yang disalurkan.

Persyaratan utama untuk sistem kontrol frekuensi mengatur:

• parameter dan batas penyesuaian,

• kesalahan statis dan dinamis,

• tingkat perubahan beban blok,

• memastikan stabilitas proses regulasi,

• kemampuan untuk mengatur dengan metode tertentu.

Regulator harus sederhana dalam desain, andal dalam pengoperasian, dan tidak mahal.

Metode kontrol frekuensi dalam sistem tenaga

Pertumbuhan sistem tenaga menyebabkan kebutuhan untuk mengatur frekuensi beberapa blok dari satu stasiun, dan kemudian beberapa stasiun. Untuk tujuan ini, sejumlah metode digunakan untuk memastikan pengoperasian sistem tenaga yang stabil dan kualitas frekuensi tinggi.

Metode kontrol yang diterapkan tidak boleh memungkinkan peningkatan batas penyimpangan frekuensi karena kesalahan yang terjadi pada perangkat bantu (perangkat distribusi beban aktif, saluran telemetri, dll.).

Metode pengaturan frekuensi diperlukan untuk memastikan bahwa frekuensi dipertahankan pada tingkat tertentu, terlepas dari beban pada unit kontrol frekuensi (kecuali, tentu saja, seluruh rentang kontrolnya digunakan), jumlah unit dan stasiun kontrol frekuensi. , dan besarnya dan durasi penyimpangan frekuensi.… Metode kontrol juga harus memastikan pemeliharaan rasio beban tertentu dari unit kontrol dan masuknya simultan ke dalam proses pengaturan semua unit yang mengontrol frekuensi.

Metode karakteristik statis

Metode paling sederhana diperoleh dengan mengatur frekuensi semua unit dalam sistem, ketika yang terakhir dilengkapi dengan pengatur kecepatan dengan karakteristik statis. Dalam operasi paralel blok yang beroperasi tanpa menggeser karakteristik kontrol, distribusi beban antar blok dapat ditemukan dari persamaan karakteristik statis dan persamaan daya.

Selama operasi, perubahan beban secara signifikan melebihi nilai yang ditentukan, sehingga frekuensi tidak dapat dipertahankan dalam batas yang ditentukan. Dengan metode pengaturan ini, diperlukan cadangan berputar yang besar yang tersebar di semua unit sistem.

Metode ini tidak dapat memastikan pengoperasian pembangkit listrik yang ekonomis, karena di satu sisi tidak dapat menggunakan kapasitas penuh unit ekonomis, dan di sisi lain, beban pada semua unit terus berubah.

Metode dengan karakteristik astatik

Jika semua atau sebagian unit sistem dilengkapi dengan pengatur frekuensi dengan karakteristik astatik, maka secara teoritis frekuensi dalam sistem tidak akan berubah untuk setiap perubahan beban. Namun, metode kontrol ini tidak menghasilkan rasio beban tetap antara unit yang dikontrol frekuensi.

Metode ini dapat berhasil diterapkan ketika kontrol frekuensi ditetapkan ke satu unit.Dalam hal ini, daya perangkat harus minimal 8 — 10% dari daya sistem. Tidak masalah apakah pengontrol kecepatan memiliki karakteristik astatik atau perangkat dilengkapi dengan pengatur frekuensi dengan karakteristik astatik.

Semua perubahan beban yang tidak direncanakan dirasakan oleh unit dengan karakteristik astatik. Karena frekuensi dalam sistem tetap tidak berubah, beban pada unit lain dari sistem tetap tidak berubah. Kontrol frekuensi unit tunggal dalam metode ini sempurna, tetapi terbukti tidak dapat diterima ketika kontrol frekuensi ditetapkan ke beberapa unit. Metode ini digunakan untuk pengaturan dalam sistem daya berdaya rendah.

Metode pembangkit

Metode master generator dapat digunakan dalam kasus di mana, menurut kondisi sistem, perlu untuk menyesuaikan frekuensi beberapa unit pada stasiun yang sama.

Pengatur frekuensi dengan karakteristik astatik dipasang di salah satu blok, yang disebut blok utama. Pengatur beban (equalizer) dipasang pada blok yang tersisa, yang juga bertugas mengatur frekuensi. Mereka bertugas menjaga rasio tertentu antara beban pada unit master dan unit lain yang membantu mengatur frekuensi. Semua turbin dalam sistem memiliki pengatur kecepatan statis.

Metode statisme imajiner

Metode statis imajiner berlaku untuk regulasi stasiun tunggal dan multi-stasiun.Dalam kasus kedua, harus ada saluran telemetri dua arah antara stasiun yang mengatur frekuensi dan ruang kontrol (transmisi indikasi beban dari stasiun ke ruang kontrol dan transmisi pesanan otomatis dari ruang kontrol ke stasiun ).

Regulator frekuensi dipasang pada setiap perangkat yang terlibat dalam regulasi. Regulasi ini bersifat astatik sehubungan dengan mempertahankan frekuensi dalam sistem dan statis sehubungan dengan distribusi beban di antara generator. Ini memastikan distribusi beban yang stabil antara generator modulasi.

Pembagian beban antara perangkat yang dikontrol frekuensi dicapai melalui perangkat pembagian beban aktif. Yang terakhir, meringkas seluruh beban unit kontrol, membaginya di antara mereka dalam rasio tertentu yang telah ditentukan sebelumnya.

Metode statisme imajiner juga memungkinkan untuk mengatur frekuensi dalam sistem beberapa stasiun, dan pada saat yang sama rasio beban yang diberikan akan dihormati baik antar stasiun maupun antar unit individu.

Metode waktu sinkron

Metode ini menggunakan penyimpangan waktu sinkron dari waktu astronomi sebagai kriteria pengaturan frekuensi pada sistem tenaga multi-stasiun tanpa menggunakan telemekanik. Metode ini didasarkan pada ketergantungan statis dari penyimpangan waktu sinkron dari waktu astronomi, mulai dari saat tertentu.

Pada kecepatan sinkron normal rotor generator turbin sistem dan persamaan momen putar dan momen hambatan, rotor motor sinkron akan berputar dengan kecepatan yang sama. Jika panah ditempatkan pada sumbu rotor motor sinkron, itu akan menunjukkan waktu pada skala tertentu. Dengan menempatkan roda gigi yang sesuai di antara poros motor sinkron dan sumbu jarum jam, jarum jam dapat dibuat berputar dengan kecepatan jarum jam, menit, atau detik.

Waktu yang ditunjukkan oleh panah ini disebut waktu sinkron. Waktu astronomi diperoleh dari sumber waktu yang akurat atau dari standar frekuensi arus listrik.

Sebuah metode untuk kontrol simultan karakteristik astatik dan statis

Inti dari metode ini adalah sebagai berikut. Ada dua stasiun kontrol dalam sistem tenaga, salah satunya bekerja sesuai dengan karakteristik astatik, dan yang kedua menurut karakteristik statis dengan koefisien statis kecil. Untuk penyimpangan kecil dari jadwal beban aktual dari ruang kontrol, setiap fluktuasi beban akan dirasakan oleh stasiun dengan karakteristik astatik.

Dalam hal ini, stasiun kontrol dengan karakteristik statis hanya akan berpartisipasi dalam pengaturan dalam mode transien, menghindari penyimpangan frekuensi yang besar. Saat rentang penyesuaian stasiun pertama habis, stasiun kedua memasuki penyesuaian. Dalam hal ini, nilai frekuensi stasioner yang baru akan berbeda dengan nominalnya.

Saat stasiun pertama mengontrol frekuensi, beban di stasiun pangkalan tidak akan berubah. Saat disesuaikan dengan second station, beban di base station akan menyimpang dari yang ekonomis.Keuntungan dan kerugian dari metode ini sudah jelas.

Metode Manajemen Power Lock

Metode ini terdiri dari fakta bahwa masing-masing sistem tenaga yang termasuk dalam interkoneksi berpartisipasi dalam pengaturan frekuensi hanya jika penyimpangan frekuensi disebabkan oleh perubahan beban di dalamnya. Metode ini didasarkan pada sifat berikut dari sistem energi yang saling berhubungan.

Jika beban pada suatu sistem tenaga mengalami peningkatan, maka penurunan frekuensi di dalamnya disertai dengan penurunan daya tukar yang diberikan, sedangkan pada sistem tenaga lainnya, penurunan frekuensi disertai dengan peningkatan daya tukar yang diberikan.

Ini karena semua perangkat yang memiliki karakteristik kontrol statis, berusaha mempertahankan frekuensi, meningkatkan daya keluaran. Jadi, untuk sistem tenaga di mana telah terjadi perubahan beban, tanda deviasi frekuensi dan tanda deviasi pertukaran daya cocok, tetapi pada sistem tenaga lain tanda-tanda ini tidak sama.

Setiap sistem daya memiliki satu stasiun kontrol tempat pengatur frekuensi dan relai pemblokiran daya pertukaran dipasang.

Dimungkinkan juga untuk memasang di salah satu sistem pengatur frekuensi yang diblokir oleh relai pertukaran daya, dan di sistem daya yang berdekatan - pengatur daya pertukaran yang diblokir oleh relai frekuensi.

Metode kedua memiliki keunggulan dibandingkan yang pertama jika pengatur daya AC dapat beroperasi pada frekuensi pengenal.

Ketika beban dalam sistem tenaga berubah, tanda-tanda penyimpangan frekuensi dan pertukaran daya bertepatan, rangkaian kontrol tidak diblokir, dan di bawah aksi pengatur frekuensi, beban pada blok sistem ini bertambah atau berkurang. Dalam sistem tenaga lain, tanda-tanda penyimpangan frekuensi dan daya tukar berbeda dan oleh karena itu sirkuit kontrol diblokir.

Regulasi dengan metode ini mensyaratkan adanya saluran televisi antara gardu induk dari mana jalur penghubung berangkat ke sistem tenaga lain dan stasiun yang mengatur aliran frekuensi atau pertukaran. Metode kontrol pemblokiran dapat berhasil diterapkan dalam kasus di mana sistem tenaga dihubungkan hanya dengan satu koneksi satu sama lain.

Metode sistem frekuensi

Dalam sistem interkoneksi yang mencakup beberapa sistem daya, kontrol frekuensi kadang-kadang ditugaskan ke satu sistem sementara yang lain mengontrol daya yang dipancarkan.

Metode statisme internal

Metode ini merupakan pengembangan lebih lanjut dari metode pemblokiran kontrol. Memblokir atau memperkuat aksi pengatur frekuensi tidak dilakukan dengan relai daya khusus, tetapi dengan menciptakan statisme dalam daya yang ditransmisikan (pertukaran) antar sistem.

Di setiap sistem energi operasi paralel, satu stasiun pengatur dialokasikan, di mana pengatur dipasang, yang memiliki statisme dalam hal kekuatan pertukaran. Regulator merespons nilai absolut frekuensi dan daya tukar, sedangkan yang terakhir dijaga konstan, dan frekuensinya sama dengan nominal.

Dalam praktiknya, dalam sistem tenaga pada siang hari beban tidak tetap tidak berubah, tetapi perubahan sesuai dengan jadwal beban, jumlah dan daya generator dalam sistem dan daya tukar yang ditentukan juga tidak berubah. Oleh karena itu, koefisien statis sistem tidak tetap konstan.

Dengan kapasitas pembangkit yang lebih tinggi dalam sistem, lebih kecil dan dengan daya yang lebih rendah, sebaliknya, koefisien statis sistem lebih tinggi. Oleh karena itu, syarat persamaan koefisien statisme tidak selalu terpenuhi. Ini akan menghasilkan fakta bahwa ketika beban berubah dalam satu sistem tenaga, konverter frekuensi di kedua sistem tenaga akan bekerja.

Dalam sistem daya di mana terjadi penyimpangan beban, konverter frekuensi akan selalu bertindak dalam satu arah selama seluruh proses pengaturan, mencoba mengkompensasi ketidakseimbangan yang dihasilkan. Pada sistem tenaga kedua, pengoperasian pengatur frekuensi akan dilakukan dua arah.

Jika koefisien stat regulator dalam kaitannya dengan daya tukar lebih besar dari koefisien stat sistem, maka pada awal proses regulasi, stasiun kendali sistem tenaga ini akan mengurangi beban, sehingga meningkatkan daya tukar, dan setelah ini tingkatkan beban untuk mengembalikan nilai yang ditetapkan dari daya pertukaran pada frekuensi pengenal.

Ketika koefisien stat regulator sehubungan dengan daya tukar kurang dari koefisien stat sistem, urutan kontrol dalam sistem daya kedua akan dibalik (pertama, penerimaan faktor pendorong akan meningkat, dan kemudian akan mengurangi).