Regulace frekvence a velikosti napětí Řízení je spojeno s dodávkou a přenosem činného a jalového výkonu v soustavě.

Transkript

1 18. Řízeí elektrizačí soustavy ES je spojeí paralelě pracujících elektráre, přeosových a rozvodých sítí se spotřebiči. Provoz je optimálě spolehlivá hospodárá dodávka kvalití elektrické eergie. Stěžejími parametry jsou frekvece (globálí parametr) a velikost apětí (lokálí parametr). Další parametry jsou obsah vyšších harmoických a případá esymetrie apětí. Regulace frekvece a velikosti apětí Řízeí je spojeo s dodávkou a přeosem čiého a jalového výkou v soustavě. Je zřejmé, že čiý výko je výrazě citlivý a změy frekvece a méě a změy velikosti apětí. U jalového výkou je to přesě opačě. Lze tedy aalyzovat vliv a vazbu resp. U Q odděleě. f P Regulace frekvece a předávaých čiých výkoů V eregulovaé soustavě je změa zatížeí ebo velikosti zdrojů spojea se změou frekvece podle charakteristik zátěží a zdrojů. Statické charakteristiky zdrojů jsou dáy primárími regulátory otáček turbí. Charakteristika soustavy je pak součet jedotlivých výrobe, jejíž průběh lze vzhledem k růzému poměrému zatížeí plus ecitlivosti a eliearitě dílčích regulátorů získat pouze experimetálě. Po liearizaci v pracovím bodě lze defiovat výkoové číslo zdrojů: PT K A [ MW / Hz] ] fn PTN Součiitel statismu zdrojů (statika) je pak: st pt p. PT PTN PT f [ ] N

2 Výkoové číslo v poměré hodotě: pt ] 1 k A ] st Statické charakteristiky zatížeí K A k A P f TN N PTN f s N T Opět j možo výsledou charakteristiku zátěže elektrizačí soustavy získat jako součet dílčích charakteristik jedotlivých spotřebičů: 20 až 25% topá zařízeí, osvětleí - odporová zátěž 50 až 70 % pohoy motorická zátěž 10 až 12 % - zvláští zatížeí a ztráty Aalogicky jako u zdrojů lze po liearizaci v pracovím bodě opět defiovat tetokrát výkoové číslo zátěže: PZ KZ + [ MW / Hz] ] f N PZN sz pz ] PZ PZN PZ fn pz ] 1 PZN PZN kz + KZ kz ] sz fn f N sz Statická charakteristika elektrizačí soustavy Pracoví bod je urče charakteristikami zdrojů a zátěže a posouvá se při změách frekvece zapříčiěých změami velikosti zdrojů a spotřebičů: Nárůst zatížeí Pokles zatížeí

3 Výpadek zdroje Přírůstek zdroje Například při árůstu zatížeí o P dochází o zvýšeí výkou zdrojů je o PT a zbývající edostatek je hraze sížeím požadavků zátěže o PZ při sížeém kmitočtu. Proces se azývá samoregulačí efekt elektrizačí soustavy. Kombiovaá charakteristika soustavy je potom:

4 K ES P P + K K Z P T ( K + K ) T T + P + Z Z K K + K ES T Z Tedy v eregulovaé elektrizačí soustavě se frekvece se zatížeím měí: V propojeých eregulovaých elektrizačích soustavách se podílejí a doplěí případého deficitu výkou všechy soustavy podle svých statických charakteristik. Situace u tří propojeých soustav, kdy došlo k výpadku zdroje v prví soustavě o P : P1 + P2 + P3 P f P K ES Nadbytečé výkoy P2 P T 2 + PZ 2 a P3 P T 3 + PZ 3 se předají do soustavy prví. Potom ( K ES1 + K ES2 + K ES3 ) P P f K C KES1+ K ES 2+ K ES3 K C Propojeím s dalšími soustavami se pokles kmitočtu v případě výpadku zdroje sižuje.

5 V regulovaých elektrizačích soustavách je edostatek či adbytek výkou a vyrovává automatickou tzv. sekudárí regulací vybraých regulačích elektráre a je udržováa frekvece soustavy právě tak jako čié výkoy předávaé do ostatích soustav (saldo) posuem statické charakteristiky primárího regulátoru: Regulace musí co rozdělovat zatížeí mezi zdroje při zachováí salda a respektováí regulačích možostí zdrojů. Algoritmus vychází obvykle z proporcioálího či itegračího pricipu. Metoda statických charakteristik určuje pro každý zdroj: PRi K Ri, kde f fž f a PRi PRi P RŽi 1 Regulátor bude měit žádaou hodotu výkou dokud ebude platit: + PRi 0 KRi resp. + S Ri PRi 0. Rozděleí výkoů je potom v poměru: PR 1 : PR 2 :...: PR : :...: SR1 SR2 SR To zameá, že rozděleí výkoů je pevé (daé astaveím statik zdrojů) a závislé pouze a frekveci, což je přízivě jedoduché bez utosti iformačích pojítek mezi zdroji. Nevýhodou je, že edojde k úplému odstraěí odchylky frekvece a eí respektováa případá hospodárost provozu. Součiitel statismu se u elektráre volí: základí elektráry 4 až 6 % regulačí elektráry 0.5 až 1.5 % Metoda zdálivě statických charakteristik zavádí iformaci o odchylce zdroje od jeho podílu a celkovém výkou regulačích zdrojů: Součet výkoů všech regulačích zdrojů: + SR1 1 1 PR α P 0 Rk k 1 P Rk k 1... Nutě musí platit: + SRi PRi αi PRk 0 α i S R P R α k 1 k 1 P Rk 0 i 1 Metoda rozděluje výkoy stále pevě, což eí obecě hospodáré. Navíc při omezeí výkou ěkterého regulačího zdroje je třeba přestavit podílové koeficiety.

6 Pro dvě soustrojí je pricip spojeí: Při regulaci frekvece a příslušých předávaých výkoů v propojeých elektrizačích soustavách je uto zabráit reakci všech zdrojů ve všech soustavách a reagují pouze zdroje v soustavě, která odchylku frekvece způsobila (metoda síťových charakteristik), jiak by došlo k změám předávaých výkoů a k případé estabilitě přeosových cest. Předávaé výkoy jsou regulováy podle smluvích dohod pro saldo, ebo podle optimalizace hospodárosti v propojeých soustavách jako celku. Pro regulaci jsou výhodější vodí elektráry, kde lze měit cca 1% P N / sec. Případé další potřebé změy výkou je uto zajistit kovečími tepelými elektrárami, které mají ale omezeou rychlost i rozsah regulace. Dle odchylky žádaého výkou se měí regulačími vetily možství páry do turbíy zprostředkovaě přes primárí regulátor otáček. Současě jde sigál i a kotel pro rychlejší a stálé změy výkou turbosoustrojí:

7 Regulace velikosti apětí a předávaých jalových výkoů Regulace apětí je určea rovováhou mezi dodávaým a spotřebovávaým jalovým výkoem v jedotlivých místech elektrizačí soustavy. Udržeí velikosti apětí v předepsaých mezích (běžě ± 5%) je uté pro zachováí správé fukce a životosti spotřebičů (epřetěžováí asychroích pohoů, eomezeí výkou tepelých spotřebičů, životost osvětlovacích soustav) a udržeí stability přeosu výkou v soustavě. Jalový výko se samovolě šíří od míst s vyšším k místům s ižším apětím, s tím že jeho přerozdělováí chceme maximálě omezit aby edocházelo k případému avýšeí jouleových ztrát popř. přetížeí liek. U eregulovaé soustavy je změa jalového zatížeí ebo velikosti jalových zdrojů spojea se změou velikosti apětí podle charakteristik zátěží a zdrojů. Zdroji jalového výkou v elektrizačí soustavě jsou sychroí alterátory, sychroí kompezátory a sychroí motory (v přebuzeém stavu), ezatížeá vedeí vv a kodezátorové baterie. Závislost jejich dodávaého jalového výkou a velikosti apětí sítě: Sychroí stroje: Q AR U S EV U cosϑ X X d 2 S Baterie a vedeí: 2 QAS ω C U S (evýhodý charakter, protože příspěvek klesá při sížeí apětí). d Spotřebiči jalového výkou v elektrizačí soustavě jsou trasformátory (60 až 70 %), idukčí pohoy (20 %), kompezačí tlumivky a zatížeá vedeí. Závislost jejich odebíraého jalového výkou a velikosti apětí sítě: Magetizačí ztráty:: 2 U S QM X µ (sížeí U S o 1% způsobí sížeí Q M o 2 až 3 %) Rozptylové ztráty jsou epřímo úměré U S a sížeí U S o 1% způsobí zvýšeí Q R o 2 %.

8 Ustáleý stabilí provozí stav soustavy je dá průsečíkem výsledých charakteristik zdrojů a zátěží: Bod 1 je stabilím bodem, protože při sížeí apětí avýšeím jalové zátěže z charakteristiky Q Z a Q Z / se adekvátě zvyšuje dodávaý jalový výko zdrojů s ustáleím v bodě 1 / Naopak bod 2 je estabilí, protože dochází k laviovitému poklesu velikosti apětí. V eregulovaé soustavě tedy dochází při změě jalového zatížeí ke kolísáí velikosti apětí. Regulaci velikosti dodávaého jalového výkou lze provádět pomocí: změy buzeí sychroích strojů asazováím statických kodezátorových baterií změou odboček trasformátorů (pouze přerozděleí, které evytváří jalový výko) Na velikost jalového výkou má vliv i míra zatížeí vedeí vzhledem jejich přirozeému přeášeému výkou. Regulace je a rozdíl od frekvece decetralizovaá vzhledem k místímu charakteru velikosti apětí.

9 Při zvýšeí jalového zatížeí o ΔQ z charakteristiky Z a Z / dojde ke sížeí velikosti apětí o ΔU, přičemž se částečě síží požadavek jalové zátěže ΔQ Z a vzroste výko zdrojů o ΔQ G aalogicky jako u čiého výkou při zvýšeí zatížeí a poklesu frekvece. Pokud chceme zcela vyrovat schodek velikosti apětí, je třeba u zdrojů přejít a charakteristiku G /. Realizace je pak a apěťových hladiách ásledující: a) Sítě v (22 kv) využívají regulaci apětí změou odboček trasformátorů 110/22 kv (další trasformace jsou astavey pevě) s cílem udržeí velikosti apětí v mezích utých pro spotřebitele. b) Sítě vv 110 kv jsou také převážě distribučí s jistým podílem zdrojů, takže hlavím prostředkem regulace je změa dodávky jalového výkou elektráre a doplňující je změa odboček trasformátorů 440/110 kv resp. 220/110 kv. c) Sítě vv 400 a 220 kv jsou především přeosové, regulace je prováděa změou výkou elektráre a případých kompezátorů v terciálím viutí trasformátorů s cílem udržeí především stability soustavy. Dalším cílem regulace apětí je optimalizace hospodárosti přeosu eergie. Pro řízeí regulace se využívá vyhodocováí vyrobeého jalového výkou podle předepsaého diagramu, ebo častěji udržováí velikosti apětí ve vybraých kotrolích uzlech soustavy. Regulace apětí alterátorů U alterátorů je prvotím úkolem dodávka čiého výkou při jistém účiíku dle provozího diagramu, teprve druhotým úkolem je zajištěím případých požadavků soustavy a jalový výko. Regulátor apětí musí sledovat kromě dodávky jalového výkou především statickou stabilitu soustrojí a velikost apětí a svorkách při poruchových stavech, popřípadě respektovat dodávku jalového výkou okolích strojů. Pracuje-li alterátor do soustavy přes blokový trasformátor, potom přibližě: u S + xt ij ug Pro žádaou regulačí veličiu w pak platí: w y w ug + krij k Dosazeím získáme: w ( us + xt ij + krij )k w u S ij ( xt + kr ) k Výsledá stabilizace je tedy: k S xt + kr ( ) 0 Při ulové iformaci o jalovém proudu je: k S x T 0.1 Provoz je sice stabilizová, projevuje se tzv. stabilizačí účiek blokového trasformátoru, který je ale příliš silý (pro provoz postačuje hodota: k S

10 Zavedeme-li údaj o jalovém proudu, se záporou zpětou vazbou, potom je: w us ij ( xt kr ) k a výsledá kompaudace sižuje stabilizačí účiek blokového trasformátoru. Pracuje-li alterátor do soustavy přes přímo potom zavádíme kladou stabilizující zpětou vazbu: w us ij kr k Zapojeí stabilizace vychází z iformace proudu jedé fáze a rozdílu sdružeých apětí dalších dvou fází, kdy regulujeme a velikost apětí û, která přibližě odpovídá velikosti u 1 ug ± krij.

11 Reálý regulátor buzeí bloku 200 MW: