10. Regulacja częstotliwości



Pobieranie 2,42 Mb.
Strona1/17
Data09.12.2017
Rozmiar2,42 Mb.
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17

Wykład 10 -Regulacja częstotliwości - pierwotna, wtórna, trójna. Zasady międzynarodowej współpracy systemów. Automatyka SCO.





10. Regulacja częstotliwości

Częstotliwość jest ściśle związana z bilansem mocy czynnej w systemie. W stanie ustalonym moc generowana w elektrowniach jest równa mocy pobieranej przez użytkowników plus straty przesyłowe. Wirniki generatorów obracają się wówczas ze stałą prędkością kątową i jeśli w systemie nie występuje deficyt mocy, to częstotliwość w stanie ustalonym równa jest częstotliwości znamionowej fN , w Polsce fN = 50 Hz.

Po zachwianiu równowagi, w stanie nieustalonym elektromechanicznym, różnicę między mocą mechaniczną doprowadzaną do generatorów i mocą elektryczną oddawaną przez generatory do sieci, pokrywa moc pochodząca z energii kinetycznej zmagazynowanej w wirujących masach wirników. Prowadzi to do zmiany obrotów wirnika tak długo, dopóki nie nastąpi ustalenie nowego stanu równowagi. W nowym punkcie równowagi może wystąpić odchylenie częstotliwości od wartości zadanej.

Obowiązkiem operatora systemu jest prowadzenie ruchu w taki sposób, aby zapotrzebowanie było w każdej chwili pokryte przez energię elektryczną wyprodukowaną oraz energię importowaną (w ramach kontraktów na zakup energii, czy też w ramach importu energii ze wspólnie eksploatowanych elektrowni znajdujących się poza rozważanym obszarem).

Wielkość odchyłki częstotliwości od wartości zadanej jest analizowana bardzo dokładnie przez operatorów połączonych systemów. Zgodnie z podstawową zasadą współpracy systemów, nawet w przypadku znaczącej odchyłki częstotliwości, każdy obszar regulacyjny powinien utrzymywać swoje połączenia z sąsiednimi obszarami tak długo, dopóki nie stanowi to zagrożenia dla bezpiecznej pracy tego systemu.

Zmiana liczby obrotów generatorów w stanach nieustalonych wykorzystywana jest jako impuls do pierwotnej regulacji częstotliwości w systemie. Obniżenie się obrotów powoduje zwiększenie dopływu pary lub wody do turbiny wodnej, przez co zmniejsza się różnica między mocą mechaniczną i elektryczną generatora. Wirniki będą teraz wirowały ze stałą prędkością kątową, chociaż różną od prędkości synchronicznej. W wyniku regulacji pierwotnej następuje zrównanie zapotrzebowania mocy z generacją przy częstotliwości róznej od znamionowej.

Dodatkowa regulacja, tzw. wtórna regulacja częstotliwości, powoduje doprowadzenie takiej ilości pary czy wody, że następuje wyrównanie ubytku energii kinetycznej mas wirników i następuje powrót do prędkości synchronicznej wszystkich generatorów. W nowym punkcie równowagi obciążenia generatorów biorących udział w regulacji częstotliwości są inne od poprzednich w starym stanie ustalonym, co powoduje odpowiednią zmianę rozpływu mocy czynnych w systemie. W wyniku regulacji wtórnej przywracana jest częstotliwość znamionowa.

Wskutek regulacji pierwotnej i wtórnej zmianie dostępna rezerwa regulacyjna częstotliwości w systemie. Konieczne jest podjęcie działań odbudowania wymaganej rezerwy. Takie działanie nosi nazwę trójnej regulacji.

Z powyższego wynika, że regulacja częstotliwości i regulacja mocy czynnej w systemie są ściśle ze sobą związane i z tego powodu muszą być rozwiązywane łącznie. Wymagania dokładności regulacji częstotliwości we współczesnych systemach są bardzo wysokie. Głównym powodem dużej dokładności regulacji częstotliwości jest konieczność utrzymania zadanych mocy wymiany między systemami pracującymi równolegle.

Na regulację mocy czynnej współczesnego systemu elektroenergetycznego składają się następujące rodzaje regulacji:



  • pierwotna – regulacja częstotliwości mająca na celu zrównanie generacji ze zmienionym zapotrzebowaniem mocy w systemie,

  • wtórna – regulacja częstotliwości i mocy wymiany mająca na celu przywrócenie częstotliwości znamionowej,

  • trójna – regulacja w celu odbudowy rezerwy regulacji wtórnej.


Regulacja pierwotna


Celem regulacji pierwotnej jest utrzymywanie w obszarze synchronicznym równowagi między wytwarzaniem a zużyciem (zapotrzebowaniem), przy wykorzystaniu regulatorów prędkości obrotowej turbin. Regulacja pierwotna w czasie kilku sekund po zakłóceniu stabilizuje częstotliwość systemu na stałej wartości, lecz bez przywrócenia poprzedniej wartości (zadanej) częstotliwości systemowej i mocy wymiany. Regulacja pierwotna wykorzystuje sekundowe rezerwy mocy.

Wymagany czas uaktywnienia rezerwy w ramach regulacji pierwotnej nie powinien być dłuższy niż 15-30 sekund.

Zespołu uczestniczące w regulacji pierwotnej muszą być przystosowane do szybkich zmian mocy w zakresie +/-5% mocy znamionowej, a cały zakres rezerwy regulacyjnej powinien się uaktywniać przy zmianach częstotliwości nie większych niż 200 mHz.

Dla bardzo małych oscylacji częstotliwości w zakresie +/-10 mHz regulacja nie powinna się uaktywniać i zespół wytwórczy pracuje ze stałą mocą (strefa martwa regulatora). Ponadto rezerwa regulacji pierwotnej powinna być rozmieszczona równomiernie w systemie, aby uniknąć przeciążenia linii przesyłowych.

Regulatory zespołów wytwórczych nie uczestniczących w danej chwili w regulacji pierwotnej mają strefę martwą nastawioną na +/-300 mHz. Składają się one na dodatkową rezerwę regulacji pierwotnej, która uaktywnia się tylko w przypadku bardzo dużych zmian częstotliwości.

W sytuacji katastrofalnej przy odchyłkach częstotliwości w systemie powyżej +/500 mHz wszystkie regulatory zespołów powinny przechodzić na regulację obrotów zespołu.
Regulacja wtórna

Regulacja wtórna oddziałuje na zadane wartości mocy dla regulatorów zespołów. Zespoły przewidziane do regulacji wtórnej udostępniają zwykle pasmo o szerokości +/-5% mocy maksymalnej.

Modyfikacja zadanej mocy jednostek wytwórczych trwa zwykle do 15 minut w taki sposób, aby przywrócić znamionową częstotliwość w systemie.

Regulacja wtórna wykorzystuje minutowe rezerwy mocy:


  • (2-4)%/min dla zespołów na węgiel kamienny,

  • (1-2)%/min dla zespołów na węgiel brunatny,

  • (1-5)%/min dla zespołów w el. jądrowych,

  • 8%/min dla zespołów gazowych i olejowych,

  • 30%/min dla zespołów wodnych, czyli (1.5-2.5)%/sek.

Wymagana rezerwa mocy w regulacji wtórnej w europejskich systemach połączonych wynosi ok. 1% mocy wytwarzanej w danym systemie i nie może być mniejsza od mocy największej jednostki wytwórczej.


Regulacja trójna


W przypadku wystąpienia zakłócenia, które powoduje trwałe wykorzystanie rezerwy regulacji wtórnej, uruchamiana jest regulacja trójna. Każdy obszar musi mieć dostępną odpowiednią ilość rezerwy trójnej tak, aby odbudować regulację wtórną w krótkim czasie po wystąpieniu zakłócenia.

W każdej chwili musi być dostępna odpowiednia wielkość rezerwy, na pokrycie utraty mocy wyłączonego bloku.

Jeśli utrata największego bloku nie jest pokryta przez wymaganą rezerwę regulacji wtórnej, to musi być zrównoważona przez rezerwę regulacji trójnej. Rezerwa trójna jest aktywowana poprzez zmianę planów pracy jednostek wytwórczych w danym obszarze lub zmianę całkowitego grafiku wymiany danego obszaru.



Regulacja trójna wykorzystuje rezerwę dostępną w czasie od 15 minut do godziny (tzw. rezerwa godzinowa), która jest aktywowana po zadziałaniu regulacji wtórnej w celu przywrócenia rezerwy regulacji wtórnej.

Całkowita rezerwa


Całkowita rezerwa związana z regulacją częstotliwości wynosi ok. 14 % .

Rezerwa dzielona jest na rezerwę wirujacą (gorącą) i rezerwę zimną.


Rezerwa wirująca obejmuje:

  • 5% rezerwę ze względu na dodatkowe ubytki losowe i zakres regulacji częstotliwości,

  • 2% rezerwę ze względu na błąd prognozy zapotrzebowania mocy.

Rezerwa zimna obejmuje:



  • 7% rezerwę odwtorzeniową.

Struktura rezerwy operacyjnej jest ustalana przez operatora systemu na podstawie zapotrzebowania mocy oraz analiz systemowych.

W polskim systemie elektroenergetycznym poszczególne rezerwy przy zapotrzebowaniu mocy ok. 20 GW mają następujące wartości:


  • rezerwa sekundowa (w ramach regulacji pierwotnej) – w zakresie od ± 200 do ±300 MW,

  • rezerwa minutowa (w ramach regulacji wtórnej) – w zakresie ok. ± 700 MW,

  • rezerwa godzinowa (w ramach regulacji trójnej) – w wysokości ok. 500 MW,

  • rezerwa odtworzeniowa – jako dopełnienie wymaganej ilości rezerw operacyjnych do ok. 14% zapotrzebowania na moc w KSE.

Regulacja pierwotna realizowana jest przez automatykę bloków:



  • charakteryzuje się bardzo szybkimi zmianami obciążenia jednostki wytwórczej,

  • jest realizowana automatycznie w funkcji częstotliwości mierzonej lokalnie,

  • uwzględnia podstawowe parametry regulatora obrotów: zakres regulacji, statyzm, strefa martwa (nieczułości), czas uzyskania odpowiedzi oraz sposób narastania mocy.

Regulacja wtórna jest realizowana zdalnie w oparciu o sygnał zależny od uchybu regulacyjnego obszaru.


Regulacja trójna realizowana jest poprzez automatyczną zmianę bazowego punktu pracy jednostek wytwórczych.
Obecnie do zadawania obciążenia bazowego jednostek wytwórczych wykorzystywany jest grafik pracy jednostek wytwórczych. Plan ten opracowywany jest na podstawie bieżącej krzywej zapotrzebowania oraz złożonych przez wytwórców grafików pracy jednostek wytwórczych, na bazie zawartych kontraktów na sprzedaż energii.

Na każdy kwadrans dla każdej jednostki obowiązuje zadany punkt pracy.
Dobór jednostek do pracy w regulacji pierwotnej i wtórnej jest wykonywany jest przez operatora na podstawie:

  • kontraktów na regulacyjne usługi systemowe,

  • zapotrzebowania na rezerwy regulacyjne,

  • składu jednostek będący w ruchu i planowanego do pracy na najbliższy okres,

  • jakości regulacji świadczonej przez jednostki.

Regulacja trójna prowadzona jest w oparciu o złożone oferty na rynku bilansującym.


10.1. Regulator prędkości turbin

Podstawowym źródłem mocy we współczesnych systemach są turbiny dużej mocy, przetwarzające energię cieplną pary na energię mechaniczną. Zmiana częstotliwości powoduje zmianę dopływu pary. We współczesnych turbinach dużych mocy stosuje się regulatory elektryczno - hydrauliczne, rys. 10.1.



Rys. 10.1. Regulator obrotów turbiny napędzającej generator synchroniczny


Wzmacniacz sumujący WS zbiera sygnały dotyczące częstotliwości i mocy zadanej i przekazuje je do sumatora. Do sumatora doprowadzany jest dodatkowo sygnał ze sprzężenia zwrotnego korekcyjnego SZK. Sygnał na wejściu do członu SZK pochodzi z przetwornika mechaniczno - elektrycznego E\M. Na wyjściu regulatora działa serwomotor SM sterujący zaworem dopływu pary.

Sygnał do serwomotoru doprowadzany jest poprzez przetwornik elektrohydrauliczy E\H. Bez względu na sposób wykonania regulatora i strukturę jego działania, elementami występującymi w każdym rozwiązaniu jest suwak rozrządu oleju i serwomotor olejowy. Razem stanowią one człon całkujący.



Transmitancja regulatora prędkości, niezależnie od jego konstrukcji może być w uproszczeniu przedstawiona jako człon inercyjny

gdzie:


Y – przyrost zmiennej na wyjściu regulatora, opisującej przesunięcie tłoka w dół w celu zwiększenia przepływu pary,

X – przyrost zmiennej na wejściu regulatora, wynikającej z sumowania się nastawy regulatora Pzad i odchylenia częstotliwości f,



 - statyzm regulatora prędkości, w Hz/MW

Trp - stała czasowa regulatora prędkości w sekundach,

Krp - wzmocnienie regulatora prędkości,




  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17


©operacji.org 2017
wyślij wiadomość

    Strona główna