전력 시스템의 주파수 조정

전력 시스템에서는 전기 에너지를 비축하는 것이 불가능하기 때문에 주어진 순간에 소비에 필요한 만큼의 전기를 생성해야 합니다.

전압과 함께 주파수는 주요 요소 중 하나입니다. 전력 품질 표시기... 주파수가 정상에서 벗어나면 발전소 작동이 중단되어 일반적으로 연료가 연소됩니다. 시스템의 빈도가 감소하면 산업 기업의 메커니즘 생산성이 감소하고 발전소 주요 장치의 효율성이 감소합니다. 주파수 증가는 또한 발전소 장치의 효율성 감소와 그리드 손실 증가로 이어집니다.

현재 자동 주파수 조정 문제는 경제적 및 기술적 성격의 광범위한 문제를 다루고 있습니다. 전원 시스템이 현재 자동 주파수 조정을 수행하고 있습니다.

발전소 설비의 운전에 대한 주파수의 영향

회전 운동을 수행하는 모든 장치는 하나의 매우 특정한 회전 속도, 즉 공칭 회전 속도에서 최고 효율이 세 번 실현되는 방식으로 계산됩니다. 현재 회전 운동을 수행하는 장치는 대부분 전기 기계에 연결되어 있습니다.

전기 에너지의 생산 및 소비는 주로 교류에서 수행됩니다. 따라서 회전 운동을 수행하는 대부분의 블록은 교류 주파수와 관련이 있습니다. 실제로 교류 발전기에서 생성된 교류 발전기의 주파수가 터빈 속도에 따라 달라지는 것처럼 AC 모터에 의해 구동되는 메커니즘의 속도도 주파수에 따라 달라집니다.

공칭 값에서 교류 주파수의 편차는 전력 시스템의 효율성이 의존하는 다른 장치 및 장치뿐만 아니라 다른 유형의 장치에 다른 영향을 미칩니다.

증기 터빈과 블레이드는 정격 속도(주파수)와 원활한 증기 입력에서 가능한 최대 축 동력이 제공되도록 설계되었습니다. 이 경우 회전 속도의 감소는 동시에 토크 증가와 함께 블레이드에 대한 증기 충돌에 대한 손실 발생으로 이어지고 회전 속도의 증가는 토크 감소 및 증가로 이어집니다. 블레이드 뒷면의 충돌. 가장 경제적인 터빈은 공칭 주파수.

또한 감소된 주파수에서 작동하면 터빈 로터 블레이드 및 기타 부품의 마모가 가속화됩니다.주파수의 변화는 발전소의 자체 소비 메커니즘의 작동에 영향을 미칩니다.

주파수가 전기 소비자의 성능에 미치는 영향

전기 소비자의 메커니즘과 단위는 주파수 의존도에 따라 다섯 그룹으로 나눌 수 있습니다.

첫 번째 그룹. 주파수 변화가 발전된 전력에 직접적인 영향을 미치지 않는 사용자. 여기에는 조명, 전기 아크로, 저항 누설, 정류기 및 이들에 의해 구동되는 부하가 포함됩니다.

두 번째 그룹. 주파수의 1승에 비례하여 전력이 변하는 메커니즘. 이러한 메커니즘에는 금속 절단기, 볼 밀, 압축기가 포함됩니다.

세 번째 그룹. 전력이 주파수의 제곱에 비례하는 메커니즘. 이들은 저항 모멘트가 1도 주파수에 비례하는 메커니즘입니다. 이 정확한 저항 순간을 가진 메커니즘은 없지만 많은 특수 메커니즘에는 이에 근접한 순간이 있습니다.

네 번째 그룹. 전력이 주파수의 세제곱에 비례하는 팬 토크 메커니즘. 이러한 메커니즘에는 정적 헤드 저항이 없거나 무시할 수 있는 팬 및 펌프가 포함됩니다.

다섯 번째 그룹. 전력이 주파수에 더 많이 의존하는 메커니즘. 이러한 메커니즘에는 정적 저항 헤드가 큰 펌프(예: 발전소의 공급 펌프)가 포함됩니다.

마지막 4개 사용자 그룹의 성능은 빈도가 감소하면 감소하고 빈도가 증가하면 증가합니다. 언뜻 보면 사용자가 더 자주 작업하는 것이 유익한 것처럼 보이지만 이것은 사실과 거리가 멀다.

또한 주파수가 증가함에 따라 유도 전동기의 토크가 감소하여 모터에 예비 전력이 없으면 장치가 멈추고 멈출 수 있습니다.

전력 시스템의 자동 주파수 제어

전력 시스템에서 자동 주파수 제어의 목적은 주로 스테이션과 전력 시스템의 경제적인 작동을 보장하는 것입니다. 전력계통 운영의 효율성은 정상적인 주파수 값을 유지하지 않고 전력계통의 병렬 작업 장치와 발전소 사이에 가장 유리한 부하 분배 없이는 달성될 수 없습니다.

주파수를 조절하기 위해 부하가 여러 병렬 작업 장치(스테이션)에 분산됩니다. 동시에 부하가 시스템 부하의 사소한 변경(최대 5-10%)으로 수많은 장치 및 스테이션의 작동 모드가 변경되지 않는 방식으로 장치 간에 분산됩니다.

부하의 가변적 특성으로 인해 최상의 모드는 블록(스테이션)의 주요 부분이 상대 단계의 등가 조건에 해당하는 부하를 전달하고 부하의 작고 짧은 변동을 변경하여 처리하는 모드입니다. 장치에서 작은 부분의 부하.

병렬로 작동하는 장치 간에 부하를 분산할 때 모든 장치가 가장 높은 효율 영역에서 작동하도록 노력하며 이 경우 최소 연료 소비가 보장됩니다.

계획되지 않은 모든 부하 변경, 즉 시스템의 주파수 조절은 다음 요구 사항을 충족해야 합니다.

• 효율이 높다;

• 평평한 부하 효율 곡선, 즉 광범위한 부하 변동에 대해 높은 효율을 유지합니다.

시스템 부하가 크게 변경된 경우(예: 증가) 전체 시스템이 상대 게인 값이 더 큰 작동 모드로 전환되면 주파수 제어가 해당 스테이션으로 전송됩니다. 상대 이득의 크기가 시스템의 크기에 가깝습니다.

주파수 스테이션은 설치된 전력 내에서 가장 큰 제어 범위를 가집니다. 단일 스테이션에 주파수 제어를 할당할 수 있으면 제어 조건을 쉽게 구현할 수 있습니다. 규제를 단일 장치에 할당할 수 있는 경우 훨씬 더 간단한 솔루션을 얻을 수 있습니다.

터빈의 속도는 전력 시스템의 주파수를 결정하므로 주파수는 터빈 속도 거버너에 작용하여 제어됩니다. 터빈에는 일반적으로 원심 속도 거버너가 장착되어 있습니다.

주파수 제어에 가장 적합한 것은 정상적인 증기 매개변수를 가진 응축 터빈입니다 배압 터빈은 전기 부하가 전적으로 증기 사용자에 의해 결정되고 시스템의 주파수와 거의 완전히 독립적이기 때문에 주파수 제어에 완전히 부적절한 유형의 터빈입니다.

증기 흡입이 큰 터빈에 주파수 조절 작업을 맡기는 것은 비실용적입니다. 첫째, 제어 범위가 매우 작고 가변 부하 작동에 비경제적입니다.

요구되는 제어 범위를 유지하기 위해 주파수 제어국의 전력은 충분한 제어 범위가 있도록 시스템 부하의 최소 8~10%가 되어야 합니다. 화력 발전소의 규제 범위는 설치된 용량과 같을 수 없습니다. 따라서 보일러와 터빈의 종류에 따라 주파수를 조절하는 CHP의 출력은 요구되는 조절 범위보다 2~3배 높아야 한다.

필요한 제어 범위를 생성하기 위한 수력 발전소의 최소 설치 전력은 열 전력보다 훨씬 적을 수 있습니다. 수력 발전소의 경우 규제 범위는 일반적으로 설치된 용량과 같습니다. 주파수가 수력 발전소에 의해 제어되는 경우 터빈이 시동되는 순간부터 시작되는 부하 증가율에는 제한이 없습니다. 그러나 수력 발전소의 주파수 조절은 잘 알려진 제어 장비의 복잡성과 관련이 있습니다.

스테이션 유형 및 장비 특성 외에도 제어 스테이션의 선택은 전기 시스템에서의 위치, 즉 로드 센터로부터의 전기적 거리에 의해 영향을 받습니다. 스테이션이 전기 부하의 중심에 있고 강력한 전력선을 통해 변전소 및 시스템의 다른 스테이션에 연결되어 있으면 일반적으로 조절 스테이션의 부하 증가가 위반으로 이어지지 않습니다. 정적 안정성.

반대로 제어 스테이션이 시스템 중앙에서 멀리 떨어져 있으면 불안정할 위험이 있습니다.이 경우 주파수 조절에는 e 벡터의 발산각 제어가 수반되어야 합니다. 등. c.전송된 전력을 관리 또는 제어하기 위한 시스템 및 스테이션.

주파수 제어 시스템의 주요 요구 사항은 다음을 규제합니다.

• 매개 변수 및 조정 한계,

• 정적 및 동적 오류,

• 블록 로드의 변화율,

• 규제 프로세스의 안정성 보장,

• 주어진 방법으로 조절하는 능력.

조정기는 설계가 간단하고 작동이 안정적이며 저렴해야 합니다.

전력 시스템의 주파수 제어 방법

전력 시스템의 성장으로 인해 한 스테이션의 여러 블록과 여러 스테이션의 주파수를 규제해야 했습니다. 이를 위해 전력계통의 안정적인 운용과 고주파 품질을 확보하기 위해 여러 가지 방법을 사용한다.

적용된 제어 방법은 보조 장치(활성 부하 분배 장치, 원격 측정 채널 등)에서 발생하는 오류로 인해 주파수 편차 한계가 증가하는 것을 허용하지 않아야 합니다.

주파수 조절 방법은 주파수 제어 장치의 부하(물론 전체 제어 범위가 사용되지 않는 한), 장치 수 및 주파수 제어 스테이션에 관계없이 주파수가 주어진 수준으로 유지되도록 하는 데 필요합니다. , 주파수 편차의 크기와 지속 시간.… 제어 방법은 또한 제어 장치의 주어진 부하 비율을 유지하고 주파수를 제어하는 ​​모든 장치의 조절 프로세스에 동시에 진입하도록 보장해야 합니다.

정적 특성의 방법

가장 간단한 방법은 정적 특성을 가진 속도 조절기가 장착된 시스템의 모든 장치의 주파수를 조정하여 얻을 수 있습니다. 제어 특성의 변화 없이 동작하는 블록의 병렬 운전에서 블록 간의 부하 분포는 정적 특성 방정식과 전력 방정식에서 찾을 수 있습니다.

작동 중 부하 변화가 지정된 값을 크게 초과하므로 지정된 한계 내에서 주파수를 유지할 수 없습니다. 이 조절 방법을 사용하려면 시스템의 모든 장치에 걸쳐 큰 회전 예비비를 분산시켜야 합니다.

이 방법은 한편으로는 경제적인 장치의 전체 용량을 사용할 수 없고 다른 한편으로는 모든 장치의 부하가 지속적으로 변하기 때문에 발전소의 경제적 운영을 보장할 수 없습니다.

정전기 특성이 있는 방법

시스템 장치의 전체 또는 일부에 정적 특성이 있는 주파수 조정기가 장착되어 있으면 이론적으로 시스템의 주파수는 부하의 변화에 ​​대해 변경되지 않습니다. 그러나 이 제어 방법은 주파수 제어 장치 간에 고정된 부하 비율을 초래하지 않습니다.

이 방법은 주파수 제어가 단일 장치에 할당될 때 성공적으로 적용될 수 있습니다.이 경우 장치의 전원은 시스템 전원의 8~10% 이상이어야 합니다. 속도 제어기에 비정적 특성이 있는지 장치에 비정적 특성이 있는 주파수 조정기가 장착되어 있는지 여부는 중요하지 않습니다.

모든 계획되지 않은 부하 변경은 비정적 특성을 가진 장치에 의해 감지됩니다. 시스템의 주파수가 변경되지 않은 상태로 유지되기 때문에 시스템의 다른 장치에 대한 부하는 변경되지 않은 상태로 유지됩니다. 이 방법의 단일 장치 주파수 제어는 완벽하지만 주파수 제어가 여러 장치에 할당될 때 수용할 수 없음이 입증되었습니다. 이 방법은 저전력 시스템의 조정에 사용됩니다.

발전기 방식

마스터 제너레이터 방식은 시스템 조건에 따라 같은 스테이션에서 여러 대의 주파수를 조정해야 하는 경우에 사용할 수 있습니다.

정적 특성을 가진 주파수 조정기는 메인 블록이라고 하는 블록 중 하나에 설치됩니다. 부하 조정기(이퀄라이저)는 나머지 블록에 설치되며 주파수 조정 작업도 담당합니다. 그들은 마스터 장치의 부하와 주파수를 조절하는 데 도움이 되는 다른 장치 사이에 주어진 비율을 유지하는 임무를 맡고 있습니다. 시스템의 모든 터빈에는 정적 속도 거버너가 있습니다.

상상적 국가주의의 방법

가상 정적 방법은 단일 스테이션 및 다중 스테이션 규정 모두에 적용할 수 있습니다.두 번째 경우에는 주파수를 조정하는 스테이션과 관제실 사이에 양방향 원격 측정 채널이 있어야 합니다(스테이션에서 관제실로 부하 표시 전송 및 관제실에서 스테이션으로 자동 명령 전송). ).

조정과 관련된 각 장치에는 주파수 조정기가 설치됩니다. 이 규정은 시스템의 주파수 유지와 관련하여 비정적이며 발전기 간의 부하 분배와 관련하여 정적입니다. 변조 발전기 사이에 부하를 안정적으로 분배합니다.

주파수 제어 장치 간의 부하 공유는 활성 부하 공유 장치를 통해 이루어집니다. 후자는 제어 장치의 전체 부하를 요약하여 미리 정해진 비율로 부하를 나눕니다.

가상 통계의 방법은 또한 여러 스테이션의 시스템에서 주파수를 조절하는 것을 가능하게 하며 동시에 주어진 부하 비율은 스테이션 간에 그리고 개별 장치 간에 모두 존중됩니다.

동기 시간 방식

이 방법은 원격 기계를 사용하지 않고 다중 스테이션 전력 시스템에서 주파수 조절을 위한 기준으로 천문 시간과 동기 시간의 편차를 사용합니다. 이 방법은 특정 순간부터 시작하여 천문 시간과 동기 시간 편차의 정적 의존성을 기반으로 합니다.

시스템의 터빈 발전기 회 전자의 정상적인 동기 속도와 회전 모멘트 및 저항 모멘트의 동일에서 동기식 모터의 회 전자는 동일한 속도로 회전합니다. 동기 모터의 로터 축에 화살표를 놓으면 특정 눈금으로 시간을 표시합니다. 동기 모터의 샤프트와 바늘의 축 사이에 적절한 기어를 배치하여 시계의 시침, 분침 또는 초침의 속도로 바늘을 회전시킬 수 있습니다.

이 화살표로 표시된 시간을 동기 시간이라고 합니다. 천문학적 시간은 정확한 시간 소스 또는 전류 주파수 표준에서 파생됩니다.

정적 특성과 정적 특성을 동시에 제어하는 ​​방법

이 방법의 본질은 다음과 같습니다. 전력 시스템에는 두 개의 제어 스테이션이 있으며, 그 중 하나는 비정적 특성에 따라 작동하고 두 번째는 정적 계수가 작은 정적 특성에 따라 작동합니다. 제어실에서 실제 부하 일정의 작은 편차의 경우 부하 변동은 비정적 특성을 가진 스테이션에서 감지됩니다.

이 경우 정적 특성을 가진 제어 스테이션은 큰 주파수 편차를 피하면서 과도 모드에서만 조절에 참여합니다. 첫 번째 스테이션의 조정 범위가 소진되면 두 번째 스테이션이 조정에 들어갑니다. 이 경우 새로운 정상 주파수 값은 공칭 값과 다릅니다.

첫 번째 스테이션이 주파수를 제어하는 ​​동안 기지국의 부하는 변경되지 않습니다. 두 번째 스테이션에 의해 조정될 때 베이스 스테이션의 부하는 경제적인 것에서 벗어날 것입니다.이 방법의 장점과 단점은 명백합니다.

전원 잠금 관리 방법

이 방법은 상호 연결에 포함된 각 전원 시스템이 부하 변경으로 인해 주파수 편차가 발생하는 경우에만 주파수 조정에 참여한다는 사실에 있습니다. 이 방법은 상호 연결된 에너지 시스템의 다음 속성을 기반으로 합니다.

전력 시스템의 부하가 증가하면 해당 시스템의 주파수 감소는 주어진 교환 전력의 감소를 동반하는 반면 다른 전력 시스템에서는 주파수 감소가 주어진 교환 전력의 증가를 동반합니다.

이는 주파수를 유지하려는 정적 제어 특성을 가진 모든 장치가 출력 전력을 증가시키기 때문입니다. 따라서 부하변동이 발생한 전력계통에서는 주파수편차의 부호와 교환전력편차의 부호가 일치하지만 다른 전력계통에서는 이러한 부호가 일치하지 않는다.

각 전원 시스템에는 주파수 조정기와 교환 전원 차단 릴레이가 설치된 하나의 제어 스테이션이 있습니다.

전력 교환 릴레이에 의해 차단된 주파수 조정기를 시스템 중 하나에 설치하고 인접한 전원 시스템에 주파수 릴레이에 의해 차단된 교환 전력 조정기를 설치할 수도 있습니다.

두 번째 방법은 AC 전원 조정기가 정격 주파수에서 작동할 수 있는 경우 첫 번째 방법보다 이점이 있습니다.

전력 시스템의 부하가 변경되면 주파수 편차 및 교환 전력의 징후가 일치하고 제어 회로가 차단되지 않으며 주파수 조정기의 작용에 따라 이 시스템 블록의 부하가 증가하거나 감소합니다. 다른 전원 시스템에서는 주파수 편차 및 교환 전원의 징후가 다르므로 제어 회로가 차단됩니다.

이 방법에 의한 규제는 연결 라인이 다른 전원 시스템으로 출발하는 변전소와 주파수 또는 교환 흐름을 규제하는 스테이션 사이에 텔레비전 채널이 있어야 합니다. 차단 제어 방법은 전력 시스템이 서로 하나의 연결로만 연결된 경우에 성공적으로 적용될 수 있습니다.

주파수 시스템 방식

여러 전력 시스템을 포함하는 상호 연결된 시스템에서 주파수 제어는 때때로 한 시스템에 할당되고 다른 시스템은 전송된 전력을 제어합니다.

내부 통계 방법

이 방법은 제어 차단 방법의 추가 개발입니다. 주파수 조정기의 동작을 차단하거나 강화하는 것은 특수 전원 릴레이를 사용하는 것이 아니라 시스템 간의 전송(교환) 전력에 통계를 생성함으로써 수행됩니다.

각각의 병렬 작동 에너지 시스템에는 조절기가 설치된 하나의 조절 스테이션이 할당되며 교환 전력 측면에서 통계가 있습니다. 조정기는 주파수의 절대 값과 교환 전력 모두에 응답하지만 후자는 일정하게 유지되고 주파수는 공칭 값과 같습니다.

실제로 낮 동안 전력 시스템에서 부하는 변경되지 않지만 부하 일정에 따른 변경 사항, 시스템의 발전기 수 및 전력 및 지정된 교환 전력도 변경되지 않습니다. 따라서 시스템의 정적 계수는 일정하게 유지되지 않습니다.

시스템의 발전 용량이 높을수록 더 작고 전력이 낮을수록 시스템의 정적 계수는 더 높아집니다. 따라서 통계 계수의 평등에 대한 필수 조건이 항상 충족되지는 않습니다. 그 결과 하나의 전원 시스템에서 부하가 변경되면 두 전원 시스템의 주파수 변환기가 작동하게 됩니다.

부하 편차가 발생한 전원 시스템에서 주파수 변환기는 전체 조정 프로세스 동안 항상 한 방향으로 작동하여 결과적인 불균형을 보상하려고 합니다. 두 번째 전원 시스템에서 주파수 조정기의 작동은 양방향입니다.

교환 전력과 관련하여 조정기의 통계 계수가 시스템의 통계 계수보다 크면 조정 프로세스 초기에 이 전력 시스템의 제어 스테이션이 부하를 줄여서 교환 전력을 증가시키고, 그런 다음 정격 주파수에서 교환 전력의 설정 값을 복원하기 위해 부하를 증가시킵니다.

교환전원에 대한 레귤레이터의 스탯계수가 계통의 스탯계수보다 작으면 제2전원계통의 제어순서가 역전(먼저 구동인자의 수용도가 높아지다가 감소하다).