Регулирование перетоков мощности по МСС

Один из важнейших вопросов обеспечения надежности энергообъединений — обоснованный выбор запаса по статической устойчивости МСС при нормальном режиме. Большой запас, обеспечивая устойчивость энергобъединения даже при существенных колебаниях передаваемой мощности, уменьшает экономическую эффективность использования МСС. При малых запасах взаимный фазовый угол 6 электропередачи между эквивалентными роторами энергосистем может превысить критическое значение, при котором нарушается устойчивость энергообъединения. Поэтому для надежной работы энергосистем, имеющих слабые межсистемные связи или высокозагруженные сильные связи с малыми запасами по пропускной способности, актуальной становится задача ограничения обменной мощности в таких связях. Эта задача определяется как устройствами автоматического регулирования и защиты, так и наличием вращающегося резерва в энергосистемах. Однако эффективность использования последнего зависит от динамических характеристик энергетических установок и в первую очередь от их приемистости. При этом, естественно, важную роль играют динамические свойства мощных паротурбинных блоков, которые составляют основную часть вновь вводимых энергетических мощностей.
Особые требования к надежности энергосистем обусловлены крупными системными авариями последнего времени, происшедшими в 1965 г. в США, в 1967—1968 гг. в Японии и Австралии, в 1977 г. — в энергосистеме Нью-Йорка и в других странах. Эти аварии, возникновения которых не предотвратило даже наличие большого вращающегося резерва в местах дефицита мощности, сопровождались длительным прекращением энергоснабжения потребителей в обширных районах и большим экономическим ущербом.
Следует иметь в виду, что большие изменения взаимного фазового угла между роторами двух связанных частей энергообъединения не обязательно могут сопровождаться значительными отклонениями частоты, особенно в начальный период после возникновения дефицита. Допустим, например, что исходное значение фазового угла было равно 60°. Если после возникновения дефицита частота вращения роторов генераторов в приемной части энергообъединения уменьшится на 1 об/мин по сравнению с передающей, то столь незначительное изменение частоты в приемной системе не выйдет за пределы нечувствительности регуляторов скорости и частоты. В то же время за 1 мин роторы генераторов приемной системы повернутся на 360° относительно роторов генераторов передающей системы. Критическое же значение фазового угла 90° будет достигнуто за 5 с. Приведенный пример показывает, что для предотвращения аварийной ситуации нужна ликвидация дефицита мощности за очень короткое время.
Одна из важнейших задач регулирования объединенных энергосистем — контроль их режимов с целью предотвращения аварийных ситуаций, приводящих к нарушению статической устойчивости параллельной работы энергосистем. Отклонения режима системы могут возникать как вследствие неточного прогноза динамики изменения нагрузки в приемных и передающих частях объединения, особенно в периоды ее роста и снижения, так и в результате аварий в удаленных частях системы. Указанная задача должна решаться централизованной системой диспетчерского контроля и ограничения мощности, передаваемой по межсистемным и внутрисистемным связям. Такое ограничение, уменьшая амплитуду колебаний передаваемой мощности в нормальных условиях работы энергосистемы, позволяет увеличить средний уровень передаваемой мощности и таким путем повысить экономическую эффективность использования МСС без уменьшения запаса статической устойчивости. Это приносит итоговый положительный эффект, несмотря даже на то, что собственная экономичность блоков, привлекаемых к системному регулированию, снижается.
При возникновении аварийных ситуаций необходимо экстренное регулирование мощности блоков с целью сохранения динамической устойчивости отдельных электростанций или энергообъединения в целом. Условия возникновения системных аварий и способы их ликвидации разнообразны. Так, при отключении МСС возможно выделение изолированной энергосистемы с избытком мощности. Для предотвращения чрезмерного повышения частоты в ней требуется быстрое уменьшение генерируемой мощности. Требования к АСР при этом такие же, как при полных сбросах нагрузки. Если образовалась изолированная энергосистема с дефицитом мощности, необходимо быстрое увеличение мощности, вырабатываемой турбоагрегатами. В тех случаях, когда эффективность этого недостаточна для предотвращения глубокого снижения частоты, приходится прибегать к отключению части потребителей автоматической частотной разгрузкой (АЧР). Типичны аварийные ситуации, при которых отключение какой-либо линии электропередачи приводит к выделению нескольких энергосистем, связанных между собой слабыми связями. Наибольшие трудности представляет при этом случай, связанный с возникновением в выделившейся части аварийного дефицита мощности. Как было показано выше, при этом быстро возрастает взаимный фазовый угол электропередачи, что может привести к нарушению устойчивости параллельной работы энергосистем. Для предотвращения этого необходимо увеличение мощности, вырабатываемой агрегатами приемной системы, в течение одной — нескольких секунд. Поскольку такая скорость изменения мощности не может быть достигнута на гидроэлектростанциях, повышаются требования к приемистости мощных энергоблоков тепловых электростанций на органическом и ядерном топливе и быстродействию их АСР. Повышению устойчивости объединенной энергосистемы при подобных авариях способствует также кратковременная разгрузка агрегатов передающей системы, приводящая к некоторому общему снижению частоты в энергообъединении. Действие регуляторов скорости в этом случае должно блокироваться системной противоаварийной автоматикой.
Кратковременная экстренная разгрузка блоков отправных систем с возможным последующим ограничением мощности — одна из наиболее эффективных мер повышения динамической устойчивости системы при авариях, вызванных короткими замыканиями с последующим отключением участков электропередачи. Вращающий момент турбины должен изменяться максимально быстро (время разгрузки не более 0,5 с) для того, чтобы ограничить рост фазовых углов на первом качании роторов. Это производится по сигналу противоаварийной автоматики, которая обычно выполняется релейной.