تنظيم التردد في نظام الطاقة

في أنظمة الطاقة الكهربائية ، في أي لحظة ، يجب توليد مثل هذه الكمية من الكهرباء كما هو ضروري للاستهلاك في لحظة معينة ، لأنه من المستحيل إنشاء احتياطيات من الطاقة الكهربائية.

التردد مع الجهد هو أحد العوامل الرئيسية مؤشرات جودة الطاقة... انحراف التردد عن المعدل الطبيعي يؤدي إلى تعطيل تشغيل محطات توليد الكهرباء ، مما يؤدي ، كقاعدة عامة ، إلى حرق الوقود. يؤدي انخفاض التردد في النظام إلى انخفاض إنتاجية الآليات في المؤسسات الصناعية وإلى انخفاض كفاءة الوحدات الرئيسية لمحطات الطاقة. تؤدي زيادة التردد أيضًا إلى انخفاض كفاءة وحدات توليد الطاقة وزيادة خسائر الشبكة.

في الوقت الحاضر ، تغطي مشكلة التنظيم التلقائي للتردد مجموعة واسعة من القضايا ذات الطبيعة الاقتصادية والتقنية. يقوم نظام الطاقة حاليًا بإجراء تنظيم تلقائي للتردد.

تأثير التردد على تشغيل معدات محطة توليد الكهرباء

يتم حساب جميع الوحدات التي تؤدي حركة دورانية بطريقة تحقق أعلى كفاءة لها ثلاث مرات من سرعة دوران واحدة محددة للغاية ، أي عند السرعة الاسمية. في الوقت الحالي ، يتم توصيل معظم الوحدات التي تقوم بالحركة الدورانية بالآلات الكهربائية.

يتم إنتاج واستهلاك الطاقة الكهربائية بشكل أساسي على التيار المتردد ؛ لذلك ، ترتبط غالبية الكتل التي تؤدي حركة دورانية بتردد التيار المتردد. في الواقع ، مثلما يعتمد تردد المولد الذي يولده المولد على سرعة التوربين ، فإن سرعة الآلية التي يقودها محرك التيار المتردد تعتمد على التردد.

إن انحرافات تردد التيار المتردد عن القيمة الاسمية لها تأثير مختلف على أنواع مختلفة من الوحدات ، وكذلك على الأجهزة والأجهزة المختلفة التي تعتمد عليها كفاءة نظام الطاقة.

تم تصميم التوربينات البخارية وشفراتها بطريقة توفر أقصى طاقة ممكنة للعمود بالسرعة المقدرة (التردد) ومدخل البخار غير الملحوم. في هذه الحالة ، يؤدي الانخفاض في سرعة الدوران إلى حدوث خسائر بسبب اصطدام البخار بالشفرة مع زيادة متزامنة في عزم الدوران ، وتؤدي الزيادة في سرعة الدوران إلى انخفاض في عزم الدوران وزيادة في الاصطدام على الجانب الخلفي من النصل. يعمل التوربينات الأكثر اقتصادا في التردد الاسمي.

بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي التشغيل بتردد منخفض إلى التآكل المتسارع لريش التوربين الدوارة والأجزاء الأخرى.يؤثر التغيير في التردد على تشغيل آليات الاستهلاك الذاتي لمحطة الطاقة.

تأثير التردد على أداء مستهلكي الكهرباء

يمكن تقسيم آليات ووحدات مستهلكي الكهرباء إلى خمس مجموعات حسب درجة اعتمادهم على التردد.

المجموعة الأولى. المستخدمون الذين تغير ترددهم ليس له تأثير مباشر على الطاقة المطورة. وتشمل هذه: الإضاءة ، أفران القوس الكهربائي ، مقاومة التسرب ، المقومات والأحمال التي تعمل بها.

المجموعة الثانية. الآليات التي تختلف قوتها بما يتناسب مع القوة الأولى للتردد. وتشمل هذه الآليات: آلات قطع المعادن ، والمطاحن الكروية ، والضواغط.

المجموعة الثالثة. الآليات التي تتناسب قوتها مع مربع التردد. هذه آليات تتناسب لحظة مقاومتها مع التردد في الدرجة الأولى. لا توجد آليات مع لحظة المقاومة هذه بالضبط ، لكن عددًا من الآليات الخاصة لها لحظة تقترب من هذا.

المجموعة الرابعة. آليات عزم المروحة التي تتناسب قوتها مع مكعب التردد. تتضمن هذه الآليات مراوح ومضخات مع عدم وجود مقاومة ثابتة للرأس أو إهمالها.

المجموعة الخامسة. الآليات التي تعتمد قوتها على التردد إلى درجة أعلى. تشتمل هذه الآليات على مضخات ذات رأس مقاومة استاتيكية كبيرة (مثل مضخات التغذية لمحطات الطاقة).

يتناقص أداء آخر أربع مجموعات مستخدمين بتناقص التردد ويزيد مع زيادة التردد. للوهلة الأولى ، يبدو أنه من المفيد للمستخدمين العمل بوتيرة متزايدة ، لكن هذا بعيد كل البعد عن الواقع.

بالإضافة إلى ذلك ، مع زيادة التردد ، ينخفض ​​عزم دوران المحرك التعريفي ، مما قد يتسبب في توقف الجهاز وإيقافه إذا لم يكن لدى المحرك احتياطي طاقة.

التحكم الآلي في التردد في نظام الطاقة

الغرض من التحكم التلقائي في التردد في أنظمة الطاقة هو في المقام الأول ضمان التشغيل الاقتصادي للمحطات وأنظمة الطاقة. لا يمكن تحقيق كفاءة تشغيل نظام الطاقة دون الحفاظ على قيمة التردد العادية وبدون التوزيع الأكثر ملاءمة للحمل بين وحدات العمل المتوازية ومحطات الطاقة في نظام الطاقة.

لتنظيم التردد ، يتم توزيع الحمل على عدة وحدات عمل (محطات) متوازية. في الوقت نفسه ، يتم توزيع الحمل بين الوحدات بطريقة لا تتغير مع التغييرات الطفيفة في حمل النظام (حتى 5-10 ٪) ، وضع التشغيل للعدد الهائل من الوحدات والمحطات.

مع الطبيعة المتغيرة للحمل ، سيكون أفضل وضع هو الذي يحمل فيه الجزء الرئيسي من الكتل (المحطات) الحمل المقابل لشرط المساواة في الخطوات النسبية ، ويتم تغطية التقلبات الصغيرة والقصيرة للحمل عن طريق التغيير حمولة جزء صغير من الوحدات.

عندما يوزعون الحمولة بين الوحدات التي تعمل بالتوازي ، فإنهم يحاولون التأكد من أنهم جميعًا يعملون في منطقة ذات أعلى كفاءة ، وفي هذه الحالة ، يتم ضمان الحد الأدنى من استهلاك الوقود.

الوحدات المكلفة بتغطية جميع تغييرات الأحمال غير المخطط لها ، أي يجب أن يفي تنظيم التردد في النظام بالمتطلبات التالية:

• لديها كفاءة عالية

• لها منحنى كفاءة الحمل المسطح ، أي الحفاظ على كفاءة عالية على مدى واسع من تنوعات الأحمال.

في حالة حدوث تغيير كبير في حمل النظام (على سبيل المثال ، زيادته) ، عندما يتحول النظام بأكمله إلى وضع تشغيل بقيمة أكبر للكسب النسبي ، يتم نقل التحكم في التردد إلى هذه المحطة في التي يكون حجم الكسب النسبي قريبًا منها للنظام.

تحتوي محطة التردد على أكبر نطاق تحكم ضمن طاقتها المركبة. من السهل تنفيذ شروط التحكم إذا كان من الممكن تخصيص التحكم في التردد لمحطة واحدة. يتم الحصول على حل أبسط في الحالات التي يمكن فيها تخصيص التنظيم لوحدة واحدة.

تحدد سرعة التوربينات التردد في نظام الطاقة ، لذلك يتم التحكم في التردد من خلال العمل على محكمات سرعة التوربين. عادة ما تكون التوربينات مجهزة بمحافظ سرعة الطرد المركزي.

الأنسب للتحكم في التردد هي توربينات التكثيف مع معلمات البخار العادية. تعد توربينات الضغط الخلفي أنواعًا غير مناسبة تمامًا من التوربينات للتحكم في التردد ، حيث يتم تحديد حملها الكهربائي بالكامل بواسطة مستخدم البخار وهو مستقل تمامًا تقريبًا عن التردد في النظام.

من غير العملي تكليف التوربينات ذات الامتصاص البخاري الكبير بمهمة تنظيم التردد ، لأنها ، أولاً ، لديها (نطاق تحكم صغير جدًا ، وثانيًا ، فهي غير اقتصادية لتشغيل الأحمال المتغيرة.

للحفاظ على نطاق التحكم المطلوب ، يجب أن تكون قدرة محطة التحكم في التردد على الأقل 8 - 10٪ من الحمل في النظام بحيث يكون هناك نطاق تحكم كافٍ. لا يمكن أن يكون النطاق التنظيمي لمحطة الطاقة الحرارية مساويًا للقدرة المركبة. لذلك ، يجب أن تكون قوة CHP ، التي تعدل التردد ، اعتمادًا على أنواع الغلايات والتوربينات ، أعلى بمرتين إلى ثلاث مرات من نطاق الضبط المطلوب.

يمكن أن تكون أصغر قوة مركبة لمحطة الطاقة الكهرومائية لإنشاء نطاق التحكم الضروري أقل بكثير من الطاقة الحرارية. بالنسبة للمحطات الكهرومائية ، عادة ما يكون نطاق التنظيم مساويًا للقدرة المركبة. عندما يتم التحكم في التردد بواسطة محطة توليد الطاقة الكهرومائية ، فلا يوجد حد لمعدل زيادة الحمل بدءًا من لحظة بدء تشغيل التوربين. ومع ذلك ، يرتبط تنظيم التردد لمحطات الطاقة الكهرومائية بالمضاعفات المعروفة لمعدات التحكم.

بالإضافة إلى نوع المحطة وخصائص المعدات ، يتأثر اختيار محطة التحكم بموقعها في النظام الكهربائي ، أي المسافة الكهربائية من مركز التحميل. إذا كانت المحطة موجودة في مركز الحمل الكهربائي ومتصلة بمحطات فرعية ومحطات أخرى للنظام من خلال خطوط طاقة قوية ، فعادةً لا تؤدي الزيادة في حمل محطة التنظيم إلى انتهاك استقرار ثابت.

على العكس من ذلك ، عندما تكون محطة التحكم بعيدة عن مركز النظام ، فقد يكون هناك خطر عدم الاستقرار.في هذه الحالة ، يجب أن يكون تنظيم التردد مصحوبًا بالتحكم في زاوية تباعد المتجهات الإلكترونية. إلخ. ج.نظام ومحطة لإدارة أو التحكم في الطاقة المرسلة.

المتطلبات الرئيسية لأنظمة التحكم في التردد تنظم:

• معلمات وحدود التعديل ،

• خطأ ثابت وديناميكي ،

• معدل التغيير في حمل الكتلة ،

• ضمان استقرار العملية التنظيمية ،

• القدرة على التنظيم بطريقة معينة.

يجب أن تكون الهيئات التنظيمية بسيطة التصميم وموثوقة في التشغيل وغير مكلفة.

طرق التحكم في التردد في نظام الطاقة

أدى نمو أنظمة الطاقة إلى الحاجة إلى تنظيم تردد عدة كتل لمحطة واحدة ، ثم عدة محطات. لهذا الغرض ، يتم استخدام عدد من الطرق لضمان التشغيل المستقر لنظام الطاقة وجودة التردد العالي.

يجب ألا تسمح طريقة التحكم المطبقة بزيادة حدود انحراف التردد بسبب الأخطاء التي تحدث في الأجهزة المساعدة (أجهزة توزيع الحمل النشطة وقنوات القياس عن بُعد وما إلى ذلك).

تعد طريقة تنظيم التردد ضرورية لضمان الحفاظ على التردد عند مستوى معين ، بغض النظر عن الحمل على وحدات التحكم في التردد (ما لم يتم استخدام نطاق التحكم بالكامل بالطبع) وعدد الوحدات ومحطات التحكم في التردد وحجم ومدة انحراف التردد.... يجب أن تضمن طريقة التحكم أيضًا الحفاظ على نسبة تحميل معينة لوحدات التحكم والدخول المتزامن في عملية التنظيم لجميع الوحدات التي تتحكم في التردد.

طريقة الخصائص الثابتة

يتم الحصول على أبسط طريقة عن طريق ضبط تردد جميع الوحدات في النظام ، عندما يكون الأخير مزودًا بمنظم سرعة بخصائص ثابتة. في التشغيل المتوازي للكتل التي تعمل دون تغيير خصائص التحكم ، يمكن العثور على توزيع الأحمال بين الكتل من معادلات الخصائص الثابتة ومعادلات القدرة.

أثناء التشغيل ، تتجاوز تغييرات الحمل القيم المحددة بشكل كبير ، وبالتالي لا يمكن الحفاظ على التردد ضمن الحدود المحددة. باستخدام طريقة التنظيم هذه ، من الضروري وجود احتياطي دوار كبير موزّع على جميع وحدات النظام.

لا يمكن أن تضمن هذه الطريقة التشغيل الاقتصادي لمحطات الطاقة ، حيث لا يمكنها من ناحية استخدام السعة الكاملة للوحدات الاقتصادية ، ومن ناحية أخرى ، يتغير الحمل على جميع الوحدات باستمرار.

طريقة ذات خاصية استاتيكية

إذا كانت كل وحدات النظام أو جزء منها مزودة بمنظم تردد بخصائص استاتيكية ، فسيظل التردد في النظام نظريًا دون تغيير لأي تغييرات في الحمل. ومع ذلك ، فإن طريقة التحكم هذه لا تؤدي إلى نسبة تحميل ثابتة بين الوحدات التي يتم التحكم فيها بالتردد.

يمكن تطبيق هذه الطريقة بنجاح عندما يتم تخصيص التحكم في التردد لوحدة واحدة.في هذه الحالة ، يجب أن تكون طاقة الجهاز على الأقل 8-10٪ من طاقة النظام. لا يهم ما إذا كانت وحدة التحكم في السرعة لها خاصية استاتيكية أو أن الجهاز مجهز بمنظم تردد بخاصية استاتيكية.

يتم إدراك جميع تغييرات الحمل غير المخطط لها بواسطة وحدة ذات خاصية ثابتة. نظرًا لأن التردد في النظام لم يتغير ، تظل الأحمال على الوحدات الأخرى للنظام دون تغيير. يعد التحكم في التردد أحادي الوحدة في هذه الطريقة مثاليًا ، ولكنه يثبت أنه غير مقبول عندما يتم تخصيص التحكم في التردد لوحدات متعددة. تُستخدم هذه الطريقة للتنظيم في أنظمة الطاقة المنخفضة.

طريقة المولد

يمكن استخدام طريقة المولد الرئيسي في الحالات التي يكون من الضروري ، وفقًا لظروف النظام ، ضبط تردد عدة وحدات في نفس المحطة.

يتم تثبيت منظم تردد بخاصية استاتيكية على إحدى الكتل ، تسمى الكتلة الرئيسية. يتم تثبيت منظمات الحمل (المعادلات) على الكتل المتبقية ، والتي يتم تكليفها أيضًا بمهمة تنظيم التردد. يتم تكليفهم بالحفاظ على نسبة معينة بين الحمل على الوحدة الرئيسية والوحدات الأخرى التي تساعد في تنظيم التردد. تحتوي جميع التوربينات في النظام على ضوابط سرعة ثابتة.

طريقة الدولة الوهمية

الطريقة الثابتة التخيلية قابلة للتطبيق على كل من تنظيم المحطة الواحدة والمحطات المتعددة.في الحالة الثانية ، يجب أن تكون هناك قنوات قياس عن بعد ثنائية الاتجاه بين المحطات تقوم بضبط التردد وغرفة التحكم (إرسال إشارة الحمل من المحطة إلى غرفة التحكم ونقل الترتيب التلقائي من غرفة التحكم إلى المحطة ).

يتم تثبيت منظم التردد على كل جهاز مشارك في التنظيم. هذه اللائحة ثابتة فيما يتعلق بالحفاظ على التردد في النظام وثابت فيما يتعلق بتوزيع الأحمال بين المولدات. يضمن توزيعًا مستقرًا للأحمال بين مولدات التعديل.

يتم تحقيق تقاسم الأحمال بين الأجهزة التي يتم التحكم فيها بالتردد عن طريق جهاز مشاركة الحمل النشط. الأخير ، الذي يلخص الحمل الكامل لوحدات التحكم ، يقسمها بينهما بنسبة معينة محددة مسبقًا.

تتيح طريقة الإحصاء التخيلي أيضًا تنظيم التردد في نظام من عدة محطات ، وفي نفس الوقت سيتم احترام نسبة الحمل المعطاة بين المحطات وبين الوحدات الفردية.

طريقة الوقت المتزامن

تستخدم هذه الطريقة انحراف الوقت المتزامن عن الوقت الفلكي كمعيار لتنظيم التردد في أنظمة الطاقة متعددة المحطات دون استخدام الميكانيكا عن بُعد. تعتمد هذه الطريقة على الاعتماد الثابت لانحراف الوقت المتزامن عن الوقت الفلكي ، بدءًا من لحظة معينة من الزمن.

عند السرعة المتزامنة العادية لدوارات مولدات توربين النظام والمساواة بين لحظات الدوران ولحظات المقاومة ، فإن دوار المحرك المتزامن سوف يدور بنفس السرعة. إذا تم وضع سهم على المحور الدوار لمحرك متزامن ، فسيظهر الوقت على مقياس معين. من خلال وضع ترس مناسب بين عمود المحرك المتزامن ومحور اليد ، من الممكن جعل العقرب يدور بسرعة الساعة أو الدقيقة أو عقرب الثواني على مدار الساعة.

يُطلق على الوقت الذي يظهره هذا السهم اسم الوقت المتزامن. يُشتق الوقت الفلكي من مصادر زمنية دقيقة أو من معايير تردد التيار الكهربائي.

طريقة للتحكم المتزامن في الخصائص الساكنة والثابتة

جوهر هذه الطريقة على النحو التالي. توجد محطتا تحكم في نظام الطاقة ، تعمل إحداهما وفقًا للخاصية الاستاتيكية ، والثانية تعمل وفقًا للمحطة الساكنة ذات معامل ثابت صغير. بالنسبة للانحرافات الصغيرة لجدول التحميل الفعلي من غرفة التحكم ، فإن أي تقلبات في الحمل ستدركها محطة ذات خاصية ثابتة.

في هذه الحالة ، ستشارك محطة تحكم ذات خاصية ثابتة في التنظيم فقط في الوضع العابر ، لتجنب انحرافات التردد الكبيرة. عندما يتم استنفاد نطاق الضبط للمحطة الأولى ، تدخل المحطة الثانية في الضبط. في هذه الحالة ، ستكون قيمة التردد الثابت الجديدة مختلفة عن القيمة الاسمية.

بينما تتحكم المحطة الأولى في التردد ، سيظل الحمل على المحطات الأساسية دون تغيير. عند ضبطه بواسطة المحطة الثانية ، سينحرف الحمل على المحطات الأساسية عن الاقتصادية.مزايا وعيوب هذه الطريقة واضحة.

طريقة إدارة قفل الطاقة

تتكون هذه الطريقة من حقيقة أن كل نظام من أنظمة الطاقة المدرجة في التوصيل البيني يشارك في تنظيم التردد فقط إذا كان انحراف التردد ناتجًا عن تغيير في الحمل فيه. تعتمد الطريقة على الخاصية التالية لأنظمة الطاقة المترابطة.

إذا زاد الحمل في أي نظام طاقة ، فإن انخفاض التردد فيه يكون مصحوبًا بانخفاض في قدرة التبادل المعينة ، بينما في أنظمة الطاقة الأخرى ، يكون الانخفاض في التردد مصحوبًا بزيادة في قدرة التبادل المحددة.

هذا يرجع إلى حقيقة أن جميع الأجهزة التي لها خصائص تحكم ثابتة ، تحاول الحفاظ على التردد ، تزيد من طاقة الخرج. وبالتالي ، بالنسبة لنظام الطاقة حيث حدث تغيير في الحمل ، تتطابق علامة انحراف التردد وعلامة انحراف قدرة التبادل ، ولكن في أنظمة الطاقة الأخرى هذه العلامات ليست هي نفسها.

يحتوي كل نظام طاقة على محطة تحكم واحدة حيث يتم تثبيت منظمات التردد ومرحل منع تبادل الطاقة.

من الممكن أيضًا تثبيت منظم تردد في أحد الأنظمة بواسطة مرحل تبادل الطاقة ، وفي نظام طاقة مجاور - منظم طاقة تبادل محجوب بواسطة مرحل تردد.

وتتميز الطريقة الثانية عن الطريقة الأولى إذا كان منظم طاقة التيار المتردد يعمل بالتردد المقنن.

عندما يتغير الحمل في نظام الطاقة ، تتزامن علامات انحرافات التردد وقوة التبادل ، ولا يتم حظر دائرة التحكم ، وتحت تأثير منظم التردد ، يزيد أو ينقص الحمل على كتل هذا النظام. في أنظمة الطاقة الأخرى ، تختلف علامات انحراف التردد وقوة التبادل ، وبالتالي يتم حظر دوائر التحكم.

يتطلب التنظيم بهذه الطريقة وجود قنوات تلفزيونية بين المحطة الفرعية التي يغادر منها خط التوصيل إلى نظام طاقة آخر والمحطة التي تنظم التردد أو تدفق التبادل. يمكن تطبيق طريقة التحكم في الحظر بنجاح في الحالات التي يتم فيها توصيل أنظمة الطاقة باتصال واحد فقط ببعضها البعض.

طريقة نظام التردد

في نظام مترابط يتضمن عدة أنظمة طاقة ، يتم تخصيص التحكم في التردد أحيانًا لنظام واحد بينما يتحكم الآخرون في الطاقة المرسلة.

طريقة الإحصاء الداخلي

هذه الطريقة هي تطوير إضافي لطريقة حظر التحكم. لا يتم منع أو تعزيز عمل منظم التردد عن طريق مرحلات القدرة الخاصة ، ولكن عن طريق إنشاء الحالة الثابتة في القدرة (التبادل) المرسلة بين الأنظمة.

في كل من أنظمة الطاقة العاملة المتوازية ، يتم تخصيص محطة تنظيم واحدة ، يتم تثبيت المنظمين عليها ، والتي تتمتع بالدولة من حيث تبادل الطاقة. تستجيب الهيئات التنظيمية لكل من القيمة المطلقة للتردد وقوة التبادل ، بينما تظل الأخيرة ثابتة ، ويكون التردد مساويًا للقيمة الاسمية.

من الناحية العملية ، في نظام الطاقة خلال اليوم ، لا يظل الحمل دون تغيير ، ولكن التغييرات وفقًا لجدول الحمل ، وعدد وقوة المولدات في النظام وقوة التبادل المحددة لا تتغير أيضًا. لذلك ، فإن المعامل الثابت للنظام لا يظل ثابتًا.

مع قدرة توليد أعلى في النظام ، يكون أصغر وبطاقة أقل ، على العكس من ذلك ، يكون المعامل الثابت للنظام أعلى. لذلك ، لن يتم دائمًا الوفاء بشرط المساواة المطلوب لمعاملات الدولة. سيؤدي ذلك إلى حقيقة أنه عندما يتغير الحمل في نظام طاقة واحد ، فإن محولات التردد في كلا نظامي الطاقة ستدخل حيز التنفيذ.

في نظام الطاقة الذي حدث فيه انحراف في الحمل ، سيعمل محول التردد طوال الوقت في اتجاه واحد أثناء عملية التنظيم بأكملها ، في محاولة للتعويض عن عدم التوازن الناتج. في نظام الطاقة الثاني ، سيكون تشغيل منظم التردد ثنائي الاتجاه.

إذا كان المعامل الأساسي للجهة المنظمة فيما يتعلق بقدرة التبادل أكبر من المعامل الأساسي للنظام ، فعند بداية عملية التنظيم ، ستعمل محطة التحكم في نظام الطاقة هذا على تقليل الحمل ، وبالتالي زيادة قوة التبادل ، وبعد ذلك ، قم بزيادة الحمل لاستعادة القيمة المحددة لقوة التبادل عند التردد المقنن.

عندما يكون المعامل الأساسي للجهة المنظمة فيما يتعلق بقدرة التبادل أقل من معامل الحالة الثابتة للنظام ، سيتم عكس تسلسل التحكم في نظام الطاقة الثاني (أولاً ، سيزداد قبول العامل الدافع ، ثم سيزداد ينقص).