Аварийная частотная разгрузка энергосистем - Принципы частотной разгрузки

Под разгрузкой понимают снижение суммарной нагрузки энергосистемы за счет отключения части потребителей. Разгрузка является аварийным мероприятием, она должна применяться только в том случае, если все внутренние резервы системы исчерпаны, а частота продолжает снижаться. Отсюда следует, что нельзя сразу же прибегать к разгрузке энергосистемы, как только частота станет ниже номинальной. Считают, что до тех пор пока частота находится на уровне 49 Гц и выше, прибегать к отключению потребителей не надо. Этот же подход (не производить лишнего отключения потребителей) должен соблюдаться и при действии разгрузки.
Разгрузить энергосистему - это, во-первых, приостановить снижение частоты, не допуская ее ниже 45 Гц и, во-вторых, поднять частоту до номинальной. Если энергосистема работает изолировано, то за счет аварийной разгрузки достаточно поднять частоту до 49 Гц с последующим ее восстановлением вручную до 50 Гц действием оперативного персонала.
В отделившейся части энергообъединения необходимо стремиться “вытянуть” частоту до уровня 50 Гц для ресинхронизации с объединением. Правда, последняя операция также может быть осуществлена действием персонала вручную.
Разгрузку осуществляют с помощью автоматики, которую называют аварийной частотной разгрузкой (АЧР). Сначала будем полагать, что вращающийся резерв в системе отсутствует. В дальнейшем этот вопрос будет рассмотрен особо.
При возникновении дефицита генерации ΔΡ за счет отключения мощного генератора или целой станции уравнение движения энергосистемы будет
(3.1)   ,
а снижение частоты будет происходить по экспоненциальному закону
(3.2)   .
В первый момент возникновения возмущения ΔΡ отклонение частоты от номинальной равно нулю, поэтому все возмущение расходуется на ускорение
(3.3) .
Измерив ускорение можно определить величину возмущения и произвести отключение потребителей на эту величину. Практически, на пути реализации этого способа возникают серьезные затруднения, поэтому способ не применяется.
С течением времени происходит отклонение частоты Δf. Теперь для оценки дефицита генерации необходимо измерять Tj (df/dt) и кн f. Этот вариант также не используется на практике.
Разгрузку производят только по отклонению частоты. За счет одного отключения нельзя восстановить частоту до номинального уровня. На рис.5 представлены две кривые снижения частоты. Кривая 2 соответствует большему дефициту мощности, и посадка частоты здесь более глубокая. Аварийная разгрузка отключит часть потребителей. Такое отключение произойдет при частоте срабатывания f1. Реагируя только на отклонение частоты, автоматика не уловит различия ситуаций в точках “а” и “б” и произведет отключение потребителей на одну и ту же мощность. Такого отключения в точке “б” может оказаться достаточно, чтобы восстановить частоту до заданного уровня. Отклонение в точке “а” не обеспечит восстановления частоты. Отсюда возникает необходимость следующей очереди разгрузки, например, при f2.
Как правило, назначают несколько очередей разгрузки, которые иногда называют ступенями. Уставку по частоте первой очереди выбирают чуть ниже 50 Гц, например f1=48,5 Гц.

Рис.5.
При снижении частоты до этого уровня отключают потребителей на общую мощность ΔΡ1. На рис.6 кривая “0” соответствует снижению частоты без действия АЧР. После отключения потребителей ΔF1 снижение частоты пройдет по кривой “1”.

Рис.6
Отключения AP1 недостаточно, и частота продолжает снижаться. На уровне f2 сработает вторая очередь разгрузки и отключит потребителей на мощность Δ Р2. В нашем примере после третьего отключения частота стабилизируется, поэтому все последующие очереди разгрузки не работают.
Таков общий алгоритм действия частотной разгрузки, которая применяется во всех энергосистемах России и за рубежом. Разница в исполнении АЧР в отдельных энергосистемах заключается лишь в выборе уставок по частоте, числа очередей, а также мощности потребителей, присоединяемых к каждой очереди.
При ступенчатом отключении потребителей очевидна определенная последовательность этой операции. Сначала отключают малоответственных потребителей, а затем, при дальнейшем снижении частоты отключают уже более ответственную нагрузку.
Отметим общий недостаток разгрузки по избранному алгоритму: после действия АЧР частота стабилизируется в диапазоне от f1 до fн, но не поднимается до номинального уровня или хотя бы близко к нему. Для устранения этого недостатка в энергосистемах России применяют дополнительную специальную разгрузку, которая будет рассмотрена ниже.