АСР МОЩНОСТИ БЛОЧНЫХ КОНДЕНСАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ
- РАЗРАБОТКА АСР МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ С РАЗНОТИПНЫМИ ЭНЕРГОБЛОКАМИ
Управление энергосистемой представляет собой сложную задачу, решением которой должно быть обеспечение непрерывного снабжения электроэнергией потребителей при соблюдении ограничений по частоте и напряжению. В работе [315J представлены результаты статистической обработки отклонений частоты в связанных энергосистемах США п Канады. Примерно 120—150 раз в году при отключениях больших генераторов изменения частоты превышают 0,03 Гц. Из общей реакции энергосистемы на отклонение частоты 40% составляет реакция регуляторов скорости турбины и 00%—реакция нагрузки. Продолжительность первого периода качаний приблизительно равна 2 с. Опыт применения защиты от понижения частоты в энергосистемах США представлен в работе [316]. Из 108 рассмотренных энергосистем 65% составляют энергосистемы, которые при понижении частоты сбрасывают около 25—30%, остальные — от 15 до 90% нагрузки. В отдельных энергосистемах используют автоматическую частотную разгрузку с учетом скорости снижения частоты. Общестанционное устройство аварийной разгрузки восьми энергоблоков с возможностью отключения четырех генераторов предложено в работе [317]. Противоаварийная автоматика Лукомльской ГРЭС с применением программно-логического устройства обеспечивает импульсную разгрузку, а также отключение необходимого количества энергоблоков для соблюдения динамической устойчивости электростанции, а также межсистемных транзитов [318]. По данным испытаний, проведенных на Костромской и Конаковской ГРЭС, в ликвидации энергосистемных аварий могут участвовать современные паровые турбины, за исключением турбин ХТГЗ, которые имеют сервомоторы, не удовлетворяющие условиям экстренных изменений нагрузки [358J. При скачкообразном изменении нагрузки на 20% давление перед встроенной задвижкой энергоблоков снижалось до 210 кгс/см2, а температура пара за котлом уменьшалась на 10—15 °С. Представленные данные испытаний определяют маневренные свойства энергоблоков как удовлетворительные [359] Наилучший эффект при тяжелых повреждениях энергосистемы обеспечивается при использовании оптимальных сигналов управления регуляторами скорости турбин совместно с оптимальными сигналами управления возбуждением генераторов. Необходимо также подчеркнуть, что АСР мощности электростанций должны непременно учитывать режимные требования энергосистем в ненормальных ситуациях: при аварийном недостатке мощности в приемной энергосистеме пли аварийном избытке мощности в передающей энергосистеме, аварийном уменьшении предела статической устойчивости связи, коротком замыкании со значительным сокращением предела статической устойчивости, асинхронном ходе и ресинхронизации. При нормальных режимах отклонения частоты существенно меньше, чем в аварийных, но в связи с этим нельзя отказываться от регуляторов скорости. Эти регуляторы играют одну из основных ролей в переходных режимах, а также в обеспечении соответствующих статических характеристик энергосистем. С уменьшением постоянной времени первичного регулятора до 0,5 с существенно улучшается динамическая устойчивость энергосистемы по первому качанию. Участие энергоблоков в регулировании перетоков мощности является эффективным по данным ВНИИЭ, если время переходного процесса отработки задания но мощности составляет порядка 30 с, а точность — около 1%. В работе [321] приводятся алгоритм и программа синтеза регулятора мощности с целью повышения динамической устойчивости энергосистемы. При регулировании частоты колебания мощности энергоблоков (случайные) могут достигать 5% номинальной мощности.
Проведенные исследования на энергоблоках свидетельствуют о том, что применение автоматического регулирования мощности целесообразно с точки зрения повышения маневренности и обеспечивает существенную экономию топлива [322].
Во многих случаях сооружения электростанций на полную проектную мощность наблюдается использование разнотипного основного оборудования. При этом следует отметить, что динамические свойства электростанции с параллельно работающими барабанными и прямоточными котлами при возмущении нагрузкой существенно лучше, чем у электростанции с котлами одного типа [323]. Кроме того, опыт эксплуатации блочных регулирующих станций с разнотипным оборудованием показывает, что желательно разделение функций участия энергоблоков при регулировании частоты и мощности энергосистемы в соответствии с их динамическими характеристиками. Например, зависимость между максимальным уровнем ЧВД турбины на набор мощности и предельно допустимым толчком нагрузки близка к пропорциональной. Величина толчка нагрузки определяется постоянной времени парового объема ЧВД и другими факторами, изложенными в [324]. Приемистость блочной конденсационной электростанции также существенно зависит от типа структурных схем и значений параметров настройки АСР мощности энергоблоков.
Одним из основных вопросов оперативного управления мощностью блочной тепловой электростанции с разнотипными энергоблоками является автоматическое пли автоматизированное распределение нагрузок между станционными агрегатами. Известные методы автоматического распределения нагрузок заключаются в том, что по энергоблокам нагрузки распределяются лишь в соответствии с экономическими характеристиками (например, характеристиками удельных приростов расхода тепла) без учета допустимых скоростей изменения нагрузки на каждом энергоблоке, которые определяются реальным состоянием оборудования. Допустимые скорости изменения нагрузок энергоблоков учитываются только при отработке задания по мощности соответствующими контурами регулирования. Поскольку допустимая скорость отработки задания по мощности для каждого энергоблока переменна, график нагрузки электростанции в отдельных случаях не выдерживается с требуемой точностью.
Экономический эффект, получаемый от распределения, не является полностью реальным, так как при таком распределении происходит или перерасход топлива, или сокращение срока службы оборудования В работе [325] показано, что учет затрат, вызванных ограничениями по температурным напряжениям, изменяет стоимость выработки электроэнергии на несколько десятых процента по сравнению с оптимизацией экономической диспетчеризации в статике Кроме того, требование поддержания заданной нагрузки энергоблока в отдельных случаях может противопоставляться требованиям оптимального распределения нагрузок.
Рис. 61
При отработке возмущений со стороны энергосистемы в первую очередь должна поддерживаться требуемая нагрузка и обеспечиваться наибольшая приемистость энергоблока. Следует также отметить, что при существенных колебаниях электрической мощности генератора наблюдается значительное увеличение удельного расхода тепла энергоблока.
Рассмотрим метод актом автоматического распределения нагрузок между энергоблоками, который отличается от существующих способов; автоматическое распределение нагрузок происходит с 3 четом допустимых скоростей изменения нагрузок на каждом энергоблоке, что повышает срок службы оборудования.
На рис 61 изображена функциональная схема, реализующая данный метод автоматического распределения нагрузок между энергоблоками (1—устройство задания графика нагрузки блочной электростанции; 2 — упреждающее устройство; 3 — дифференцирующее устройство;
4- устройство распределения нагрузок между энергоблоками по экономическим характеристикам; 5—вычислительное устройство; N — заданная нагрузка блочной электростанции; Nc — упреждающее значение нагрузки,
bi — экономическая характеристика i-го энергоблока (i = 1,..., n); N i- нагрузка г го энергоблока, полученная в результате распределения по экономическим характеристикам (i = 1,.., п); vc — заданная скорость изменения нагрузки блочной электростанции; viд — допустимая скорость изменения нагрузки ί-го энергоблока, определенная с учетом его реального состояния (i=1, .., n); βi — диапазон изменения нагрузки ί-го энергоблока (i=1,.., п):
ai — коэффициент, учитывающий возможность работы i-го энергоблока иногда с превышением допустимой скорости viд (i=1,.., n); v, Ni,— скорость изменения и величина нагрузки, выдаваемые для отработки i-му энергоблоку (i= 1,..,n).
Метод автоматического распределения нагрузок между энергоблоками использует суточный график нагрузки блочной электростанции. В работе [38] представлена программа для краткосрочного прогнозирования графика нагрузки на основе ЭВМ. Проведенные исследования определяют связь между нагрузкой и быстроизменяющимися метеоусловиями. Априорно показано [39], что суточный максимум нагрузки зависит от температуры воздуха текущего дня, его влажности, скорости ветра, а также средней температуры трех предшествующих дней. Погрешность прогнозирования равна 4%. Полученный суточный график нагрузки набирается на устройстве 1, сигналы с которого поступают на упреждающее 2 и дифференцирующее 3 устройства. Принцип работы устройства 2 показан на рис. 62, где штриховой линией изображен график нагрузки электростанции, а сплошной — вид вырабатываемого сигнала Nc. Согласно сигналу Νс и экономическим характеристикам энергоблоков b1, b2, bп.
Если для устранения нарушений устойчивости, обусловливающих значительный экономический ущерб в энергосистеме, недостаточно действий релейной защиты, автоматического повторного включения и автоматического регулирования возбуждения, то тогда используются устройства автоматического аварийного управления активной мощностью с целью сохранения устойчивости. Эти устройства могут вырабатывать сигналы на отключение генераторов, экстренное изменение мощности паровых турбин (на длительный срок или кратковременно), отключение нагрузки, электрическое торможение и деление энергосистемы. Экстренное изменение мощности паровых турбин на длительный срок требуется по условиям статической устойчивости и может осуществляться с помощью электрогидравлических преобразователей или быстродействующих МИСВ, кратковременное изменение мощности но условиям динамической устойчивости и только с помощью электрогидравлических преобразователей. Представленные результаты исследований динамических свойств АСР мощности электростанций являются приближенными из-за большой сложности решаемых задач В связи с этим для решения указанных задач используются ЭВМ (см. параграф 1 гл. 6).
