ТРЕБОВАНИЯ К ДИНАМИЧЕСКИМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ БЛОКОВ, ПРИВЛЕКАЕМЫХ К РЕГУЛИРОВАНИЮ МЕЖСИСТЕМНЫХ ПЕРЕТОКОВ МОЩНОСТИ
М. Г. ПОРТНОЙ, В. Ф. ТИМЧЕНКО (ВНИИЭ)
С. А. СОВАЛОВ
(ЦДУ ЕЭС СССР)
«Оптимизация режимов работы энергосистем», 1974, с. 174—179.
Приведены основные результаты статистико-вероятностного изучения нерегулярных колебаний мощности энергосистем. Разработаны методические вопросы определения требований к динамическим характеристикам теплоэнергетических блоков, привлекаемых к участию в автоматическом регулировании и ограничении мощности межсистемных электропередач. Приведены зависимости между мощностью энергосистемы, количеством регулирующих блоков и их регулировочными характеристиками.
Условия работы современных энергообъединений вызывают необходимость повышения требований к маневренным и динамическим характеристикам теплоэнергетических блоков, составляющих значительную часть генерируемых мощностей энергосистем. Под маневренными характеристиками понимается: наличие достаточного диапазона изменения мощности блока, возможность длительной работы с минимальной мощностью, допустимость регулярных остановов без снижения уровня надежности работы блока, обеспечение благоприятных пусковых характеристик, допустимость ограниченной по времени перегрузки и т. и. Под динамическими понимаются характеристики, определяющие качество автоматического регулирования нормальных и аварийных режимов энергосистем при помощи теплоэнергетических блоков. Ниже приводится методика обоснования требований к динамическим характеристикам энергоблоков по условиям регулирования ими нормальных режимов энергосистем.
Межсистемные электропередачи в ЕЭС СССР во многих случаях имеют пределы устойчивости менее 10% мощности меньшей из соединяемых частей энергообъединения. Такие межсистемные связи считают «слабыми» связями» [Л. 1]. Колебания обменной мощности уменьшают и без того ограниченную пропускную способность слабых связей и являются одной из основных причин нарушений устойчивости межсистемных электропередач [Л. 2]. Действие автоматического регулятора перетока мощности (АРПМ) обеспечивает повышение устойчивости межсистемных слабых связей, так как автоматическое регулирование уменьшает колебания перетоков и за счет этого позволяет увеличить среднюю мощность, передаваемую по межсистемной связи. В масштабах ЕЭС это мероприятие в ближайшие 5—10 лет должно обеспечить увеличение реализации межсистемного эффекта на 700—2 000 МВт.
К автоматическому регулированию перетоков мощности до сих пор в основном привлекались агрегаты ГЭС, однако тенденция развития энергосистем обусловливает необходимость все большего привлечения мощных теплоэнергетических блоков к автоматическому регулированию.
Колебания межсистемного перетока представляют собой непрерывно развертывающийся во времени (динамический) процесс. Для того чтобы ограничивать с заданной эффективностью колебания межсистемных перетоков, привлекаемые к регулированию блоки должны иметь соответствующие скоростные характеристики в некотором диапазоне изменения мощности блока.
Для установления требований к этим характеристикам необходимо определить диапазон регулирования, требуемую скорость регулирования мощности блока, число привлекаемых к АРПМ блоков в энергосистемах разной суммарной мощности в зависимости от величин и скоростей изменения перетоков мощности при нерегулярных колебаниях.
Колебания перетоков мощности обусловливаются естественными колебаниями небалансов мощности соединяемых энергосистем и частоты энергообъединения. Под небалансом мощности системы понимается разница между суммарной генерируемой мощностью и потребляемой мощностью — нагрузкой системы, включая потери. Колебания небаланса мощности обусловливаются непрерывно происходящими подключениями-отключениями приемников электроэнергии и изменениями интенсивности работы включенных приемников, а также изменениями генерируемой мощности. Колебания небалансов мощности в энергосистемах и соответственно колебания межсистемных перетоков имеют случайный, вероятностный характер, в связи с чем для их анализа применяются статистико-вероятностные методы. Выполненный ВНИИЭ анализ и проведенные совместно с ЦДУ ЕЭС, некоторыми ОДУ и районными энергосистемами натурные исследования дают основания для следующих заключений.
Колебания межсистемных перетоков относительно некоторого среднего уровня, рассматриваемые как случайный процесс, удовлетворительно описываются нормальным (гауссовским) распределением вероятности [Л. 3]. Параметр нормального распределения — среднеквадратичная величина σ колебаний перетока мощности — следующим образом зависит от величины суммарной нагрузки Pi меньшей из двух связанных энергосистем:
причем n0 мало зависит от величин мощностей соединяемых систем.
1 Пересечения подсчитываются в одну сторону — снизу вверх или сверху вниз.
Выражениями (1), (3) аппроксимируются опытные зависимости, полученные ВНИИЭ экспериментально в энергосистемах с суммарными нагрузками от нескольких сотен до нескольких десятков тысяч мегаватт; они отвечают и имеющимся теоретическим представлениям [Л. 4], что дает основания для использования этих выражений с целью оценки характеристик нерегулярных колебаний в мощных энергосистемах на перспективу их развития.
Подставив в формулу (2) выражение (1) и приняв n0=25 1/ч, получим:
Анализ отечественных и зарубежных материалов [Л. 5, 6] показывает, что существующие устройства АРПМ дают значения К-АРПМ =2,5-3 (в интервалах усреднения в несколько десятков минут). Представляется, что для новых проектируемых теплоэнергетических блоков для обеспечения достаточной эффективности АРПМ можно принять К-АРПМ=2,5. Для этого блоки должны быть способны отрабатывать регулирующее воздействие с определенной скоростью, т. е. иметь соответствующие динамические характеристики.
При разработке требований к скорости изменения мощности блока необходимо различать два подхода. Первый диктуется требованиями, которые современные режимные условия эксплуатации блоков предъявляют к заводам — поставщикам энергетического оборудования. В этом случае при определении необходимого количества привлекаемых к АРПМ энергоблоков за исходные данные необходимо взять требуемую величину диапазона автоматического регулирования мощности δРтр блока. Величина δРтр может быть принята из соображений технической реализуемости.
Ограниченность регулировочного диапазона энергоблоков создает трудности в создании АРПМ, ибо, чем меньше δP*тp, тем большее количество блоков приходится привлекать к АРПМ, что приводит к увеличению затрат (включая затраты на телеканалы). Кроме того, как видно из выражений (5) и (6), с ростом суммарных нагрузок растут абсолютные величины размаха и скоростей изменения мощности энергосистем, что при ограниченном количестве привлекаемых к АРПМ блоков требует расширения диапазона автоматического регулирования мощности и улучшения динамических характеристик вновь проектируемых энергоблоков.
В практике оперативного управления энергосистемами количество привлекаемых к АРПМ блоков должно выбираться с учетом их фактически существующих динамических характеристик. Минимальное количество регулирующих блоков определяется как
(12)
что после подстановки в выражение (6) дает:
(13)
от вида топлива, на которое рассчитывается блок, тепловой схемы блока, характеристик технологической автоматики и требований к маневренности, определяемых суточными режимами энергосистем. После того как определен регулировочный диапазон блока δPтp, необходимое (минимальное) количество блоков для АРПМ можно определить так:
(8)
Для современных мощных энергоблоков, находящихся в эксплуатации, изменение мощности внутри диапазона ±10% может осуществляться со скоростью действия механизма управления турбиной и с согласия заводов-поставщиков может достигать 2%/с.
Величина регулировочного диапазона по формуле (5) и необходимое для АРПМ количество блоков в энергосистемах мощностью до 100∙103 МВт показаны на рисунке.
При этом необходимая для подавления нерегулярных колебаний скорость изменения мощности ѵ участвующего в АРПМ блока может быть определена следующим образом, МВт/с:
При наличии диапазона автоматического регулирования 30% это дает скорость изменения мощности блока 0,75%/с.
В периоды утренних подъемов и вечерних спадов нагрузки в системах нерегулярные колебания накладываются на монотонные, «регулярные» изменения мощности [Л. 7]. Поэтому необходимая скорость изменения мощности блока должна выбираться в диапазоне
(11)
При этом фактический суммарный диапазон автоматического регулирования мощности привлеченных к АРПМ блоков должен быть не меньше определяемого формулой (5).
Регулировочный диапазон изменения мощности энергосистем (I) и необходимое количество привлекаемых к ΑΡПΜ энергоблоков с диапазонами регулирования ±10% (а) и ±15% (б).
1 — блоки 200 МВт; 2 — 300 МВт; 3 — 300 МВт; 4 — 500 МВт.
Примечание. Цифры на кривой 1 обозначают количество энергоблоков.
Количество блоков, привлекаемых к АРПМ, должно определяться с учетом необходимого резерва (на вывод части блоков в ремонт), а также с учетом сравнительной экономичности блоков различных типов и влияния режима регулирования на экономические показатели работы энергосистемы.
Список литературы
- Основные положения и временные руководящие указания по определению устойчивости энергосистем. М., «Энергия», 1964, 18 с.
- Тимченко В. Ф. Случайные колебания нагрузки энергосистем и надежность энергоснабжения по слабым связям. — В кн.: Доклады на II научно-техническом совещании по устойчивости и надежности энергосистем СССР. Μ., «Энергия». 1969, с. 440—453.
- Лытаев И. А., Руденко Ю. Н. Нерегулярные колебания мощности по межсистемным тяговым транзитам. — «Труды ВНИИЭ», 1966, вып. 23, с. 145—152.
- Тимченко В. Ф. Вероятностный анализ колебаний небаланса мощности энергосистем и обменной мощности их объединений, — «Энергетика и транспорт», 1972, № 4, с. 108—116.
- Автоматическое регулирование перетоков по межсистемным связям. Сборник докладов научно-технического совещания. «Энергия»., 1965, 197 с.
- Режимы объединенных энергосистем (регулирование частоты и мощности при межсистемном и международном обмене электроэнергией). Под ред. В. А. Веникова. Μ.— Л., Госэнергоиздат, 1960, 96 с.
- Совалов С. А. Режимы дальних электропередач 400—500 кВ ЕЭС. Μ.. «Энергия», 1967, 304 с.
