Контроль скорости падения

Управление падением скорости — это режим управления, используемый для генераторов электроэнергии переменного тока, при котором выходная мощность генератора снижается по мере увеличения частоты сети. Он обычно используется в качестве режима управления скоростью регулятора первичного двигателя , приводящего в движение синхронный генератор, подключенный к электрической сети . Он работает, контролируя мощность, вырабатываемую первичным двигателем, в зависимости от частоты сети. При регулировании спада скорости, когда сеть работает на максимальной рабочей частоте, мощность первичного двигателя снижается до нуля, а когда сеть находится на минимальной рабочей частоте, мощность устанавливается на 100%, а на других рабочих частотах - промежуточные значения.

Этот режим позволяет синхронным генераторам работать параллельно, так что нагрузки распределяются между генераторами с одинаковой кривой спада пропорционально их номинальной мощности.

На практике кривые спада, используемые генераторами в крупных электрических сетях, не обязательно являются линейными или одинаковыми и могут регулироваться операторами. Это позволяет изменять соотношение используемой мощности в зависимости от нагрузки, так, например, генераторы базовой нагрузки будут генерировать большую долю при низком потреблении. Стабильность требует, чтобы во всем диапазоне рабочих частот выходная мощность была монотонно убывающей функцией частоты.

Управление падением скорости также может использоваться в сетевых системах хранения данных. При контроле снижения скорости эти системы будут отбирать энергию из сети на частотах выше средних и подавать ее на более низких частотах.

Линейный [ править ]

Частота синхронного генератора определяется выражением

F={\frac {PN}{120}}

где

F, частота (в Гц),
P, количество полюсов,
N, скорость генератора (в об/мин)

Частота (F) синхронного генератора прямо пропорциональна его скорости (N). Когда несколько синхронных генераторов подключены параллельно к электрической сети, частота фиксируется сетью, поскольку индивидуальная выходная мощность каждого генератора будет небольшой по сравнению с нагрузкой в большой сети. Синхронные генераторы, подключенные к сети, работают на разных скоростях, но все они работают на одной и той же частоте, поскольку различаются числом полюсов (P).

В этом режиме задается задание скорости в процентах от фактической скорости. По мере того, как генератор нагружается от холостого хода до полной нагрузки, фактическая скорость первичного двигателя имеет тенденцию уменьшаться. Чтобы увеличить выходную мощность в этом режиме, задание скорости первичного двигателя увеличивается. Поскольку фактическая скорость первичного двигателя фиксируется сетью, эта разница в заданной скорости и фактической скорости первичного двигателя используется для увеличения потока рабочей жидкости (топлива, пара и т. д.) к первичному двигателю и, следовательно, выходной мощности. увеличена. Обратное будет верно для уменьшения выходной мощности. Задание скорости первичного двигателя всегда больше фактической скорости первичного двигателя. Фактическая скорость первичного двигателя может «падать» или уменьшаться по отношению к заданному значению, и, следовательно, к названию.

Например, если турбина рассчитана на 3000 об/мин, а скорость машины снижается с 3000 об/мин до 2880 об/мин, когда она нагружена с холостого хода до базовой нагрузки, то процент падения определяется выражением

\mathrm {Droop\%} ={\frac {\mathrm {No\ load\ speed-Full\ load\ speed} }{\mathrm {No\ load\ speed} }}

= (3000 – 2880) / 3000

= 4%

В этом случае задание скорости будет 104%, а фактическая скорость будет 100%. При каждом изменении задания скорости турбины на 1% выходная мощность турбины изменится на 25% от номинальной для агрегата с настройкой падения скорости 4%. Таким образом, падение выражается как процентное изменение (расчетной) скорости, необходимое для 100% срабатывания регулятора.

Поскольку частота фиксирована в сети и фактическая скорость турбины также фиксирована, увеличение задания скорости турбины приведет к увеличению ошибки между заданием и фактической скоростью. По мере увеличения разницы расход топлива увеличивается для увеличения выходной мощности, и наоборот. Такой тип управления называется «прямопропорциональным». Если вся сеть имеет тенденцию к перегрузке, частота сети и, следовательно, фактическая скорость генератора уменьшатся. Все агрегаты увидят увеличение ошибки скорости, что приведет к увеличению подачи топлива к первичным двигателям и выходной мощности. Таким образом, режим управления снижением скорости также помогает поддерживать стабильную частоту сети. Количество вырабатываемой мощности строго пропорционально разнице между фактической скоростью турбины и заданной скоростью.

Математически можно показать, что если все машины, синхронизированные с системой, имеют одинаковое управление снижением скорости, они будут распределять нагрузку пропорционально номинальным характеристикам машины. ^[1]

Например, то, как увеличивается или уменьшается расход топлива в газовой турбине для тяжелых условий эксплуатации конструкции GE, можно определить по формуле:

ФСРН = (ФСКРН2 * (ТНР-ТНХ)) + ФСКРН1

Где,

FSRN = опорное значение хода топлива (топливо, подаваемое в газовую турбину) для режима спада

TNR = задание скорости турбины

TNH = фактическая скорость турбины

ФСКРН2 = Константа

ФСКРН1 = Константа

Приведенная выше формула представляет собой не что иное, как уравнение прямой (y = mx + b).

Несколько синхронных генераторов с одинаковым процентом падения напряжения, подключенных к сети, будут распределять изменение нагрузки сети пропорционально своей базовой нагрузке.

Для стабильной работы электросети Северной Америки электростанции обычно работают с падением скорости на четыре или пять процентов. ^[2] ^{[ нужна цитата ]} По определению, при наклоне 5 % скорость при полной нагрузке равна 100 %, а скорость при холостом ходе — 105 %.

Обычно изменения скорости незначительны из-за инерции общей вращающейся массы всех генераторов и двигателей, работающих в сети. ^[3]Регулировка выходной мощности для конкретной комбинации спускового двигателя и генератора осуществляется путем медленного увеличения кривой падения за счет увеличения давления пружины центробежного регулятора или путем регулировки блока управления двигателем или аналогичной операции для электронного регулятора скорости. Все устройства, подключаемые к сети, должны иметь одинаковую настройку спада, чтобы все установки одинаково реагировали на мгновенные изменения частоты, не завися от внешней связи. ^[4]

Непрерывная энергосистема США состоит из 300 000 км линий, которыми управляют 500 компаний.

Рядом с инерцией, возникающей при параллельной работе синхронных генераторов, ^[5] падение частоты и скорости является основным мгновенным параметром управления выходной мощностью отдельной электростанции ( кВт ). ^[6]

См. также [ править ]

Ссылки [ править ]

^ Уильям Д. Стивенсон-младший. Элементы анализа энергосистем, третье издание , МакГроу-Хилл, Нью-Йорк (1975) ISBN 0-07-061285-4 стр. 378-379
^ «Губернаторский контроль» . Control.com . Проверено 24 декабря 2015 г.
^ «Данные о частоте в реальном времени — за последние 60 минут» . Национальная сеть. Архивировано из оригинала 24 декабря 2015 г. Проверено 24 декабря 2015 г.
^ Падение скорости и выработка электроэнергии. Примечание по применению 01302. 2. Вудворд. Скорость
^ VSYNC-Проект
^ Уитакер, Джерри К. (2006). Справочник по системам питания переменного тока . Бока-Ратон, Флорида: Тейлор и Фрэнсис. п. 35. ISBN 978-0-8493-4034-5 .

Дальнейшее чтение [ править ]

Альфред Энглер: Применимость провалов напряжения в сетях низкого напряжения . Международный журнал распределенных энергетических ресурсов, Том 1, № 1, 2005 г.

[1] Уильям Д. Стивенсон-младший. Элементы анализа энергосистем, третье издание , МакГроу-Хилл, Нью-Йорк (1975) ISBN 0-07-061285-4 стр. 378-379

[2] «Губернаторский контроль» . Control.com . Проверено 24 декабря 2015 г.

[3] «Данные о частоте в реальном времени — за последние 60 минут» . Национальная сеть. Архивировано из оригинала 24 декабря 2015 г. Проверено 24 декабря 2015 г.

[4] Падение скорости и выработка электроэнергии. Примечание по применению 01302. 2. Вудворд. Скорость

[5] VSYNC-Проект

[6] Уитакер, Джерри К. (2006). Справочник по системам питания переменного тока . Бока-Ратон, Флорида: Тейлор и Фрэнсис. п. 35. ISBN 978-0-8493-4034-5 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]