Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 5 июля, печатный экземпляр отправим 9 июля
Опубликовать статью

Молодой учёный

Сравнение первичного и вторичного регулирования частоты в энергосистеме путем построения математических моделей в MATLAB Simulink

Технические науки
20.02.2022
399
Поделиться
Библиографическое описание
Роецкая, Д. Ю. Сравнение первичного и вторичного регулирования частоты в энергосистеме путем построения математических моделей в MATLAB Simulink / Д. Ю. Роецкая. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2022. — № 7 (402). — С. 35-38. — URL: https://moluch.ru/archive/402/88969/.


В статье рассмотрены два типа (первичное и вторичное) регулирования частоты в энергосистеме. С помощью программного комплекса MATLAB Simulink были составлены математические модели изолированной энергосистемы. В первом случае при возникновении скачка нагрузки регулирование частоты выполняется только первичными регуляторами, во втором случае наряду с первичным регулированием выполняется вторичное регулирование частоты. На полученных осциллограммах можно наглядно увидеть различия первичного и вторичного регулирования.

Ключевые слова: первичное регулирование частоты, вторичное регулирование частоты, изолированная система, осциллограмма частоты, небаланс в энергосистеме, MATLAB Simulink.

По мере развития электроэнергетики и промышленности стала очевидна необходимость объединения энергосистем на параллельную работу и производство электроэнергии не отдельно вблизи каждого крупного потребителя, а на центральных электростанциях. Такой способ производства электроэнергии имеет ряд неоспоримых преимуществ, таких как более рациональное использование энергетических ресурсов, поскольку объединение в единую энергосистему позволяет снизить неравномерность загрузки электростанции в течение суток. Снижение затрат на присоединение промежуточных потребителей происходит путем строительства распредустройств и подключения их к уже существующим линиям электропередач, что имеет значительно меньшую стоимость, чем строительство отдельных электростанций вблизи новых крупных потребителей. Повышение надежности энергоснабжения потребителей происходит за счет резерва мощности на других электростанциях в системе, при авариях на объектах генерации.

Однако объединение энергосистем на параллельную работу имеет также ряд сложностей. Одна из основных проблем — это непрерывный контроль за показателями частоты в объединенной энергосистеме и на каждой электростанции, работающей в энергосистеме отдельно.

Значительные отклонения частоты от номинальной установленной в данной энергосистеме могут привести к системной аварии, нарушению в электроснабжении большого числа потребителей. Отклонение частоты в энергосистеме может привести к выходу отдельных генераторов из синхронизма и развитию двухчастотного и впоследствии многочастотного асинхронного режима.

Для предотвращения отклонения частоты в энергосистеме свыше допустимых пределов в электроэнергетике применяется частотное регулирование. Оно может быть ручным (оперативным) или автоматическим. В качестве автоматического регулирования на станциях применяются регуляторы частоты вращения. Каждый генератор, установленный на электростанции, должен быть оснащен регулятором частоты вращения. Данный регулятор имеет измерительный элемент, связанный с валом турбины, реагирующий на изменения частоты вращения турбины. При отклонении частоты вращения турбины данный регулятор воздействует на регулирующие клапаны турбины, тем самым меняя объем рабочего тела (пара, воды и т. д.) поступающего на лопатки турбины, что позволяет регулировать скорость вращения.

Регулирование частоты подразделяется на первичное и вторичное.

Первичное регулирование — процесс изменения мощности электростанций под воздействием систем первичного регулирования, вызванный изменением частоты и направленный на уменьшение этого изменения.

Вторичное регулирование частоты — процесс изменения активной мощности выделенной электростанции для компенсации возникшего небаланса мощности и восстановления частоты.

Таким образом задача первичного регулирования путем изменения величины загрузки генераторов в энергосистеме под воздействием регуляторов частоты вращения — остановить процесс снижения или повышения частоты в энергосистеме после возникновения небаланса. Задача вторичного регулирования — вернуть значения частоты к уровню 50 Гц.

Ввиду сложности понимания процесса первичного и вторичного регулирования составим математические модели эквивалентного генератора и введем изменяющуюся нагрузку. В первом случае генератор будет оснащен только первичным регулированием, во втором случае, наряду с первичным регулированием, будет осуществлено и вторичное регулирование.

Моделирование тепловой энергосистемы без вторичного регулятора частоты.

Модель тепловой энергосистемы в программе моделирования Simulink без вторичного регулятора частоты

Рис. 1. Модель тепловой энергосистемы в программе моделирования Simulink без вторичного регулятора частоты

Осциллограмма значения отклонения частоты энергосистемы без вторичного регулятора частоты

Рис. 2. Осциллограмма значения отклонения частоты энергосистемы без вторичного регулятора частоты

По данным осциллограммы видно, при возникновении небаланса мощности частота в энергосистеме начинает снижаться, однако, под действием первичных регуляторов прекращается снижение частоты, значение отклонения составляет 0,17 Гц. Что обеспечивает нормальную работу энергосистемы.

Моделирование тепловой энергосистемы в программе моделирования Simulink с вторичным регулятором частоты.

Модель тепловой энергосистемы в программе моделирования Simulink с вторичным регулятором

Рис. 3. Модель тепловой энергосистемы в программе моделирования Simulink с вторичным регулятором

Осциллограмма значения отклонения частоты энергосистемы с вторичным регулятором частоты

Рис. 4. Осциллограмма значения отклонения частоты энергосистемы с вторичным регулятором частоты

По данным осциллограммы видно, что под воздействием вторичного регулятора по сравнению с моделью без вторичного регулирования значение частоты установилось на уровне 50 Гц.

Таким образом совместное применение вторичного и первичного регулирования частоты в энергосистеме обеспечивает повышение устойчивости работы энергосистемы, позволяет восстановить уровень частоты в энергосистеме при возникновении различных небалансов и поддерживать его на уровне 50±0,05 Гц в соответствии с Постановлением от 13 августа 2018 г. № 937 Об утверждении правил технологического функционирования электроэнергетических систем для первой синхронной зоны.

Литература:

  1. Основные технические требования к параллельно работающим энергосистемам стран СНГ и Балтии. Правила и рекомендации по регулированию частоты и перетоков. М.: 2007
  2. Постановление от 3 августа 2018 г. № 630 Об утверждении требований к обеспечению надежности электроэнергетических систем, надежности и безопасности объектов электроэнергетики и энергопринимающих установок «Методические указания по устойчивости энергосистем». М.: 2018
  3. Меркурьев, А. Г. Автоматическое регулирование частоты и активной мощности: Методические указания к лабораторной работе./ Меркурьев А. Г., Шаргин Ю. М. — Спб: РАО «ЕЭС России», ЦПК, 2000. — 30 с.
Можно быстро и просто опубликовать свою научную статью в журнале «Молодой Ученый». Сразу предоставляем препринт
и справку о публикации.
Опубликовать статью

Молодой учёный