Регулирующий эффект нагрузки потребителей

Наряду с генерирующими установками в регулировании мощности и частоты принимает также и нагрузка энергосистемы, т.е. потребители. При отклонении частоты и напряжения в сети от нормы, потребление как активной, так и реактивной мощности изменяется. Это явление получило название регулирующего эффекта нагрузки или явлением самовыравнивания.

Регулирующий эффект активной нагрузки по частоте выражается в меговаттах на герц или в % изменения суммарной нагрузки системы на 1 % отклонения частоты, а по напряжению в МВт на киловольт или в % изменения суммарной нагрузки на 1 % изменения напряжения.

Регулирующий эффект неодинаков для различных систем и в различные часы суток для одной и той же системы и зависит от состава потребителей. С этой точки зрения потребители могут быть разбиты на три категории. К первой категории относятся потребители с нагрузкой, имеющей характер активного сопротивления (эл. печи, осветительные и бытовые нагревательные приборы). Активная мощность потребителей этой категории не зависит от частоты и при изменении частоты их нагрузка остается постоянной:

P₁ = const

В этом случае dP₁ / df = 0

Ко второй категории относятся синхронные и асинхронные электродвигатели с постоянным моментом на валу (двигатели металлообрабатывающих станков, барабанных углеразмольных мельниц, подъемных кранов и др.), активная мощность которых меняется пропорционально первой степени частоты. В этом случае момент на валу двигателя остается постоянным M₂ = const. Нагрузка на валу двигателя пропорциональна моменту и скорости вращения:

P₂ = M₂ ×w,(2.1)

где w– угловая скорость вращения, с^-1

В этом случае изменение мощности прямо пропорционально относительному изменению частоты

= , (2.2)

где , – соответственно нагрузка и частота при начальном, исходном режиме; P₂ , f- текущая нагрузка и частота.

Асинхронные двигатели, приводящие в движение механизмы вентиляторного типа (вентиляторы, дымососы, центробежные и лопастные водяные насосы), относятся к третьей категории потребителей. Момент сопротивления таких механизмов изменяется в зависимости от значения статического напора с полуторной, второй, третьей и даже четвертой степенью частоты (n). Соответственно мощность двигателей этой категории изменяется пропорционально второй, третьей, четвертой или пятой степени частоты. В этом случае, мощность на валу двигателя зависит от частоты =

Тогда нагрузку потребителя можно определить по выражению:

. (2.3)

В результате суммарного (от разных потребителей) действия регулирующего эффекта по частоте в большинстве наших энергосистем каждому проценту понижения частоты соответствует уменьшение активной нагрузки на 1,5-2,5 %:

Регулирующий эффект активной нагрузки по напряжению, также приводит к уменьшению потребления активной мощности в системе на 0,5% (при большом наличии в составе нагрузки асинхронных и синхронных двигателей, активная мощность которых почти не зависит от напряжения) и на 2,0-2,5 % (при большом количестве в составе нагрузки потребителей первой категории, сильно зависящих от напряжения) на 1 % понижения напряжения;

. (2.4)

Здесь – показатель степени, равный для ламп накаливания 1,6, для печей – 2,0, и в среднем = 1,8. Следовательно, на 1 % понижения напряжения изменение потребляемой мощности составляет приблизительно 1,8 %.

Если в системе одновременно с понижением частоты наблюдается и понижение напряжения, то результирующий регулирующий эффект активной нагрузки будет

, (2.5)

где – доли потребителей всех категорий в общей нагрузке, где , P_f и P_U – средневзвешенный регулирующий эффект активной нагрузки по частоте и напряжению.

В дифференциальной форме результирующий регулирующий эффект активной нагрузки по частоте и напряжению будет иметь вид:

(2.6)

Результирующий регулирующий эффект по частоте и напряжению в большой степени зависит от состава потребителей энергетической системы, удельного веса различных групп токоприемников и характера их работы. Регулирующий эффект неодинаков для различных систем и в различные часы суток в одной и той же системе, завися от состава потребителей. Различное сочетание потребителей в энергосистемах и обусловливает неодинаковость регулирующих эффектов их нагрузки и соответственно неодинаковое их поведение при отклонениях частоты и напряжения от нормы. Однако во всех случаях действие регулирующего эффекта нагрузки потребителей позволяет быстрее достигнуть состояния равновесия и тем самым обеспечить устойчивость работы системы.