Aeronautica	Comunicatii	Constructii	Electronica	Navigatie	Pompieri
	Tehnica mecanica

Electronica

Index » inginerie » Electronica
» Reglarea automata a frecventei si puterii active in sistemele electroenergetice (SEE)

Reglarea automata a frecventei si puterii active in sistemele electroenergetice (SEE)

  Fig.1. Variatia puterii active medii in SEE in functie de frecventa

In SEE sunt pierderi in fier (ΔP_Fe) si pierderi in cupru (ΔP_Cu), date de relatiile (5):

ΔPFe=K´Bmaxf;    (5)

ΔPCu=RI².

Intrucat raportul , ΔPCu/ΔPFe>5 . 6 =>se pot neglija ΔP_Fe.In acest fel, pierderile totale ΔP_SEE sunt:

ΔP_SEE ≈ P_Cu = RI² = R( I²_a+I²_r ) care, tinand seama de relatiile (4) si pentru un cos ≥ 0,8 sunt proportionale cu frecventa la puterea a patra:

P_SEE = k₁ f ⁴. (6)

Deci, pierderile in SEE se pot reduce daca reducem frecventa, solutie inacceptabila insa pentru functionarea interconectata a acestora.

Cresterea randamentului instalatiei si cresterea globala a randamentelor in SEE

Randamentul este maxim la n=n_nom respectiv f=f_nom=f₀ si se reduce pentru f ≠ f₀.

O reducere de 2 Hz a frecventei reduce productivitatea electropompelor de circulatie cu 40-50%, iar la 47 Hz pompele de alimentare a cazanelor la care q=7 se opresc.

Evitarea fenomenului de avalansa frecventa-tensiune in sistem

Variatia de frecventa influenteaza si tensiunea in nodurile SEE deoarece afecteaza excitatoarele rotative ale generatoarelor sincrone si compensatoarelor sincrone, ajungandu-se ca la frecventa critica de 45 Hz sa se produca asa numita ``avarie generalizata`` in sistem, urmata de intreruperea alimentarii cu energie electrica.

Pe langa aceasta, o limitare majora a functionarii cu frecventa redusa este impusa de paletele lungi ale ultimelor trepte ale corpului de joasa presiune a turbinei. Astfel, la alte viteze decat cea nominala aceastea intra rapid in rezonanta, rezultand eventual distrugerea lor ca urmare a scaderii rezistentei la oboseala.

Daca o scadere de durata a frecventei de 1% nu are efecte negative, o scadere a frecventei cu 4% - deci cu 2 Hz - poate provoca aceste efecte negative chiar in primele minute.Deasemenea, cresterea raportului V/Hz trebuie limitata.Se cunoaste ca tensiunea la bornele generatorului este proportionala cu fluxul:

Ug=K' n (rot/min).    (7)

La cresterea raportului V/Hz cresc fluxurile astfel ca asistam la o crestere a incalzirii in bobinajele statorice prin curenti turbionari si dispersie, urmata de uzura prematura a izolatiei si reducerea duratei in exploatare pentru agregatele generatoare.

Reducererea erorilor aparatelor automate de masura si control care sunt dependente de frecventa, cum sunt contoarele de energie electrica, unele traductoare etc.

2 Legatura dintre reglarea frecventei si reglarea vitezei(turatiei) turbinei de antrenare (f - n)

Se cunoaste dependenta : f=p/60, unde: p-numar de perechi de poli ai generatorului; n-turatia [rot/min].

Astfel intre mentinerea constanta a frecventei, in anumite limite acceptabile, si reglarea turatiei (sau vitezei) turbinei de antrenare exista o stransa legatura.Ca urmare,intre reglarea automata a vitezei (RAV) si reglarea automata a frecventei si puterii active (RAF-P) in SEE exista o interdependenta.

Conform relatiei (7)frecventa f este direct proportionala cu turatia n.

In figura 2 sa reprezentat dependenta turatie - putere activa,iar in figura 3 schema functionala pentru reglarea automata frecventa - putere activa (RAF - P), ca o reglare in cascada cu reglarea automata a vitezei turbinelor de antrenare (RAV).

fig. 2 Reglarea automata a vitezei turbinii de antrenare

In figura 2. s-au notat:

PE-puterea electrica generata si consumata;

PM-puterea mecanica dezvoltata la arborele turbinei;

n-turatia [rot/min].

fig. 3 Schema functionala pentru reglarea automata frecventa-putere activa (RAF-P)

Caracteristica statica turatie-putere pentru turbina de antrenare este reprezentata de curba 1 : PMI(n) la Z =ct., ridicata in conditiile admisiei constante Z de agent motor la turbina (abur-apa-gaz) si pentru partea electrica: PEI(n) - curba 2, din figura 2.

Un punct de functionare stabila este punctul A unde cele doua curbe se intersecteaza, deci unde PEI si PMI sunt egale. Presupunem ca are loc o crestere a consumului de putere activa urmata de o scadere a frecventei. La aceeasi turatie n care corespunde punctului A se cere o putere mai mare P corespunzatoare punctului B de pe curba 2´. In primul moment, surplusul de putere (energie) solicitat este acoperit de masele in rotatie care incep sa se decelereze si dupa parcurgerea fenomenului tranzitoriu respectiv, punctul de functionare se muta din B in C, acolo unde curba 2´ se intersecteaza cu curba 1 dar la o putere P <P si la o turatie n <n . In tot acest interval admisia de agent motor Z nu s-a modificat. Se poate spune ca asistam la o ``autoreglare``turatie-putere activa cu pretul unei abateri de valori ale puterii si turatiei in raport cu cele cerute.

Ca sa se poata functiona la P cu aceeasi turatie n trebuie sa fie translatata curba 1 in pozitia 1´ pana ce trece prin B, ceea ce echivaleaza cu cresterea admisiei de agent motor Z la turbina de antrenare de la Z₁ la o valoare Z₂>Z₁. Aceasta are loc sub actiunea regulatorului automat de frecventa RAF - figura 3. care poate fi instalat si intr-un punct central din sistem cum ar fi dispecerul energetic national sau central.

Schema functionala pentru reglarea automata a frecventei si puterii active este reprezentata in figura 3. si constituie o reglare complexa, in cascada,de tip ierarhizat. Exista bucla de reglare a turatiei turbinei, perturbata de variatia de sarcina mecanica X PM si bucla de reglare a frecventei si puterii active, perturbata de variatiile de sarcina electrica X PE (fig.3.).

Regulatorul de viteza a turbinei (RAV-T) are functiile de transfer si schema functionala din fig.4. iar relatiile (8 . 15) expliciteaza marimile care intervin in functionarea regulatorului de viteza sau turatie al turbinei de antrenare, precum si functiile de transfer ale regulatorului H_RAV(s) si turbinei H_T(s).

fig. 4 Schema functionala pentru bucla de reglare a turatiei (vitezei) turbinei

Se pot scrie relatiile (8 ) . (15) pentru modelul matematic al reglarii turatiei (vitezei) turbinei de antrenare si pentru functia de transfer a RAV.

Se mentioneaza ca, timpul de lansare T al turbinei reprezinta timpul de accelerare a turbinei de la turatia de mers in gol n la turatia nominala nnom cu clapeta de admisie a agentului motor deschisa la maxim, iar S_T este gradul de statism sau statismul reglarii turatiei (sau vitezei) turbinei de antrenare.Cu S_cons s-a notat statismul consumatorului echivalent, iar cu J momentul de inertie al turbinei

(relatiile 13 si 15).

3. Sisteme de reglare a vitezei cu regulator electrohidraulic    (SRAV - REH - F1C 330)

In figura 5. este reprezentata schema principala a regulatorului de viteza electrohidraulic tip REH - F1C 330.

La functionarea de regim, cand Pc=Pg marimea de actionare Xa de la iesirea elementului 4 este nula. Elementul 4 este un bloc sumator. Turatia grupului se masoara cu ajutorul generatorului plot GP1, coaxial cu turbina T. La orice turatie diferita de turatia nominala, frecventa tensiunii U produsa de generatorul GP1 difera de frecventa etalon de 50 Hz. Pe timpul pornirii agregatului, cand turatia variaza mult, de utilizeaza un al doilea generator GP2 care furnizeaza la iesire tensiunea U1. Aceasta marime se aplica unui element de corectie cu inductante si capacitati (ELC) care da la iesire o marime dependenta atat de turatia generata nr, cat si de prima derivata a acesteia, apoi comparata cu turatia de consemn (de mers in gol) nr0. Astfel la iesirea comparatorului diferential 3 se obtine o noua marime Xa1. La blocul sumator 4 se aduna deci urmatoarele marimi: Xa1 - care apare numai pe durata pornirii, fr - care este abaterea de frecventa fata de frecventa de consemn fr0 de la iesirea comparatorului diferential 1. Marimea de la iesirea traductorului 6 este amplificata de catre amplificatorul electronic 7 si aplicata unui convertor electrohidraulic CEH. Acest convertor transforma semnalul electric de comanda in tensiune intr-o variatie a presiunii uleiului de comanda a sertarelor distribuitoare-servomotoare ale convertorului CEH.

ER este un element de reactie care urmareste variatia admisiei de agent motor la turbina, z. De fapt, el este, un traductor de pozitie reprezentat de un arbore cu came care deplaseaza miezul unui traductor inductiv si provoaca un semnal electric proportional cu admisia z de abur. La iesirea elementului de comparatie prin diferenta 2, unde se compara z cu marimea de referinta furnizata de ER0 se formeaza abaterea: z z0-z aplicata aceluiasi bloc sumator 4 (B ). Elementul 5 introduce statismul reglarii - Sn. Se observa ca generatorul pilot GP1 asigura si alimentarea cu o tensiune constanta a schemei de reglare.

4. Principiul metodelor RAF - P in SEE

In figura 6. se reprezinta principiul metodelor de RAF - P in SEE pe exemplul a doua agregate generatoare care functioneaza in paralel si sunt echipate cu regulatoare automate de viteza (RAV) cu caracteristici de reglare statice pozitive, cu statisme diferite (deci, pante diferite) si turatii de consemn (sau, de mers in gol) diferite - nr01 n ro2.

| ab | = |A'A"| = |B'B"| ; n'rx<nrx nr = nrx - n'rx>0

P1 = P11 + P21 ; P2 = P12 + P22 = P1 + P , cu P>0

- translatare : 1 1' si 2 2' , simultan, sub comanda RAF - P

Fig. 6 Principiul metodelor de reglare automata frecventa-putere activa

Principiul de baza al metodelor de RAF - P in SEE poate fi enuntat astfel:

" Pastrand aceasi repartitie a puterilor active pe agregatele in paralel din sistem, dupa ce turatiile, respectiv frecventele au variat, ca o consecinta a variatiei puterii totale, acestea sunt readuse la valorile de consemn prin deplasarea simultana si cu aceeasi cantitate a caracteristicilor statice ale regulatoarelor automate de viteza (sau turatie) ale turbinelor. Deplasarea prin translatare se face simultan pentru a se evita pe de o parte, supraincarcarea unora dintre agregatele in paralel si pe de alta parte, pentru a se evita circulatiile de puteri suplimentare, insotite de pierderea cresterilor in sistem."

In figura 6. s-au considerat doua agregate in paralel cu statisme si turatii de mers in gol diferite ce realizeaza la un moment dat o functionare de regim cu o turatie nrx care corespunzator punctelor A si B asigura incarcarile P11 si P21. Puterea totala este deci: P1 = P11 + P21. La un moment dat creste cererea de putere activa de la P1 la P2; scad turatiile, scade frecventa si sub efectul autoreglarii se realizeaza o noua distributie de puteri P2 = P12 + P22, dar la o turatie echivalenta n'rx<nrx care genereaza abateri sau erori de frecventa in sistem, cu valori inacceptabile.

Pentru a se asigura noua repartitie de puteri, la nivelul cerut: P2=P12+P22 dar la aceeasi turatie de consemn echivalenta nrx ca mai inainte, trebuie sa se translateze caracteristicile statice de reglare ale RAV din pozitiile 1 si 2, in pozitiile 1' si 2', trecand prin punctele A" si B" din figura 6. Deplasarea prin translatie se executa simultan si cu aceeasi marime: |A'A"|=|B'B"|=|ab|, avand ca urmare modificarea turatiilor de mers in gol (a consemnelor) a regulatoarelor automate de viteza ale turbinelor de antrenare.

Reluand principiul metodelor de RAF-P in SEE se pot face urmatoarele consideratii:

variaza turatia si frecventa, ca o consecinta a variatiei puterii totale;

intervin regulatoarele automate de viteza ale turbinelor care au caracteristici de reglare statice pozitive si care modifica admisia de agent motor la turbinele de antrenare;

se schimba repartitia puterilor active pe agregatele in paralel;

se stabileste o noua turatie echivalenta diferita de 50 Hz;

intervine acum RAF care are caracteristica de reglare astatica si care deplaseaza simultan caracteristicile turatie-putere ale regulatoarelor de turatie ale turbinelor prin translatare, restabilind frecventa dar modificand marimile de consemn (sau turatiile de mers in gol) ale acestora si corectand functionarea "intentionat defectuoasa" a regulatoarelor de viteza ale turbinelor celor doua agregate care functioneaza in paralel.

Se poate constata o ierarhizare a acestor actiuni de reglare a vitezelor, respectiv a frecventei in sistemul energetic.

5. Principiul instalatiei de reglare a frecventei si puterii de schimb (RAF-Ps) in sistemul energetic national (SEN)

In figura     este reprezentata, simplificat, schema de principiu a instalatiei pentru reglarea automata a frecventei si puterii active de schimb din SEN.

Fig. 7

Instalatia urmareste mentinerea constanta a frecventei (sau, cat mai aproape de 50Hz) si mentinerea puterii de schimb pe liniile de interconexiune la valorile stabilite prin grafic (program) cu abateri cat mai mici fata de acestea.

L1, L2, - linii de interconexiune cu sistemele invecinate;

Tc si Tt - transformatoare de curent respectiv de tensiune;

Tp - transformatoare de putere;

A - amplificatoare electronice;

TM - aparatura de telemasurare si teletransmitere a datelor;

1 si 2 - comparatoare diferentiale;

- elemente de afisare a marimilor masurate in proces.

Se formeaza abaterea de putere de schimb, respectiv abaterea de frecventa: Ps si fr care se aduc la un bloc sumator 3 de la dispecerul national SEN unde se formeaza, pe cale numerica, binomul de reglare: BR: a fr +b Ps; a,b=ct.

Frecventa se masoara cu frecventmetrul numeric FN si se compara cu o frecventa etalon fr0 data de contorul numeric CN. (figura )

Binomul de reglare BR se aplica regulatorului central RC care este un automat programabil de tip SIMATIC, din familia de regulatoare de tip Siemens. Se folosesc drept suport de teletransmisii conductoarele LEA catre centralele reglante CE1, CE2, etc. La CE1 se face asa numitul "reglaj primar local", unde impulsurile receptionate de receptoarele RI se aplica blocurilor sumatoare 5, 6, la care se aduce si o corectie locala de putere si frecventa reprezentand de fapt o aservire locala a comenzii centrale.

Reglarea RAF-P din SEN a fost dimensionata pentru 32 de obiective energetice din care 10 statii cu linii de interconexiune si 22 de centrale reglante, etapizate pentru punerea in finctiune odata cu dezvoltarea sistemului si cresterea gradului de interes de interconexiune cu alte sisteme energetice cu care se face schimbul de putere activa.

Liniile de interconexiune pe care se face schimbul de putere activa au tensiuni nominale intre 110-750 kV si capacitati nominale intre 40-4000 MVA. Configuratia hardware cuprinde, in principal:

concentratoarele de date pentru asigurarea protocolului de comunicare cu echipamentele de telecomunicatie;

regulatorul central de tip SIMATIC;

echipamente pentru afisarea datelor si dialog;

automat programabil pentru supraveghrea regulatorului central;

echipamente pentru inregistrarea datelor, parametrizare, autotestarea si intretinerea echipamentelor de calcul.

Frecventa de consemn f0 poate fi introdusa de operator cu valori cuprinse intre 49,5 si 50,1 Hz. Factorul reprezentand energia reglanta, poate lua valori intre 400-1000MW/Hz.

Daca formula binomului de reglare BR se modifica astfel:

BR: a fr+b Ps=a[ fr+b/a Ps]=a[ fr+ Ps/ (16)

se obtine factorul "energiei reglante "exprimat dimensional in MW/Hz.

Valorile lui se fixeaza la punerea in functiune a instalatiei de reglare a frecventei si puterii de schimb si se corecteaza in functie de variatia gradului de interconexiune cu sistemele invecinate, cu care se realizeaza schimbul de putere.

6. Alegerea agregatelor (sau centralelor) reglante dintr-un sistem energetic(SE)

Datorita specificului reglarii automate frecventa -putere sunt necesare masuri, astfel incat variatiile de sarcina sa fie suportate numai de unele dintre agregatele (sau centrale) din SE, iar repartitia sarcinii active pe agregatele (sau centralele) care participa la reglare sa se faca univoc, sistemele de reglare ramanand insa astatice sau aproape astatice) in raport cu variatia puterii electrice active.

In cazul SE interconectate, se impune ca variatiile de sarcina activa sa fie suportate numai de agregatele (sau centralele) reglante ale sistemului energetic in care ele au aparut, pentru a se evita circulatiile de puteri pe distante mari, insotite de pierderi importante si variatii ale puterii de schimb pe liniile de interconexiune intre diferite SE.

Se apreciaza, de exemplu, ca in reteaua vest -europeana, la o variatie cu numai 1Hz a frecventei, se pot produce variatii ale puterii de schimb de circa 7000 MW (se obisnuieste a se defini o energie reglanta prin raportul W_A= -DP_schimb/Df(MW/Hz).

In alegerea agregatelor si centralelor din SE care sa participe la restabilirea frecventei si acoperirea deficitului de putere activa din sistem sunt avute in vedere considerente de ordin economic si tehnic.

Factorul economic este esential, generarea puterilor active in SE fiind legata direct de consumurile specifice de combustibil si de randamentul centralelor electrice.

Daca se noteaza cu Q cantitatea de combustibil conventional consumata de blocul generator + cazan si cu q consumul specific de combustibil conventional (exprimat in kcal/kWh, sau kg combustibil conventional/kWh, sau tone -apa/kWh), cu P puterea debitata de agregat, consumul de combustibil se poate reprezenta in functie de puterea debitata printr-o relatie de forma:

Q=Q₀ + K₁P^K₂ , (17),

unde Q₀ este consumul pentru functionarea in gol, Q -consumul la sarcina activa P, iar K₁, K₂ -constante dependente de agregat (fig. 8).

Pentru agregate cuplate in paralel la iesire, relatia (17) devine:

Q

Fig. 14.12 Dependenta consumului de combustibil conventional de puterea electrica debitata

Q₀

P

Intrucat diferentele intre consumurile specifice in gol ale diferitelor blocuri intervin cu pondere mica in consumul total, se poate considera ca minimul expresiei (20) are loc pentru:

(19)

deci, pentru egalitatea consumurilor specifice:

q₁=q₂= . =q_i= . =q_k. (20)

Orice perturbatie de sarcina activa ( DP) va provoca modificari ale acestor consumuri specifice (q₁ Dq₁ . q_k Dq_k); pentru a fi indeplinita, in continuare, conditia (14.17) este necesar ca:

Dq₁=Dq₂= . =Dq_i= . =Dq_k.    (21)

Se observa ca relatia (21) exprima conditia egalitatii cresterilor consumurilor specifice de combustibil conventional ca o conditie de functionare optima si de preluare optima a perturbatiei (variatia de sarcina activa) pentru toate agregatele (sau centralele) care participa la RAFP intr-un SE.

In caz contrar, randamentul agregatelor (deci si cel global al centralelor) va fi diferit de cel optim si consumurile globale de combustibil vor creste.

La exploatarea SE, nu este recomandabil, nici din considerente de ordin economic, nici din considerente de ordin tehnic, sa se pastreze o rezerva importanta de putere in fiecare din centralele SE, pentru a satisface cererile de putere suplimentara DP_i si sa se produca permanente circulatii de puteri, insotite de pierderi, ca urmare a redistribuirii incarcarilor diferitelor agregate si centrale. De ceea, in sistemele dezvoltate se stabilesc centrale care sa functioneze in regim de baza (cu putere constanta pentru perioade indelungate) si centrale in regim de varf cu rolul de a prelua cererile suplimentare de putere activa si de a regla frecventa in SE.

In ce priveste cazanele din centralele termoelectrice, domeniul de reglare cel mai mic il ofera cele care functioneaza cu praf de carbune; acestea trebuie sa se mentina in limitele (60 ) din debitul nominal, deoarece la sarcini reduse exista pericolul stingerii flacarii si exploziei cazanului. Un domeniu de reglare mai larg (30 din debitul nominal) si o viteza de variatie a sarcinii mai mare ofera cazanele cu combustibili gazosi (sau cu combustibil mixt: gazos + lichid).

Dintre turbinele cu abur, cele mai indicate pentru a participa la reglarea frecventei si la acoperirea surplusului de sarcina activa sunt cele cu condensatie pura, de inalta presiune, la care reglarea admisiei se face prin laminare, iar raportul presiunilor pe cele doua fete ale supapelor de admisie este cat mai mic (pentru a se asigura o dependenta redusa a consumurilor specifice de nivelul puterii produse).

Turbinele cu contrapresiune, la care consumul specific variaza mult cu sarcina activa, nu sunt indicate pentru RAFP. In unele cazuri, se face apel si la turbinele cu condensatie si priza, care au consumul specific variabil, dar nu in aceeasi masura ca la turbinele cu contrapresiune.

Cele mai indicate pentru RAFP sunt insa turbinele hidraulice (respectiv centralele hidroelectrice), cu domeniul de reglare practic nelimitat(0 ), care pot i pornite si cuplate imediat. Dupa cum s-a vazut, autosincronizarea hidrogeneratoarelor sincrone usureaza considerabil cuplarea agregatelor de tip hidro. Rezerva de putere, ce trebuie pastrata in centralele de varf de tip hidroelectric, este de (2 3) ori mai mica decat rezerva turnanta ce trebuie prevazuta in centrale de varf termoelectric (din cauza limitarilor tehnologice ce apar la pornirea si incarcarea rapida a agregatelor termice.

7 Metode de RAFP aplicate in SE interconectate

a.       REGLAREA FAZA -PUTERE ACTIVA

Metoda reglarii faza -putere activa este integrata actualei strategii de reglare a frecventei si puterii in SE interconectate, care vizeaza obtinerea unei erori stationare nule (e_{st f}=0) si realizarea repartitiei univoce a marimilor perturbatoare intre centralele reglante.

Fie un sistem liniar (SAL), perturbat la intrare de perturbatia W(s) (fig. 9, a). Se cunoaste ca:

e(s)=H_d(s)W(s)    (22)

Se noteaza cu j(t) faza sistemului; se obtine:

(23)

In domeniul variabilei complexe s se poate scrie:

(24)

Fig. 9. Reglarea faza-putere activa:

a)schema bloc a unui sistem automat (SAL) perturbat la intrare;

b)obtinerea fazei sistemului si repartitia univoca a perturbatiei de putere activa

Daca H(s) are un pol in origine (s=0), functia H_d(s)/s nu va avea zerouri in s=0. Ca urmare, si deci:

(25)

unde s-a admis pentru W(s) o variatie treapta, de amplitudine W.

Relatia (25) se poate scrie si sub forma:

W=K_j j (26)

in care: K_j=1/K_W este un factor de proportionalitate, dependent de parametrii SAL;    j -faza stationara a SAL;

W -perturbatia de putere (in cazul RAFP, perturbatia de putere activa P).

Fig. 10. Schema functionala a reglajului faza-putere activa

Se poate realiza deci o reglare a frecventei pe principiul faza-putere (fig. 9, b). Pentru regulatorul central de la dispecer, se obtine G_R(s)=K_R+K_I/s, deci o reglare PI (fig. 10).

Cota de participare a fiecarei centrale reglante, in banda de reglare proprie, va fi: W_K=K_j K _j KI(1,n). Pentru a tine seama de interconexiunea cu celelalte sisteme, se formeaza o eroare combinata e_n de forma:

e_n e s_nDW_n (27)

unde DW_n este variatia totala a puterii de schimb, interschimbata de sistemul considerat. In regim stationar se pot scrie ecuatiile:

(28)

(deoarece variatiile de putere pe liniile de interconexiune in regim stationar sunt nule). Unica solutie a ecuatiilor (28) este: e=0 si DW_n=0. In schema functionala din figura 10, s-a reprezentat prin linie intrerupta reglajul local de putere.

Dificultatea metodei consta in asigurarea unui etalon perfect EF (fig 9, b) pentru consemnul de frecventa f₀=50 Hz, total independent de variatiile frecventei tensiunii de alimentare a elementului electric (sau electronic) de prescriere a acestui consemn.

b. METODA REGLARII FRECVENTA-PUTERE IN SCHIMB

Metoda reglarii in functie de putere (sau frecventa-putere de schimb) se bazeaza pe introducerea unui statism suplimentar la fiecare dintre regulatoarele de frecventa (respectiv, de turatie) cu care sunt echipate centralele reglante din SE interconectate I si II (fig. 11).

Fig. 11. Reglarea frecventa-putere de schimb

In acest scop, se aduce la elementul sensibil al regulatorului de frecventa o marime proportionala cu puterea activa P, schimbata pe linia de interconexiune L dintre SE_I si SE_II. Marimile de iesire ale elementelor sensibile ale RAF pentru cele doua centrale reglante alese in SE_I, respectiv SE_II (fig. 11) sunt :

(28)

(29)

S-a convenit ca sensul normal de circulatie al puterii de schimb P_s este de la SE_II la SE_I, de aceea semnele celui de-al doilea termen in relatiile (28) si (29) difera. Se determina constantele K_SI si K_SII din conditia ca, la valoarea f_r=f_{r nom}, marimile de iesire ale elementelor de masura ale RAF_I,II sa fie nule pentru P_s=P_{s nom} (deci regulatoarele sa nu actioneze);

(30), (31)

in care f_eI si f_eII sunt frecventele etalon in SE_I respectiv in SE_II (a_I si a_II -constante).

Se admite ca, pentru variatii mici ale frecventei, este valabila urmatoarea egalitate:

(32)

Din tabelul 1 se observa ca, pentru variatii de sarcina ce se produc sau in SE_I sau in SE_II, la circulatia de putere de schimb P_s, cu sens pozitiv de la SE_II la SE_I, semnele de variatiilor rezultate pentru frecventa (Df_r) sau puterea de schimb (DP_s) difera. Astfel, semnul schimbat intre Df_r si DP_s pune in evidenta o variatie de sarcina in sistemul I (SE_I), in timp ce identitatea semnelor lui Df_r si DP_s indica o variatie de sarcina aparuta in sistemul II (SE_II).

In conditiile relatiei (32), pentru mici variatii de sarcina DP produse in SE_II (cand Df_r si DP_s au semn identice), se pot scrie relatiile (33) si (34):

Pentru o variatie de sarcina DP in sistemul SE_I ( cand Df_r si DP_s au semne contrare -tabelul 14.1) rezulta relatiile (35) si (36):

(35), (36)

Variatiile de sarcina activa, frecventa si putere de schimb intre cele doua sisteme interconectate:

Se constata ca vor functiona numai RAF din SE in care s-a produs variatia de sarcina (deci si variatia de frecventa, pe ansamblu); nu actioneaza (sunt blocate prin semnal zero la iesirea elementului sensibil al RAF), cele care sunt instalate in SE, in care sarcina activa nu s-a modificat (DP=0).

Metoda da rezultate exacte, atat timp cat variatiile de putere (deci si cele ale frecventei) in jurul punctului de functionare de regim sunt reduse. Altfel, intervin si variatii ale puterii de schimb P_s, in functie de variatiile de putere din SE_I si SE_II si conditia (32) nu mai este satisfacuta.

8. Reglarea adaptiva frecventa-putere de schimb in SE interconectate

Orientarile actuale in adoptarea strategiei de reglare a frecventei si puterii active in SE interconectate se caracterizeaza prin eforturile in directia minimizarii solicitarilor electrice si mecanice ale agregatelor generatoare. Astfel, se tinde spre abandonarea cerintei clasice privind atingerea de performante conventionale mai ridicate (de pilda, in sensul regimului tranzitoriu cat mai bun). La aceasta, au contribuit unele particularitati ale functionarii marilor sisteme energetice interconectate, printre care urmatoarele:

-existenta frecventa a unor regimuri tranzitorii permanente in SE;

-existenta unei structuri (configuratii) variabile, care determina o putere in functiune variabila in SE;

-prezenta unor neliniaritati esentiale si a unor zone de insensibilitate in circuitele de reglare folosite;

-existenta erorilor aparatajului de telemecanica sau masurare locala;

-aparitia pendulatiilor de putere, la corectia efectuata pentru ameliorarea performantelor conventionale ale SRA din SE.

In plus, urmarirea fidela a variatiilor de sarcina determina uzura prematura a echipamentelor energetice si cresterea consumurilor specifice (nu se mai realizeaza conditia 21 de minim global pentru aceste consumuri). Dealtfel, in cazul folosirii RAFP proportionale, dar static stabilizate (cazul cel mai frecvent), se ajunge la un factor total de amplificare variabil, ceea ce face ca performantele predeterminate sa nu poata fi realizate cu exactitate. De aceea, tendinta actuala este introducerea "reglarii automate frecventa-putere de schimb adaptiva la perturbatii" (deci la variatia de putere activa).

Functiile de adaptare ale RAFP trebuie sa determine:

-selectarea tipului de perturbatii, la care sistemul de reglare trebuie sa actioneze;

-adaptarea factorului global de amplificare al reglarii;

-minimizarea unor criterii de performanta de tip integral, in conditia existentei unor restrictii tehnice (de exemplu, nivelul de putere generat maxim, viteza maxima de incarcare a turbinei cu abur etc.).

Se considera urmatoarele criterii integrale de minimizat:

(37)

(38)

unde:

l este energia reglanta;

DT -eroarea de timp;

e_f -eroarea de frecventa;

W_s -energia de schimb intre sistemele interconectate.

Circuitele de adaptare actioneaza in sensul corectarii factorului de amplificare al regulatorului propriu-zis, de tip P, cu valoarea corespunzatoare minimizarii lui DT, e si W_s (relatiile 37 si 38), la actiunea unui anumit gen de perturbatii, selectate dintre perturbatiile posibile la un moment dat.

In functionarea SE dezvoltate se manifesta mai multe tipuri de perturbatii de putere. Astfel, se pot distinge:

a)perturbatii de tip deterministic, de genul pendularilor de sincronizare sau resincronizare, al sarcinilor periodice (de exemplu cuptoare electrice, laminoare etc.), bransari sau deconectari de motoare de mare putere etc.;

b)perturbatii aleatoare (analoge unui "zgomot alb", care ar parcurge un element de intarziere de ordinul I);

c)perturbatii continue, rezultate din acoperirea curbei de sarcina a SE.

Primele (a) se recunosc dupa durata si amplitudine (de exemplu, pentru sarcinile periodice, variatia este reprezentata in fig. 12); cele cu variatie aleatoare (b) se caracterizeaza printr-o abatere medie patratica si prin valoarea de trecere prin zero. Ultimele (c) prezinta o evolutie lenta in timp si pot fi usor detectate.

Un sistem de reglare automata frecventa-putere de schimb, adaptiv la perturbatie, trebuie sa reactioneze numai la perturbatiile continue, de natura permanenta si cu evolutia lenta, date de perturbatiile continue (de tip c) si de valoarea medie a sarcinilor periodice (fig. 12).In acest scop, inca de la proiectarea SRAFP, se desensibilizeaza regulatorul in sensul neactionarii la perturbatii de gen (a) si (b), de exemplu, pe calea reducerii sensibile a factorului de amplificare K_R la nerespectarea conditiei de desensibilizare impusa.

Selectia de perturbatie se poate face in amplitudine si in durata. Se prevede, totusi, interventia rapida a reglarii la perturbatii de genul (a) si (b), de amplitudine foarte mare.

In figura 13 este reprezentata schema bloc pentru un astfel de sistem de reglare automata frecventa-putere, adaptiv la perturbatie.

Fig. 12 Variatia in timp a sarcinilor periodice

Fig. 13. Schema bloc a unui sistem de RAFP adaptiv la perturbatia de putere activa