Kontrola prędkości opadania - Droop speed control

Sterowanie prędkością statyczną to tryb sterowania stosowany w generatorach prądu przemiennego, w którym moc wyjściowa generatora zmniejsza się wraz ze wzrostem częstotliwości linii. Jest on powszechnie stosowany w trybie sterowania prędkością do regulatora z urządzenia napędzającego napędzający generator synchroniczny podłączony do sieci elektrycznej . Działa poprzez kontrolowanie mocy wytwarzanej przez główne urządzenie poruszające zgodnie z częstotliwością sieci. W przypadku sterowania prędkością statyczną, gdy sieć pracuje z maksymalną częstotliwością roboczą, moc głównego urządzenia poruszającego jest redukowana do zera, a gdy sieć pracuje z minimalną częstotliwością roboczą, moc jest ustawiana na 100%, a wartości pośrednie przy innych częstotliwościach roboczych.

Ten tryb umożliwia równoległą pracę generatorów synchronicznych, dzięki czemu obciążenia są dzielone między generatory o tej samej krzywej spadku proporcjonalnie do ich mocy znamionowej.

W praktyce krzywe spadku, które są używane przez generatory w dużych sieciach elektrycznych, niekoniecznie są liniowe lub takie same i mogą być dostosowywane przez operatorów. Pozwala to na zmianę stosunku wykorzystywanej mocy w zależności od obciążenia, więc na przykład generatory obciążenia podstawowego będą generować większą część przy niskim zapotrzebowaniu. Stabilność wymaga, aby w całym zakresie częstotliwości pracy moc wyjściowa była monotonicznie malejącą funkcją częstotliwości.

Sterowanie prędkością opadania może być również wykorzystywane przez sieciowe systemy magazynowania. Dzięki kontroli prędkości spadku, systemy te będą usuwać energię z sieci przy wyższych niż średnie częstotliwości i dostarczać ją przy niższych częstotliwościach.

Liniowy

Częstotliwość generatora synchronicznego dana jest wzorem

gdzie

  • F, częstotliwość (w Hz),
  • P, liczba biegunów,
  • N, prędkość generatora (w obr./min)

Częstotliwość (F) generatora synchronicznego jest wprost proporcjonalna do jego prędkości (N). Gdy wiele generatorów synchronicznych jest podłączonych równolegle do sieci elektrycznej, częstotliwość jest ustalana przez sieć, ponieważ indywidualna moc wyjściowa każdego generatora będzie niewielka w porównaniu z obciążeniem dużej sieci. Generatory synchroniczne podłączone do sieci pracują z różnymi prędkościami, ale wszystkie pracują z tą samą częstotliwością, ponieważ różnią się liczbą biegunów (P).

W tym trybie ustawiana jest prędkość odniesienia jako procent prędkości rzeczywistej. Ponieważ generator jest obciążony od bez obciążenia do pełnego obciążenia, rzeczywista prędkość głównego urządzenia poruszającego ma tendencję do zmniejszania się. Aby zwiększyć moc wyjściową w tym trybie, zwiększana jest wartość odniesienia prędkości napędu podstawowego. Ponieważ rzeczywista prędkość podstawowego urządzenia poruszającego jest ustalana przez siatkę, ta różnica prędkości odniesienia i rzeczywistej prędkości podstawowego urządzenia poruszającego jest wykorzystywana do zwiększenia przepływu płynu roboczego (paliwa, pary itp.) do głównego urządzenia poruszającego, a tym samym mocy wyjściowej jest zwiększony. Odwrotna sytuacja będzie miała miejsce w przypadku zmniejszania mocy wyjściowej. Prędkość odniesienia podstawowego urządzenia poruszającego jest zawsze większa niż rzeczywista prędkość urządzenia poruszającego. Rzeczywista prędkość głównego urządzenia poruszającego może „opadać” lub zmniejszać się w stosunku do odniesienia, a więc nazwy.

Na przykład, jeśli turbina ma moc znamionową 3000 obr./min, a prędkość maszyny zmniejsza się z 3000 obr./min do 2880 obr./min, gdy jest obciążona od bez obciążenia do obciążenia podstawowego, to % spadku jest wyrażony wzorem

= (3000 – 2880) / 3000
= 4%

W takim przypadku prędkość odniesienia będzie wynosić 104%, a prędkość rzeczywista będzie wynosić 100%. Na każdy 1% zmiany prędkości odniesienia turbiny moc wyjściowa turbiny zmieni się o 25% wartości znamionowej dla jednostki z ustawieniem 4% spadku. Spadek jest zatem wyrażony jako procentowa zmiana prędkości (projektowej) wymagana do 100% działania regulatora.

Ponieważ częstotliwość jest ustalona w sieci, a więc rzeczywista prędkość turbiny jest również stała, wzrost prędkości odniesienia turbiny zwiększy błąd między prędkością odniesienia a rzeczywistą. Wraz ze wzrostem różnicy zwiększa się przepływ paliwa w celu zwiększenia mocy wyjściowej i na odwrót. Ten rodzaj sterowania określany jest jako sterowanie „prosto-proporcjonalne”. Jeśli cała sieć ma tendencję do przeciążania, częstotliwość sieci, a tym samym rzeczywista prędkość generatora, ulegnie zmniejszeniu. Wszystkie jednostki zauważą wzrost błędu prędkości, a tym samym zwiększą przepływ paliwa do ich głównych napędów i moc wyjściową. W ten sposób tryb sterowania prędkością opadania pomaga również utrzymać stabilną częstotliwość sieci. Ilość wytwarzanej mocy jest ściśle proporcjonalna do błędu między rzeczywistą prędkością turbiny a prędkością odniesienia.

Można matematycznie wykazać, że jeśli wszystkie maszyny zsynchronizowane z systemem mają taką samą kontrolę prędkości droop, będą dzielić obciążenie proporcjonalnie do wartości znamionowych maszyny.

Na przykład, w jaki sposób przepływ paliwa jest zwiększany lub zmniejszany w turbinie gazowej do dużych obciążeń, zaprojektowanej przez GE, można określić za pomocą wzoru:

FSRN = (FSKRN2 * (TNR-TNH)) + FSKRN1

Gdzie,

FSRN = Odniesienie skoku paliwa (paliwo dostarczane do turbiny gazowej) dla trybu opadania

TNR = Odniesienie prędkości turbiny

TNH = rzeczywista prędkość turbiny

FSKRN2 = Stała

FSKRN1 = Stała

Powyższy wzór to nic innego jak równanie prostej (y = mx + b).

Wiele generatorów synchronicznych o równym nastawie procentowym podłączonych do sieci będzie dzielić zmianę obciążenia sieci proporcjonalnie do ich obciążenia podstawowego.

Aby zapewnić stabilną pracę sieci elektrycznej Ameryki Północnej, elektrownie zwykle pracują z cztero- lub pięcioprocentowym spadkiem prędkości. Z definicji przy 5% spadku prędkość przy pełnym obciążeniu wynosi 100%, a prędkość bez obciążenia 105%.

Zwykle zmiany prędkości są niewielkie z powodu bezwładności całkowitej masy wirującej wszystkich generatorów i silników pracujących w sieci. Regulacje mocy wyjściowej dla konkretnej kombinacji startera i generatora są dokonywane przez powolne podnoszenie krzywej spadku poprzez zwiększanie nacisku sprężyny na regulator odśrodkowy lub przez regulację jednostki sterującej silnika , lub analogiczną operację dla elektronicznego regulatora prędkości. Wszystkie jednostki, które mają być podłączone do sieci, powinny mieć takie samo ustawienie droop, aby wszystkie rośliny reagowały w ten sam sposób na chwilowe zmiany częstotliwości bez uzależnienia od komunikacji zewnętrznej.

Na ciągłą sieć przesyłową Stanów Zjednoczonych składa się 300 000 km linii obsługiwanych przez 500 firm.

Obok bezwładności, jaką daje praca równoległa generatorów synchronicznych, głównym parametrem chwilowym w sterowaniu jednostkową mocą wyjściową elektrowni ( kW ) jest spadek prędkości .

Zobacz też

Bibliografia

Dalsza lektura