Автоматика регулирования частоты в энергосистеме
Иерархическая система поддержания частоты сети 50 Гц: первичное регулирование (АРЧВ генераторов, секунды), вторичное (АРЧМ по заданию Системного оператора, минуты), третичное (экономическая оптимизация, часы). Защита от аварийного снижения частоты — АЧР.
Частота в энергосистеме — главный индикатор баланса мощности. Если генерация выше потребления, частота растёт; если ниже — падает. В ЕЭС России номинальная частота 50 Гц, допустимое отклонение ±0,2 Гц в нормальном режиме и ±0,4 Гц кратковременно. При уходе за ±1 Гц энергосистема начинает разваливаться каскадно — отключаются защиты генераторов, нагрузка остаётся без питания.
Первичное регулирование — это автоматический регулятор частоты вращения (АРЧВ) на каждом генераторе. Он имеет статизм 4-6%: при снижении частоты на 1 Гц генератор увеличивает мощность на 20-30% от номинала. Работает за секунды без участия оператора. На ГЭС статизм меньше (быстрый отклик), на ТЭС больше (пар не успевает). Все генераторы в ЕЭС участвуют одновременно, суммарный отклик обеспечивает удержание частоты в пределах допуска после сброса или наброса нагрузки.
Вторичное регулирование (АРЧМ) возвращает частоту к точно 50 Гц и восстанавливает плановые перетоки между энергосистемами. Централизованно управляется Системным оператором ЕЭС России: ЦДУ в Москве выдаёт задания ОДУ округов, те — на отдельные электростанции и генераторы. Канал передачи — выделенные линии связи, протокол МЭК 60870-5-104 или 101. Регулировочный диапазон обеспечивается на крупных ГЭС (Волжская, Жигулёвская, Саратовская) и некоторых ТЭС, работающих в режиме «базы под АРЧМ».
Третичное регулирование — часовое планирование загрузки генераторов по экономическому критерию (минимум стоимости топлива при соблюдении балансов). Это уже не чистая автоматика, а задача оптимизации, которую решает АСУ Системного оператора.
АЧР (автоматическая частотная разгрузка) — защита от катастрофического падения частоты. Если частота упала ниже уставки (обычно 49-49,2 Гц для первой очереди), отключается часть потребительской нагрузки на подстанциях 110-220 кВ. Очередей несколько, срабатывают каскадно при 49,2 / 48,8 / 48,5 Гц. АЧР реализована в РЗА каждой подстанции и настраивается централизованно СО ЕЭС. С AES, ВЭС, СЭС появились требования и к ним участвовать в первичном регулировании через управление их SCADA.
Частые вопросы
Что происходит при разделении энергосистемы на части?
Если линия, связывающая две части ЕЭС, отключается, в избыточной части (где генерации больше потребления) частота растёт, а в дефицитной — падает. В дефицитной срабатывает АЧР и отключает часть нагрузки. В избыточной АРЧВ генераторов снижает мощность, часть генераторов может быть отключена автоматикой верхнего предела частоты. После стабилизации СО вручную ресинхронизирует части.Участвуют ли ВИЭ в регулировании частоты?
Исторически нет (работают на максимальной выработке). Сейчас требования СО ЕЭС обязывают ВЭС и СЭС выделять 5-10% мощности на регулирование — не выдавать максимум, а держать резерв. При снижении частоты ВЭС/СЭС поднимают выдачу, при повышении — снижают. BESS в этом отношении идеален (быстрый отклик, двусторонний), поэтому новые проекты часто идут связкой ВИЭ + BESS.
Источники
- ГОСТ Р 55890 — Автоматизированные системы управления ЕЭС — Росстандарт
- СТО 59012820.27.100.003 — Регулирование частоты и мощности в ЕЭС — Системный оператор ЕЭС