Высокие темпы роста электропотребления и неравномерное распределение генерирующих мощностей в энергосистемах мегаполисов приводят к возникновению крупных районов как с дефицитом, так и с избытком генерирующих мощностей. Ниже рассматриваются вопросы, касающиеся аварийного выделения района с превышением генерации над потреблением. Примером такого района применительно к энергосистеме г. Санкт-Петербурга является район Юга, включающий в себя 4 крупные ТЭЦ общей установленной мощностью 1290 МВт и мощностью потребителей, достигающей даже в режиме зимнего максимума нагрузок лишь 680 МВт. Избыточная мощность передается по связям в ЕЭС. Связь района с ЕЭС проходит по сечению, включающему две воздушные линии 110 кВ и три автотрансформатора связи 330/110 кВ.
Как показали расчеты, в случае аварийной потери связи этого района с ЕЭС частота в районе через 2 с может достигнуть значения, превышающего 53 Гц. Следует отметить, что в таких случаях система автоматического регулирования скорости (АРС) турбин может не выполнить свои функции. Поэтому традиционной дополнительной мерой локализации аварийного процесса, связанного с «забросом» частоты в выделившемся районе, является применение комплексов автоматики ограничения повышения частоты (АОПЧ), направленной на отключение генераторов. Уставки срабатывания и направление действия этих комплексов АОПЧ определяются, как правило, в результате проведения расчетов для конкретного аварийного режима.
Данный подход построения АОПЧ применительно к крупным районам мегаполиса в связи с неравномерностью суточного графика нагрузки и переменным составом генерирующего оборудования не является достаточно эффективным, поскольку не учитывает действительный баланс мощности в районе в момент его выделения.
Кроме того, анализ ряда системных аварий, в которых крупные районы энергосистем выделялись с избыточной генерацией (аварии в энергосистемах США и Канады в ноябре 1965 г. и августе 2003 г., в энергосистеме Швеции в декабре 1983 г. и др.) показывает, что эти аварии заканчивались полным обесточиванием района [1]. Основные причины: генерирующие мощности отключались защитами от работы с повышенной частотой, после чего район становился дефицитным по мощности, срабатывала автоматическая частотная разгрузка (АЧР), мощности которой оказывалось недостаточно, происходила «лавина частоты» и полное прекращение электроснабжения всех потребителей этих выделившихся районов.