第五章 电力系统频率及有功功率的自动调节

第五章电力系统频率及有功功率的自动调节电力系统自动装置原理第一节电力系统的频率特性一、概述电网稳态条件下的频率f是全系统一致的运行参数频率变化是系统负荷与电源之间的功率失去平衡所致。原动机输入功率：60pnf机组的动能)(111mKimmLGiTiWdtdPPP电力系统自动装置原理电力系统的频率特性电网频率变动情况tP持续分量脉动分量随机分量负荷瞬时变动情况★频率波动对电网运行的影响：√偏离电力设备经济运行点；√影响用户生产率和产品质量；√频率过低过高都会危及电网安全运行电力系统自动装置原理电力系统的频率特性调频与有功功率调节是不可分的，应满足安全运行约束；符合经济运行要求，发挥能源最大效益；频率偏差控制在预定范围内，保证电能质量。★调频是电力系统运行的主要任务之一一般允许频率偏差为±0.1Hz★电力系统自动装置原理每分钟转数n每秒钟转数60n系统频率60PnfmGimTiPP11正常情况mKiLmGimTiWdtdPPP111LmGimTiPPP11负荷突然变动而使发电机组电功率增加PL机组转速降低，系统频率下降。第一节电力系统的频率特性电力系统自动装置原理发电机的负荷功率原动机输入功率系统频率的变化电力系统负荷:不断变化原动机输入功率的改变:缓慢频率的波动:难免维持系统频率在规定范围内;力求使系统负荷在发电机组之间实现经济分配。电力系统运行中的主要任务之—，就是对频率进行监视和控制。电力系统自动装置原理电力系统自动装置原理二电力系统负荷的功率—频率特性1.当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变,这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率—频率特性。与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等；与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、往复式水泵、压缩机、卷扬机等；与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的涡流损耗，但这种损耗在电网有功损耗中所占比重较小;与频率的三次方成比例的负荷，如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等;与频率的更高次方成比例的负荷，如静水头阻力很大的给水泵等。2.电力系统中各种有功负荷与频率的关系，可以归纳为以下几类，电力系统自动装置原理电力系统的频率特性电力系统负荷的功率-频率特性负荷的静态频率特性：)(fFPL频率下降时，负荷功率也下降到；频率上升时，负荷功率也上升到。负荷特性有利于系统中有功功率在另一频率下重新平衡，这种现象称为负荷调节效应。LbPLaP负荷的频率调节效应系数：因为频率变化很小，所以为一直线，取值范围在1~3之间。dfdPKLLdfdPKLLfPLfNfbPLNPLbab电力系统自动装置原理电力系统负荷的功率—频率特性1.当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变,这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率—频率特性。与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等；与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、往复式水泵、压缩机、卷扬机等；与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的涡流损耗，但这种损耗在电网有功损耗中所占比重较小;与频率的三次方成比例的负荷，如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等;与频率的更高次方成比例的负荷，如静水头阻力很大的给水泵等。2.电力系统中各种有功负荷与频率的关系，可以归纳为以下几类，电力系统自动装置原理fPL4.系统的负荷随频率下降的特性有利于系统中有功功率在另一频率值下重新平衡。这种现象称为负荷的频率调节效应。其大小用KL表示。1*11*2*3*21***32mmnnnLLfamfnafafaadfdPK5.负荷的频率调节效应系数nnLneLeneLeeLeeLeLeLfafafafaaPffPaffPaffPaffPaPaP*3*32*2*10*3322103.负荷的功率—频率特性一般表达式电力系统自动装置原理负荷的有功功率－频率静态特性简化表达当频率偏离额定值不大时，负荷有功－频率静态特性用一条近似直线来表示。fPtgKDDfPffPPKDNDNDD//负荷的频率调节效应系数或称为负荷的频率调节效应，表示负荷随频率的变化程度。例5－1电力系统自动装置原理三、发电机组的功率——频率特性（一）发电机的功率-频率特性发电机转矩方程：功率方程：无调速器时，转速和转矩都为额定值。BAMG221CCPG加调速器后，将从一条静态特性曲线向另一条静态特性曲线过渡。P*M*ω*f*PG*MG*1.01.0Pf1233’a’a”a”’电力系统自动装置原理电力系统的频率特性有调速系统的发电机功率-频率特性：RK1有差调节调差系数GPfR调差特性与机组间有功功率的分配调差特性为区域，有失灵区。KR,PGfPGbPGaΔPGΔfabfNf1P1P2fABCfNP1P2P1’P2’ΔP1ΔP2ΣPLΣP’f1电力系统自动装置原理二发电机组的功率—频率特性1.频率变化而引起发电机组输出功率变化的关系称为发电机组的功率—频率特性或调节持性。未配调速器的发电机组功率—频率特性配有调速器的发电机组功率—频率特性电力系统自动装置原理****1fPRKGG3.发电机组的功率—频率静特性系数汽轮发电机组:16.6—25水轮发电机组:25—50fPG***GGeGeGPfPPffRPfR2.发电机组的调差系数电力系统自动装置原理4.调差特性与机组间有功功率分配的关系P1P’2P’1P2PP12f*1*2*2*1***0RRPPPRfGGG两机组间的功率增量分配电力系统自动装置原理5.多机组间的功率增量分配**22*211*1***1iGieeGieGieGiieGGeGGniiGieeniGieeeeniiGieeniGiRPPPRPPPRPPRPPRPPRfRPPRPPPffRRPffPPGieeiGiiGiPffRPfRP****11电力系统自动装置原理对没有调节容量的机组(调差系数趋于无限大)应以Pie／Ri*为零代入；多台机组调差系数等于零是不能并联运行的；一台机组的调差系数等于零与多台有差调节机组的并列运行是不现实的。在电力系统中，所有机组的调速器都为有差调节，由它们共同承担负荷的波动。6几点注意电力系统自动装置原理7.调节特性的失灵区eWff失灵度*****/RPRPfRPffPfWfWPWPWfePe电力系统自动装置原理电力系统的频率特性思考题1已知：两机组并联于一条母线上，。且调速系统保证了两台机完全同步。若1号、2号机组额定功率分别为60MW，80MW，两机均额定运行。求：当系统要求增加20MW的输出时，母线的频率为多少？每台发电机分别承担多少功率？%5%,421RR电力系统自动装置原理电力系统的频率特性电力系统的频率特性系统频率特性是由负荷频率特性和发电机频率特性共同形成的。无调速有调速21LLLPPP到状态b，PL未变，PG没增加到状态c，再调可以到状态dPfPL=f(f)PL1=f(f)aPLfNbdPL1ΔPLcPL2f3f2ΔPL1ΔPL2电力系统自动装置原理三电力系统的频率特性调速器的调节作用被称为一次调节。12fe34所有机组均无调速器机组装有调速器PL=f(f)PG=f(f)Pf电力系统自动装置原理电力系统的频率特性思考题2已知：某电力系统，，当PL=3000MW时，fN=50Hz。求负荷增加120MW时，系统调速后的运行点。20,5.1GLKK电力系统自动装置原理第二节调速器原理机械液压调速器：将转速的变化转变成离心飞摆的位移量。电气液压调速器：将转速的变化变成电信号。调速器通常分为比例积分(PI)调速器比例—积分—微分(PID)调速器按其控制规律来划分电液调速系统的灵敏度高，调节速度快。并有较高的调节精度，特别是当机组甩负荷后，能稳定在额定转速运行；易实现多种控制信号的综合控制；参数的调节灵活；省去结构复杂的飞摆机构，运行维护方便。电液式与机械式比较有以下优点：电力系统自动装置原理一机械液压调速器1工作原理电力系统自动装置原理2调速系统框图3转速给定装置调节过程4机组静特性平行移动电力系统自动装置原理转速给定装置调节过程ACBDFEACBDFEACBDFEACBDFE电力系统自动装置原理转速给定装置调节过程BCAEFDBCAEFDBCAEFDBCAEFD电力系统自动装置原理二功率—频率电液调速器电力系统自动装置原理1转速测量A磁阻发送器磁阻发送器的作用是将转速转换为相应频率的电压信号。它由齿轮和测速磁头两部分组成，齿轮与主轴联在一起。测速磁头由永久磁铁和线圈组成，且与齿轮相距一定间隙。当汽轮机转动时带动齿轮一起旋转。测速磁头所对的齿顶及齿槽交替地变化，这种磁阻的变化导致通过测速磁头磁通的相应变化，于是在线圈中感应出微弱的脉动信号，该信号的频率与机组转速成正比。电力系统自动装置原理B频率—电压变送器3)频率—电压变送器的输出特性2)工作波形1)方框图电力系统自动装置原理频率—电压变送器的工作波形电力系统自动装置原理2功率测量810cosBidREcHHB3421电力系统自动装置原理UGEHTBiTAictIUEttIUKKKBiKEtIKiKBtUKuKiMMHMMcHMMGc2coscos2sinsinsinsin32132211电力系统自动装置原理3转速和功率给定环节转速和功率给定环节用高精度稳压电源供电的精密多转电位器构成。其输出电压值即可表示为给定转速或功率，多转电位器由控制电机带动，以适应当地或远方控制的需要。4电液转换及液压系统电液转换器把调节量由电量转换成非电量油压。液压系统由继动器、错油门和油动机组成。5调速器的工作PmRfmPf00PfKPmRfmGPf电力系统自动装置原理三数字式电液调速器控制电路部分的功能用微机实现。电力系统自动装置原理调速器原理机械液压式调速器原理功率-频率电液调速系统原理电力系统自动装置原理第三节电力系统频率调节系统及其特性一调节系统的传递函数1调速器如果B点和D点不动，A点向上移动时，带动E点也向上移动；如果A点和D点不动，B点向下移动时，带动E点也向下移动；如果A点和B点不动，D点向上移动时，带动E点向下移动。电力系统自动装置原理dtXKXXKdtXdEBEB33ssXKsXEB3sFRsPsGsXsFRsPsTKsXsFKKsPsKKKKsXKsKsFKsPKsXsFKsPKsXKsKsXKsPKsFKsXKscnBcnnBcBcBcBBcB111111214342341212344213BcEcDABDAEXKPKfKXPkXfkXXKXKXKX42121421sXKsPKsFKsXBcE421电力系统自动装置原理TTBTTsTKsXsPsG1简单的汽轮机的传递函数再热式汽轮机的传递函数rTrTBTTsTsTsKrTKsXsPsG111水轮机的传递函数sTsTsXsPsGWWBTn5.011