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发电自动控制示意图P－f控制器汽轮机蒸汽汽阀发电机执行机构Q－U控制器△P△f△Pc△f频率检测到发电机母线测量控制可控励磁电源励磁绕组电力系统自动装置原理第一节电力系统的频率特性一、概述频率是电能质量的重要指标之一。电网稳态条件下的频率f是全系统一致的运行参数忽略机组内部损耗时：如果由于负荷的突然变动，是发电机组的输出功率增加则：机组的输入功率小于负荷要求功率，为了保持平衡，把转子的一部分动能转化成电功率，使发电机转速降低，系统的频率下降。60pnfmmGiTiPP11LPmmLGiTiPPP11电力系统自动装置原理第一节电力系统的频率特性频率变化是系统负荷与电源之间的功率失去平衡所致。调频与有功功率调节密不可分。电力系统负荷不断变化，原动机输入功率变化缓慢，频率波动在所难免。电力系统运行的主要任务之一，就是对频率进行监视和控制。频率偏差允许范围：一般偏差不超过±0.2Hz，有点地区为±0.1Hz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13210*3*32*2*10*332210nnnLnNLNnNLNNLNNLNLNLaaaaafafafafaaPffPaffPaffPaffPaPaP其中：标么化：3.负荷的功率—频率特性一般表达式一般情况下，取到三次方即可。负荷的组成和性质确定后，负荷静态频率特性也确定。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。系统功率失去平衡时，系统负荷也参与了调节作用。系统的负荷随频率下降的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。LbPLaPfPLfNfbPLNPLbab1*11*2*3*21***32mmnnnLLfamfnafafaadfdPK负荷的频率调节效应系数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在电力系统运行中，允许频率变化的范围是很小的，负荷有功－频率静态特性用一条近似直线来表示。fPtgKLLfPffPPKLNLNLL//是系统调度部门要求掌握的实测数据，取值范围在1~3之间。取决于负荷的性质，与各类负荷所占的比例有关。LKLNNLLPfKKLK电力系统自动装置原理例5-1某电力系统中,与频率无关的负荷占30％,与频率一次方成比例的负荷占40％,与频率二次方成比例的负荷占10％,与频率三次方成比例的负荷占20％.试求当系统频率由50HZ下降到47HZ时,负荷功率变化的百分数及其相应的KL*的大小.解:由公式可以求出频率下降到47HZ时系统的负荷为:PL*＝a0+a1f*+a2f*2+a3f*3=0.3+0.4×0.94+0.1×0.942+0.2×0.943=0.93则ΔPL%=(1-0.93)×100%=7%Δf%=(1-47/50)×100%=6%于是KL*=ΔPL*%/Δf*%=7/6=1.17电力系统自动装置原理例5-2某电力系统总有功负荷为3200MW(包括电网的有功损耗),系统的频率为50HZ,若KL*=1.5,试求KL.解由式(4-8)可得KL=KL*×(PLN/fN)=1.5×(3200/50)=96(MW/HZ)若系统负荷增长到3650MW时,则有KL=1.5×(3650/50)=109.5(MW/HZ)*由此可知,KL的数值与系统的负荷大小有关.电力系统自动装置原理三、发电机组的功率——频率特性发电机频率调整是由原动机的调速系统来实现的。发电机的功率－频率特性取决于调速系统特性。系统负荷改变调速系统调整进汽量调节发电机输入功率由于频率变化而引起的发电机输出功率的变化称为发电机组的功率－频率特性或调节特性。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，输出功率最大值。BAMG221CCPGP*M*ω*f*PG*MG*1.01.0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-频率特性但发电机配置调速器后，随着转速的变动，不断调节进气量，使原动机的运行点从一条静态特性曲线向另一条静态特性曲线过渡。Pf1233’a’a”a”’电力系统自动装置原理有调速系统的发电机功率-频率特性：功率调整时，频率有变化，为有差调节特性。特性曲线的斜率为：标么化：或GPfRPGfPGbPGaΔPGΔfabfNf1***GGNGNPfPPffR0***GPRf电力系统自动装置原理**************//104616.625242550NGGNGGGGGGGGGGGfffRPPPPKKfPRfKPKKfRKRK实际运行过程中，采用调差系数的倒数：，即：一般称为发电机组的功率－频率静态特性曲线。用有名值表示：对于汽轮发电机组：％－％或＝－；对于水轮发电机组：％－％或＝－；电力系统自动装置原理（二）调差特性与机组间有功功率分配的关系*1*2*2*1***0RRPPPRfGGG两机组间的功率增量分配P1P2fABCfNP1P2P1’P2’ΔP1ΔP2ΣPLΣP’f1发电机的功率增量用用各自的标幺值表示时，在发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比。调差系数小的的机组承担的负荷增量标幺值较大，调差系数大的的机组承担的负荷增量标幺值较小。电力系统自动装置原理**1*2****2*1**11*1011,GGiGiNiNnnGiNGiiiNinNNGiNiNNGiNPRfRPPRfPPRffPfPPfRfPPPPRfPRP有功功率分配和调差系数关系：根据公式：，得：推广到多机系统：求和，考虑到稳态时整个系统内频率的变化是相同的，得：,如果用等值机代替：其中。系统等值调差系数：*1*1*12*2*12****niiGNGNNGiNGiNGiiNiRRPRPRPfPPPRPPPPfRPR同时：当系统负荷变化后，每台发电机所承担的功率可确定为：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PiN／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。几点注意电力系统自动装置原理(三）调节特性的失灵区NWff失灵度*****/RPRPfRPfWWWWWfPfWfWPWPWfNPN过小的调差系数会引起较大的功率分配误差。为避免系统在频率微小波动时动作，会人为加不灵敏区。汽轮发电机组的不灵敏区为0.1%--0.5%水轮发电机组的不灵敏区为0.1%--0.7%调速器的最大频率呆滞机组的最大误差功率调速器的频率调节特性是条带子，导致并联运行的发电机组间有功功率分配产生误差。电力系统自动装置原理（四）电力系统的频率特性电力系统的频率特性电力系统由发电机、输电网络、负荷组成。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。电力系统自动装置原理（四）电力系统的频率特性电力系统的频率特性负荷的功率--频率特性和发电机组的功率---频率特性的交点就是电力系统频率的稳定运行点。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)aPLfNbdPL1ΔPLcPL2f3f2ΔPL1ΔPL2PG=f(f)调速器的调节作用被称为一次调节。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：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调速系统框图电力系统自动装置原理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将发电机的有功功率转换成与之成正比的直流电压，即有功功率变送器。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控制电路的功能通过微机实现。调速器的调节规律由计算机实现。主机根据采集到的实时信息，按预先确定的控制规律进行调节量计算，计算结果经过D/A变换输出去控制电/液压转换，再由液压伺服系统控制原动机的输入功率，完成调速或调频的