《电力系统自动化第三版(王葵、孙莹编)第三章电力系统频率及有功功率的自动调节》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统自动化第三版(王葵、孙莹编)第三章电力系统频率及有功功率的自动调节（124页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节,电力系统的频率特性,1,频率是反映系统有功功率是否平衡的质量指标。 正常运行状态 全系统的频率是统一的； 如果有功功率出现差额，频率就会增加或减少； 频率改变量与有功缺额和系统频率特性有关。 事故运行状态 由于每台发电机的有功不平衡不一样，所以每台机组的频率变化不同； 其和功率不平衡量以及机组的转动惯量有关。,2,频率特性,3,系统频率的变化是由于发电机的负荷功率与原动机输入功率之间失去平衡所致。 为什么系统在频率变化后能稳定于一个新的频率？ 由电力系统频率特性决定。,4,5,(10 s),(10 s3min),(一次调频),(二次调频),(负荷预测)
2、,各种有功负荷与频率的关系，可以归纳为以下几类： 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 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。,6,电力系统负荷的调节效应,7,负荷的综合功率-频率特性一般可表示为,有功负荷是和频率相关的，即,有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率-频率特性，是负荷的静态频率特性，也称作负荷的调节效应。,8,当系统的频率为额定值时， ， ，于是,一
3、般的情况下，计算时通常取到三次方项即可，因为系统中与频率高次方成比例的负荷很小，一般可以忽略。,（3-2）,将上式除以 ，则得标么值形式，即,(3-1)式或(3-2)式称为电力系统有功负荷的静态频率特性方程。,9,负荷的频率调节效应,10,定义为负荷的频率调节效应系数。,（3-3）,为了反映有功功率随频率变化的程度，将,由于通常系统运行频率变化不大，可认为 。,系统的 值决定于负荷的性质，它与各类负荷所占总负荷的比例有关。,11,也可用有名值表示为,有名值与标么值之间的换算关系为,（3-5）,（3-6）,是个无量纲的常数，它表明系统频率变化1时有功负荷功率变化的百分数。,一般在13之间。同时每
4、个系统的 值亦随季节及昼夜交替而有所变化。,它表明系统频率变化1Hz，系统负荷有功功率的变化量。,12,解:,例3-1 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。求系统频率由50Hz下降到47Hz时，负荷功率变化的百分数及其相应的 值。,则,于是,13,解: 从式（3-6）可得,（MW/Hz）,若系统的 值不变，负荷增长到3650MW时，则,（MW/Hz）,即频率降低1Hz，系统负荷减少l09.5MW，由此可知， 的数值与系统的负荷大小有关。调度部门只要掌握了 值后，很容易求出 的值，从而得到频率偏移量
5、与功率调节量间的关系,例3-2 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 ，求负荷频率调节效应系数 值。若 ，负荷增长到3650MW时，KL又是多少？,发电机组转速的调整是由原动机的调速系统来实现的。 当系统的负荷变化引起频率改变时，发电机组的调速系统工作，改变原动机进汽量(或进水量)，调节发电机的输入功率以适应负荷的需要。 通常把频率变化与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，或频率调节特性。,发电机组的功率-频率特性,14,发电机的频率调差系数,15,配有调速系统的发电机组的功率-频率特性,（3-7）, 发电机组的输出功率增量； 对
6、应于频率增量。,调差系数：,16,调差系数R的标幺值表示为,（3-8）,或写成,（3-9）,（3-9）式又称为发电机的静态调节方程。,17,发电机组调差系数主要决定于调速器的静态调节特性，它与机组间有功功率的分配密切相关。,对汽轮发电机组 或 ；,对水轮发电机组 或 。,在计算功率与频率的关系时，常常采用调差系数的倒数,发电机的功率-频率特性系数，或单位调节功率。,一般发电机的调差系数或单位调节功率，为下列数值：,调差特性与机组间有功功率分配的关系,18,在发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比 调差系数小的机组承担的负荷增量要大，而调差系数大的机组承担的负荷增量要小。 电力系统中，如果多
7、台机组调差系数等于零是不能并联运行的; 多台机组中有一台机组的调差系数等于零，也是不现实的。 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。,19,电力系统主要是由发电机组、输电网络及负荷组成； 发电机组的功率-频率特性与负荷的功率-频率特性曲线的交点就是电力系统频率的稳定运行点；,电力系统的频率特性,20,所有并列运行的发电机组都装有调速器，当系统负荷变化时，有可调容量的发电机组均按各自的频率调节特性参加频率的一次控制调整。 而二次频率控制调整只有部分发电厂（或发电机组）承担。电力系统中将所有发电厂分为调频厂和非调频厂。 调频厂承担电力系统频率的二次调整任务，而非调频厂只参加频率的
8、一次控制调整任务，或只按调度中心预先安排的负荷曲线运行，不参加频率的二次控制调整,21,电力系统的自动调频,22,电力系统负荷时刻都在变化的。,无功负荷变化 自动调压。,有功负荷变化 自动调频。,自动调频通过自动调频器来实现。,电力系统对自动调频的准确度要求较高 电力系统要求系统各点电压幅值可在（510）的范围变动； 频率对额定值的偏差一般不超过0.050.15Hz，相当于0.10.3%； 如频率下降到45Hz，其误差虽相当于-10，通常在事故情况下也是不允许的。,23,调频与调压的不同,系统内各节点的频率稳态值都必须相等 电力系统内任何两点经过归算后的电压幅值一般都是可以不相等的。 这个特点
9、使电力系统的无功功率的平衡与自动调压的问题大为简化。 一般都采取就地平衡、分别调压的办法，即在电力系统的每台发电机与调相机上都装有自动调压器，都分担着无功平衡的任务，对这些分别工作的调压器，调度中心不需要作集中的校正与调度。,24,25,但是频率问题完全不同：,（1）全系统要有统一的频率；,（2）调频要由全系统统一调度与解决；,（3）调频与运行费用的关系远比调压与运行费用的关系密切；,如何根据频率要求实现自动调频？,26,有差调频法,式中 、 调频过程结束时调频机组有功功率的增量与系统 频率的增量； 有差调频器的调差系数。,有差调频器的稳态工作特性可以用下式表示，即,（3-15）,只有式（3-
10、15）得到满足时，调频器才结束调节过程。,27,（3-15）,式（3-15）又称为调频方程式或调节方程式,28,当系统中有n台机组参加调频，每台机组各配有一套有差调频器时，全系统调频方程式可用下面的联立方程组来表示:,（3-16）,设系统的总负荷增量为 ，则调节过程结束时，必有,（3-17）,右端 是系统的等值调差系数。,调节过程,29,式（3-15）、式（3-16）、式（3-19）说明有差调频器具有下述优缺点。,可以求得每台调频机组所承担的计划外负荷为,（3-19）,当系统出现新的频率差值时，各调频器方程式的原有平衡状态同时被打破，因此各调频器都向同一个满足方程式的方向进行调整，同时发出改变
11、有功出力增量 的命令。调频器动作的同时性，可以在机组间均衡的分担计划外负荷，有利于充分利用调频容量。,1、各机组同时参加调频，没有先后之分,30,各调频器机组最终负担的计划外负荷 与 其调差系数成反比。,2、计划外负荷在调频机组间是按比例分配的,要改变各机组间调频容量的分配比例，可以通过改变调节系数来实现。负荷的分配是可以控制的，这是有差调节器固有的特点。,有差调节器不能使频率稳定在额定值，负荷增量增大，频率的偏差值也越大，这是有差调节器固有的特点。如系统的等值调差系数 ，当计划外负荷为 时，频率稳定值的偏差值 ，即0.3Hz，大大超过自动调频的允许范围。,3、频率稳定值的偏差较大,使用有差调
12、频时，需要用人工不断的进行校正，以减小频率稳定值的偏差，实质上是一种半自动的调频方式。 轮机的调速器就是有差调节器，机械式调速器还有失灵区，因此用调速器进行调频的系统，频率的偏差值就比较大。但由于调速器的历史悠久，随汽轮机交货，勿需另作投资，所以目前我国相当多数量的中小型电力系统仍在使用着调速器进行调频。,31,32,主导发电机法,无差调节器虽具有频率偏差值为零的优点，但无差调频器不能并联运行。,无差调频器的调节方程式为,在一台主要的调频机组上使用无差调频器，其余调频机组均只安装功率分配器，这样的调频方法称为主导发电机法，其调节方程组为,（3-20）,33,（3-21）,各调频机组间的出力也是
13、按照一定的比例分配的。,而各调频机组分担的功率为,（3-22）,最终不存在频率偏差； 作用有先有后，缺乏“同时性”； 调频容量的不能充分利用，整个调频过程较为缓慢。 稳态特性比较好，动态特性不够理想。,34,主导发电机法特点,分区调频法,35,分区控制误差（区域控制误差）,区域控制误差：,调频方程式：,36,第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节,电力系统经济调度与自动调频,37,机组经济负荷分配 考虑网损的机组经济负荷分配 AGC基本原理,38,主要内容,衡量安全性的指标：频率和电压偏移、设备过载等； 衡量运行经济性的指标：比耗量和线损率； 比耗量指生产单位电能所消耗的能源。例如火力发电厂
14、以克/千瓦时表示的煤耗率。 线损率指输电系统中损耗的电能占发出电能的百分数（6-10%）。 电力系统经济运行的目标是在满足一定安全条件下，使系统运行成本最低。 实际就是有约束条件的优化问题。,39,概述,经济负荷分配可节约0.5-1.5%的燃料； 机组经济组合可节约1-2.5%的燃料； 网损修正可节约0.05-0.5%的燃料； 水火电协调的经济效益 火电经济负荷分配效益；,40,经济调度的经济效益,锅炉输入燃料，输出蒸汽； 锅炉经济特性曲线即指锅炉的输入输出关系曲线，经济调度中主要用锅炉燃料耗量特性曲线和燃料耗量微增特性曲线。,机组经济特性曲线,41,锅炉燃料耗量及其微增率曲线,汽轮发电机组输
15、入量是蒸汽流量，输出电功率； 汽轮发电机组的主要经济特性是蒸汽耗量曲线和蒸汽耗量微增特性曲线,42,汽轮发电机组蒸汽耗量曲线及其微增曲线,43,机组耗量特性曲线,单位耗量：,耗量微增曲线用来按经济准则分配并列运行机组负荷，燃料耗量曲线用来计算燃料耗量，单位燃料耗量曲线主要用来编制机组经济组合计划。,44,机组间经济负荷分配,45,46,问题求解,按各发电设备耗量微增率相等的原则分配负荷最经济，即等耗量微增率原则。,47,两台发电设备间的负荷分配,48,不等式约束处理,迭代计算过程,49,迭代法计算机组功率分配过程如下：,（1）设置耗量微增率的初值 ；,（2）求与 对应的各发电设备应发功率 ；,
16、（3）校验 是否满足等式约束；,（4）如果不能满足， 时，取 ； 时，取 ，自第二步开始重复计算，直至满足等约束条件为止。,公共母管型锅炉分场，在锅炉之间分配总蒸汽负荷； 公共母线型发电厂内不同机组之间分配全厂总负荷； 忽略损耗时，各电厂分配电力系统负荷； 水电厂内各机组间分配负荷。,等微增率准则应用场合,50,网损及其微增率 约有5%-10%的电能消耗在传输中，输电和配电各占一半； 大约在三十年代就提出了如何在经济负荷分配中处理传输损失问题； 在四、五十年代人们用B系数解决了网损及其微增率的计算；,51,一、考虑网损的经济负荷分配,PL为网络损耗，则发电厂i的网损微增率为 物理意义：发电厂i增加单位出力时引起网络损耗的
