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1、第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 电力系统频率 及有功功率自动控制 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 第一节电力系统的频率特性 一、概述 负荷变动情况： 随机分量 频率高，幅度小 脉动分量 周期1030min， 幅度较大 持续分量 变化缓慢 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 第一节电力系统的频率特性 一、概述 负荷变化必将导致电力系 统有功功率不平衡，（发电 机功率调节缓慢），系统频 率发生波动。 负荷变化对系统频率产 生的影响主要是脉动分量和 持续分量。 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 二、负荷功率-频率特性 负荷有功功率与频率关系分类： （1）与频率变化无关的负荷
2、，如照明、电弧炉、电 阻炉、整流负荷等； （2）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； （3）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； （4）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； （5）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。 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 负荷功率-频率特性： PL- 一定频率下的负荷有功功率 PLN- 额定频率时，系统总负荷 ai- 与频率次方成关系的各类负荷占PLN比例系数 标幺值形态： n N LNn N LN N LN
3、N LNLNL f f Pa f f Pa f f Pa f f PaPaP + + + +=L 3 3 2 210 当频率为额定值50HZ时： 1 3210 =+= nL aaaaaPL 各类负荷比例系数相加为1 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 二、负荷功率-频率特性 负荷静态频率特性： 当系统频率下降时， 负荷取用的有功功率将 减少； 当系统频率下降时， 负荷取用的有功功率将 减少； 当系统频率上升时， 负荷取用的有功功率将 增加； 这种现象称为负荷的 频率调节效应。 当系统频率上升时， 负荷取用的有功功率将 增加； 这种现象称为负荷的 频率调节效应。 有利于系统在新的频率下平衡
4、第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 二、负荷功率-频率特性 负荷的频率调节效应系数： 对负荷静态频率特性PL*方程求导： 1 2 321 32 += n n L L fnafafaa df dP KL KL*称为负荷的频率调节效应系数 表达负荷标幺值相对频率标幺值的变化率 负荷的频率调节效应系数 表达负荷标幺值相对频率标幺值的变化率。KL*越 大，表明频率变化一个百分点的负荷变化百分数越 大；KL*越小，则表明负荷变化小。 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 二、负荷功率-频率特性 将有功负荷与频率关系曲线在额定频率附近小范围 直线化：斜率为 = f P tgK L L 有名值表达：
5、)/(HzMW f P K L L = 换算关系： LN N LL P f KK= 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 二、负荷功率-频率特性 例71 某电力系统中，与频率无关的负荷占20 ，与频率一次方成比例的负荷占50，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49.5Hz时，负荷功 率变化的百分数及其相应的KL*值。 解：当频率下降到49.5Hz时系统的负荷为 22 *01 *2 *3 *L Pfff =+ 23 0.2 0.5*0.99 0.1*0.99 0.2*0.99 0.987 =+ = 3 . 1100*)987. 01
6、(%= L P3 . 1 1 3 . 1 % % * = = f P K L L 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 二、负荷功率-频率特性 计算方法的比较： 也可以采用对PL*求导方式求KL* 1 2 321 32 += n n L L fnafafaa df dP KL 286. 1 99. 02 . 0399. 01 . 025 . 0 2 = += 对比两者结果，可以看到 由小变化求KL*与用求导方式 结果的不同。实际电力系统的 负荷频率调节效应系数不是一 个常数，而随着所选频率点不 同而不同。 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 三、发电机组功率-频率特性 负号表示发电机输出
7、功 率的变化和频率的变化符 号相反 负号表示发电机输出功 率的变化和频率的变化符 号相反。 (一）发电机组功率-频率特性曲线（有差调节特性） 调差系数R的标幺值表示为 发电机组调差系数发电机组调差系数 发电机组静态 调节方程 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 三、发电机组功率-频率特性 KG*发电机的功率-频率特性系数，或原动机的 单位调节功率。 一般发电机的调差系数或单位调节功率，可采用 下列数值： 汽轮发电机组 R*=46%或KG*=16.625； 水轮发电机组 R*=24%或KG*=2550 调差系数的倒数表示为KG* 发电机组调差系数 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 等值
8、机组有功调差系数 四、调差特性与机组有功功率分配 N N P f f R P = 1 = = n i i GiN GiN R P P R 1 * 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 = = n i i GiN GiN R P P R 1 * 等值机组有功调差系数 等值机组无功调差系数 i GiN GiN Q Q = 若干台发电机组并联运行，有功与无功的对偶关系 有功调差系数 fPUQ = G P f R 无功调差系数 = Q U 频率变化 = G PRf 电压变化 =QU 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 五、电力系统的频率特性 有调节器为c点， f下降，频率下的 PL由负荷减少PL
9、1 和发电机增加PL2平 衡。 称为一次调频。 为有差调频为有差调频 a点运行，增PL， 无调节器为b点； 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 五、电力系统的频率特性 一次调频动态过程 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 五、电力系统的频率特性 一次调频动态过程特点： 1。系统有功功率平衡破坏时，系统频 率发生变化，各调频机组同时参加调 整，没有先后之分。 2。频率变化初期为单边下降，随后各 机组调频器动作，频率经一个过渡过 程后稳定。 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 一次调频动态过程特点： 3。 频率调整的结果，由， f0，即调整的结果不能保持原有系统频 率，调整是有差的，并
10、且系统有功功率变 化量P愈大，f也愈大。 N N P f f R P = 1 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 一次调频动态过程特点： 4。 有功功率变化量按一定比例在 各调频机组间分配。各调频机组所 承担的有功功率变化量与该机组的 调差系数成反比，改变调差系数可 改变该调频机组承担的有功功率变 化量。 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 五、电力系统的频率特性 改变调节器整定 值，增加PL1，系统 频率恢复为fe,增量 PL全部由发电机承 担，称为二次调频二次调频。 一次调频为有差调节，稳 定点为c点，f下降。 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 二次调频动态过程 第七章 电力
11、系统频率及有功功率自动控制 第二节 功率频率调节系统及其特性第二节 功率频率调节系统及其特性 n； P； PID 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 1。电液转换及液压系统 经PID调节的电量（电 压、电流）加在线圈 上；吸引线圈中的铁心 向下，关小调节油阀； 原压力油的排油受压增 大，即增大向继动器的 油压；使蝶阀下行，进 而油动机活塞上行，开 大调节汽阀，增大输入 功率。 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 二数字式电液调速器 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 调速器的工作 按发电机组是否并入电网两种情况来讨论调整器的 工作。 1。发电机组未并网时发电机组未并网时，功率测值及
12、功率给定值信号 均为零。按按 nEF-n 进行调节进行调节，给定转速给定值nREF 的对应电压。得电压差值 U n=mn(nREF-n) 电压差与(nREF-n)转速差成正比，与功率无关。经 频差放大器、 PID 调节等环节 , 由电液转换器去控 制调节汽阀的开度 , 改变机组的转速 , 使 (nREF-n） 值趋于零 , 转速 n 趋于给定转速为止 。 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 2. 机组在并网情况下运行时 按 机组在并网情况下运行时 按nREF-n 和和 PREF-P进行调节进行调节 功率测值 P 与 PREF之差值信号为 Un=mn (nrefnG)= mnn (V) 频率
13、测值f 与 fREF之差值信号为 Up=mp(PrefPG)= mpP (V) f与转速有对应关系 PID调节将两差值综合 调节的结果是使方程右边的调节量为零 , 调节结束。 I=+ 或UPm R f m Pf 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 第三节 电力系统自动调频方法方法 一、虚有差调节法虚有差调节法 各调频机组调节准则为： 111 1 ()0 i Gck k fRPP = += 222 1 ()0 i Gck k fRPP = += 1 ()0 i Giciik k fRPP = += ： ： 调节结束： f = 0 各调频机组的出力 1 i ckkk k PP = = 按功分配
14、系数比 承担功。在调节过 程中是有差的。但调 节结果是无差的 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 二、积差调节法（同步时间法）积差调节法（同步时间法） 1。分散自动调频 调节准则：多个电厂按频率偏差对时间的积分 进行调节。 按频率偏差对时间的积分 进行调节。调节方程： 0=+ C Pkfdt =fdtKiP C 或 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 1。分散自动调频（同步时间法）同步时间法） 负荷增大，频率下 降，出现 f 0。左 端fdt 不断增加其 负值，使原有平衡状 态遭到破坏，调节器 增加机组的设定功率 Pc，直到 f = 0, 这 时 fdt =常数 ，产 生P1，调节过程
15、结 束。 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 2。集中制调频集中制调频 监控与数据系统 SCADA (Supervisory Contml And Data Acquisition) 在中心调所设置一套高精标准频发生器，取 用系统频，集中产生频差积分信号fdt，确定各 调频机组的调节，通过远动通道送向各调频电厂。 在调频电厂中设 一台有功功控制 器，根据运方式再 进分配各机组所应 承担的功 。 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 三、联合电力系统调频 若干个电网通过联络线连接构成联合电力系统。 频率联络线功率偏差控制频率联络线功率偏差控制 TBC (Tie line load frequency Bias Contml): 既按频差又按联络线路交换功率调节 , 最终维持的 是各地区电力系统负荷波动就地平衡 , 这实际上是多系 统调频观点，这种调频方式是大型电力系统或联合电 力系统中常用的一种方法。 第七章 电力系统频率及有功功率自动控制 ( 二 ) 频率联络线路功率偏差控制 (TBC) 采用频率联络线
