《第五部分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《第五部分电力系统频率及有功功率的自动调节（84页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、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 电力系统 自动装置原理 第一节 电力系统的频率特性 v 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 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
2、 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 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 t P 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
3、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 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 v 电力系统负荷的功率 频率特性 负荷的静态频率
4、特性 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 f PL fNfb PLN PLb a b 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 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 电力系统 自动装置原理 例5 1 某电电力系统统中 与
5、频频率无关的负负荷占30 与频频率一次方成 比例的负负荷占40 与频频率二次方成比例的负负荷占10 与 频频率三次方成比例的负负荷占20 试试求当系统频统频 率由50HZ 下降到47HZ时时 负负荷功率变变化的百分数及其相应应的KL 的大小 解 由公式可以求出频频率下降到47HZ时时系统统的负负荷为为 PL a0 a1f a2f 2 a3f 3 0 3 0 4 0 94 0 1 0 942 0 2 0 943 0 93 则则 PL 1 0 93 100 7 f 1 47 50 100 6 于是 KL PL f 7 6 1 17 电力系统 自动装置原理 例5 2 某电电力系统总统总 有功负负荷为
6、为3200MW 包括电电网的有功 损损耗 系统统的频频率为为50HZ 若KL 1 5 试试求KL 解 由式 4 8 可得 KL KL PLN fN 1 5 3200 50 96 MW HZ 若系统负统负 荷增长长到3650MW时时 则则有 KL 1 5 3650 50 109 5 MW HZ 由此可知 KL的数值值与系统统的负负荷大小有关 电力系统 自动装置原理 三 发电机组的功率 频率特性 电力系统 自动装置原理 三 发电机组的功率 频率特性 v 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 P M f PG MG 1 0 1 0 电
7、力系统 自动装置原理 三 发电机组的功率 频率特性 v 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 P f 1 2 3 3 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 PG f PGbPGa PG f a b fN f1 电力系统 自动装置原理 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 两机组间的功 率增量分配 P1P2 f A BC fN P1P2P1 P2 P1 P2
8、 PL P 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 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 失灵度 f P fW fW PW PW fN PN
9、 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 v 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 v 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
10、频率的稳定运行点 无调速 有调速 到状态b PL未变 PG没增加 到状态c 再调可以到状态d P f PL f f PL1 f f a PL fN b d PL1 PL c PL2 f3 f2 PL1 PL2 PG 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 v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 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 v 比例积分 PI 调速器 v
11、 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 A C B D F E A C B D F E A C B D F E A C B D F E 电力系统 自
12、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
13、自动装置原理 2 功率测量 B 3 4 21 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 UG EH TB iTA ic 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 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
14、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 完成调速或调频的任务 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 调速器的传递函数 传递函数是分析调节系统性 能的重要工具 电力系统的 频率和有功功率调节系统 主要是由调速器 发电机与 原动机和电网环节组成 传 递函数分别讨论如下 调速器的输出量 表达为 给定值 和频率 两输入量 间的关系 电力系统 自动装置原理 1 调速器的传递函数 调速器的
15、传递函数表示了原动机调节量与控制指令信号 及系统频率间的动态特性 电力系统 自动装置原理 简单的汽轮机的传递函数 再热式汽轮机的传递函数 水轮机的传递函数 2 原动机的传递函数 调速器根据转速变化控制进入原动机的动力元素 下面进一步讨论原动机的传递函数 电力系统 自动装置原理 3 调速器 汽轮机 F s PT s Pc s XB s Gn s GT s F s PT s Pc s GnT s KnKT 1 调速器 汽轮机 电力系统 自动装置原理 汽轮机发电机模型原理示意图 电力系统 自动装置原理 现代电力系统的规模越来越大而且互联 即一个地区的 电力系统与另一个地区的电力系统相互连接起来构成更
16、大的 系统 因此 系统的频率和功率调节以地区系统为基础作为 控制区 把每个控制区作为一个等效的同步发电机群来进行 调节 现在来研究一个通过联络线路与其他控制区相互连接 的控制区i的一次调节系统的传递函数 4 单区域系统 电网部分 发电机 负荷及联络线 控制区3 控制区2 控制区1 控制区i 电力系统 自动装置原理 1 发电机组动能提供的功率增量 2 负荷的频率调节效应而引起的负荷功率变化 3 联络线上功率的变化 4 单区域系统 电网部分 发电机 负荷及联络线 控制区3 控制区2 控制区1 控制区i 负荷变化与发电机组输入功率变化的差值 假设在控制区i中 突然有一 个量值为 的负荷变化 由 于调速器的作用 这个区域 频率变化为 发电机组 的输入功率相应变化了 电力系统 自动装置原理 功率平衡关系式 有名值 电力系统 自动装置原理 PLi s PTi s Gpi s Pti s Fi s 功率平衡式的框图 电力系统 自动装置原理 Pti s Fi s F3 s F2 s F1 s 联络线功率增量框图 联络线功率增量关系式 电力系统 自动装置原理 PLi s PTi s Gpi s Pti
