电力系统频率及有功功率的自动调节

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1、第五章 电力系统频率及有功 功率的自动调节电力系统 自动装置原理第一节 电力系统的频率特性v 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：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

2、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 每秒钟转数 系统频率 正常情况 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

3、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v 电力系统负荷的功率 - 频

4、率特性负荷的静态频率特性：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 。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。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13之间 。fPLfNfbPLNPLba b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

5、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。5. 负荷的频率调节效 应系数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

6、性用一 条近似直线来表示。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51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。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*f*PG*MG*1.01.0Pf123 3aa”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：有差调节调差系数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。PGfPGbPGaPGfabfN f1P1P2f ABCfNP1P2P1P2P

7、1P2PLPf1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3. 发电机组的功率频率静特性系数汽轮发电机组: 16.625 水轮发电机组: 2550 fPG2. 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P1P2P1P2PP12f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

8、以PieRi*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. 调节特性的失灵区失灵度fPfWfWPWPWfePe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：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？电力系统 自动装置原理电力系

9、统的频率特性v 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)aPLfNbdPL1PLcPL2f3f2PL1PL2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v 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。电力系统 自动装置原理第二节 调

10、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 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

11、置调节过程A C BD F EA C BD F EA C BD F EA C BD F E电力系统 自动装置原理转速给定装置调节过程B C AE F DB C AE F DB C AE F DB C AE F D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

12、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 B 3421电力系统 自动装置原理UG EHTBiTAic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

13、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 原动机电力系统 自动装置原理3

14、 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 电网部分(发电机、负荷及联络线） 负荷变化与发电机组输入功率变化的差值： 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 自动装置原理功率平衡关系式（标么值）电力系统 自动装置原理联络线功率增量关系式电力系统 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电力系统 自动装置原理PLi(s)PTi(s)Gpi(s)Pti(s)Fi(s)-+F(s) Pc(s)PL(s)GnT(s