第五章_电力系统频率及有功功率的自动调节.ppt
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1、第五章第五章第五章第五章 电力系统频率及有功电力系统频率及有功电力系统频率及有功电力系统频率及有功功率的自动调节功率的自动调节功率的自动调节功率的自动调节电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理发电自动控制示意图发电自动控制示意图电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理第一节第一节电力系统的频率特性电力系统的频率特性v一、概述一、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
2、降。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理第一节第一节电力系统的频率特性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机组的动能电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理电力系统的频率特性电力系统的频率特性电网频率变动情况tP持续分量持续分量脉动分量脉动分量随机分量随机分量负荷瞬时变动情况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
3、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电力系统自动装置原理自动装置原理二二 电力系统负荷的功率电力系统负荷的功率频率特性频率特性 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
4、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,电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理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。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理电力系统的频率特性电力系统的频率特性v电力系统负荷的功率电力系统负荷的功率 -频率特性频率特性 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 。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负荷调节效应。fPLfNf
5、bPLNPLbab负荷的频率调节效应系数电力系统电力系统自动装置原理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在电力系统运行中,允许频率变化的范围是很小的,负荷,负荷有功频率静态特性用一条近似直线来表示。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13之间。取决于负荷的性质,与各类负荷所占的比例有关取决于负荷的性质,与各类负荷所占的比例有关。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理例例5-1某某电力系力系统中中,与与频频率无关的率无关的负负荷占荷占30,与与频频率一次方成率一次方成比例的比例的负负荷占荷占40
6、,与与频频率二次方成比例的率二次方成比例的负负荷占荷占10,与与频频率三次方成比例的率三次方成比例的负负荷占荷占20.试试求当系求当系统频统频率由率由50HZ下降到下降到47HZ时时,负负荷功率荷功率变变化的百分数及其相化的百分数及其相应应的的KL*的大小的大小.解解:由公式可以求出由公式可以求出频频率下降到率下降到47HZ时时系系统统的的负负荷荷为为:PL*a0+a1f*+a2f*2+a3f*3=0.3+0.40.94+0.10.942+0.20.943=0.93则则PL%=(1-0.93)100%=7%f%=(1-47/50)100%=6%于是于是KL*=PL*%/f*%=7/6=1.17
7、电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理例例5-2某某电电力系力系统总统总有功有功负负荷荷为为3200MW(包括包括电电网的有功网的有功损损耗耗),系系统统的的频频率率为为50HZ,若若KL*=1.5,试试求求KL.解解由式由式(4-8)(4-8)可得可得KL=KL*(PLN/fN)=1.5(3200/50)=96(MW/HZ)若系若系统负统负荷增荷增长长到到3650MW3650MW时时,则则有有KL=1.5(3650/50)=109.5(MW/HZ)*由此可知由此可知,KL的数的数值与系与系统的的负荷大小有关荷大小有关.电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理三、发电机组的功率三、发电机组的
8、功率频率特性频率特性电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理三、发电机组的功率三、发电机组的功率频率特性频率特性v(一)发电机的功率(一)发电机的功率-频率特性频率特性 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*1.01.0电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理三、发电机组的功率三、发电机组的功率频率特性频率特性v(一)发电机的功率(一)发电机的功率-频率特性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。Pf1233aa”a”电力系统电力系统自动装置原理自动装
9、置原理有调速系统的发电机功率有调速系统的发电机功率-频率特性: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PGfPGbPGaPGfabfNf1电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理(二)调差特性与机组间有功功率分配的关(二)调差特性与机组间有功功率分配的关系系两机组间的功率增量分配P1P2fABCfNP1P2P1P2P1P2PLPf1 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。电力系统电力
10、系统自动装置原理自动装置原理电力系统电力系统自动装置原理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PiNRi*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。几点注意几点注意电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理(三)调节特性的失灵区三)调节特性的失灵区失灵度fPfWfWPWPWfNPN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
11、.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。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理(四)电力系统的频率特性(四)电力系统的频率特性v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。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理(四)电力系统的频率特性(四)电力系统的频率特性v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。无调速有调速到状态b,PL未变,PG没
12、增加到状态c,再调可以到状态dPfPL=f(f)PL1=f(f)aPLfNbdPL1PLcPL2f3f2PL1PL2PG=f(f)调速器的调节作用被称为一次调节。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理电力系统的频率特性电力系统的频率特性v思考题思考题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。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理第二节第二节 调速器原理调速器原理 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比例积分微分(PID)调速器按其
13、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:电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理一一 机械液压调速器机械液压调速器1 工作原理工作原理 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理2 调调速系统框图速系统框图 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理3 转速给定装转速给定装置置调节过程调节过程4 机组静特性平行移动机组静特性平行移动 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理转速给定装置调节过程A C BD F E
14、A C BD F EA C BD F EA C BD F E电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理二二 功率功率频率电液调速器频率电液调速器 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理1 转速测量转速测量 A 磁阻发送器磁阻发送器 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。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原
15、理B 频率频率电压变送器电压变送器 3)频率电压变送器的输出特性 2)工作波形1)方框图 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理频率电压变送器的工作波形 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理2 功率测量功率测量 B3421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。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理UGEHTBiTAic电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理3 转速和功率给定环节转速和功率给定环节 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
16、及液压系统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 调速器的工作调速器的工作 电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理三三 数字式电液调速器数字式电液调速器 控制电路部分的功能用微机实现。电力系统电力系统自动装置原理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,完成调速或调频的任务。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理第三节第三节 电力系统频率调节系统及其特性电力
17、系统频率调节系统及其特性 一一 调节系统的传递函数调节系统的传递函数 1 调速器的传递函数调速器的传递函数 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:调速器的输出量调速器的输出量 表达为表达为给定值给定值 和频率和频率 两输入量两输入量间的关系。间的关系。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理1 调速器的传递函数调速器的传递函数 调速器的传递函数表示了调速器的传递函数表示了原动机调节量原动机调节量与与控制指令信号控制指令信号及系统频率间及系统频率间的动态特性。的动态特性。电力系统电力系统自动装置
18、原理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 原动原动机机的传递函数的传递函数 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。电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理3 调速器调速器+汽轮机汽轮机F(s)PT(s)Pc(s)XB(s)Gn(s)GT(s)+-F(s)PT(s)Pc(s)GnT(s)+-KnKT=1调速器调速器 汽轮机汽轮机电力系统电力系统自动装置原理自动装置原理汽轮机发电机模型原理示意图汽轮机发电机模型原理示意图电力系统电力系统自动装置原理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
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