电力系统频率及有功功率的自动调节精选PPT.ppt
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1、电力系力系统频率及有功率及有功功率的自功率的自动调节第1页,此课件共84页哦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,使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,机组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。第2页,此课件共84页哦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由于系统负荷与原动机输入功率之间失去平衡所致。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
2、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。当系统机组输入功率与负荷功率失去平衡而使频率偏离额定值时,控制系统必须调节机组的出力,保证频率偏移在允许范围之内:一般偏差不超过0.2Hz,有些地区为0.1Hz机组的动能第3页,此课件共84页哦二二 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。v与频率变化无关的负荷,如照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等;v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;v与频率的二次方成比例的负
3、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;v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;v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,第4页,此课件共84页哦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。第5页,此课件共84页哦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
4、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。fPLfNfbPLNPLbab负荷的频率调节效应系数第6页,此课件共84页哦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,有功负荷,有功负荷频率静态特性用一条近似直线来表示。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。第7页,此课件共84页哦例例5-
5、1某电力系统中,与频率无关的负荷占与频率无关的负荷占30,与频率一次方成与频率一次方成比例的负荷占比例的负荷占40,与频率二次方成比例的负荷占与频率二次方成比例的负荷占10,与与频率三次方成比例的负荷占频率三次方成比例的负荷占20.试求当系统频率由试求当系统频率由50HZ下降到下降到47HZ时时,负荷功率变化的百分数及其相应的负荷功率变化的百分数及其相应的KL*的大小的大小.解解:由公式可以求出频率下降到由公式可以求出频率下降到47HZ时系统的负荷为时系统的负荷为:PL*a0+a1f*+a2f*2+a3f*3=0.3+0.40.94+0.10.942+0.20.943=0.93则则PL%=(1
6、-0.93)100%=7%f%=(1-47/50)100%=6%于是于是KL*=PL*%/f*%=7/6=1.17第8页,此课件共84页哦例例5-2某电力系统总有功负荷为某电力系统总有功负荷为3200MW(包括电网的有功包括电网的有功损耗损耗),系统的频率为系统的频率为50HZ,若若KL*=1.5,试求试求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)若系统负荷增长到若系统负荷增长到3650MW3650MW时时,则有则有KL=1.5(3650/50)=109.5(MW/HZ)*由此可知,KL的数值与系统的负荷大小有关.第
7、9页,此课件共84页哦三、发电机组的功率三、发电机组的功率频率特性频率特性第10页,此课件共84页哦三、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第11页,此课件共84页哦三、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”第12页,
8、此课件共84页哦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第13页,此课件共84页哦第14页,此课件共84页哦(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。第15页,此课件共84页哦第1
9、6页,此课件共84页哦v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;v多台机组调差系数等于零是不能并联运行的;v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。几点注意几点注意第17页,此课件共84页哦(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0.1%-0.7%调速器的最大频率呆滞机组的最大误差功率
10、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。第18页,此课件共84页哦(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。第19页,此课件共84页哦(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没增加到状态c,再调可以到状态dPfPL=f(f)PL1=f(f)aPLfNbdPL1P
11、LcPL2f3f2PL1PL2PG=f(f)调速器的调节作用被称为一次调节。第20页,此课件共84页哦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。第21页,此课件共84页哦第二节第二节 调速器原理调速器原理 v机械液压调速器:将转速的变化转变成离心 飞摆的位移量。v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v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
12、运行;v易实现多种控制信号的综合控制;v参数的调节灵活;v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:第22页,此课件共84页哦一一 机械液压调速器机械液压调速器1 工作原理工作原理 第23页,此课件共84页哦2 调调速系统框图速系统框图 第24页,此课件共84页哦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 第25页,此课件共84页哦转速给定装置调节过程A C BD F EA C BD F EA C BD F EA C BD F E第26页,此课件共84页哦二二 功率功率频率电液调速器频率电液调速器 第27页,此课件共84页哦1
13、 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。第28页,此课件共84页哦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 第29页,此课件共84页哦频率电压变送器的工作波形 第30页,此课件共84页哦2 功率测量功率测量 B3421
14、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。第31页,此课件共84页哦UGEHTBiTAic第32页,此课件共84页哦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 第33页,此课件共84页哦三三 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。第34页,此课件共84页
15、哦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。第35页,此课件共84页哦第三节第三节 电力系统频率调节系统及其特性电力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 v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
16、定值 和频率和频率 两输入量两输入量间的关系。间的关系。第36页,此课件共84页哦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及系统控制指令信号及系统频率间频率间的动态特性。的动态特性。第37页,此课件共84页哦v简单的汽轮机的传递函数 v再热式汽轮机的传递函数 v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 气阀位置 的改变导致进气量的改变,使汽轮机输入功率变动 ,因而引起发电机功率变化 .第38页,此课件共84页哦3 汽轮机发电汽轮机发电机组的传递机组的传递函数函数F(s)PT(s)Pc(s)XB(s)
17、Gn(s)GT(s)+-F(s)PT(s)Pc(s)GnT(s)+-KnKT=1调速器调速器 汽轮机汽轮机第39页,此课件共84页哦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、电网部分单区域系统、电网部分(发电机、负荷及联络线)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第40页,此课件共84页哦1)发电机组动能提供的功率增
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