第三章电力系统频率及有功功率的调节

第三章电力系统频率及有功功率的自动调节一、电力系统的频率特性二、调频与调频方程式三、电力系统的经济调度与自动调频四、电力系统低频减载目的要求：了解电力系统调频的实质和重要性；了解负荷的静态频率特性及负荷调节效应；了解调速器的工作原理及其静态调节特性、配有调速器的发电机组的功率频率特性.重点：负荷的静态频率特性及负荷调节效应难点：电力系统的功率-频率特性分析第一节电力系统的频率特性一、概述1)并列运行的每一台发电机组的转速与系统频率的关系为：式中P——发电机组转子极对数n——发电机组的转数（r/min）f——电力系统频率（Hz）显然，电力系统的频率控制实际上就是调节发电机组的转速。60pnf第一节电力系统的频率特性2)电力系统频率一致。3)任一时刻，发供平衡。4)负荷增加时，系统出现了功率缺额，机组的转速下降，整个系统的频率降低。5)调频与有功功率调节是不可分开的。6)调频是一个要有整个系统来统筹调度与协调的问题，不允许任何电厂有一点“各自为政”的趋向。7)调频与运行费用的关系也十分密切。8)力求使系统负荷在发电机组之间实现经济分配。第一节电力系统的频率特性9）负荷的变动情况可以分成几种不同的分量：一是变化周期一般小于10s的随机分量；二是变化周期在10s～3min之间的脉动分量；三是变化周期在3min以上的持续分量，负荷预测预报这一部分。10）第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来调整原动机的输入功率，这称为频率的一次调整。11）第二种负荷变化引起的频率偏移较大，必须由调频器参与控制和调整，这称为频率的二次调整。12）第三种负荷变化，调度部门的计划内负荷，这称为频率的三次调整。第一节电力系统的频率特性第一节电力系统的频率特性二、电力系统负荷的调节效应1）当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变，即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，是负荷的静态频率特性，也称作负荷的调节效应。)(fFPL2）电力系统中各种有功负荷与频率的关系负荷的功率—频率特性一般可表示为式中—额定频率—系统频率为f时，整个系统的有功负荷—系统频率为额定值时，整个系统的有功负荷—为上述各类负荷占的比例系数nNLNnNLNNLNLNLffPaffPaffPaPaP)()()(2210NfLPLNPNfnaaa,...1,0LNP第一节电力系统的频率特性将上式除以PLN，则得标么值形式，即通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，如忽略其影响，并将上式对频率微分，得称为负荷的调节效应系数。*2*3*21**32LLKfafaadfdP*LKNLNLLffPPfPfPK//%%***第一节电力系统的频率特性第一节电力系统的频率特性说明：1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。2）称为负荷的频率调节效应系数。3）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与频率的关系曲线可近似地视为具有不变斜率的直线。这斜率即为。4）表明系统频率变化1%时，负荷功率变化的百分数。5）对于不同的电力系统，值也不相同。一般=1-3。即使是同一系统的，也随季度及昼夜交替导致负荷组成的改变而变化。*LK*LK*LK*LK*LK*LK第一节电力系统的频率特性例3-1某电力系统中，与频率无关的负荷占30％，与频率一次方成比例的负荷占40％，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47Hz时，负荷功率变化的百分数及其相应的值。第一节电力系统的频率特性解由（3-3）式可求出当频率下降到47Hz时系统的负荷为则于是nnLNLfafPafaaP*2*2*10*3294.02.094.01.094.04.03.093.0166.0088.0376.03.07100)93.01(%LP17.167%%*fPKLL第一节电力系统的频率特性例3-2某电力系统总有功负荷为3200MW（包括电网的有功损耗），系统的频率为50Hz，若，求负荷频率调节效应系数KL值。解：若系统KL*值不变，负荷增长到3650MW时，则即频率降低1Hz，系统负荷减少l09.5MW，由此可知，KL的数值与系统的负荷大小有关。5.1*LK)/(965032005.1*HzMWfpKKeleLL)/(5.1095036505.1*HzMWfpKKeleLL第一节电力系统的频率特性三、发电机组的功率—频率特性a)发电机组转速的调整是由原动机的调速系统来实现的。b)通常把由于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—频率特性或调节特性。c)发电机组的功率—频率特性取决于调速系统的特性。第一节电力系统的频率特性(一)机械式调速器简介1）两个重锤开度减小——A降至A′——C点尚未移动——B点降至B′点——D点代表有伺服马达控制的转速整定元件，它不会因转速而变动——E、F下降至E′、F′。——活塞提升，——汽门提升，进汽量增加——转速就会回升。第一节电力系统的频率特性2）转速上升时——重锤开度增加——A、B、E、F各点也随之不断改变；这个过程要到C点升到某一位置时，比如C′′，即汽门开大到某一位置时，机组的转速通过重锤的开度使杠杆DEF重新回复到使Ⅱ的活门完全关闭的位置时才会结束，这时B点就回到原来的位置。3）由于C′′上升了，所以A′′必定低于A。这说明调速过程结束时，出力增加，转速稍有降低。4）调速器是一种有差调节器。5）通过伺服马达改变D点的位置，就可以达到将调速器特性上下平移的目的。第一节电力系统的频率特性（二）发电机的调差系数同步发电机的频率调差系数R负号表示发电机输出功率的变化和频率的变化符号相反。调差系数R的标幺值表示为上式又称为发电机组的静态调节方程。GPfR***//GGeGeePfPPffR0***GPRf第一节电力系统的频率特性在计算功率与频率的关系时，常常采用调差系数的倒数，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：对汽轮发电机组R*=(4-6)%或KG*=16.6-25；对水轮发电机组R*=(2-4)%或KG*=25-50；***1fPRKGG第一节电力系统的频率特性（三）调差特性与机组间有功功率分配的关系曲线①代表1号发电机组的调节特性。曲线②代表2号发电机组的调节特性。系统频率为fe：线段CB的长度所示系统总负荷ΣPL。1号机承担的负荷为P1，2号机承担的负荷为P2，于是有P1+P2=ΣPL第一节电力系统的频率特性系统频率稳定在f1：1号机组的负荷增加了ΔP12号机组的负荷增加了ΔP2两台机组增量之和等于ΔPL可得此式表明：在发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比。*1*2*2*1RRPP第一节电力系统的频率特性（四）调节特性的失灵区由于测量元件的不灵敏性，对微小的转速变化不能反应，调速器具有一定的失灵区，因而调节特性实际上是一条具有一定宽度的带子。不灵敏区的宽度可以用失灵度ε来描述，即式中ΔfW—调速器的最大频率呆滞有失灵区产生的分配功率上的误差为（用标幺值表示）：ewffRPw第一节电力系统的频率特性1）ΔPW*与失灵度ε成正比，而与调差系数R*成反比。过小的调差系数将会引起较大的功率分配误差，所以R*不能太小。2）如果不灵敏区太小或完全没有，那么当系统频率发生微小波动时，调速器也要调节，这样会使阀门的调节过分频繁。第一节电力系统的频率特性四、电力系统的频率特性发电机组的功率-频率特性与负荷的功率-频率特性曲线的交点就是电力系统频率的稳定运行点。第一节电力系统的频率特性a点：fe，PLb点：负荷增加ΔPL，负荷静态频率特性变为PL1，无调速器，频率稳定值下降到f3，取用功率仍然为原来的PL值c点：调速器一次调节，增加机组的输入功率PT。频率稳定在f2d点：调频器二次调节，增加机组的输入功率PT。频率稳定在fe第二节调频与调频方程式一、有差调频法1)调频方程式：有差调频法指用有差调频器进行并联运行，达到系统调频的目的的方法。有差调频器的稳态工作特性可以用下式表示，即Δf+RΔPc=0式中Δf、ΔPc——调频过程结束时系统频率的增量与调频机组有功功率的增量R——有差调频器的调差系数第二节调频与调频方程式2）调频过程：•调频器的调整是向着满足调频方程式的方向进行的。第二节调频与调频方程式3）机组间有功功率的分配：当系统中有n台机组参加调频式中Δf—系统的频率增量Ri—第i台机组的调差特性ΔPCi—第i台机组的有功功率增量（调频功率)0002211CnnCCPRfPRfPRf第二节调频与调频方程式设系统的负荷增量（即计划外的负荷）为ΔPL，则调节过程结束时，必有上式也可以写为其中是系统的等值调节系数则每台调频机组所承担的计划外负荷为xncnccLRfRRRfPPPP)1...11(...21210cxPRfnxRRRR1...11121)......3,2,1(niPRRPLixCi第二节调频与调频方程式4）优缺点：1、各机组同时参加调频，没有先后之分2、计划外负荷在调频机组间是按一定的比例分配的3、频率稳定值的偏差较大第二节调频与调频方程式二、主导发电机法1）调频方程式：式中ΔPci—第i调频发电机的有功增量Ki—功率分配系数)()2()1(011112nPKPPKPfnnCnCC发电机发电机＝，主导发电机发电机第二节调频与调频方程式2）调频过程：设系统负荷有了新的增量ΔP，主导发电机调频器的调节方程的原有平衡状态被首先打破，无差调频器向着满足其调节方程的方向对机组的有功出力进行调整，随之出现了新的ΔP1值，于是其余n－1个调频机组的功率分配。方程式的原有平衡状态跟着均被打破，它们都会向着满足其功率分方程的方向对各自机组的有功出力进行调节，即出现了“成组调频”的状态。调频过程一直要到ΔPC1不再出现新值才告结束。第二节调频与调频方程式3）机组间有功功率的分配：调频结束时必有而各调频机组分担的频率为式中上式说明各调频机组间的出力也是按照一定的比例分配的。0)......1(1111fPKKPPcnnicifhefhexifhenciPKKPKKKP111......111......1nxKKK第二节调频与调频方程式4）优缺点：1、各调频机组间的出力也是按照一定的比例分配的。2、在无差调频器为主导调频器的主要缺点是各机组在调频过程中的作用有先有后，缺乏“同时性”。第二节调频与调频方程式三、积差调频法（同步时间法）1）调频方程式：积差调频法（或称同步时间法）是根据系统频率偏差的累积值进行工作的。单机积差调节的调频方程式为：式中K-调频功率比例系数0cPKfdt第二节调频与调频方程式2）调频过程：在t=0时：f=fe、∫Δfdt=0、ΔPc=0，上式是得到满足的。在t1-tA时：负荷增大，频率下降，出现了Δf0􀁺左端∫Δfdt不断增加其负值，使该式的原有平衡状态遭到破坏调节器向着满足上式的方向进行调整，增加机组设定功率ΔPc直到Δf=0,这时f=fe，∫Δfdt=A=常数，调节过程才会结束ΔPc=PCA=−A/K保持不变。第二节调频与调频方程式在t2-tB时：负荷减小，频率升高，Δf0，∫Δfdt向正方向积累，使其负值减小平衡被破坏，调节器动作，减小功率的设定值ΔPc直到频率恢复到fe，调节过程结束，这时有Δf=0，∫Δfdt=B=常数，发电机的出力为CACBcPKBPP由此可见，积差调节法的特点是调节过程只能在Δf=0时结束，，此常数与计划外负荷成正比。常数cPKfdt第二节调频与调频