电力系统频率及有功功率的自动调节

第五章电力系统频率及有功功率的自动调节每分钟转数n每秒钟转数60n系统频率60PnfmGimTiPP11正常情况mKiLmGimTiWdtdPPP111LmGimTiPPP11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。负荷的变动情况可以分成几种不同的分量第一种是频率较高的随机分量，其变化周期一般小于10s第二种为脉动分量，变化幅度较大，变化周期在10s一3min之间；第三种为变化很缓慢的持续分量。负荷的变化必将导致电力系统频率的变化，由于电力系统本身是一个惯性系统，所以对频率的变化起主要影响的是负荷变动的第二、三种分量。一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，可归纳为以下几类：nNLNnNLNNLNNLNLNLffPaffPaffPaffPaPaP332210nnLfafafafaaP*3*32*2*10*3.负荷的功率—频率特性一般表达式5.负荷的频率调节效应系数1*11*2*3*21***32mmnnnLLfamfnafafaadfdPK4.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。PLPLbPLafafbfboa当系统频率为额定值时，于是1*f1210aaaan1*LP例题分析见P127-128的例题5-1，5-2根据国内外系统的一些实例，有功负荷和频率的关系曲线接近于一条直线，直线斜率为：***fPtgKLLfPKLL用有名值表示为：有名值和标幺值的换算关系：LNNLLPfKK*二发电机组的功率—频率特性1）发电机组转速的调整是由原动机的调速系统来实现的。2）发电机组的功率—频率特性取决于调速系统的特性。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ofef1PGaPGbPGPGfabf2.发电机组的调差系数GPfR***GGeGePfPPffR又称发电机组的静态调节方程0***GPRf或4.调差特性与机组间有功功率分配的关系3.发电机组的功率—频率静特性系数****1fPRKGG汽轮发电机组:16.6-25水轮发电机组:25-50两台发电机并联运行的情况12P2P'2P2P1oP'1PP'P2PLP1f1feABC0***GGPfKfPKGG*1*2*2*1***0RRPPPRfG两机组间的功率增量分配*1*2*2*1***0RRPPPRfG两机组间的功率增量分配5.多机组间的功率增量分配**22*211*1*****1iGiNNGNNGiNGiiNGGNGGniiGiNNniGiNNNNniiGiNNniGiRPPPRPPPRPPRPPRPPRfRPPRPPPffRPRPffPPGiNNiGiiGiPffRPfRP****11若用一台等值机来替代对没有调节容量的机组(调差系数趋于无限大)应以为零代入；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*/iiNRP7.调节特性的失灵区*wNWfff失灵度*****/RPRPfRPffPfWfWPWPWfePe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。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PLPL2PL1PLPL2PL1Pf2feff3abcd)(ffPL)(1ffPL调频器的调节作用被称为二次调节2LLPP12LLPP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。1)调速器通常分为比例积分(PI)调速器比例—积分—微分(PID)调速器2)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：ⅢⅡⅠ出口出口高压油入口汽（水）AAABBCCDEEFFⅣ一机械液压调速器1工作原理如果C点和D点不动，A点向上移动时，带动F点也向上移动；如果A点和D点不动，C点向下移动时，带动F点也向下移动；如果A点和C点不动，D点向上移动时，带动F点向下移动。1）转速减小时—两个重锤开度减小—A降至A’—C点尚未移动—B点降至点B’—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。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。2调速系统框图转速反馈开度反馈放大执行--+ADFC蒸汽（机械杠杆反馈）（错油门、油动机）（飞摆测速机械）（汽机主轴）转速调节汽阀汽阀开度（同步器输出）转速给定机械加法器汽机调速器的控制电动机（即调频器或同步器）的正转或反转可以使D点位置作上下移动。用于控制调节特性的上下移动。功率—频率电液调速系统由转速测量、功率测量及其给定环节，电量放大器和电液转换及液压系统等部件组成。二功率—频率电液调速器简化的功率—频率电液调速系统原理图1转速测量A磁阻发送器工作原理：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。作用：是将转速转换为相应频率的电压信号。组成：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。B频率—电压变送器2）工作波形限幅放大整形微分单稳射跟滤波磁阻发送器高精度稳压电源输出电压nU1）原理方框图作用:将磁阻发送器输出的脉冲信号转换成与转速成正比的输出电压值。3）频率—电压变送器的输出特性单位时间内，单稳态触发器输出正脉冲数与磁阻变送器的输出信号的频率成正比，也就是与汽轮机的转速n成正比。2功率测量810cosBidREcHHB3421霍尔效应：把一片半导体薄片放在磁场中，并使磁力线与薄片平面垂直，当在薄片的1.2端通以电流i时，则在垂直于磁场方向和电流方向的3.4端就会有电动势产生。功率测量常用磁性乘法器和霍尔效应原理等作用：将发电机的有功功率转换成与之成正比的直流电压UGEHTBiTAictIUEttIUKKKBiKEtIKiKBtUKuKiMMHMMcHMMGc2coscos2sinsinsinsin32132211单相霍尔功率变送器霍尔电动势的平均值正比于有功功率，这就是霍尔元件测量单相有功功率的基本原理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1）未并网时)(GREFnnnnmU机组转速与给定转速之差的电压值为0)(GREFnnnnmUnUGREFnn2）并网时RfmUff发电机输出功率与给定功率之差的电压值信号和频差放大器输出电压值信号之和给PID调节，控制电液转换器调节汽阀开度，稳态时输入PID的电压信号为0，即00PfKPmRfmGPf取则得调速器的特性pfmm将送入频差放大器，经PID调节、功率放大器等环节，由电液转换器去控制调节汽阀的开度，改变机组转速使转速为止，即达到调速目的。pmUpp0PfUU三数字式电液调速器控制电路部分的功能用微机实现。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dtXKXXKdtXdEBEB33ssXKsXEB3sFRsPsGsXsFRsPsTKsXsFKKsPsKKKKsXKsKsFKsPKsXsFKsPKsXKsKsXKsPKsFKsXKscnBcnnBcBcBcBBcB111111214342341212344213BcEcDABDAEXKPKfKXPkXfkXXKXKXKX42121421sXKsPKsFKsXBcE4211）简单汽轮机的传递函数2）再热式汽轮机的传递函数3）水轮机的传递函数2原动机的传递函数TTBTTsTKsXsPsG1rTrTBTTsTsTsKrTKsXsPsG111sTsTsXsPsGWWBTn5.0113调速器+汽轮机R1nnsTK1TTsTK1F(s)PT(s)Pc(s)XB(s)Gn(s)GT(s)+-R1TnsTsT111F(s)PT(s)Pc(s)GnT(s)+-KnKT=11)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(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：可由以下三方面平衡控制区3控制区2控制区1控制区itiiLiKiLTiPfKdtdWPPiLiPTiPdtdWKiiLifKtiPsFsGsPsPsPsTKsGsFsTKsPsPsPfKWTKKsFsfKWKsPsPsPsPsFKsfWsPsPPfKdtfdfWPPdtfdfWdtdWWffWfffWffWPfKdtdWPPiPitiLiTiPiPiPiiP