电力系统的频率调节PPT课件

电力系统的频率调节,1.调整频率的必要性电力系统频率的变化对用户产生不利影响。按电力部门规定，电网的额定频率为50HZ，大电网允许的频率偏差为0.2HZ。调整系统频率的主要手段是发电机原动机的自动调节系统。,2.频率的一次调整和二次调整,2.1频率的一次调整是所有发电机都要分担的调整任务，依靠调速器完成，只能做到有差调节。一次调频就是由发电机组调速系统的自身频率/功率特性对电网的控制，它主要是由发电机组调速系统的静态特性和动态调节规律来实现的。发电机组的一次调频功能对维持电网频率的稳定至关重要。,2.2发电机组调速系统一次调频静态特性机组原始工况：静特性曲线1(Pc1)上A点：机组目标功率Pc1；机组实际功率P1；机组频率f1；调速系统调差系数ep（速度变动率）=-。电网发生功率缺额，折算到机组的功率缺额：P3P1；一次调频作用：电网功率缺额，引起电网频率降低，如果不进行调节，发电机组调速系统则按静特性曲线1（Pc1），频率应降至f3，各机组根据频率偏差进行一次调频，使机组增发了功率Pf=P2P1，电网频率为B点f2。虽然该机组与电网上其它机组一起进行了一次调频，但电网频率为f2，不可能恢复到扰动前的f1。,图一,2.3二次调频作用：频率的二次调整就是通过手动或者自动地操作调速器使发电机组的静态频率特性平行地上下移动,从而使负荷变化引起的频率偏移保持在允许的范围内。如上图（一）：若电网二次调频将该机组的目标功率由Pc1修正为Pc2，则机组调速系统静特性由特性曲线1（Pc1）变为特性曲线2（Pc2）。最后的调节结果为特性曲线2（Pc2）上C点：机组目标功率Pc2、机组实际功率P3、机组频率f1；电网的功率缺额得以补偿，系统频率也恢复到扰动前的数值f1。,电网在负荷扰动后，电网频率产生偏差，各机组的调速系统根据频率偏差f和功率调差系数ep进行一次调频，在15以内的时间弥补了系统部分功率差值；在一次调频的基础上，电网AGC再经过二次调频重新修正相关机组的目标功率值。因此，调速系统通过两个信号输入端：频率（转速）输入端(一次调频)和机组目标功率输入端（二次调频）对电网的频率进行的调节，最终达到电网功率平衡和频率恢复规定的范围之内。,3永态转差系数bp对一次调频功能的影响,电网对水电机组一次调频性能要求：永态转差系数bp不大于4%。水电机组调差率ep定义为水轮机调节系统静态特性曲线上某一点斜率的负数。水轮机调节系统静态特性曲线指调节平衡状态时被调节参数-转速与机组出力之间的关系表示。而机组并网后，转速与频率存在如下关系：f=。其中，f为频率，n为机组转速，p为水轮发电机组磁极对数，故调节系统静态频率特性也常表示频率与机组出力之间的关系。永态转差系数bp定义为调速器静特性曲线上某一点斜率的负数。,调速器静特性曲线以控制导水叶机构的执行元件-接力器行程为横坐标，表征调速器调节平衡状态下，转速（频率）与接力器行程的关系。,图（二）水轮机调节系统静态特性,图（二）中：Xf-机组频率的相对值；fg-机组频率；fr-额定频率；Xn-机组转速的相对值；y-接力器行程相对值；Y-接力器行程（m）;YM-接力器最大行程（m）;bp-永态转差系数,在上图中水轮机调节系统静态特性曲线上，取某一点例如图(二)中的A点，过该点作一切线，其切线斜率的负数就是该点的永态转差系数：bp=-。显然，对于一条曲线型的静态特性曲线，选取不同的A点，会得到不同的bp值。但是，实践证明，调速器静特性近似为一条直线，其最大非线性度不超过5%。在一定的水头下，机组功率与过机流量；过机流量与导叶开度、导叶开度与接力器行程都基本保持比例关系。所以ep和bp值密切相关，可通过对bp值的重新设定来改变ep的大小，从而改变一次调频的调差特性。,4、人工频率死区f对一次调频功能的影响,目前，电网对并网发电机组均要求具有下降的、有差的调节静特性。常用的水轮机调速系统的静特性如图所示，图中f称为人工失灵区或人工死区，Po为作用于调速器的功率给定值，fo为系统额定频率。当f=0或人工死区切除时，不考虑调速器本身的转速死区，机组静特性近似一条直线。此时，机组按特性A-B运行；当f0时，机组按折线1-2-3-4运行，这时系统频率在f内波动时，机组功率将一直维持在其功率给定值Po,附近，机组的一次调频功能完全丧失，靠机组自身的调节系统对系统频率的自动调整很难起到作用，机组维持系统频率稳定的功能只能通过改变功率给定值的二次调整或自动发电控制AGC来完成。如下图说明：,5、调速器比例、积分、微分增益对机组一次调频的影响,对于目前常用的并联比例、积分、微分（PID调节）的调速器，按频率偏差调节时的传递函数一般近似为：,PID数字调节器的调节规律可用下列传递函数描述：ypid(s)x(s)=Kp+Kis+Kds(1+TIVS)其中：ypid(s)-PID调节输出的拉氏变换值；x(s)-PID调节输入的拉氏变换值；Kp比例环节增益，KP=；Ki积分环节增益，KI=；Kd微分环节增益，Kd=；TIV-微分衰减时间常数；,bp永态转差系数；Ty机械液压随动系统时间常数；TW水流惯性时间常数；Ypid-PID调节器输出；Y-主接力器位移输出Pm-水轮机出力。目前，水电厂调速器安装调试、更新改造过程中，参数设置过于强调调节系统自身调节的稳定性，而忽视了对调节速动性的要求。由于水轮机调节参数整定不理想，普遍存在着机组一次调整的调节时间过长的现象，不能达到一次调频响应时间的要求。,水轮机调速器人工死区、永态转差系