-电力系统频率和有功功率自动控制

电力系统自动化——

电力系统频率和有功功率自动控制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。3.1电力系统频率和有功功率控制的必要性3.1.1电力系统频率控制的必要性频率对电力用户的影响▲电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化，转速不稳定会影响产品质量。▲系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能。▲电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低。3.1电力系统频率和有功功率控制的必要性频率对电力系统的影响◆频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大。◆频率下降到一定程度时，可能出现频率崩溃（频率雪崩）。◆在核电厂中，当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆停止运行。◆电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，使异步电动机和变压器的无功损耗增加，引起系统电压下降。◆频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电压水平降低。可能导致电压崩溃（电压雪崩）。3.1.2电力系统有功功率控制的必要性维持电力系统频率在允许范围之内提高电力系统运行的经济性保证联合电力系统的协调运行3.1电力系统频率和有功功率控制的必要性每分钟转数

每秒钟转数

系统频率

正常情况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。3.2发电机组调速控制的基本原理3.2.1发电机组单机运行时调速控制的基本原理3.2发电机组调速控制的基本原理同步发电机转子运动方程3.2发电机组调速控制的基本原理原动机的机械转矩MTn(f,w)MT03.2发电机组调速控制的基本原理发电机电磁转矩MG

发电机电磁转矩与电磁功率成正比。发电机输出的电磁功率又与负荷的频率特性紧密相关。

3.2发电机组调速控制的基本原理负荷的静态频率特性：有功负荷随频率而改变的特性称为负荷的功率—频率特性，即负荷的静态频率特性。负荷种类:与频率变化无关的负荷，如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整流负荷等。与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、压缩机和卷扬机等。这类负荷占有较大比重。与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的涡流损耗。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。3.2发电机组调速控制的基本原理3.2发电机组调速控制的基本原理3.2发电机组调速控制的基本原理M0nMT1MT2MG1MG2abcnanbnc负荷减小时改变原动机的出力后发电机组调速系统的调节原理3.2发电机组调速控制的基本原理3.2.2机组并网运行的转速调节0f，nf1MT，PGMT1MT2abPGaPGb13.3机械液压调速器的原理机械液压调速器的基本结构3.3机械液压调速器的原理调差机构的形成f↓→A↓→C、F、E↓→B↑→进汽量↑→n↑→A↑调差机构的数学描述PG(MW)f(Hz)0fzf1f2ffPG2PG121PGe3.3机械液压调速器的原理转速给定的原理机组空载运行时调节机组转速D↑→E↓→B↑→进汽量↑→n↑→A↑→C、F↑→E↑机组并联运行时调节机组的有功出力D↑→E↓→B↑→进汽量↑→n↑→A基本不动→C、F↑→E↑3.3机械液压调速器的原理频率的一次调整（一次调频）：当负荷变化时，调速器会自发动作来调节发电机输出的动力元素，来抑制频率的变化，这种调速器自发调节的过程叫频率的一次调整（一次调频）。一次调频后会使电网的频率偏离额定值，当频率值偏离额定频率较大时，需要进行频率的二次调整。频率的二次调整（二次调频）：通过手动或自动装置改变发电机调速器的功率（转速）给定值，调整发电机出力，使频率恢复到额定值的过程。3.3机械液压调速器的原理机械液压调速器的基本结构3.3机械液压调速器的原理机组调速系统的失灵区及其影响PG(MW)f(Hz)0f1f0f2PG021△PW△fW3.3机械液压调速器的原理机组调速系统的失灵区及其影响为了使误差功率不致过大，要求发电机组调速系统的失灵区不能过大，调差系数不能过小，一般要求机组调速系统的失灵区应在0.1%~0.5%。失灵区的存在还会使机组调速系统的动态调节品质变差。但是，如果失灵区过小或者完全没有，当电力系统频率发生微小波动时，调速器也要动作。这样会调节汽阀动作过于频繁，对机组本身和电力系统频率调节不利。因此，在一些非常灵敏的电液调速器中，通常要采取一些技术措施形成一定大小的失灵区。3.7电力系统频率和有功功率控制的基本原理将电力系统内并联运行得所有机组用一台等效机组代替；将电力系统内所有负荷用一个等效负荷代替；然后使用发电机组单机带负荷运行时频率和有功功率控制的基本原理和方法进行分析和计算。3.7电力系统频率和有功功率控制的基本原理电力系统等效负荷的静态频率调节特性3.7电力系统频率和有功功率控制的基本原理电力系统等效发电机组的静态调节特性fPG,PT0ΔfΔPGfaaPGafbbPGbf为系统等效机组的频率，即电力系统的频率；PG为系统等效机组发出的有功功率，即电力系统内并联运行的所有机组发出的有功功率的总和。忽略机组的损耗，等效发电机组发出的功率PG与等效原动机发出的功率PT相等，即PG＝PT。3.7电力系统频率和有功功率控制的基本原理电力系统频率控制的基本原理——频率的一次调节PG，PT，PLf0△PGfAADCB△PL△P’LPG(f)PL(f)P’L(f)PGAPGDPGCfC3.7电力系统频率和有功功率控制的基本原理电力系统频率控制的基本原理——频率的二次调节PG，PT，PLf0△PGfAADCB△PL△P’LPL(f)P’L(f)PG(f)P’G(f)PTD3.7电力系统频率和有功功率控制的基本原理电力系统频率控制的基本原理——调频电厂的选择电力系统中并联运行的发电机组都装有调速器。当系统负荷变化时，有可调容量的机组均参与频率的一次调整，而二次调整只由部分发电厂承担。从是否承担频率的二次调整任务出发，可将系统中所有发电厂分为调频厂和非调频厂两类。调频厂负责全系统的频率调整任务；非调频厂在系统正常运行情况下只按调度控制中心预先安排的负荷曲线运行，而不参加频率调整。3.7电力系统频率和有功功率控制的基本原理选择调频电厂时，主要考虑下列因素：(1)具有足够大的容量和可调范围；(2)允许的出力调整速度满足系统负荷变化速度的要求；(3)符合经济运行原则；(4)联络线上交换功率的变化不致影响系统安全运行。3.7电力系统频率和有功功率控制的基本原理电力系统的有功功率控制——电力系统中的有功功率平衡控制电力系统频率在允许范围之内是通过控制系统内并联运行机组输入的总功率等于负荷在额定频率所消耗的有功功率实现的，即实现有功功率的平衡。3.7电力系统频率和有功功率控制的基本原理电力系统的有功功率控制——电力系统中的有功功率平衡1—总负荷；2—随机分量；T<10s;一次调频来平衡；3—脉动分量；10s<T<3min;二次调频来平衡；4—持续分量；T>3min；调度预测安排来平衡；3.7电力系统频率和有功功率控制的基本原理电力系统的有功功率控制——并联运行机组间有功功率分配fPG0PG1(f)PG2(f)f1PG1PG2△PG1△PG2f2PG1’PG2’3.7电力系统频率和有功功率控制的基本原理电力系统的有功功率控制——并联运行机组间有功功率分配例题:某系统有两台发电机，P1e=100MW,δ1*=0.04,P2e=50MW,δ2*=0.05,当f=50Hz时，P1=80MW,P2=30MW。１）画出两机组的调差特性。２）当负荷功率为120ＭＷ时系统频率为多少？两机组出力各多少？３）当负荷功率分别为120ＭＷ和150ＭＷ，只靠