電力系統(tǒng)自動化第3章__電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動調(diào)節(jié)

1、GiLjLS0kPPP60pnf ！ T1miiPG1miiPTG11mmiiiiPPG1G2Gm 系統(tǒng)系統(tǒng)LmiGimikimiTiPPWdtdP111)(Wki各機組各機組的動能的動能G1G2Gm 系統(tǒng)系統(tǒng)LmiGimiTiPPP11這說明，即使沒有調(diào)速器參與調(diào)節(jié)原動機的輸入功率，這說明，即使沒有調(diào)速器參與調(diào)節(jié)原動機的輸入功率，機組也可以從一個穩(wěn)定運行工況過渡到另一個穩(wěn)定工況機組也可以從一個穩(wěn)定運行工況過渡到另一個穩(wěn)定工況運行。這種能力稱為自平衡能力或調(diào)節(jié)能力。運行。這種能力稱為自平衡能力或調(diào)節(jié)能力。轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n nb b遠離了原來的轉(zhuǎn)速遠離了原來的轉(zhuǎn)速n na a。這說明僅僅依靠機組的自。

2、這說明僅僅依靠機組的自平衡能力進行調(diào)節(jié)，機組的轉(zhuǎn)速平衡能力進行調(diào)節(jié)，機組的轉(zhuǎn)速( (頻率頻率) )會在較大范圍內(nèi)會在較大范圍內(nèi)變化。變化。電力系統(tǒng)負荷變動情況電力系統(tǒng)負荷變動情況L( )PF ff fN N 額定頻率；額定頻率；P PL L 系統(tǒng)頻率為系統(tǒng)頻率為f f時，整個系統(tǒng)的有功負荷；時，整個系統(tǒng)的有功負荷；P PLN LN 系統(tǒng)頻率為額定值系統(tǒng)頻率為額定值f fN N時，整個系統(tǒng)的有功負荷；時，整個系統(tǒng)的有功負荷；a a0 0，a a1 1，a an n各類負荷占各類負荷占P PLNLN的比例系數(shù)。的比例系數(shù)?；蓸嗣粗档男问交蓸嗣粗档男问絥NLNnNLNNLNNLNLNLffPff

3、PffPffPPP)()()()(332210將上式除以將上式除以PLN，則得標么值形式，即，則得標么值形式，即 1LP1f當系統(tǒng)的頻率為額定值時當系統(tǒng)的頻率為額定值時: :通常與頻率變化三次方以上成正比的負荷很少，可忽略其影響。通常與頻率變化三次方以上成正比的負荷很少，可忽略其影響。13210naaaaa于是于是nNLNnNLNNLNNLNLNLffPffPffPffPPP)()()()(332210nnLffffP332210由圖可知：由圖可知：在系統(tǒng)頻率下降時在系統(tǒng)頻率下降時，系統(tǒng)負荷從系統(tǒng)取系統(tǒng)負荷從系統(tǒng)取用的有功功率下降。用的有功功率下降。如果系統(tǒng)的頻率升高，如果系統(tǒng)的頻率升高，系統(tǒng)

4、負荷從系統(tǒng)系統(tǒng)負荷從系統(tǒng)取用的有功功率將增大。取用的有功功率將增大。通常用負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)通常用負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)K KL L* *來衡量負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)的大小。來衡量負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)的大小。nnLffffP332210dfPKLLd*nmmmnnLLfmfnffdfdPK1112321*32nnLffffP332210而而KL*定義：定義：LPPe綜合負載的功率綜合負載的功率-頻率特性近似表達式：頻率特性近似表達式：fpLtanfpLtan活塞調(diào)節(jié)氣閥錯油門錯油門從鍋爐來的蒸汽從鍋爐來的蒸汽活塞 活塞在特性曲線上任取兩點，我們在特性曲線上任取兩點，我們定義機組的定義機組的靜態(tài)調(diào)差系數(shù)靜態(tài)調(diào)

5、差系數(shù)：GPR。 GPRGGNGNPPPR/：0GPR一般發(fā)電機的調(diào)差系數(shù)或單位調(diào)節(jié)功率，可采用下列數(shù)值：一般發(fā)電機的調(diào)差系數(shù)或單位調(diào)節(jié)功率，可采用下列數(shù)值： 對汽輪發(fā)電機組對汽輪發(fā)電機組 R*=(46)% 或或KG * = 6.16 25； 對水輪發(fā)電機組對水輪發(fā)電機組R*=(24)% 或或KG * =25 50；與與KL不同的是不同的是KG可以人為調(diào)節(jié)整定，但其大小，即調(diào)整范可以人為調(diào)節(jié)整定，但其大小，即調(diào)整范圍受機組調(diào)速機構(gòu)的限制。圍受機組調(diào)速機構(gòu)的限制。KG*GGPRK*112LPPP當系統(tǒng)負荷增加，經(jīng)過調(diào)速器調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在當系統(tǒng)負荷增加，經(jīng)過調(diào)速器調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在f f

6、1 1，w這時這時1 1號發(fā)電機組的負荷為號發(fā)電機組的負荷為P P1 1，增加了，增加了P P1 1；w2 2號發(fā)電機組的負荷為號發(fā)電機組的負荷為P P2 2，增加了，增加了P P2 2；兩臺發(fā)電機組的增量之和為兩臺發(fā)電機組的增量之和為P PL L 。1221PRPR0GfRP22RPf 11RPf 1221PRPR在電力系統(tǒng)中，如果沒有調(diào)節(jié)容量的發(fā)電機，則取該機組的單在電力系統(tǒng)中，如果沒有調(diào)節(jié)容量的發(fā)電機，則取該機組的單位調(diào)節(jié)功率為零。位調(diào)節(jié)功率為零。電力系統(tǒng)中所有機組的調(diào)速器都為有差調(diào)節(jié)，由它們共同承擔(dān)電力系統(tǒng)中所有機組的調(diào)速器都為有差調(diào)節(jié)，由它們共同承擔(dān)負荷的波動。負荷的波動。WNff

7、- -調(diào)速器不能分辨的最大頻率誤差調(diào)速器不能分辨的最大頻率誤差 Wff1f2fNWWfRPWWWNWWNfffRPPPWPRNwWffRP1WNff而而NwWffRP1f1f2fNWPRf1f2fN電力系統(tǒng)主要由發(fā)電機組、輸電網(wǎng)絡(luò)及負荷組成，如果把輸電電力系統(tǒng)主要由發(fā)電機組、輸電網(wǎng)絡(luò)及負荷組成，如果把輸電網(wǎng)絡(luò)的功率損耗看成是負荷的一部分，則電力系統(tǒng)功率頻率關(guān)網(wǎng)絡(luò)的功率損耗看成是負荷的一部分，則電力系統(tǒng)功率頻率關(guān)系可簡化為如圖所示。系可簡化為如圖所示。在頻率穩(wěn)態(tài)為在頻率穩(wěn)態(tài)為f 時時:LGTPPP圖圖6.9 6.9 電力系統(tǒng)功率電力系統(tǒng)功率- -頻率特性頻率特性圖圖6.9 6.9 電力系統(tǒng)功率電

8、力系統(tǒng)功率- -頻率特性頻率特性fGGPKf LPKffLLLLPPPKfP GLPPfKfKKPLGL)(w上式說明，系統(tǒng)負荷增加時，在發(fā)電機組功頻特性和上式說明，系統(tǒng)負荷增加時，在發(fā)電機組功頻特性和負荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作用下，又達到了新的平衡。負荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作用下，又達到了新的平衡。w一方面，負荷增加，頻率下降，發(fā)電機組按照有差調(diào)一方面，負荷增加，頻率下降，發(fā)電機組按照有差調(diào)節(jié)特性增加輸出；節(jié)特性增加輸出；w另一方面，負荷實際取用的功率也因頻率下降而有所另一方面，負荷實際取用的功率也因頻率下降而有所減少。減少。GLPPfKPPLLL LGLPKKKf fKPGGfKPfLLrGK

9、KKK 當轉(zhuǎn)速給定裝置推動當轉(zhuǎn)速給定裝置推動D點向點向上移動時，由于機組轉(zhuǎn)速和油上移動時，由于機組轉(zhuǎn)速和油動機活塞的位置尚未來的及變動機活塞的位置尚未來的及變化，化，A,B,C,F各點都不會動。各點都不會動。 這樣，這樣，D點向上移動，就以點向上移動，就以F點點為軸推動為軸推動E點向下移動，引起錯點向下移動，引起錯油門凸肩下移，壓力油進入油油門凸肩下移，壓力油進入油動機活塞下腔，動機活塞下腔，引起閥門引起閥門開度增大，機組轉(zhuǎn)速增加，開度增大，機組轉(zhuǎn)速增加，A點點上移上移,C、F點上移，點上移，E點上移，點上移，直到錯油門完全堵住高壓油入直到錯油門完全堵住高壓油入口，調(diào)節(jié)過程結(jié)束?？?，調(diào)節(jié)過程結(jié)

10、束。顯然調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速升高了。顯然調(diào)節(jié)過程結(jié)束后，發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速升高了。DLGGLPPKfKf 進一步進行二次調(diào)頻時：進一步進行二次調(diào)頻時：在同步器的作用下，機組的功頻特性上移到在同步器的作用下，機組的功頻特性上移到P PG3G3( f )( f )，運行點也隨之移到運行點也隨之移到6 6點，此時的頻率恢復(fù)為點，此時的頻率恢復(fù)為f fN N ，這樣，這樣就實現(xiàn)了無差調(diào)節(jié)。就實現(xiàn)了無差調(diào)節(jié)。LGPP 0f 結(jié)論結(jié)論2 2：（1 1）在多臺發(fā)電機組并聯(lián)運行的電力系統(tǒng)中，當負）在多臺發(fā)電機組并聯(lián)運行的電力系統(tǒng)中，當負荷變化時，配置了調(diào)速器的機組，只要還有可調(diào)的荷變化時，配置了調(diào)速器的

11、機組，只要還有可調(diào)的容量，都毫無例外地按靜態(tài)特性參加頻率的一次調(diào)容量，都毫無例外地按靜態(tài)特性參加頻率的一次調(diào)整。整。（2 2）而頻率的二次調(diào)整一般只是由一臺或少數(shù)幾臺）而頻率的二次調(diào)整一般只是由一臺或少數(shù)幾臺發(fā)電機組發(fā)電機組( (一個或幾個廠一個或幾個廠) )承擔(dān)，這些機組承擔(dān)，這些機組( (廠廠) )稱為稱為主調(diào)頻機組主調(diào)頻機組( (廠廠) )。16. 0064. 0400100024. 006. 0250100021RR2211PRPR1112125 . 116. 024. 0PPPRRPLPRP2110005005 . 111PPMWP2002 . 05 . 25 . 01)(3005

12、. 112MWPP0625. 005. 080010001 . 004. 0400100021RR13. 01000130LR負荷變化量負荷變化量005. 0161013. 01121RRPLSSLSSSSPRR)(21-0.30(Hz)60-0.005f)(70.5930. 0600Hzfff)(5005. 010. 0005. 011MWRP)(8008. 00625. 0005. 022MWRP（1）由于）由于=0，穩(wěn)態(tài)頻率偏差標幺值為：，穩(wěn)態(tài)頻率偏差標幺值為：因此，因此，穩(wěn)態(tài)頻率偏差為：穩(wěn)態(tài)頻率偏差為：新的頻率為：新的頻率為：兩個單元的發(fā)電變化量分別為：兩個單元的發(fā)電變化量分別為：（1

13、）當）當=0.804時，穩(wěn)態(tài)頻率偏差標幺值為：時，穩(wěn)態(tài)頻率偏差標幺值為：00485. 0804. 0161013. 01121RRPLSSLSSSSPRR-21-0.291(Hz)60-0.00485f因此，因此，穩(wěn)態(tài)頻率偏差為：穩(wěn)態(tài)頻率偏差為：)(709.59291. 0600Hzfff新的頻率為：新的頻率為：)(5 .480485. 010. 000485. 011MWRP)(6 .770776. 00625. 000485. 022MWRP兩個單元的發(fā)電變化量分別為：兩個單元的發(fā)電變化量分別為：負荷功率變化：負荷功率變化：）（MW9 . 30039. 0804. 000485. 0 f

14、、Pref調(diào)頻過程結(jié)束時系統(tǒng)頻率的增量與調(diào)頻過程結(jié)束時系統(tǒng)頻率的增量與 調(diào)調(diào) 頻機組有功功率的增量。頻機組有功功率的增量。 R 有差調(diào)頻器的調(diào)差系數(shù)有差調(diào)頻器的調(diào)差系數(shù)0frefPR0frefPR0f0f0f0fni2211refnrefirefrefPRPRPRPRxnnLRfRRRfPPPP)111(21ref2ref1ref上式也可以寫為上式也可以寫為 ：0fxrefPR)2 , 1()111(21refiniRRRRPRRPniLix則每臺調(diào)頻機組所承擔(dān)的計劃外負荷為：則每臺調(diào)頻機組所承擔(dān)的計劃外負荷為： )nkkk2k10(f111123112（發(fā)電機）（發(fā)電機，主導(dǎo)發(fā)電機）發(fā)電機r

15、efnrefnrefirefirefrefrefrefPPPPPPPP功率分配系數(shù)發(fā)電機的有功增量臺調(diào)頻第-K-irefiiPLP1refP0f)1 (1111irennrefiLPKKPPLxiLnifiPKKPKKKP1111re_10frefPKdtNfff ikIKiIKK1refPdtKPIreff-10d0tf t10d0tCIPKf t 21d0ttf t2C0dtIPKf t 21C1d0tItKf tP 即調(diào)頻機組增加有功出力，頻率下降達到某一最低值后，逐步上即調(diào)頻機組增加有功出力，頻率下降達到某一最低值后，逐步上升，直至升，直至t t2 2時刻為止時刻為止. . 43d0t

16、tf t244133CC1C2dddtttIItttPKf tf tPKf tP 即調(diào)頻機組有功出力減小，直至即調(diào)頻機組有功出力減小，直至t t4 4時刻，調(diào)頻機組出力增量又與時刻，調(diào)頻機組出力增量又與計劃外負荷變化相等，調(diào)節(jié)過程又一次結(jié)束。計劃外負荷變化相等，調(diào)節(jié)過程又一次結(jié)束。0f32dttt0f dft1C 12C 2nCd0d0d0iiinkPf tkPf tkPf tCdiIiPKf t (1,2,)in由于各機組的由于各機組的f是相等的。設(shè)系統(tǒng)計劃外負荷為是相等的。設(shè)系統(tǒng)計劃外負荷為PL ，則，則 LC11dnniIiiiPPftK C1I1dniiniiPf tK 式（式（6-3

17、8）LCLI1I1iiniiiPPaPKKCdiIiPKf t C1I1dniiniiPftK LC1niiPPCdiIiPKf t C(d )0iiifRPakf t(1,2,)inP PC Ci i第第i i臺機組承擔(dān)的功率調(diào)節(jié)量；臺機組承擔(dān)的功率調(diào)節(jié)量；R Ri i第第i i臺機組的調(diào)差系數(shù)；臺機組的調(diào)差系數(shù)；i i第第i i 臺機組調(diào)節(jié)功率的分配系數(shù)，臺機組調(diào)節(jié)功率的分配系數(shù)， kk系統(tǒng)功率與頻率的轉(zhuǎn)換系數(shù)；系統(tǒng)功率與頻率的轉(zhuǎn)換系數(shù)；11niiC(d )0iiifRPak f t 在調(diào)節(jié)過程結(jié)束時在調(diào)節(jié)過程結(jié)束時f f 必須為零必須為零。計劃外負荷調(diào)節(jié)量計劃外負荷調(diào)節(jié)量:LC11ddn

18、niiiiPPak f tk f t CdiiPakf t 每臺機組分擔(dān)的容量每臺機組分擔(dān)的容量：C(d )0iiifRPak f t CLdiiiPakftaP 即即dkf t CdiiPakf t dk f t為了使各調(diào)頻機組所在地測得的為了使各調(diào)頻機組所在地測得的f盡可能一致，避免盡可能一致，避免頻率偏差積分值的差異而造成功率分配上的誤差，所頻率偏差積分值的差異而造成功率分配上的誤差，所以對標準頻率的要求比較高，通常用石英晶體振蕩器以對標準頻率的要求比較高，通常用石英晶體振蕩器經(jīng)分頻后得到。經(jīng)分頻后得到。0d)(.irefitieiPtPfK0)(istieatieiPdtPPfKif0

19、)(iPdtACEaitiepsitiepirefp.eiifffitiep0itieiPfKACE0)(0)(.BrefBtieBBArefAtieAAPdtPfKPdtPfK0)(0)(sBtieaBtieBBBsAtieaAtieAAAPPfKACEPPfKACE0.121nisitieeeneePffff0aBtieaAtiePP b耗量微增率（或簡稱微增率）；耗量微增率（或簡稱微增率）； F輸入耗量微增量輸入耗量微增量P輸出功率微增量輸出功率微增量小。時，總的燃料消耗為最當21bb 而總負荷功率而總負荷功率PL為為：用拉格朗日乘子法則來求解：用拉格朗日乘子法則來求解：這里功率平衡就是

20、相應(yīng)的約束條件，即這里功率平衡就是相應(yīng)的約束條件，即（3-31）因因PL是常數(shù)，同時各機組的輸出功率又是相互無關(guān)的，所以是常數(shù)，同時各機組的輸出功率又是相互無關(guān)的，所以或或由此可得由此可得 ：圖圖3-16為發(fā)電廠內(nèi)為發(fā)電廠內(nèi)n臺機組按等微增率運行分配負荷時的臺機組按等微增率運行分配負荷時的示意圖示意圖。總的發(fā)電功率與總負荷總的發(fā)電功率與總負荷PL及線損及線損Pe相平衡，即相平衡，即上式對功率的偏導(dǎo)數(shù)為零，得：上式對功率的偏導(dǎo)數(shù)為零，得： 為了求得各電廠的微增率為了求得各電廠的微增率bi，必須計算出線損，必須計算出線損Pe（一般事先（一般事先根據(jù)運行工況而選定的線損系數(shù)求得），然后算出各電廠的根

21、據(jù)運行工況而選定的線損系數(shù)求得），然后算出各電廠的線損微增率線損微增率i，即，即在在和和i已知后，就可求出已知后，就可求出bi，即，即調(diào)頻電廠按（調(diào)頻電廠按（3-42）式運行是最經(jīng)濟的負荷分配方案）式運行是最經(jīng)濟的負荷分配方案G1、G2、G3為發(fā)電機組；為發(fā)電機組；ACE稱為區(qū)域控制誤差稱為區(qū)域控制誤差，用用來根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差以及輸來根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差以及輸電線路功率偏差來確定輸出電線路功率偏差來確定輸出控制信號；控制信號；負荷分配器負荷分配器根據(jù)輸入的控制根據(jù)輸入的控制信號大小并且根據(jù)等微增率信號大小并且根據(jù)等微增率準則或其他原則來控制各臺準則或其他原則來控制各臺發(fā)電機輸出功率的大小。發(fā)電機輸出功率的大小。經(jīng)濟負荷分配（經(jīng)濟負荷分配（EDC）每隔五分鐘修改一次）每隔五分鐘修改一次Pbi和和i值，以值，以適應(yīng)經(jīng)濟調(diào)度的要求。適應(yīng)經(jīng)濟調(diào)度的要求。各臺發(fā)電機組的設(shè)定調(diào)整功率按以下公