第五章_電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動調(diào)節(jié) (84頁)

1、第五章第五章 電力系統(tǒng)頻率及有功電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動調(diào)節(jié)功率的自動調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)的頻率特性v 一、概述一、概述 頻率是電能質(zhì)量的重要指標之一。 電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)條件下的頻率 f 是全系統(tǒng)一致的運行參數(shù) 忽略機組內(nèi)部損耗時：如果由于負荷的突然變動，使發(fā)電機組的輸出功率增加 則： 機組的輸入功率小于負荷要求功率，為了保持平衡，機組把轉子的一部分動能轉化成電功率，使發(fā)電機轉速降低，系統(tǒng)的頻率下降。60pnf mmGiTiPP11LPmmLGiTiPPP11電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率特性電力

2、系統(tǒng)的頻率特性 頻率變化是由于系統(tǒng)負荷與原動機輸入功率之間失去平衡 所致。 調(diào)頻與有功功率調(diào)節(jié)密不可分。 電力系統(tǒng)負荷不斷變化，原動機輸入功率變化緩慢，頻率 波動在所難免。 電力系統(tǒng)運行的主要任務之一，就是對頻率進行監(jiān)視和控制。 當系統(tǒng)機組輸入功率與負荷功率失去平衡而使頻率偏離額定值時，控制系統(tǒng)必須調(diào)節(jié)機組的出力，保證 頻率偏移在允許范圍之內(nèi)：一般偏差不超過 0.2Hz，有些地區(qū)為 0.1Hz機組的動能)(111mKimmLGiTiWdtdPPP電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理二二 電力系統(tǒng)負荷的功率電力系統(tǒng)負荷的功率頻率特性頻率特性 當系統(tǒng)頻率變化時，整個系統(tǒng)的有功負荷也要隨著改變,

3、 這種有功負荷隨頻率而改變的特性叫做負荷的功率頻率特性。 與頻率變化無關的負荷，如照明、電弧爐、電阻爐、整流負荷等； 與頻率成正比的負荷，如切削機床、球磨機、往復式水泵、壓縮機、卷揚機等； 與頻率的二次方成比例的負荷，如變壓器中的渦流損耗，但這種損耗在電網(wǎng)有功 損耗中所占比重較小; 與頻率的三次方成比例的負荷，如通風機、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等; 與頻率的更高次方成比例的負荷，如靜水頭阻力很大的給水泵等。 電力系統(tǒng)中各種有功負荷與頻率的關系，可以歸納為以下幾類，電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理13210*3*32*2*10*332210nnnLnNLNnNLNNLNNLNLNLaaa

4、aafafafafaaPffPaffPaffPaffPaPaP其中：標么化：負荷的功率頻率特性一般表達式一般情況下，取到三次方即可。負荷的組成和性質(zhì)確定后，負荷靜態(tài)頻率特性也確定。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)的頻率特性v 電力系統(tǒng)負荷的功率電力系統(tǒng)負荷的功率 - - 頻率特性頻率特性 負荷的靜態(tài)頻率特性：)( fFPL頻率下降時，負荷功率也下降到 ；頻率上升時，負荷功率也上升到 。系統(tǒng)功率失去平衡時，系統(tǒng)負荷也參與了調(diào)節(jié)作用。系統(tǒng)的負荷隨頻率下降的負荷特性有利于系統(tǒng)中有功功率在另一頻率下重新平衡，這種現(xiàn)象稱為負荷調(diào)節(jié)效應負荷調(diào)節(jié)效應。LbPLaPfPLfN

5、fbPLNPLbab1*11*2*3*21*32mmnnnLLfamfnafafaadfdPK負荷的頻率調(diào)節(jié)效應系數(shù)電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理負荷的有功功率頻率靜態(tài)特性簡化表達在電力系統(tǒng)運行中，允許頻率變化的范圍是很小的在電力系統(tǒng)運行中，允許頻率變化的范圍是很小的，有功，有功負荷頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來表示。負荷頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來表示。fPtgKLLfPffPPKLNLNLL/ 是系統(tǒng)調(diào)度部門要求掌握的實測數(shù)據(jù)，取值范圍在13之間。 取決于負荷的性質(zhì)，與各類負荷所占的比例有關取決于負荷的性質(zhì)，與各類負荷所占的比例有關。LKLNNLLPfKKLK電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝

6、置原理自動裝置原理例例5-1 某電力系統(tǒng)中,與頻率無關的負荷占與頻率無關的負荷占30,與頻率一次方成與頻率一次方成 比例的負荷占比例的負荷占40,與頻率二次方成比例的負荷占與頻率二次方成比例的負荷占10,與與 頻率三次方成比例的負荷占頻率三次方成比例的負荷占20.試求當系統(tǒng)頻率由試求當系統(tǒng)頻率由50HZ 下降到下降到47HZ時時,負荷功率變化的百分數(shù)及其相應的負荷功率變化的百分數(shù)及其相應的KL*的大小的大小. 解解:由公式可以求出頻率下降到由公式可以求出頻率下降到47HZ時系統(tǒng)的負荷為時系統(tǒng)的負荷為: PL* a0+a1f*+a2f*2+a3f*3=0.3+0.40.94+0.10.942+0

7、.2 0.943=0.93則則 PL%=(1-0.93) 100%=7% f%=(1-47 / 50) 100%=6% 于是于是 KL*=PL*% / f*%= 7 / 6 =1.17 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理例例5-2 某電力系統(tǒng)總有功負荷為某電力系統(tǒng)總有功負荷為3200MW(包括電網(wǎng)的有功包括電網(wǎng)的有功 損耗損耗),系統(tǒng)的頻率為系統(tǒng)的頻率為50HZ,若若KL*=1.5,試求試求KL .解解 由式由式(4-8)(4-8)可得可得KL = KL* ( PLN / fN ) = 1.5 ( 3200 / 50 ) = 96 ( MW / HZ ) 若系統(tǒng)負荷增長到若系統(tǒng)負荷增長到

8、3650MW3650MW時時, ,則有則有KL = 1.5 ( 3650 / 50 ) = 109.5 ( MW / HZ ) * * 由此可知, KL的數(shù)值與系統(tǒng)的負荷大小有關. 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理三、發(fā)電機組的功率三、發(fā)電機組的功率頻率特性頻率特性發(fā)電機頻率調(diào)整是由原動機的調(diào)速系統(tǒng)來實現(xiàn)的。發(fā)電機的功率頻率特性取決于調(diào)速系統(tǒng)特性。系統(tǒng)負荷改變調(diào)速系統(tǒng)調(diào)整進汽量調(diào)節(jié)發(fā)電機輸入功率由于頻率變化而引起的發(fā)電機輸出功率的變化稱為發(fā)電機組的功率頻率特性或調(diào)節(jié)特性。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理三、發(fā)電機組的功率三、發(fā)電機組的功率頻率特性頻率特性v （一）發(fā)電機的功率（

9、一）發(fā)電機的功率 - 頻率特性頻率特性 發(fā)電機轉矩方程： 功率方程： 無調(diào)速器時，轉速和轉矩都為額定值，輸出功率最大值。BAMG221fCfCPGP*M*f*PG*MG*1.01.0電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理三、發(fā)電機組的功率三、發(fā)電機組的功率頻率特性頻率特性v （一）發(fā)電機的功率（一）發(fā)電機的功率 - 頻率特性頻率特性但發(fā)電機配置調(diào)速器后，隨著轉速的變動，不斷調(diào)節(jié)進氣量，使原動機的運行點從一條靜態(tài)特性曲線向另一條靜態(tài)特性曲線過渡。Pf1233aa”a”電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理有調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)電機功率有調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)電機功率- -頻率特性：頻率特性：功率調(diào)整時，頻率有

10、變化，為有差調(diào)節(jié)特性。特性曲線的斜率為：標么化：或GPfRPGfPGbPGaPGfabfNf1*GGNGNPfPPffR0*GPRf電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理*/104616.625242550NGGNGGGGGGGGGGGfffRPPPPKKfPRfKPKKfRKRK 實際運行過程中，采用調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)：，即：一般稱為發(fā)電機組的功率頻率靜態(tài)特性曲線。用有名值表示：對于汽輪發(fā)電機組： 或；對于水輪發(fā)電機組： 或；電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理（二）調(diào)差特性與機組間有功功率分配的關（二）調(diào)差特性與機組間有功功率分配的關系系*1*2*2*1*0RRPPPRfGGG兩機組間的

11、功率增量分配P1P2fABCfNP1P2P1P2P1P2PLPf1 發(fā)電機的功率增量用用各自的標幺值表示時，在發(fā)電機組間的功率分配與機組的調(diào)差系數(shù)成反比。調(diào)差系數(shù)小的的機組承擔的負荷增量標幺值較大，調(diào)差系數(shù)大的的機組承擔的負荷增量標幺值較小。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理*1*2*2*1*11*1011,GGiGiNiNnnGiNGiiiNinNNGiNiNNGiNPRfRPPRfPPRffPfPPfRfPPPPRfPRP 有功功率分配和調(diào)差系數(shù)關系：根據(jù)公式：，得：推廣到多機系統(tǒng)：求和，考慮到穩(wěn)態(tài)時整個系統(tǒng)內(nèi)頻率的變化是相同的，得：,如果用等值機代替：其中。系統(tǒng)等值調(diào)差系數(shù)：*1*

12、1*12*2*12*niiG NG NNGiNGiNGiiNiRRPRPRPfPPPRPPPPfRPR 同時：當系統(tǒng)負荷變化后，每臺發(fā)電機所承擔的功率可確定為：電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理 對沒有調(diào)節(jié)容量的機組(調(diào)差系數(shù)趨于無限大)應以PiNRi*為零代入； 多臺機組調(diào)差系數(shù)等于零是不能并聯(lián)運行的； 一臺機組的調(diào)差系數(shù)等于零與多臺有差調(diào)節(jié)機組的并列運行是不現(xiàn)實的。在電力系統(tǒng)中，所有機組的調(diào)速器都為有差調(diào)節(jié)，由它們共同承擔負荷的波動。幾點注意幾點注意電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理(三）調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū)三）調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū)NWff失靈度*/RPRPfRPfWWWWWfPfWf

13、WPWPWfNPN過小的調(diào)差系數(shù)會引起較大的功率分配誤差。為避免系統(tǒng)在頻率微小波動時動作，會人為加不靈敏區(qū)。汽輪發(fā)電機組的不靈敏區(qū)為0.1%-0.5%水輪發(fā)電機組的不靈敏區(qū)為0.1%-0.7%調(diào)速器的最大頻率呆滯機組的最大誤差功率調(diào)速器的頻率調(diào)節(jié)特性是條帶子，導致并聯(lián)運行的發(fā)電機組間有功功率分配產(chǎn)生誤差。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理（四）電力系統(tǒng)的頻率特性（四）電力系統(tǒng)的頻率特性v 電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)的頻率特性 電力系統(tǒng)由發(fā)電機、輸電網(wǎng)絡、負荷組成。 系統(tǒng)頻率特性是由負荷頻率特性和發(fā)電機頻率特性共同形成的。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理（四）電力系統(tǒng)的頻率特性（四

14、）電力系統(tǒng)的頻率特性v 電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)的頻率特性 負荷的功率-頻率特性和發(fā)電機組的功率-頻率特性的交點就是電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定運行點。無調(diào)速有調(diào)速21LLLPPP到狀態(tài)b，PL未變，PG沒增加到狀態(tài)c，再調(diào)可以到狀態(tài)dPfPL = f(f)PL1 = f(f)aPLfNbdPL1PLcPL2f3f2PL1PL2PG=f(f)調(diào)速器的調(diào)節(jié)作用被稱為一次調(diào)節(jié)。 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)的頻率特性v思考題思考題1 已知：某電力系統(tǒng)， ，當PL=3000MW時，fN=50Hz。求負荷增加120MW時，系統(tǒng)調(diào)速后的運行點。20, 5 . 1GLKK電力

15、系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)速器原理調(diào)速器原理 機械液壓調(diào)速器：將轉速的變化轉變成離心 飛擺的位移量。 電氣液壓調(diào)速器：將轉速的變化變成電信號。 調(diào)速器通常分為v 比例積分(PI)調(diào)速器v 比例積分微分(PID)調(diào)速器按其控制規(guī)律來劃分 電液調(diào)速系統(tǒng)的靈敏度高，調(diào)節(jié)速度快。并有較高的調(diào)節(jié)精度，特別是當機組甩負荷后，能穩(wěn)定在額定轉速運行； 易實現(xiàn)多種控制信號的綜合控制； 參數(shù)的調(diào)節(jié)靈活； 省去結構復雜的飛擺機構，運行維護方便。電液式與機械式比較有以下優(yōu)點：電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理一一 機械液壓調(diào)速器機械液壓調(diào)速器1 工作原理工作原理 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝

16、置原理自動裝置原理2 調(diào)調(diào)速系統(tǒng)框圖速系統(tǒng)框圖 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理3 轉速給定裝轉速給定裝置置調(diào)節(jié)過程調(diào)節(jié)過程4 機組靜特性平行移動機組靜特性平行移動 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理轉速給定裝置調(diào)節(jié)過程A C BD F EA C BD F EA C BD F EA C BD F E電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理二二 功率功率頻率電液調(diào)速器頻率電液調(diào)速器 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理1 轉速測量轉速測量 A 磁阻發(fā)送器磁阻發(fā)送器 磁阻發(fā)送器的作用是將轉速轉換為相應頻率的電壓信號。它由齒輪和測速磁頭兩部分組成，齒輪與主軸聯(lián)在一起。測速磁頭由永久

17、磁鐵和線圈組成，且與齒輪相距一定間隙。當汽輪機轉動時帶動齒輪一起旋轉。測速磁頭所對的齒頂及齒槽交替地變化，這種磁阻的變化導致通過測速磁頭磁通的相應變化，于是在線圈中感應出微弱的脈動信號，該信號的頻率與機組轉速成正比。 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理B 頻率頻率電壓變送器電壓變送器 頻率電壓變送器的輸出特性 工作波形方框圖 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理頻率電壓變送器的工作波形 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理2 功率測量功率測量 810cosBidREcHHB3421將發(fā)電機的有功功率轉換成與之成正比的直流電壓，即有功功率變送器。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置

18、原理UGEHTBiTAictIUEttIUKKKBiKEtIKiKBtUKuKiMMHMMcHMMGc2coscos2sinsinsinsin32132211電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理3 轉速和功率給定環(huán)節(jié)轉速和功率給定環(huán)節(jié) 轉速和功率給定環(huán)節(jié)用高精度穩(wěn)壓電源供電的精密多轉電位器構成。其輸出電壓值即可表示給定轉速或功率，多轉電位器由控制電機帶動，以適應當?shù)鼗蜻h方控制的需要。 4 電液轉換及液壓系統(tǒng)電液轉換及液壓系統(tǒng)電液轉換器把調(diào)節(jié)量由電量轉換成非電量油壓。液壓系統(tǒng)由繼動器、錯油門和油動機組成。 5 調(diào)速器的工作調(diào)速器的工作 PmRfmPf00PfKPmRfmGPf電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)

19、自動裝置原理自動裝置原理三三 數(shù)字式電液調(diào)速器數(shù)字式電液調(diào)速器 控制電路部分的功能用微機實現(xiàn)。 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理控制電路的功能通過微機實現(xiàn)。調(diào)速器的調(diào)節(jié)規(guī)律由計算機實現(xiàn)。主機根據(jù)采集到的實時信息，按預先確定的控制規(guī)律進行調(diào)節(jié)量計算，計算結果經(jīng)過D/A變換輸出去控制電/液壓轉換，再由液壓伺服系統(tǒng)控制原動機的輸入功率，完成調(diào)速或調(diào)頻的任務。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性 一一 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 1 調(diào)速器的傳遞函數(shù)調(diào)速器的傳遞函數(shù) 傳遞函數(shù)是分析調(diào)節(jié)系統(tǒng)性能的重要工具，電力系

20、統(tǒng)的頻率和有功功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要是由調(diào)速器、發(fā)電機與原動機和電網(wǎng)環(huán)節(jié)組成，傳遞函數(shù)分別討論如下： sFRsPsGsXsFRsPsTKsXcnBcnnB111調(diào)速器的輸出量調(diào)速器的輸出量 表達為表達為給定值給定值 和頻率和頻率 兩輸入量兩輸入量間的關系。間的關系。 sXBcPf電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理1 調(diào)速器的傳遞函數(shù)調(diào)速器的傳遞函數(shù) sFRsPsGsXsFRsPsTKsXcnBcnnB111 BBccXLsXPLsPfLsF調(diào)速器靜態(tài)增益nKsTn0.250.05，調(diào)速器時間常數(shù)調(diào)速器調(diào)差系數(shù)R調(diào)速器的傳遞函數(shù)表示了調(diào)速器的傳遞函數(shù)表示了原動機調(diào)節(jié)量原動機調(diào)節(jié)量與與控制指令信

21、號控制指令信號及系統(tǒng)頻率間及系統(tǒng)頻率間的動態(tài)特性。的動態(tài)特性。 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理 TTBTTsTKsXsPsG1 簡單的汽輪機的傳遞函數(shù) 再熱式汽輪機的傳遞函數(shù) rTrTBTTsTsTsKrTKsXsPsG111 水輪機的傳遞函數(shù) sTsTsXsPsGWWBTn5 . 0112 原動原動機機的傳遞函數(shù)的傳遞函數(shù) 氣閥位置 的改變導致進氣量的改變,使汽輪機輸入功率變動 ,因而引起發(fā)電機功率變化 .BXTPGP電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理3 汽輪機發(fā)汽輪機發(fā)電機組的傳電機組的傳遞函數(shù)遞函數(shù)R1nnsTK1TTsTK1F(s)PT(s)Pc(s)XB(s)Gn(s

22、)GT(s)+-R1TnsTsT111F(s)PT(s)Pc(s)GnT(s)+-KnKT=1調(diào)速器調(diào)速器 汽輪機汽輪機電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大而且互聯(lián)，即一個地區(qū)的電力系統(tǒng)與另一個地區(qū)的電力系統(tǒng)相互連接起來構成更大的系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)的頻率和功率調(diào)節(jié)以地區(qū)系統(tǒng)為基礎作為控制區(qū)，把每個控制區(qū)作為一個等效的同步發(fā)電機群來進行調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在來研究一個通過聯(lián)絡線路與其他控制區(qū)相互連接的控制區(qū)i的一次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。4 單區(qū)域系統(tǒng)、電網(wǎng)部分單區(qū)域系統(tǒng)、電網(wǎng)部分( (發(fā)電機、負荷及聯(lián)絡線）發(fā)電機、負荷及聯(lián)絡線） 控制區(qū)3控制區(qū)2控制區(qū)1控制區(qū)i電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動

23、裝置原理自動裝置原理發(fā)電機組動能提供的功率增量； 負荷的頻率調(diào)節(jié)效應而引起的負荷功率變化；聯(lián)絡線上功率的變化。 4 單區(qū)域系統(tǒng)、電網(wǎng)部分單區(qū)域系統(tǒng)、電網(wǎng)部分( (發(fā)電機、負荷及聯(lián)絡線）發(fā)電機、負荷及聯(lián)絡線） 控制區(qū)3控制區(qū)2控制區(qū)1控制區(qū)i負荷變化與發(fā)電機組輸入功率變化的差值： 假設在控制區(qū)i中，突然有一個量值為 的負荷變化，由于調(diào)速器的作用，這個區(qū)域頻率變化為 ，發(fā)電機組的輸入功率相應變化了 TiPLiPif電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理功率平衡關系式（有名值）功率平衡關系式（有名值）tiiLikiLiTiPfKdtdWPP聯(lián)絡線上總功率的變化tiP率變化負荷調(diào)節(jié)效應引起的功iLi

24、fK 變化發(fā)電機動能引起的功率dtdWki sFsGsPsPsPiPitiLiTi PiPiPisTKsG1LiiPiLiPiKHTKK2,1 njjiijtisFsFTssP12電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理12iTPti(s)Fi(s)+-+-+-22iT32iT+s1F3(s)F2(s)F1(s)聯(lián)絡線功率增量框圖聯(lián)絡線功率增量框圖聯(lián)絡線功率增量關系式聯(lián)絡線功率增量關系式 njjiijtisFsFTssP12電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理pipisTK1PLi(s)PTi(s)Gpi(s)Pti(s)Fi(s)-+功率平衡式的框圖 sFsGsPsPsPiPitiLiT

25、i PiPiPisTKsG1LiiPiLiPiKHTKK2,1電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理pipisTK1PLi(s)PTi(s)Gpi(s)Pti(s)Fi(s)-+R1TnsTsT111ppsTK1F(s)Pc(s)PL(s)GnT(s)Gp(s)+-PT(s)+-5 單區(qū)域的閉環(huán)調(diào)節(jié)框單區(qū)域的閉環(huán)調(diào)節(jié)框圖圖(不考慮互聯(lián)系統(tǒng)不考慮互聯(lián)系統(tǒng))R1TnsTsT111F(s)PT(s)Pc(s)GnT(s)+-電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理R1TnsTsT111ppsTK1F(s)Pc(s)PL(s)GnT(s)Gp(s)+-PT(s)+-12iTPti(s)Fi(s)+-

26、+-+-22iT32iT+s1F3(s)F2(s)F1(s)6 與其他系與其他系統(tǒng) 相 聯(lián) 的統(tǒng) 相 聯(lián) 的控制區(qū)域控制區(qū)域i的 閉 環(huán) 框的 閉 環(huán) 框圖圖 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理二二 電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)特性電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)特性 1 單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性 R1TnsTsT111ppsTK1F(s)Pc(s)PL(s)GnT(s)Gp(s)+-PT(s)+- 討論電網(wǎng)中發(fā)電機組在調(diào)速器工作情況下，即一次調(diào)頻時電網(wǎng)的頻率特性。不加控制，控制功率Pc(s) 為0。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理算例：算例：系統(tǒng)總額定容量 PN=2000MW正常運行的負荷 PL=1000MW慣性

27、常數(shù) H=5s調(diào)差系數(shù) R*=4.8%負荷調(diào)節(jié)效應系數(shù) KL*=0.5R1TnsTsT111ppsTK1F(s)PL(s)GnT(s)Gp(s)-PT(s)+-sKHTKKLPLP205 . 052225 . 011*電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理 GLLLLLPPsLnTPPLnTPPKKRKRKPPRKKsFsfsPsGsGRsGsFsPsGsGRsGsF111lim111110系統(tǒng)功率頻率特性系數(shù)系統(tǒng)功率頻率特性系數(shù) A 靜態(tài)特性R1TnsTsT111ppsTK1F(s)PL(s)GnT(s)Gp(s)-PT(s)+-電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理33.21%8 .

28、415 . 01*RKL。系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)頻率降低了則假設負荷增量為HzHzfPfPMWPNLLL0234. 00234. 001. 0200020,20*電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理B 動態(tài)特性動態(tài)特性sPsKRRTsPsKRRTKRRKsPKRsRTRKLPPLPPPPLPPP11111PPLRTKRssP11 sPsTKRsTKsFLPPPP1111 tefsssF13. 210234. 013. 2110234. 0205015 . 05052225 . 011*LPLPKHTKK電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理總的閉環(huán)系統(tǒng)的時間常數(shù)只有0.4687s，比表征電廠本身的時

29、間常數(shù)TP(為20s)要小得多，這主要是由于閉環(huán)系統(tǒng)中的反饋所起的作用(即調(diào)速器的作用)；減小R值使增大，可以減小穩(wěn)態(tài)頻率偏差；當計及Tn、TT時，f 隨時間變化曲線不是純指數(shù)型的，在初期出現(xiàn)了振蕩、 開始時形成一個較大的瞬時頻率降落； 算例中，當負荷變化20Mw時、頻率降落為0.0234Hz，如果長期存在會引起較大的累計頻率偏差，這是不允許的。 1 2 3 4 5f=0.0234Hzf(Hz)Tn=TT=0Tn=0.08sTT=0.3st(s)電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理 總之，增加的20MW負荷功率是由三部分來平衡的，即系統(tǒng)動能供給的功率，發(fā)電機增加的輸入功率以及負荷少吸收的功

30、率，在開始瞬間，后兩項為零，隨著頻率降低，它們就逐漸增大，最后在一個較低的頻率下穩(wěn)定運行。此時，動能已不再供給功率，20MW的負荷增量僅由后兩項來供給。 發(fā)電機增加的功率 為 負荷調(diào)節(jié)效應引起負荷功率的變化 為MWPfKPNLL5 . 02000500234. 05 . 0GPLPMWPRfPNG5 .192000%8 . 40234. 0電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理 現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，大系統(tǒng)在運行方面具有許多優(yōu)點。在負荷發(fā)生突然變化后，開始時負荷增加的功率是由系統(tǒng)的動能供給的。系統(tǒng)越大，它所儲備的動能越多，能供給的功率就越大。例如一個1000MW的系統(tǒng)，突然失去300M

31、W的容量，在單獨運行情況下，將會造成災難性的事故。其頻率將下降很多，甚至導致系統(tǒng)解列，造成大面積停電。如果這一系統(tǒng)是容量為100000MW的大系統(tǒng)的一部分，同樣失去300MW的容量，頻率下降很少，由于調(diào)速器的作用，很快就可以恢復。2 2 多區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性多區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理Pc1(s)11R11111TnsTsT111ppsTKF1(s)PL1(s)GnT1(s)Gp1(s)+-PT1(s)+-21R22111TnsTsT221ppsTKF2(s)Pc2(s)PL2(s)GnT2(s)Gp2(s)+-PT2(s)+-12as1122 T+-二二 區(qū)

32、域系統(tǒng)的控制框圖區(qū)域系統(tǒng)的控制框圖電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理112212212111221122aPPPPaPaPfLLttLL假設兩區(qū)域具有相同的參數(shù)，即LLLKKKRRRa21211221, 1,22122112LLttLLPPPPPPf假設每個區(qū)域的負荷突然增加一個階躍值 1LP2LP由此可見：1、控制區(qū)2中增加的負荷是由兩個控制區(qū)域共同承擔的，其中50%的負荷增量由區(qū)域1通過聯(lián)絡線供給。2、負荷變化時，兩區(qū)域控制系統(tǒng)的頻率偏差比單一孤立系統(tǒng)時的頻率偏差減小一半。聯(lián)合調(diào)頻的優(yōu)越的優(yōu)越性，比單區(qū)域系統(tǒng)調(diào)節(jié)好。性，比單區(qū)域系統(tǒng)調(diào)節(jié)好。0, 021LLPP設222212LttLP

33、PPPf300MW的容量電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理第四節(jié) 電力系統(tǒng)自動調(diào)頻 一概述 電力系統(tǒng)中的所有發(fā)電機組均裝有調(diào)速器，如系統(tǒng)負荷發(fā)生變化，則每臺發(fā)電機的調(diào)速器都將反應系統(tǒng)頻率的變化，自動地調(diào)節(jié)進汽(水)閥門的開度，改變機組出力，使有功功率重新達到平衡。這就是頻率的一次調(diào)整。 手動或自動改變功率給定值，利用同步器平移機組調(diào)節(jié)特性對系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)就是頻率的二次調(diào)整。手動調(diào)頻 自動調(diào)頻電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理 帶基本負 荷的發(fā)電廠 調(diào)峰廠（負荷變動部分） 調(diào)頻廠（計劃外負荷）v 主導發(fā)電機法 v 同步時間法（積差調(diào)節(jié)法） v 聯(lián)合電力系統(tǒng)調(diào)頻 二 自動調(diào)頻方式電力系

34、統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理當負荷變動系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時，調(diào)頻電廠中主導發(fā)電機組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)首先動作，改變主導機組的功率，力圖維持系統(tǒng)頻率恒定。這時，由于主導機組的功率變化，協(xié)助調(diào)頻的其它機組也隨之作相應的功率調(diào)整，力圖使它們的調(diào)節(jié)功率與主導機組的調(diào)節(jié)功率間維持給定的比例關系。在調(diào)節(jié)過程中，主導機組按系統(tǒng)頻率不斷地調(diào)節(jié)，協(xié)助調(diào)頻機組也跟隨主導機進行調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)頻率恢復到額定值，協(xié)助調(diào)頻機組與主導機組的調(diào)節(jié)功率符合給定比例時為止。這時系統(tǒng)中不參加調(diào)頻的其余機組的功率維持不變，計劃外負荷的變動全部由調(diào)頻機組承擔。 10PaPfii（一）主導發(fā)電機法電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理fd

35、tKfdtkPPkfdt10A 單機積差調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)方程調(diào)頻過程 B 多臺機組的積差調(diào)節(jié)KPKPfdtKPKKPPfdtKPfdtKPfdtKPfdtKPiiniiniiniiniinn11111111（二）積差調(diào)節(jié)法 指調(diào)頻系統(tǒng)按頻率偏差的時間積分值進行調(diào)節(jié)。 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理PaPfdtkfdtkaPPfdtkaPEndfdtkaPkfiiiiniiiiiii 10C 改進的積差調(diào)節(jié)法 D 集中制與分散制調(diào)頻 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理維持系統(tǒng)頻率為額定值，在正常穩(wěn)態(tài)情況下，其頻率偏差在0.05一0.2Hz范圍內(nèi)； 控制地區(qū)電網(wǎng)間聯(lián)絡線的交換功率與計劃值相

36、等，實現(xiàn)各地區(qū)有功功率的就地平衡； 在安全運行前提下，所管轄系統(tǒng)范圍內(nèi)，機組間負荷實現(xiàn)經(jīng)濟分配。 三 聯(lián)合電力系統(tǒng)調(diào)頻A 任務 恒定頻率控制FFC(Flat Frequency Control) 恒交換功率控制FTC(Flat Tie-Line Control) 頻率聯(lián)絡線功率偏差控制TBC(Tie line load frequency Bias Control)B 聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻方式電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理C 頻率聯(lián)絡線功率偏差控制TBCPGAPLAKAPGBPLBKBPtA區(qū)域調(diào)節(jié)作用的信號稱為區(qū)域控制誤差(Area Control Error)。000fPPfPAC

37、EfPACEdtfPKPdtfPKPfPACEfPACEtBtABtBBAtAABtBiBGBAtAiAGABtBBAtAA控制誤差控制誤差調(diào)整結果電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理BAALBLALBBALAGAtAAtABLBtAAGALAtALBBLBtALAAGALAtBLBLBGBtALALAGAPPPfPPPfPfPPfPPPfKRPPfKRPPPfKPPPfKPP 1011電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理電力系統(tǒng)自動調(diào)頻電力系統(tǒng)自動調(diào)頻電電 廠廠 帶基本負荷廠帶基本負荷廠1 調(diào)頻廠調(diào)頻廠1 調(diào)頻廠調(diào)頻廠2 調(diào)頻廠調(diào)頻廠3 調(diào)峰廠調(diào)峰廠1 調(diào)峰廠調(diào)峰廠2 調(diào)峰廠調(diào)峰廠3

38、 帶基本負荷廠帶基本負荷廠2 帶基本負荷廠帶基本負荷廠3 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理電力系統(tǒng)自動調(diào)頻電力系統(tǒng)自動調(diào)頻0f一臺發(fā)電機（主導機）。調(diào)差目標其它成比例配合。效果一般，用于小系統(tǒng)。AGC同步時間法同步時間法聯(lián)合自動調(diào)頻聯(lián)合自動調(diào)頻按頻率偏差的積分值調(diào)節(jié)。0 fdtkaPkfiii主導發(fā)電機法主導發(fā)電機法)(fBPaPfGiiciifGiiicifBPaP)(電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理恒定頻率控制法恒定頻率控制法FFC電力系統(tǒng)自動調(diào)頻電力系統(tǒng)自動調(diào)頻v 聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻0f恒定交換功率控制恒定交換功率控制FTCconstPt無關頻率。一個系

39、統(tǒng)與另一個系統(tǒng)之間交換的Pt恒定，但f可能會變。有協(xié)議的因素。頻率聯(lián)絡線功率偏差控制頻率聯(lián)絡線功率偏差控制TBC全部都考慮。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理電力系統(tǒng)自動調(diào)頻電力系統(tǒng)自動調(diào)頻vTBC區(qū)域調(diào)節(jié)作用的信號稱為區(qū)域控制誤差ACE。BBtBBAAtAAfPACEfPACEdtfPKPdtfPKPBBtBiBGBAAtAiAGA相應的控制功率當負荷變動時，調(diào)整目標0, 0BAACEACEtBLBLBGBtALALAGAPfKPPPfKPP設A有二次調(diào)頻，B有一次調(diào)頻。tBtAPP tALBBLBtALAAGALAPfKRPPfKRPP11且即0tAAPf最終使LBBAPf1BAAL

40、BtAPP得電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)涉及系統(tǒng)中有功功率平衡和潮流分布。在保證頻率質(zhì)量和系統(tǒng)安全運行前提下，如何使電力系統(tǒng)運行具有良好的經(jīng)濟性，這就是電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度控制 (Economic load Dispatching Control)的任務。它是聯(lián)合自動調(diào)頻的重要目標之一，因此也有人把EDC列為AGC功能的一部分，稱之為AGCEDC功能。EDC是按數(shù)學模型編制的程序，調(diào)用時需一定的時間開銷，但它可以較長時間起動一次(一般在5min以上)。有人稱EDC為三次經(jīng)濟調(diào)整。 第五節(jié)第五節(jié) 電力系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度與自動調(diào)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度與自動調(diào)頻頻電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)

41、自動裝置原理自動裝置原理一一 等微增率分配負荷的基本概念等微增率分配負荷的基本概念 耗量特性是指發(fā)電機組在單位時間內(nèi)所消耗的能量與輸出功率之間的關系。微增率是指輸入耗量微增量與輸出功率微增量的比值。對發(fā)電機組來說，為燃料消耗量(或消耗費用)的微增量與發(fā)電機輸出功率微增量的比值。等微增率法則，就是運行的發(fā)電機組按微增率相等的原則來分配負荷，這樣就可使系統(tǒng)總的燃料消耗或費用為最小，從而是最經(jīng)濟的。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理耗量特性曲線微增率曲線PFb對應于某一輸出功率時的微增率就是耗量特性曲線上對應該功率點切線的斜率。電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理鍋爐汽輪機發(fā)電機組成的單元

42、機組的耗量特性和微增率特性如圖(a)和(d)的形狀。隨著輸出增加，其耗量增量大于輸出功率的增量，耗量微增率隨輸出功率的增加而增大。 Example 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理niinniiLnFFFFFPPPPPn121121,，則總燃料消耗為其對應的燃料消耗為總負荷功率為的負荷為臺發(fā)電機組，每臺承擔設有FLFFPPPPPniiLniin求解：引入拉格朗日乘子法則總的燃料消耗為最小，在滿足負荷的條件下，要使發(fā)電機組總的輸出min0,1121電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理發(fā)電廠內(nèi)并聯(lián)運行機組的經(jīng)濟調(diào)度準則為：各機發(fā)電廠內(nèi)并聯(lián)運行機組的經(jīng)濟調(diào)度準則為：各機組運行時微增率相等，并等于全廠的微增率。組運行時微增率相等，并等于全廠的微增率。 nniiiiiLniiiniiiiiidPdFdPdFdPdFdPdFPFPFPPPPFPLPPFPL2211110010)()(00即即，導數(shù)為條件是上式對功率的偏要使總燃料消耗最小，電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)自動裝置原理自動裝置原理多臺機組間按等微增率分配負荷示意圖多臺機組間按等微增率分配負荷示意圖v 思考題思考題MPPPFPPFi