電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置原理第5章

第5章電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動(dòng)調(diào)理小節(jié)導(dǎo)航12345小結(jié)第1節(jié)電力系統(tǒng)的頻率特性一、概述⒈負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)頻率的影響⒉頻率的調(diào)理手段二、電力系統(tǒng)負(fù)荷的功率頻率特性〔靜特性〕⒈負(fù)荷功率頻率特性的定義和表示方法⒉負(fù)荷的頻率調(diào)理效應(yīng)三、發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性⒈發(fā)電機(jī)組功率頻率特性的定義和表示方法⒉發(fā)電機(jī)組間有功功率的分配〔①兩臺(tái)機(jī)組②多臺(tái)機(jī)組〕⒊調(diào)理特性的失靈區(qū)四、電力系統(tǒng)的頻率特性轉(zhuǎn)第2節(jié)小節(jié)導(dǎo)航12345小結(jié)穩(wěn)態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)機(jī)械輸入功率等于電磁輸出功率，系統(tǒng)頻率f堅(jiān)持不變。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷添加后，電磁功率添加，而機(jī)械輸入功率變化緩慢，從而使發(fā)電機(jī)產(chǎn)生功率缺額，迫使轉(zhuǎn)子速度n下降，f隨之下降。負(fù)荷的變化按其變化的頻率大小可分為3種：隨機(jī)分量頻率較高，幅度較小，周期普通小于10秒。脈動(dòng)分量頻率較隨機(jī)分量低些，幅度較隨機(jī)分量大些，周期在10秒~3分鐘。繼續(xù)分量負(fù)荷的主要成分，幅度最大，頻率最低，變化很緩慢。其中，后兩種分量對(duì)系統(tǒng)頻率的變化起主要作用。負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)頻率的影響前往頻率的調(diào)理手段前往系統(tǒng)對(duì)頻率的要求比對(duì)電壓的要求更為嚴(yán)厲，通常，頻率與額定值的偏向不超越0.2Hz。當(dāng)頻率發(fā)生變化時(shí)，可經(jīng)過(guò)調(diào)理汽輪發(fā)電機(jī)組的汽門開度和水輪發(fā)電機(jī)組的水門開度來(lái)滿足系統(tǒng)頻率和經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷的要求。負(fù)荷功率頻率特性的定義和表示方法①定義負(fù)荷功率隨系統(tǒng)頻率變化的特性PL=F(f)。②表示方法與f無(wú)關(guān)的負(fù)荷：照明、電弧爐、電阻爐、整流負(fù)荷等與f有關(guān)的負(fù)荷：切削機(jī)床、球磨機(jī)、往復(fù)式水泵、緊縮機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等與f2有關(guān)的負(fù)荷：變壓器中的渦流損耗與f3有關(guān)的負(fù)荷：通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等與f4有關(guān)的負(fù)荷：靜水頭阻力很大的給水泵等前往n通常取3，且負(fù)荷的頻率調(diào)理效應(yīng)①調(diào)理效應(yīng)的定性描畫②調(diào)理效應(yīng)的定量描畫③例題分析前往fN：負(fù)荷功率缺額f由負(fù)荷的功率頻率特性負(fù)荷緩解f的下降，最終穩(wěn)定在略低于fN的頻率值。fN：負(fù)荷功率過(guò)剩f由負(fù)荷的功率頻率特性負(fù)荷緩解f的上升，最終穩(wěn)定在略高于fN的頻率值。負(fù)荷頻率調(diào)理效應(yīng)的定性描畫當(dāng)負(fù)荷成分確定后，負(fù)荷的功率頻率特性即可確定〔見圖〕。fPLPLNPLfNf前往衡量負(fù)荷頻率調(diào)理才干大小的目的為負(fù)荷的頻率調(diào)理效應(yīng)系數(shù)KL〔或KL*〕為：負(fù)荷頻率調(diào)理效應(yīng)的定量描畫前往負(fù)荷頻率調(diào)理效應(yīng)的例題分析[題]某電力系統(tǒng)中，與f0次方、1次方、2次方及3次方成比例的負(fù)荷分別占30%、40%、10%和20%，且當(dāng)f=50Hz時(shí)系統(tǒng)總的有功負(fù)荷為3200MW〔包括有功網(wǎng)損〕。試求：(1)當(dāng)f=47Hz時(shí)，負(fù)荷變化的百分?jǐn)?shù)及相應(yīng)的KL和KL*；(2)當(dāng)f=52Hz時(shí)，負(fù)荷變化的百分?jǐn)?shù)及相應(yīng)的KL和KL*；(3)假設(shè)f=50Hz時(shí)系統(tǒng)總的有功負(fù)荷為3600MW〔包括有功網(wǎng)損〕，那么上述兩種情形的KL又是多大？[結(jié)論]在掌握KL*后，只需根據(jù)PLN的大小即可求出KL，從而可得頻率偏移量與功率調(diào)理量之間的關(guān)系。參見求解過(guò)程前往(1)f=47Hz時(shí)PL*=0.3+0.4(47/50)+0.1(47/50)2+0.2(47/50)3=0.93PL*=1-0.93=0.07KL*=PL*/f*=0.07/(3/50)=1.17KL=(PLN/fN)KL*=32001.17/50=74.88MW/Hz(2)f=52Hz時(shí)PL*=0.3+0.4(52/50)+0.1(52/50)2+0.2(52/50)3=1.05PL*=1.05-1=0.05KL*=PL*/f*=0.05/(2/50)=1.25KL=(PLN/fN)KL*=32001.25/50=80.0MW/Hz(3)PLN=3600MW時(shí)KL=(PLN/fN)KL*=36001.17/50=84.24MW/HzKL=(PLN/fN)KL*=36001.25/50=90.0MW/Hz例題求解過(guò)程前往發(fā)電機(jī)組功率頻率特性的定義和表示方法①定義發(fā)電機(jī)組輸出功率與系統(tǒng)頻率變化之間的關(guān)系PG=F(f)。它取決于調(diào)速系統(tǒng)的特性。②表示方法〔1〕未配置調(diào)速器的情形〔2〕配置調(diào)速器的情形前往發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)矩方程近似表示為：MG*=AB*PG*=K(A*B2*)PG*=c1f*c2f2*通常，c1=2c2。于是，未配置調(diào)速器時(shí)的特性如右圖所示。當(dāng)f*=-c1/(-2c2)=1.0時(shí)〔額定條件下〕，PG*獲得最大值。前往(1)未配置調(diào)速器的情形PG*f*1.0PG*maxoR=f/PG或R*=f*/PG*[留意與無(wú)功時(shí)的=UG*/IQ*或=UG*/QG*對(duì)照]由上述關(guān)系可得機(jī)組的有功功率/頻率靜特性調(diào)理方程：f*+R*PG*=0還可得功率/頻率靜特性系數(shù)：[留意與負(fù)荷頻率調(diào)理效應(yīng)系數(shù)對(duì)照]KG=1/R=PG/f或KG*=1/R*=PG*/f*結(jié)論：發(fā)電機(jī)組輸出功率的增量與頻率的變化成正比，與調(diào)差系統(tǒng)成反比。系統(tǒng)中一切機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)均為有差調(diào)理，因此，只需存在頻率變化，那么一切機(jī)組都將承當(dāng)負(fù)荷的變化。調(diào)速器使進(jìn)汽〔水〕量隨發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速而變，從而使原動(dòng)機(jī)的任務(wù)點(diǎn)在不同的靜特性曲線間轉(zhuǎn)移，構(gòu)成右圖所示外形的近似任務(wù)特性〔有差調(diào)理〕，其斜率數(shù)值稱調(diào)差系數(shù)，即(2)配置調(diào)速器的情形PGffPGoPGNfN對(duì)應(yīng)最大進(jìn)汽〔水〕量前往PG*=PG/PGN=f*(PGN1/R1*+PGN2/R2*)/PGN等值調(diào)差系數(shù)R*=PGN/(PGN1/R1*+PGN2/R2*)設(shè)兩機(jī)組額定輸出功率〔fN時(shí)〕為PGN1和PGN2，和PGN=PGN1+PGN2。當(dāng)負(fù)荷添加引起頻率下降f后，兩機(jī)組總的功率變化將為：PG=PG1+PG2=f/R1f/R2=f/R其中，兩臺(tái)機(jī)組的等值調(diào)差系數(shù)為：R=1/(1/R1+1/R2)對(duì)標(biāo)幺值情形：PG=PG1+PG2=PGN1PG1*+PGN2PG2*=PGN1f*/R1*PGN2f*/R2*=f*(PGN1/R1*+PGN2/R2*)兩臺(tái)機(jī)組間有功功率的分配PG1ffPG1oPGN1fNPG2PG2PGN2R1R2前往將兩機(jī)組的結(jié)論推行到n臺(tái)機(jī)，等值調(diào)差系數(shù)為：或

或等值調(diào)理方程f*+R*PG*=0。當(dāng)系統(tǒng)中機(jī)組承當(dāng)?shù)挠泄β士偭康脑隽恐?，即可求得頻率變化，從而可以求出各臺(tái)機(jī)組所承當(dāng)?shù)挠泄β实脑隽看笮　６嗯_(tái)機(jī)組間有功功率的分配前往調(diào)理特性的失靈區(qū)丈量元件不靈敏呵斥調(diào)速器具有一定的失靈區(qū)，使得調(diào)理特性在理想形狀附近產(chǎn)生一條失靈帶，失靈帶的寬度以失靈度表示：=fw/fN=fw*其中fw為最大頻率凝滯。與此對(duì)應(yīng)的最大功率誤差為：Pw=fw/R或Pw*=fw*/R*=/R*可知：失靈帶導(dǎo)致功率誤差，誤差與調(diào)差系數(shù)成反比。R*不能太小，否那么功率誤差過(guò)大。失靈區(qū)雖有不利影響，但失靈區(qū)也不能沒有或過(guò)小，否那么當(dāng)f稍有變化時(shí)，調(diào)速器就要調(diào)理，反而會(huì)使閥門調(diào)理過(guò)分頻繁，產(chǎn)生負(fù)面影響。因此，在一些非常靈敏的電液調(diào)速器中，常人為適當(dāng)添加不靈敏區(qū)。前往PGfPwoPGNfNPw2fw電力系統(tǒng)的頻率特性在將網(wǎng)損功率歸并到負(fù)荷中時(shí)，電力系統(tǒng)的頻率特性實(shí)踐上曾經(jīng)決議于發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性和負(fù)荷的功率頻率特性，二者的交點(diǎn)即為系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)點(diǎn)。下面詳細(xì)分三種情況分析系統(tǒng)的頻率特性：1.初始形狀〔或額定形狀fN〕2.小額負(fù)荷添加PL〔不會(huì)使頻率下降太多〕3.大額負(fù)荷添加PL〔致使頻率下降太多，超越允許值〕參見任務(wù)點(diǎn)轉(zhuǎn)移圖前往任務(wù)點(diǎn)轉(zhuǎn)移圖前往PfoPLN1fNabcd12PLN=F1(f)PL=F2(f)PL3PLN2f2f3初始形狀前往此時(shí)任務(wù)點(diǎn)為a點(diǎn)：負(fù)荷特性PLN=F1(f)和發(fā)電機(jī)組特性1的交點(diǎn)。此時(shí)PTN=PGN=PLN1〔包括網(wǎng)損〕。此時(shí)負(fù)荷特性轉(zhuǎn)移到PL=F2(f)。①假設(shè)系統(tǒng)中一切發(fā)電機(jī)組均無(wú)調(diào)速器PTN不變，負(fù)荷由PLN變?yōu)镻LN1+PL產(chǎn)生功率缺額f由負(fù)荷功率頻率特性知，負(fù)荷有功功率，重新到達(dá)PLN，此時(shí)頻率值降為f2〔對(duì)應(yīng)b點(diǎn)〕。②假設(shè)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組裝有調(diào)速器〔實(shí)踐也正如此〕f調(diào)速器動(dòng)作，添加機(jī)組的PTf上升，穩(wěn)定在c點(diǎn)〔PL=F2(f)和機(jī)組特性1的交點(diǎn)〕，此時(shí)頻率上升為f3，負(fù)荷功率為PL3。比較①和②，調(diào)速器動(dòng)作的結(jié)果使頻率由f2上升到f3，負(fù)荷功率由PLN添加到PL3。調(diào)速器的這種調(diào)理作用稱為一次調(diào)理，它與調(diào)差系數(shù)對(duì)應(yīng)。小額負(fù)荷添加前往經(jīng)調(diào)速器動(dòng)作后到達(dá)c點(diǎn)，此時(shí)f3仍過(guò)小。手動(dòng)或自動(dòng)參與調(diào)頻安裝，使機(jī)組特性平移到特性2f繼續(xù)上升，穩(wěn)定在d點(diǎn)，此時(shí)頻率值為fN，負(fù)荷功率為PLN2>PL3。比較任務(wù)點(diǎn)c和d知，調(diào)頻安裝作用的結(jié)果使頻率由f3上升到fN，負(fù)荷功率由PL3添加到PLN2。調(diào)頻安裝的這種調(diào)理作用稱為二次調(diào)理，它不改動(dòng)調(diào)差系數(shù)。大額負(fù)荷添加前往第2節(jié)調(diào)速器原理一、調(diào)速器的種類二、機(jī)械液壓調(diào)速器〔1〕表示圖〔2〕測(cè)速機(jī)構(gòu)〔3〕執(zhí)行機(jī)構(gòu)〔4〕轉(zhuǎn)速給定機(jī)構(gòu)〔特性平移機(jī)構(gòu)〕三、功率-頻率電液調(diào)速器四、數(shù)字式電液調(diào)速器〔參見書P150圖5-22〕轉(zhuǎn)第3節(jié)小節(jié)導(dǎo)航12345小結(jié)調(diào)速器的種類機(jī)械式：利用一只離心飛擺的位移與轉(zhuǎn)速的關(guān)系測(cè)速來(lái)直接控制進(jìn)氣閥。機(jī)械液壓式：利用離心飛擺和液壓機(jī)構(gòu)控制進(jìn)氣閥。電氣液壓式：利用電氣測(cè)速機(jī)構(gòu)和電液轉(zhuǎn)換及液壓機(jī)構(gòu)控制進(jìn)氣閥。數(shù)字式：將電氣液壓式調(diào)速器的控制部分用微機(jī)實(shí)現(xiàn)。前往機(jī)械液壓調(diào)速器表示圖前往調(diào)頻器進(jìn)汽油動(dòng)機(jī)錯(cuò)油門離心飛擺ADBCEFXAXDXEXB彈簧XCXF測(cè)速機(jī)構(gòu)汽輪機(jī)主軸帶動(dòng)的齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)+離心飛擺。A點(diǎn)位移代表了轉(zhuǎn)速的變化。轉(zhuǎn)速越高，A點(diǎn)位移越高。前往執(zhí)行機(jī)構(gòu)油動(dòng)機(jī)+錯(cuò)油門〔控制油動(dòng)機(jī)的動(dòng)作〕。轉(zhuǎn)速上升時(shí)，A點(diǎn)上升。假設(shè)調(diào)頻器〔D點(diǎn)〕不動(dòng)作，那么C、E、F上移，錯(cuò)油門兩個(gè)凸肩上移，在油壓作用下使油動(dòng)機(jī)活塞〔B點(diǎn)〕下移，關(guān)小進(jìn)汽閥〔減小汽機(jī)的輸入功率〕。在B點(diǎn)下移時(shí)，帶動(dòng)C、F、E下移，直到錯(cuò)油門兩個(gè)凸肩重新回到堵住油動(dòng)機(jī)上、下腔油路位置。由上述過(guò)程可知，在A點(diǎn)上升時(shí)，C點(diǎn)首先隨A點(diǎn)的上移而上移，隨后又隨B點(diǎn)的下移而下移，過(guò)程終了時(shí)，C點(diǎn)位置不變。此時(shí)，A點(diǎn)比開場(chǎng)時(shí)略高，B點(diǎn)比開場(chǎng)時(shí)略低。反過(guò)來(lái)，在轉(zhuǎn)速下降A(chǔ)點(diǎn)下移時(shí)，調(diào)理過(guò)程終了時(shí)，C點(diǎn)位置也不變。此時(shí)，A點(diǎn)比開場(chǎng)時(shí)略低，B點(diǎn)比開場(chǎng)時(shí)略高。前往轉(zhuǎn)速給定〔特性平移〕機(jī)構(gòu)對(duì)升速情形，假設(shè)D點(diǎn)不變，那么調(diào)理結(jié)果是：C點(diǎn)位置不變，A點(diǎn)比開場(chǎng)時(shí)略高，B點(diǎn)比開場(chǎng)時(shí)略低，即轉(zhuǎn)速略有升高。此時(shí)，假設(shè)降低D點(diǎn)，由于轉(zhuǎn)速和油動(dòng)機(jī)活塞來(lái)不及動(dòng)作，即A、B、C、F暫時(shí)都不動(dòng)，只需E點(diǎn)上移，使油動(dòng)機(jī)活塞下移，減少進(jìn)入汽機(jī)的功率。當(dāng)機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，系統(tǒng)頻率根本不變，調(diào)理過(guò)程終了時(shí)，B點(diǎn)位置下移，使輸出的功率降低〔相當(dāng)于特性左移〕。前往電液調(diào)速器參見書P144圖5-14(1)測(cè)速部件磁阻發(fā)送器：轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的脈沖信號(hào)。頻率—電壓變送器：將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)速成正比的電壓信號(hào)。(2)功率丈量部件將發(fā)電機(jī)有功功率信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成正比的直流信號(hào)。(3)轉(zhuǎn)速和功率給定環(huán)節(jié)精細(xì)多轉(zhuǎn)電位器+控制電動(dòng)機(jī)。(4)電液轉(zhuǎn)換和液壓系統(tǒng)(5)調(diào)整器頻差放大器擔(dān)任調(diào)差系數(shù)的改動(dòng)。前往第3節(jié)電力系統(tǒng)頻率調(diào)理系統(tǒng)及其特性一、調(diào)理系統(tǒng)的傳送函數(shù)1.調(diào)速器的傳送函數(shù)〔①小干擾分析②傳送函數(shù)〕2.原動(dòng)機(jī)的傳送函數(shù)(①非再熱式汽輪機(jī)②再熱式汽輪機(jī)③水輪機(jī))3.汽輪發(fā)電機(jī)組的傳送函數(shù)4.單區(qū)域調(diào)理系統(tǒng)的傳送函數(shù)(①分析過(guò)程②傳函框圖)二、電網(wǎng)的頻率調(diào)理特性1.單區(qū)域電網(wǎng)的頻率調(diào)理特性(①傳函框圖②特性分析)2.多區(qū)域系統(tǒng)特性(①區(qū)域電力系統(tǒng)互聯(lián)的作用②無(wú)自動(dòng)調(diào)頻特性③自動(dòng)調(diào)頻特性)轉(zhuǎn)第4節(jié)小節(jié)導(dǎo)航12345小結(jié)調(diào)速器的小干擾分析各種調(diào)速器主要部分的數(shù)學(xué)模型是一樣的。故可用機(jī)械式調(diào)速器為例進(jìn)展分析。設(shè)為小偏移〔小干擾〕，那么有過(guò)程：穩(wěn)態(tài)fN，原動(dòng)機(jī)汽閥位置為XB，對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)輸出功率為PG。假設(shè)調(diào)頻器控制命令產(chǎn)生PC變化〔正比于需求添加的輸出功率〕，使XD產(chǎn)生XD的微小變化。其中，XDPC。D點(diǎn)升高E點(diǎn)XE經(jīng)過(guò)錯(cuò)油門作用使B點(diǎn)XB原動(dòng)機(jī)的輸入功率添加發(fā)電機(jī)的輸出功率添加ff飛擺離心力添加A點(diǎn)XA。其中，XAf〔不計(jì)失靈區(qū)和延時(shí)〕。前往Kn=K2/K3，Tn=1/(K3K4)，Gn(s)=Kn/(1+sTn)，R=K2/K1，分別是調(diào)速機(jī)構(gòu)靜態(tài)增益、時(shí)間常數(shù)、傳送函數(shù)和調(diào)速器的調(diào)差系數(shù)。Tn常小于0.1秒。調(diào)速器傳送函數(shù)(輸出XB，輸入PC和f)由小擾動(dòng)分析可得：XE=K1XAK2XD+K3XB=K1fK2PC+K3XB(1)另，假定流入油動(dòng)機(jī)的油量與錯(cuò)油門的位置變化成正比，那么油動(dòng)機(jī)活塞挪動(dòng)的速度正比于XE，即：dXB/dt=K4(XE)〔負(fù)號(hào)表示XB和XE的實(shí)踐方向相反〕(2)由〔1〕和〔2〕的拉氏變換消去XE(s)后得：查看式〔1〕的由來(lái)前往當(dāng)X1=0而X20時(shí)，X3=(l13/l12)X2；當(dāng)X10而X2=0時(shí)，X3=(l23/l12)X1；當(dāng)X10而X20時(shí)，X3=(l23/l12)X1+(l13/l12)X2。由上述關(guān)系類比得〔設(shè)圖中箭頭方向?yàn)槲灰普较颉常篨C=(lCB/lAB)XA+(lAC/lAB)XBXF=(lFE/lDE)XD+(lDF/lDE)XE,利用XC=XF得：XE=(lCB/lAB)(lDE/lDF)XA(lFE/lDF)XD+(lAC/lAB)(lDE/lDF)XB公式〔1〕的由來(lái)123X2X3123X1X3123X2X3X1前往非再熱式汽輪機(jī)傳送函數(shù)GT(s)=PT(s)/XB(s)=KT/(1+sTT)TT普通為0.2~0.3秒上述慣性延遲主要是思索汽容效應(yīng)：汽論機(jī)調(diào)理汽門和第一級(jí)噴嘴間存在一定空間，當(dāng)汽門開度變化時(shí)，進(jìn)入汽門的蒸汽量雖有所改動(dòng)，但此空間的壓力卻不能突變，從而使得機(jī)械功率變化滯后于汽門開度變化。前往再熱式汽輪機(jī)傳送函數(shù)前往GT(s)=PT(s)/XB(s)=KT(1+sKRTR)/(1+sTT)(1+sTR)上式思索了再熱段的充汽時(shí)延。其中，TR為再熱時(shí)間常數(shù)，普通為10秒左右。KR為再熱系數(shù)。水輪機(jī)傳送函數(shù)GT(s)=PT(s)/XB(s)=(1sTW)/(1+0.5sTW)上式思索了水錘效應(yīng)：在穩(wěn)態(tài)時(shí)，水在管中的流速恒定。當(dāng)忽然關(guān)小導(dǎo)水葉時(shí)，由于水流的慣性，使管中壓力急劇上升；相反地，當(dāng)忽然開大導(dǎo)水葉時(shí)，管中壓力急劇下降。其中，TW為水錘時(shí)間常數(shù)。前往①非再熱式汽輪發(fā)電機(jī)組的傳送函數(shù)PT(s)=Gn(s)GT(s)[PC(s)-F(s)/R]②與無(wú)限大母線系統(tǒng)并聯(lián)運(yùn)轉(zhuǎn)分析此時(shí)發(fā)電機(jī)的功率變化對(duì)系統(tǒng)頻率影響很小，可近似以為F(s)=0，且在穩(wěn)態(tài)時(shí)有PT=PG，從而PG(s)=PT(s)=Gn(s)GT(s)PC(s)=Gn(s)GT(s)PC/sPG()==KnKTPC〔設(shè)PC(t)為階躍信號(hào)，PC(s)=PC/s〕闡明：對(duì)強(qiáng)迫以同步速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)組，其穩(wěn)態(tài)輸出功率增量PG與控制功率PC成正比。且在變化過(guò)程中，PG(t)一直是朝著PG()衰減的，衰減過(guò)程主要決議于汽輪機(jī)的時(shí)間常數(shù)。汽輪發(fā)電機(jī)組的傳送函數(shù)1+sTnKn1+sTTKT1/R+

PC(s)PT(s)F(s)調(diào)速器Gn(s)汽輪機(jī)GT(s)XB前往單區(qū)域調(diào)理系統(tǒng)傳送函數(shù)分析過(guò)程大型系統(tǒng)或互聯(lián)絡(luò)統(tǒng)有功/頻率調(diào)理不能夠完全由一臺(tái)機(jī)組承當(dāng)。這時(shí)常把地域系統(tǒng)視為控制區(qū)，將控制區(qū)內(nèi)的機(jī)組等效為一同步發(fā)電機(jī)群來(lái)承當(dāng)有功/頻率調(diào)理義務(wù)。以控制區(qū)i為例分析，設(shè)與i相聯(lián)的區(qū)域有j=1~n個(gè)。設(shè)在i區(qū)忽然出現(xiàn)一負(fù)荷變化量PLi，在調(diào)速器的作用下，該區(qū)域發(fā)電機(jī)組的輸入功率將變化PTi，頻率產(chǎn)生的變化為fi。這時(shí)，PLiPTi，兩者之差將由三方面的功率來(lái)平衡：①發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)能提供的功率變化量；②聯(lián)絡(luò)線上的功率變化量；③因負(fù)荷頻率調(diào)理效應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)荷功率變化量。于是，將有以下功率平衡方程：PTiPLi=dWKi/dt+KLifi+Pti(1)前往下頁(yè)分析過(guò)程續(xù)①①發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)能提供的功率變化量由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)能與轉(zhuǎn)子的速度平方成正比，因此控制區(qū)i內(nèi)等值發(fā)電機(jī)的動(dòng)能WKi為：WKi=WKNi(fi/fN)2=WKNi[(fe+fi)/fN]2=WKNi(1+fi/fN)2WKNi(1+2fi/fN)dWKi/dt2WKNi/fNdfi/dt(2)②聯(lián)絡(luò)線上的功率變化量Pti為控制區(qū)i由聯(lián)絡(luò)線輸出到其它區(qū)域的總功率變化量，即：前往其中，Tij為傳輸線的同步系數(shù)。上頁(yè)下頁(yè)③傳送函數(shù)將〔2〕和〔3〕代入〔1〕得：PTi-PLi=2WKNi/fNdfi/dt+KLifi+將上式兩端同時(shí)除以控制區(qū)i的額定容量PNi后可將關(guān)系轉(zhuǎn)換為標(biāo)幺值方式〔留意：式中f不是標(biāo)幺值方式〕：PTi*-PLi*=2Hi/fNdfi/dt+KLifi+分析過(guò)程續(xù)②另外，利用關(guān)系=2fdt可得：ij=2(fifi)dt，將它代入上述Pti得：前往下頁(yè)上頁(yè)分析過(guò)程續(xù)③其中，Hi=WKNi/PNi為慣性時(shí)間常數(shù)，通常為2~8秒。對(duì)上式進(jìn)展拉氏變換得：PTi(s)PLi(s)=(2His/fN+KLi)Fi(s)+Pti(s)(4)從而Fi(s)=[PTi(s)PLi(s)Pti(s)]1/(2His/fN+KLi)=Gpi(s)[PTi(s)PLi(s)Pti(s)]其中，Gpi(s)=Kpi/(1+sTpi)，Kpi=1/KLi，Tpi=2Hi/(feKLi)。另外，式〔4〕中Pti(s)=。前往查看傳送函數(shù)框圖上頁(yè)傳送函數(shù)框圖1+sTniKni1+sTTiKTi1/Ri+

PCi(s)PTi(s)Fi(s)調(diào)速器Gni(s)汽輪機(jī)GTi(s)+

PLi(s)1+sTpiKpi控制區(qū)Gpi(s)

1/sPti(s)2Ti1*2Tin*++++

F1(s)Fn(s)

前往⑴無(wú)自動(dòng)調(diào)頻〔PC(s)=0〕時(shí)的特性〔僅有一次調(diào)理〕①穩(wěn)態(tài)特性②動(dòng)態(tài)特性⑵自動(dòng)調(diào)頻〔PC(s)0〕時(shí)的特性〔一次和二次調(diào)理同時(shí)存在〕單區(qū)域電網(wǎng)的頻率調(diào)理特性前往單區(qū)域電網(wǎng)頻率調(diào)理傳送函數(shù)框圖前往1+sTnKn1+sTTKT1/R+

PC(s)PT(s)F(s)調(diào)速器Gn(s)汽輪機(jī)GT(s)+

PL(s)1+sTpKp控制區(qū)Gp(s)

單區(qū)域一次調(diào)理時(shí)的穩(wěn)態(tài)特性[(1/R)F(s)Gn(s)GT(s)PL(s)]Gp(s)=F(s)將階躍負(fù)荷變化PL(s)=PL/s代入上式并利用終值定理得：其中=1/Kp+KnKT/R，1/Kp代表區(qū)域的負(fù)荷頻率調(diào)理效應(yīng)系數(shù)，KnKT/R反映該區(qū)域等值發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性系數(shù)，綜合了兩者的特性，稱為該區(qū)域的頻率呼應(yīng)特性〔系數(shù)〕結(jié)論前往單區(qū)域一次調(diào)理時(shí)的穩(wěn)態(tài)特性結(jié)論結(jié)論：當(dāng)PL0時(shí)，f()0，即存在穩(wěn)態(tài)頻差，且減小R可減小穩(wěn)態(tài)頻差；穩(wěn)態(tài)頻差假設(shè)長(zhǎng)期存在，將會(huì)呵斥累計(jì)頻率偏向，這是不允許的。前往單區(qū)域一次調(diào)理時(shí)的動(dòng)態(tài)特性普通地，Tp>>Tn和TT，即由Tn和TT引起的動(dòng)態(tài)過(guò)程很快終了，因此在分析動(dòng)態(tài)特性時(shí)可以近似以為Tn和TT等于零，從而閉環(huán)傳送函數(shù)簡(jiǎn)化為：結(jié)論：等效時(shí)間常數(shù)TpTp，闡明f的變化過(guò)程會(huì)很快穩(wěn)定下來(lái)；等效放大倍數(shù)KpKp，闡明有利于減小頻率偏向。前往單區(qū)域一、二次調(diào)理特性{[PC(s)(1/R)F(s)]Gn(s)GT(s)PL(s)}Gp(s)=F(s)將階躍負(fù)荷變化PL(s)=PL/s和積分控制PC(t)=KIfdtPC(s)=KIF(s)/s代入上式得：前往結(jié)論：積分控制在其控制范圍內(nèi)可以使穩(wěn)態(tài)頻率偏向等于零。區(qū)域電力系統(tǒng)互聯(lián)的作用降低整個(gè)系統(tǒng)的裝機(jī)容量：利用時(shí)差或地域上的錯(cuò)峰效應(yīng)。降低整個(gè)系統(tǒng)的檢修備用和事故備用。使火電廠的功率更為平衡。讓供電最不平衡區(qū)域的火電廠夜間向負(fù)荷曲線平緩的區(qū)域供電。提高系統(tǒng)頻率的平衡性。即使切除一臺(tái)最大容量的機(jī)組，事故時(shí)的頻率下降仍可堅(jiān)持在0.05~0.1Hz范圍內(nèi)。前往兩區(qū)域系統(tǒng)無(wú)自動(dòng)調(diào)頻特性以兩區(qū)域系統(tǒng)為例。此時(shí)傳送函數(shù)及框圖由二區(qū)域共同組成，只不過(guò)要思索區(qū)域間的容量換算問(wèn)題〔參見P162圖5-32〕：Pt2(s)=(2/s)T21*[F2(s)F1(s)]=(2/s)T12*[F1(s)F2(s)](T21*/T12*)=Pt1(s)(T21*/T12*)Pt2(s)=12Pt1(s)其中，12=T21*/T12*=PN1/PN2為區(qū)域容量換算系數(shù)。下面分析穩(wěn)態(tài)特性此時(shí)有關(guān)系f1=f2=f且：PT1=PG1=(Kn1KT1/R1)f(1)PT2=PG2=(Kn2KT2/R2)f(2)PT1PL1=KL1f1+Pt1(3)PT2PL2=KL2f2+Pt2=KL2f2+12Pt1(4)前往繼續(xù)兩區(qū)域系統(tǒng)無(wú)自動(dòng)調(diào)頻特性〔續(xù)〕由〔1〕~〔4〕推得：(KL1+Kn1KT1/R1)f=PL1Pt11f=PL1Pt1(KL2+Kn2KT2/R2)f=PL212Pt12f=PL212Pt1f=(PL212PL1)/(2121)Pt1=(1PL22PL1)/(2121)特例：兩區(qū)域參數(shù)完全一樣〔12=1〕時(shí)，上述關(guān)系變?yōu)閒=(PL2+PL1)/(2)Pt1=(PL2PL1)/2進(jìn)一步地，假設(shè)PL10，PL2=0，那么：f=PL1/(2)Pt1=Pt2=PL1/2因此，與單區(qū)域系統(tǒng)相比，兩區(qū)域控制系統(tǒng)的頻率變化較前者減小了一半〔其緣由是經(jīng)過(guò)聯(lián)絡(luò)線補(bǔ)償了負(fù)荷變化區(qū)域的一半負(fù)荷〕。前往上頁(yè)兩區(qū)域系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻特性由前面的講解知，積分控制可以消除穩(wěn)態(tài)偏向。對(duì)多控制區(qū)域系統(tǒng)，除了要求消除穩(wěn)態(tài)頻率偏向外，還要求消除聯(lián)絡(luò)線功率的穩(wěn)態(tài)偏向〔即各區(qū)域擔(dān)任本區(qū)域的功率或頻率調(diào)整〕?；谏鲜鲆?，每個(gè)控制區(qū)域所要控制的偏向應(yīng)為：ACEi=Pti+Bifi，其中，Bi為頻率修正系數(shù)。這時(shí)，控制信號(hào)為：PCi(t)=KIiACEidtPCi(s)=KIi/s[Pti(s)+BiFi(s)]下面分析穩(wěn)態(tài)特性{[PC1(s)(1/R1)F1(s)]Gn1(s)GT1(s)PL1(s)}Gp1(s)=F1(s){[PC2(s)(1/R2)F2(s)]Gn2(s)GT2(s)PL2(s)}Gp2(s)=F2(s)將Pt1(s)=(2/s)T12*[F1(s)F2(s)]、Pt2(s)=12Pt1(s)和PCi(s)代入上述關(guān)系得：F1(s)=函數(shù)1[PL1(s)，PL2(s)]和F2(s)=函數(shù)2[PL1(s)，PL2(s)]利用終值定理可得fi()=0，從而Pti()=0，即ACEi()=0。前往第4節(jié)電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻一、概述⒈調(diào)頻義務(wù)⒉各電廠在調(diào)頻中的角色二、調(diào)頻方法⒈主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法⒉同步時(shí)間法⒊復(fù)合調(diào)理法⒋結(jié)合自動(dòng)調(diào)頻三、結(jié)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻⒈調(diào)頻方式⒉兩區(qū)域系統(tǒng)分析⒊例題轉(zhuǎn)第5節(jié)小節(jié)導(dǎo)航12345小結(jié)調(diào)頻的義務(wù)①維持頻率在給定程度〔控制f〕②堅(jiān)持電鐘的準(zhǔn)確性〔控制fdt〕③機(jī)組間平安及經(jīng)濟(jì)地分配負(fù)荷前往各電廠在調(diào)頻中的角色前往①基荷電廠——承當(dāng)方案負(fù)荷的不變部分，即基荷〔機(jī)組性能好、參數(shù)高、且普通為火電廠及熱電廠〕②調(diào)峰電廠——承當(dāng)方案負(fù)荷的變動(dòng)部分〔機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性能普通較差〕③調(diào)頻電廠——承當(dāng)方案外負(fù)荷〔具備足夠容量和調(diào)整速度的機(jī)組，常為水輪機(jī)組〕其中，①和②屬方案負(fù)荷，由發(fā)電方案確定；③屬方案外負(fù)荷，在調(diào)度中由調(diào)頻電廠承當(dāng)。①方法描畫在調(diào)頻電廠內(nèi)，將機(jī)組分成兩類：主導(dǎo)機(jī)組〔1臺(tái)〕：裝有無(wú)差調(diào)頻器，調(diào)理準(zhǔn)那么為f=0。其他機(jī)組〔臺(tái)數(shù)視實(shí)踐而定〕：只裝有功功率調(diào)整器，調(diào)理準(zhǔn)那么為Pi=iP1。②特點(diǎn)A.只設(shè)1個(gè)調(diào)頻電廠，容量遭到限制，只適用于中小型系統(tǒng)；B.調(diào)頻電廠中只需一臺(tái)主導(dǎo)機(jī)組對(duì)f起直接調(diào)理作用，其他機(jī)組〔主要處理主導(dǎo)機(jī)組容量缺乏的問(wèn)題〕間接地起輔助調(diào)頻的作用，尤其在負(fù)荷變動(dòng)初期，起調(diào)頻的只需主導(dǎo)機(jī)組，只需當(dāng)主導(dǎo)機(jī)組輸出功率改動(dòng)后其他機(jī)組的輸出功率才跟著改動(dòng)，因此，此種方法調(diào)理速度較慢；C.調(diào)理方法中只思索了調(diào)頻的第一個(gè)義務(wù)。對(duì)于電鐘的準(zhǔn)確性〔同步問(wèn)題〕沒有思索。主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法前往①方法描畫調(diào)頻電廠或機(jī)組的調(diào)理準(zhǔn)那么〔積分調(diào)理〕：fidt+kPi=0，其中fi=fifN，Pi=PTiPGi，i>1。②特點(diǎn)A.多個(gè)電廠或機(jī)組參與調(diào)頻，其容量得到保證，且調(diào)頻的結(jié)果必然是：fi=0，和fidt+kPi=0；B.思索了電鐘的準(zhǔn)確性；C.積分的過(guò)程降低了調(diào)理的速度；D.沒有思索頻率的瞬時(shí)偏向〔其值有能夠超越允許值〕，即對(duì)此沒有進(jìn)展控制。同步時(shí)間法前往①方法描畫調(diào)理準(zhǔn)那么：fi+Ri(Piikfidt)=0。其中fi=fifN，i=1~n。Ri和i分別是第i臺(tái)機(jī)組的調(diào)差系數(shù)與功率分配系數(shù)，且1+2+…+n=1。②特點(diǎn)A.思索了頻率瞬時(shí)偏向fi，調(diào)頻的結(jié)果必然是：fi=0，Pi=ikfidt=ikfdt；B.調(diào)理終了時(shí)：Pi=i，即方案外負(fù)荷按功率分配系數(shù)在調(diào)頻機(jī)組間進(jìn)展分配；C.方案外負(fù)荷越大，頻率累計(jì)誤差fdt越大；D.由于頻率累計(jì)誤差的存在，使電鐘的準(zhǔn)確性得不到保證；E.本方法的頻差是經(jīng)過(guò)各調(diào)頻機(jī)組就地丈量，就地與規(guī)范頻率fe相比較得到的。因此，對(duì)規(guī)范頻率fe要求較高，這常由石英晶體振蕩器經(jīng)分頻后獲得。復(fù)合調(diào)理法前往結(jié)合自動(dòng)調(diào)頻前面幾種方法各有優(yōu)缺陷，共同存在一個(gè)問(wèn)題：很難進(jìn)展潮流的平安和經(jīng)濟(jì)分配。因此必需采用結(jié)合自動(dòng)調(diào)頻，綜合思索調(diào)頻的義務(wù)。普通地，就集中控制而言，調(diào)度中心根據(jù)各調(diào)頻機(jī)組的實(shí)踐輸出功率PGi和頻差信號(hào)f，經(jīng)過(guò)結(jié)合自動(dòng)調(diào)頻安裝的負(fù)荷分配器計(jì)算出各調(diào)頻機(jī)組的控制功率PCi，然后經(jīng)過(guò)遙信手段將此控制信號(hào)送到各調(diào)頻機(jī)組，使各機(jī)組經(jīng)過(guò)本身的調(diào)頻安裝對(duì)頻率進(jìn)展調(diào)理。這時(shí)，各調(diào)頻機(jī)組具有如下控制框圖調(diào)速器/機(jī)組KIi/s+

負(fù)荷分配器PCiPGi前往結(jié)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻方式方式1：按頻差要求進(jìn)展調(diào)理〔恒定頻率控制，F(xiàn)FC單一系統(tǒng)觀念〕方式2：按聯(lián)絡(luò)線交換功率偏向要求進(jìn)展調(diào)理〔恒定交換功率控制，F(xiàn)TC〕方式3：既按頻差又按聯(lián)絡(luò)線交換功率偏向〔TBC〕要求進(jìn)展調(diào)理〔多系統(tǒng)觀念〕前往兩區(qū)域結(jié)合電力系統(tǒng)調(diào)頻方式分析前往系統(tǒng)APGAPLA系統(tǒng)BPGBPLBPtAPtB設(shè)A系統(tǒng)具有一次和二次調(diào)頻，B系統(tǒng)只具有一次調(diào)頻。這時(shí)，存在如下穩(wěn)態(tài)關(guān)系〔有名值〕：PGAPLA=KLAf+PtAPGBPLB=KLBf+PtB=KLBfPtA又設(shè)系一致次調(diào)頻產(chǎn)生的功率變化為PG=KnKTf/R，二次調(diào)頻產(chǎn)生的功率變化為PG=KnKTPC，那么對(duì)A和B系統(tǒng)分別有：PGA=PGA+PGA，PGB=PGB。將它們代入上式可得：繼續(xù)調(diào)頻方式分析〔續(xù)1〕前往PGAKnAKTAf/RAPLA=KLAf+PtAKnBKTBf/RBPLB=KLBfPtA由此可進(jìn)一步推出：PLA=PGA(KnAKTA/RA+KLA)fPtAPLB=(KnBKTB/RB+KLB)f+PtA令A(yù)=KnAKTA/RA+KLA和B=KnBKTB/RB+KLB，那么上式簡(jiǎn)寫為：PLA=PGAAfPtAPLB=Bf+PtA下頁(yè)上頁(yè)調(diào)頻方式分析〔續(xù)2〕前往對(duì)方式1：f=0、PtA=PLB、PGA=PLA+PLB此時(shí)，就穩(wěn)態(tài)值而言，A和B系統(tǒng)的調(diào)速器〔一次調(diào)理〕和負(fù)荷調(diào)理效應(yīng)均不起作用〔由于f=0，故PG=0且KLf=0〕，整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷變化〔PLA+PLB〕全由A系統(tǒng)的二次調(diào)理承當(dāng)。A系統(tǒng)的二次調(diào)理除了承當(dāng)本系統(tǒng)的負(fù)荷變化〔PLA〕外，還經(jīng)過(guò)聯(lián)絡(luò)線供應(yīng)系統(tǒng)B的全部負(fù)荷變化，即聯(lián)絡(luò)線的功率變化與系統(tǒng)B的負(fù)荷變化相等。對(duì)方式2：PtA=0、f=PLB/B、PGA=PLA(A/B)PLB此時(shí)，就穩(wěn)態(tài)值而言，聯(lián)絡(luò)線的功率變化為零〔PtA=0〕，因此整個(gè)系統(tǒng)的頻率變化就只決議于B系統(tǒng)的負(fù)荷變化和調(diào)速器〔一次調(diào)理〕