电力系统自动化第3章__电力系统频率及有功功率的自动调节

1、GiLjLS0kPPP60pnf ！ T1miiPG1miiPTG11mmiiiiPPG1G2Gm 系统系统LmiGimikimiTiPPWdtdP111)(Wki各机组各机组的动能的动能G1G2Gm 系统系统LmiGimiTiPPP11这说明，即使没有调速器参与调节原动机的输入功率，这说明，即使没有调速器参与调节原动机的输入功率，机组也可以从一个稳定运行工况过渡到另一个稳定工况机组也可以从一个稳定运行工况过渡到另一个稳定工况运行。这种能力称为自平衡能力或调节能力。运行。这种能力称为自平衡能力或调节能力。转速转速n nb b远离了原来的转速远离了原来的转速n na a。这说明仅仅依靠机组的自。

2、这说明仅仅依靠机组的自平衡能力进行调节，机组的转速平衡能力进行调节，机组的转速( (频率频率) )会在较大范围内会在较大范围内变化。变化。电力系统负荷变动情况电力系统负荷变动情况L( )PF ff fN N 额定频率；额定频率；P PL L 系统频率为系统频率为f f时，整个系统的有功负荷；时，整个系统的有功负荷；P PLN LN 系统频率为额定值系统频率为额定值f fN N时，整个系统的有功负荷；时，整个系统的有功负荷；a a0 0，a a1 1，a an n各类负荷占各类负荷占P PLNLN的比例系数。的比例系数。化成标么值的形式化成标么值的形式nNLNnNLNNLNNLNLNLffPff

3、PffPffPPP)()()()(332210将上式除以将上式除以PLN，则得标么值形式，即，则得标么值形式，即 1LP1f当系统的频率为额定值时当系统的频率为额定值时: :通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，可忽略其影响。通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，可忽略其影响。13210naaaaa于是于是nNLNnNLNNLNNLNLNLffPffPffPffPPP)()()()(332210nnLffffP332210由图可知：由图可知：在系统频率下降时在系统频率下降时，系统负荷从系统取系统负荷从系统取用的有功功率下降。用的有功功率下降。如果系统的频率升高，如果系统的频率升高，系统

4、负荷从系统系统负荷从系统取用的有功功率将增大。取用的有功功率将增大。通常用负荷的频率调节效应系数通常用负荷的频率调节效应系数K KL L* *来衡量负荷调节效应的大小。来衡量负荷调节效应的大小。nnLffffP332210dfPKLLd*nmmmnnLLfmfnffdfdPK1112321*32nnLffffP332210而而KL*定义：定义：LPPe综合负载的功率综合负载的功率-频率特性近似表达式：频率特性近似表达式：fpLtanfpLtan活塞调节气阀错油门错油门从锅炉来的蒸汽从锅炉来的蒸汽活塞 活塞在特性曲线上任取两点，我们在特性曲线上任取两点，我们定义机组的定义机组的静态调差系数静态调

5、差系数：GPR。 GPRGGNGNPPPR/：0GPR一般发电机的调差系数或单位调节功率，可采用下列数值：一般发电机的调差系数或单位调节功率，可采用下列数值： 对汽轮发电机组对汽轮发电机组 R*=(46)% 或或KG * = 6.16 25； 对水轮发电机组对水轮发电机组R*=(24)% 或或KG * =25 50；与与KL不同的是不同的是KG可以人为调节整定，但其大小，即调整范可以人为调节整定，但其大小，即调整范围受机组调速机构的限制。围受机组调速机构的限制。KG*GGPRK*112LPPP当系统负荷增加，经过调速器调节后，系统频率稳定在当系统负荷增加，经过调速器调节后，系统频率稳定在f f

6、1 1，w这时这时1 1号发电机组的负荷为号发电机组的负荷为P P1 1，增加了，增加了P P1 1；w2 2号发电机组的负荷为号发电机组的负荷为P P2 2，增加了，增加了P P2 2；两台发电机组的增量之和为两台发电机组的增量之和为P PL L 。1221PRPR0GfRP22RPf 11RPf 1221PRPR在电力系统中，如果没有调节容量的发电机，则取该机组的单在电力系统中，如果没有调节容量的发电机，则取该机组的单位调节功率为零。位调节功率为零。电力系统中所有机组的调速器都为有差调节，由它们共同承担电力系统中所有机组的调速器都为有差调节，由它们共同承担负荷的波动。负荷的波动。WNff

7、- -调速器不能分辨的最大频率误差调速器不能分辨的最大频率误差 Wff1f2fNWWfRPWWWNWWNfffRPPPWPRNwWffRP1WNff而而NwWffRP1f1f2fNWPRf1f2fN电力系统主要由发电机组、输电网络及负荷组成，如果把输电电力系统主要由发电机组、输电网络及负荷组成，如果把输电网络的功率损耗看成是负荷的一部分，则电力系统功率频率关网络的功率损耗看成是负荷的一部分，则电力系统功率频率关系可简化为如图所示。系可简化为如图所示。在频率稳态为在频率稳态为f 时时:LGTPPP图图6.9 6.9 电力系统功率电力系统功率- -频率特性频率特性图图6.9 6.9 电力系统功率电

8、力系统功率- -频率特性频率特性fGGPKf LPKffLLLLPPPKfP GLPPfKfKKPLGL)(w上式说明，系统负荷增加时，在发电机组功频特性和上式说明，系统负荷增加时，在发电机组功频特性和负荷本身的调节效应共同作用下，又达到了新的平衡。负荷本身的调节效应共同作用下，又达到了新的平衡。w一方面，负荷增加，频率下降，发电机组按照有差调一方面，负荷增加，频率下降，发电机组按照有差调节特性增加输出；节特性增加输出；w另一方面，负荷实际取用的功率也因频率下降而有所另一方面，负荷实际取用的功率也因频率下降而有所减少。减少。GLPPfKPPLLL LGLPKKKf fKPGGfKPfLLrGK

9、KKK 当转速给定装置推动当转速给定装置推动D点向点向上移动时，由于机组转速和油上移动时，由于机组转速和油动机活塞的位置尚未来的及变动机活塞的位置尚未来的及变化，化，A,B,C,F各点都不会动。各点都不会动。 这样，这样，D点向上移动，就以点向上移动，就以F点点为轴推动为轴推动E点向下移动，引起错点向下移动，引起错油门凸肩下移，压力油进入油油门凸肩下移，压力油进入油动机活塞下腔，动机活塞下腔，引起阀门引起阀门开度增大，机组转速增加，开度增大，机组转速增加，A点点上移上移,C、F点上移，点上移，E点上移，点上移，直到错油门完全堵住高压油入直到错油门完全堵住高压油入口，调节过程结束。口，调节过程结

10、束。显然调节过程结束后，发电机组的转速升高了。显然调节过程结束后，发电机组的转速升高了。DLGGLPPKfKf 进一步进行二次调频时：进一步进行二次调频时：在同步器的作用下，机组的功频特性上移到在同步器的作用下，机组的功频特性上移到P PG3G3( f )( f )，运行点也随之移到运行点也随之移到6 6点，此时的频率恢复为点，此时的频率恢复为f fN N ，这样，这样就实现了无差调节。就实现了无差调节。LGPP 0f 结论结论2 2：（1 1）在多台发电机组并联运行的电力系统中，当负）在多台发电机组并联运行的电力系统中，当负荷变化时，配置了调速器的机组，只要还有可调的荷变化时，配置了调速器的

11、机组，只要还有可调的容量，都毫无例外地按静态特性参加频率的一次调容量，都毫无例外地按静态特性参加频率的一次调整。整。（2 2）而频率的二次调整一般只是由一台或少数几台）而频率的二次调整一般只是由一台或少数几台发电机组发电机组( (一个或几个厂一个或几个厂) )承担，这些机组承担，这些机组( (厂厂) )称为称为主调频机组主调频机组( (厂厂) )。16. 0064. 0400100024. 006. 0250100021RR2211PRPR1112125 . 116. 024. 0PPPRRPLPRP2110005005 . 111PPMWP2002 . 05 . 25 . 01)(3005

12、. 112MWPP0625. 005. 080010001 . 004. 0400100021RR13. 01000130LR负荷变化量负荷变化量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，稳态频率偏差标幺值为：，稳态频率偏差标幺值为：因此，因此，稳态频率偏差为：稳态频率偏差为：新的频率为：新的频率为：两个单元的发电变化量分别为：两个单元的发电变化量分别为：（1

13、）当）当=0.804时，稳态频率偏差标幺值为：时，稳态频率偏差标幺值为：00485. 0804. 0161013. 01121RRPLSSLSSSSPRR-21-0.291(Hz)60-0.00485f因此，因此，稳态频率偏差为：稳态频率偏差为：)(709.59291. 0600Hzfff新的频率为：新的频率为：)(5 .480485. 010. 000485. 011MWRP)(6 .770776. 00625. 000485. 022MWRP两个单元的发电变化量分别为：两个单元的发电变化量分别为：负荷功率变化：负荷功率变化：）（MW9 . 30039. 0804. 000485. 0 f

14、、Pref调频过程结束时系统频率的增量与调频过程结束时系统频率的增量与 调调 频机组有功功率的增量。频机组有功功率的增量。 R 有差调频器的调差系数有差调频器的调差系数0frefPR0frefPR0f0f0f0fni2211refnrefirefrefPRPRPRPRxnnLRfRRRfPPPP)111(21ref2ref1ref上式也可以写为上式也可以写为 ：0fxrefPR)2 , 1()111(21refiniRRRRPRRPniLix则每台调频机组所承担的计划外负荷为：则每台调频机组所承担的计划外负荷为： )nkkk2k10(f111123112（发电机）（发电机，主导发电机）发电机r

15、efnrefnrefirefirefrefrefrefPPPPPPPP功率分配系数发电机的有功增量台调频第-K-irefiiPLP1refP0f)1 (1111irennrefiLPKKPPLxiLnifiPKKPKKKP1111re_10frefPKdtNfff ikIKiIKK1refPdtKPIreff-10d0tf t10d0tCIPKf t 21d0ttf t2C0dtIPKf t 21C1d0tItKf tP 即调频机组增加有功出力，频率下降达到某一最低值后，逐步上即调频机组增加有功出力，频率下降达到某一最低值后，逐步上升，直至升，直至t t2 2时刻为止时刻为止. . 43d0t

16、tf t244133CC1C2dddtttIItttPKf tf tPKf tP 即调频机组有功出力减小，直至即调频机组有功出力减小，直至t t4 4时刻，调频机组出力增量又与时刻，调频机组出力增量又与计划外负荷变化相等，调节过程又一次结束。计划外负荷变化相等，调节过程又一次结束。0f32dttt0f dft1C 12C 2nCd0d0d0iiinkPf tkPf tkPf tCdiIiPKf t (1,2,)in由于各机组的由于各机组的f是相等的。设系统计划外负荷为是相等的。设系统计划外负荷为PL ，则，则 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台机组承担的功率调节量；台机组承担的功率调节量；R Ri i第第i i台机组的调差系数；台机组的调差系数；i i第第i i 台机组调节功率的分配系数，台机组调节功率的分配系数， kk系统功率与频率的转换系数；系统功率与频率的转换系数；11niiC(d )0iiifRPak f t 在调节过程结束时在调节过程结束时f f 必须为零必须为零。计划外负荷调节量计划外负荷调节量:LC11ddn

18、niiiiPPak f tk f t CdiiPakf t 每台机组分担的容量每台机组分担的容量：C(d )0iiifRPak f t CLdiiiPakftaP 即即dkf t CdiiPakf t dk f t为了使各调频机组所在地测得的为了使各调频机组所在地测得的f尽可能一致，避免尽可能一致，避免频率偏差积分值的差异而造成功率分配上的误差，所频率偏差积分值的差异而造成功率分配上的误差，所以对标准频率的要求比较高，通常用石英晶体振荡器以对标准频率的要求比较高，通常用石英晶体振荡器经分频后得到。经分频后得到。0d)(.irefitieiPtPfK0)(istieatieiPdtPPfKif0

19、)(iPdtACEaitiepsitiepirefp.eiifffitiep0itieiPfKACE0)(0)(.BrefBtieBBArefAtieAAPdtPfKPdtPfK0)(0)(sBtieaBtieBBBsAtieaAtieAAAPPfKACEPPfKACE0.121nisitieeeneePffff0aBtieaAtiePP b耗量微增率（或简称微增率）；耗量微增率（或简称微增率）； F输入耗量微增量输入耗量微增量P输出功率微增量输出功率微增量小。时，总的燃料消耗为最当21bb 而总负荷功率而总负荷功率PL为为：用拉格朗日乘子法则来求解：用拉格朗日乘子法则来求解：这里功率平衡就是

20、相应的约束条件，即这里功率平衡就是相应的约束条件，即（3-31）因因PL是常数，同时各机组的输出功率又是相互无关的，所以是常数，同时各机组的输出功率又是相互无关的，所以或或由此可得由此可得 ：图图3-16为发电厂内为发电厂内n台机组按等微增率运行分配负荷时的台机组按等微增率运行分配负荷时的示意图示意图。总的发电功率与总负荷总的发电功率与总负荷PL及线损及线损Pe相平衡，即相平衡，即上式对功率的偏导数为零，得：上式对功率的偏导数为零，得： 为了求得各电厂的微增率为了求得各电厂的微增率bi，必须计算出线损，必须计算出线损Pe（一般事先（一般事先根据运行工况而选定的线损系数求得），然后算出各电厂的根

21、据运行工况而选定的线损系数求得），然后算出各电厂的线损微增率线损微增率i，即，即在在和和i已知后，就可求出已知后，就可求出bi，即，即调频电厂按（调频电厂按（3-42）式运行是最经济的负荷分配方案）式运行是最经济的负荷分配方案G1、G2、G3为发电机组；为发电机组；ACE称为区域控制误差称为区域控制误差，用用来根据系统频率偏差以及输来根据系统频率偏差以及输电线路功率偏差来确定输出电线路功率偏差来确定输出控制信号；控制信号；负荷分配器负荷分配器根据输入的控制根据输入的控制信号大小并且根据等微增率信号大小并且根据等微增率准则或其他原则来控制各台准则或其他原则来控制各台发电机输出功率的大小。发电机输出功率的大小。经济负荷分配（经济负荷分配（EDC）每隔五分钟修改一次）每隔五分钟修改一次Pbi和和i值，以值，以适应经济调度的要求。适应经济调度的要求。各台发电机组的设定调整功率按以下公