电力系统频率及有功功率的自动调节(1)

1、North China Electric Power University第八讲 电力系统频率及有功功率的自动调节（1）主讲人：李岩松North China Electric Power Universitypage22022-1-4第一节 电力系统频率特性系统内有系统内有m台机组，电功率输出为台机组，电功率输出为 ，原动机的输入总功率，原动机的输入总功率为为 ，在忽略内部损耗的条件下，存在关系：，在忽略内部损耗的条件下，存在关系：mGiP1mTiP1mmGiTiPP11系统负荷变动使机组输出电功率增加系统负荷变动使机组输出电功率增加 ，而机械功率来不及，而机械功率来不及做出反应，这时做出反应

2、，这时LPLmGimTiPPP11为了保持功率平衡机组只能把转子的一部分动能转换为电功率，为了保持功率平衡机组只能把转子的一部分动能转换为电功率，mKiLmGimTiWdtdPPP111机组转速降低，系统频率下降机组转速降低，系统频率下降North China Electric Power Universitypage32022-1-41、电力系统负荷的功率-频率特性电力系统负荷变动情况电力系统负荷变动情况电力系统运行中的主要任务之一就电力系统运行中的主要任务之一就是对频率进行监视和控制，保证电是对频率进行监视和控制，保证电力系统频率的偏移在允许范围内力系统频率的偏移在允许范围内调节频率就是改

3、变单位时间内进调节频率就是改变单位时间内进入原动机的动力元素（蒸汽或水）入原动机的动力元素（蒸汽或水）力求电力系统负荷在安全运行力求电力系统负荷在安全运行约束条件下，实现经济运行及在约束条件下，实现经济运行及在发电机组之间实现经济分配。发电机组之间实现经济分配。励磁调节基本目标：励磁调节基本目标：发电机端电压发电机端电压和和无功功率分配无功功率分配调速器的基本目标：调速器的基本目标：发电机频率发电机频率和和有功功率分配有功功率分配North China Electric Power Universitypage42022-1-41、电力系统负荷的功率-频率特性电力系统中有功功率与频率之间的关系

4、：电力系统中有功功率与频率之间的关系：1、与频率变化无关的负荷：、与频率变化无关的负荷：照明、电弧炉、整流负荷照明、电弧炉、整流负荷2、与频率成正比的负荷：、与频率成正比的负荷：切削机床、球磨机、压缩机切削机床、球磨机、压缩机3、与频率的二次方成正比的负荷：、与频率的二次方成正比的负荷：变压器中的涡流损耗变压器中的涡流损耗4、与频率的三次方成正比的负荷：、与频率的三次方成正比的负荷：通风机、静水头阻力不大的通风机、静水头阻力不大的循环水泵循环水泵5、与频率的高次方成正比的负荷：、与频率的高次方成正比的负荷：静水头阻力很大的循环水泵静水头阻力很大的循环水泵nnLNnNLNNLNNLNLNLffP

5、affPaffPaffPaPaP.332210North China Electric Power Universitypage52022-1-41、电力系统负荷的功率-频率特性1.3210*3*32*2*10*nnnLaaaaafafafafaaP电力系统有功负荷的静态频率特性方程电力系统有功负荷的静态频率特性方程 当电力系统内机组的输入功率当电力系统内机组的输入功率和负荷功率之间失去平衡时和负荷功率之间失去平衡时,系系统负荷也参与了调节作用。统负荷也参与了调节作用。这种特性有利于系统中的有功这种特性有利于系统中的有功功率在另一个频率下重新获得平功率在另一个频率下重新获得平衡衡负荷的频率调节

6、效应负荷的频率调节效应*dfdPKLLNorth China Electric Power Universitypage62022-1-41、电力系统负荷的功率-频率特性nmmmLLfmadfdPK11*为负荷的频率调节效应系数，用为负荷的频率调节效应系数，用以衡量调节效应的大小。以衡量调节效应的大小。根据国内外的实测数据表明，根据国内外的实测数据表明，有功负荷与频率之间的关系有功负荷与频率之间的关系曲线接近于一条直线。曲线接近于一条直线。*fPtgKLLfPKLLLNNLLPfKK*有功功率有功功率变化量变化量相对应有功功相对应有功功率变化的频率率变化的频率的变化量的变化量 是电力系统调度部

7、门要求掌握的一个数是电力系统调度部门要求掌握的一个数据。它表明系统频率变化据。它表明系统频率变化1%时负荷功率变化时负荷功率变化的百分数。的百分数。*LKNorth China Electric Power Universitypage72022-1-42、发电机组的功率-频率特性发电机组的转速调整是由原动机的调速系统来实现的，发电机的发电机组的转速调整是由原动机的调速系统来实现的，发电机的功率功率-频率特性取决于调速器系统的特性频率特性取决于调速器系统的特性*BWAMG2*2*1*fCfCPG发电机组无调速器发电机组无调速器在调速器的作用在调速器的作用下不断改变进气下不断改变进气量，使原动机

8、的量，使原动机的运行点不断地从运行点不断地从一根静态特性向一根静态特性向另一根静态特性另一根静态特性曲线过渡。曲线过渡。此时原动机进气量达到最大值，此时原动机进气量达到最大值，调速器不起作用，当频率调速器不起作用，当频率f继续继续下降时，运行点只能沿着对应于下降时，运行点只能沿着对应于最大进气量的静态特性曲线移动。最大进气量的静态特性曲线移动。North China Electric Power Universitypage82022-1-42、发电机组的功率-频率特性对应于频率下降对应于频率下降 ，发电机组输出功，发电机组输出功率增加率增加 ，这是一种有差调节特性，这是一种有差调节特性fGP

9、GPfR发电机组的发电机组的调差系数调差系数负号表示发电机输出功率负号表示发电机输出功率的变化和频率变化相反的变化和频率变化相反*GGNGNPfPPffR0*GPRf发电机组的静态调节方程发电机组的静态调节方程North China Electric Power Universitypage92022-1-42、发电机组的功率-频率特性计算功率和频率关系时，常采用调差系数的倒数来表示计算功率和频率关系时，常采用调差系数的倒数来表示*1fPRKGG0*GGPfK 为发电机组的功率为发电机组的功率-频率静态特性系数，或者是原动机的单频率静态特性系数，或者是原动机的单位调节功率。位调节功率。*GK发

10、电机组的调差系数主要决定于调速器的静态调节特性。发电机组的调差系数主要决定于调速器的静态调节特性。与机组间的有功功率分配相关。与机组间的有功功率分配相关。调节特性的失灵区又造成机组间的有功功率分配的不确定性。调节特性的失灵区又造成机组间的有功功率分配的不确定性。调差系数调差系数机组间有功分配机组间有功分配调速器的静态特性调速器的静态特性调节特性的失灵区调节特性的失灵区North China Electric Power Universitypage102022-1-43、发电机组调差系数与有功功率分配*GPRf*1*2*2*1RRPP机组间的有功功率分配与机机组间的有功功率分配与机组的调差系数

11、成反比组的调差系数成反比niiGiNNniGiRPffPP1*1推广到多台发电机组并联运行的情况：推广到多台发电机组并联运行的情况：North China Electric Power Universitypage112022-1-43、发电机组调差系数与有功功率分配NNPffRP*1niiGiNNRPPR1* 系统等值机的系统等值机的调差系数调差系数*iGiNNGiRPPPRP系统中负荷变化后，每台系统中负荷变化后，每台发电机所承担的功率发电机所承担的功率1、多台发电机的调差系数为零是不能并联运行的、多台发电机的调差系数为零是不能并联运行的2、含有一台调差系数为零机组的系统在理论上是可行的，

12、但是、含有一台调差系数为零机组的系统在理论上是可行的，但是在实际上是不能运行的。原因是就目前的系统容量而言不可能仅在实际上是不能运行的。原因是就目前的系统容量而言不可能仅由一台机组来完成全部的调差任务。因此，只能是由多台有差调由一台机组来完成全部的调差任务。因此，只能是由多台有差调节机组并联运行节机组并联运行North China Electric Power Universitypage122022-1-44、调速器调节特性的失灵区机械式调速器对于微小的转速变化是不能反应的，因此调速器具机械式调速器对于微小的转速变化是不能反应的，因此调速器具有一定的失灵区，调节特性实际上就是一条具有一定宽度

13、的带子。有一定的失灵区，调节特性实际上就是一条具有一定宽度的带子。不灵敏区宽度可以用失灵度不灵敏区宽度可以用失灵度 来描述：来描述：NwffwP为机组间的最大误差为机组间的最大误差为调速器最大的频率呆滞为调速器最大的频率呆滞wf*wwwPPfRRtgPfwwNorth China Electric Power Universitypage132022-1-44、调速器调节特性的失灵区*wwwPPfR 与与 成正比，与成正比，与 成反比。成反比。wP*R若调差系数很小，则机组间若调差系数很小，则机组间的最大误差功率就会很大，这的最大误差功率就会很大，这样就会引起机组间功率分配误样就会引起机组间功

14、率分配误差的增大。差的增大。若不灵敏区宽度很小，则调若不灵敏区宽度很小，则调速器在频率的微小波动时就会速器在频率的微小波动时就会动作，机械动作会频繁。动作，机械动作会频繁。调差系数不能很小调差系数不能很小在电液调速器中设置在电液调速器中设置一个人为的失灵区一个人为的失灵区North China Electric Power Universitypage142022-1-45、电力系统的频率特性PffaPafbfcPcPd负荷负荷=1.0负荷负荷=1.1North China Electric Power Universitypage152022-1-41、机械液压调速器1、在、在B、D点不动的

15、情况下，点不动的情况下，A点上升点上升- E点上升点上升2、在、在A、D点不动的情况下，点不动的情况下，B点下降点下降- E点下降点下降E E点的位移正比于点的位移正比于A A、B B两两点的位移之和，具有加点的位移之和，具有加法性质。法性质。3、在、在C点不动的情况下，点不动的情况下，B点上升点上升 A点下降；点下降；B点下降点下降A点上升点上升B B点具有反馈作用点具有反馈作用North China Electric Power Universitypage162022-1-41、机械液压调速器负荷突然减少负荷突然减少转速升高转速升高A增大增大E点减小点减小减小开度减小开度开度反馈开度反馈

16、B减少减少达到新的达到新的平衡点平衡点North China Electric Power Universitypage172022-1-41、机械液压调速器调频器启动调频器启动D点增大点增大E点增大点增大开度增大开度增大B点增大点增大开度反馈开度反馈达到新达到新平衡点平衡点North China Electric Power Universitypage182022-1-42、电气液压调速器转速测量磁阻发送器磁阻发送器作用是将转速转换为相应频率的电压信号。作用是将转速转换为相应频率的电压信号。 齿轮与铁芯之间齿轮与铁芯之间的磁阻变化导致通的磁阻变化导致通过测速磁头的磁通过测速磁头的磁通发生相

17、应变化，在发生相应变化，在线圈中感应出微弱线圈中感应出微弱的脉动信号，该信的脉动信号，该信号的频率与机组转号的频率与机组转速成正比。速成正比。North China Electric Power Universitypage192022-1-42、电气液压调速器转速测量转速转速/频率频率-电压变送器电压变送器将磁阻发送器输出的脉将磁阻发送器输出的脉动信号转换为与转速成动信号转换为与转速成正比的电压输出值。正比的电压输出值。 微分电路在方波的上升沿时获得正微分电路在方波的上升沿时获得正向尖峰脉冲，触发一个单稳态触发器向尖峰脉冲，触发一个单稳态触发器后，输出一个幅度为后，输出一个幅度为v宽度为宽度

18、为t的正向的正向方波脉冲。在单位时间内，单稳态触方波脉冲。在单位时间内，单稳态触发器输出的正脉冲数与磁阻发送器输发器输出的正脉冲数与磁阻发送器输出信号频率成正比出信号频率成正比滤波器实际上是个积分器，在单位时滤波器实际上是个积分器，在单位时间内脉冲个数越多则输出的电压越高间内脉冲个数越多则输出的电压越高North China Electric Power Universitypage202022-1-42、电气液压调速器功率测量将发电机的有功功率转换为与之成正比的电压将发电机的有功功率转换为与之成正比的电压有功功率变送器有功功率变送器执行元件就是霍尔效应原理的测量元件执行元件就是霍尔效应原理的

19、测量元件810cosBidREcHH霍尔效应系数霍尔效应系数霍尔元件厚度霍尔元件厚度控制电流控制电流磁感应强度磁感应强度磁感应强度与元件磁感应强度与元件平面法线的夹角平面法线的夹角North China Electric Power Universitypage212022-1-42、电气液压调速器功率测量tUKimcsin1tIKBmsin2tIUKttIUKKKEmmmmH2coscos2sinsin321正比于有功功率正比于有功功率North China Electric Power Universitypage222022-1-42、电气液压调速器给定环节及PID调节器用高精度稳定电源

20、供电用高精度稳定电源供电的精密多转电位器构成的精密多转电位器构成由运算放大器构成由运算放大器构成North China Electric Power Universitypage232022-1-42、电气液压调速器电液转换器功率放大器输出功率放大器输出增大增大电液转换器线圈电磁力电液转换器线圈电磁力增大增大调节油阀调节油阀关小关小在十字弹簧在十字弹簧的压力下的压力下继动器输入油压继动器输入油压升高升高继动器蝶阀继动器蝶阀下移下移继动器排油继动器排油增加增加North China Electric Power Universitypage242022-1-42、电气液压调速器电液转换器继动器内

21、腔油压继动器内腔油压升高升高继动器滑阀继动器滑阀下移下移油动机入油油动机入油增加增加油动机活塞油动机活塞上移上移汽门调节阀汽门调节阀开大开大进入汽轮机的有功进入汽轮机的有功增大增大North China Electric Power Universitypage252022-1-42、电气液压调速器电液转换器油动机活塞油动机活塞上移上移B点点上移上移A点点上移上移继动器蝶阀继动器蝶阀上移上移稳定在新的工作点稳定在新的工作点North China Electric Power Universitypage262022-1-42、电气液压调速器电液转换器继动器继动器油动机油动机蒸汽阀蒸汽阀AB杠杆杠杆功率放大器功率放大器AB+-+North China Electric Power Universitypage272022-1-42、电气液压