1,第五章 电力系统频率及有功功率的自动调节,第一节 电力系统的频率特性 第二节 调速器原理 第三节 电力系统频率调节及其特性 第四节 电力系统自动调频率 第五节 电力系统经济调度与自动调频,2,第一节 电力系统的频率特性,一、慨述 1、电能质量指标 （1）电压频率50HZ，误差正负0.2HZ-0.01HZ (2)功率因数75% (3)有功功率和无功功率及电压稳定. 2、电力系统运行的任务 （1）要求维持电力系统的频率在规定的范围内。 （2）还要求电力系统负荷在安全运行约束条件下，实现经济运行，发电机之间实现负荷经济分配。取得良好经济效益。 3、本章内容 （1）电力系统频率特性与什么有关 （2）如何调整电力系统频率特性， （3）电力系统经济调度，实现发电机之间实现负荷经济分配,3,二、电力系统负荷的频率-功率特性,1、电力系统的负荷：他们的类型有： （1）与频率无关的负荷-照明、电弧炉、整流负荷等 （2）与频率成正比的负荷-切削机床、球磨机、往复水泵、压缩机、卷扬机等。 （3）与频率二次方成比例的负荷-变压器中的涡流等。 （4）与频率三次方成比例的负荷-通风机、静水头阻力不太高的循环水泵等。 （4）与频率高次方成比例的负荷-静水头阻力很高的给水泵等,2、电力系统负荷的频率-功率特性表达式,5,3、负荷的静态频率特性曲线,6,由图5-2可见：负荷的静态频率特性曲线反映的规律是PL随f 的平方成正比，是一种抛物线关系。,4、什么叫电力系统负荷的频率调节效应及效应调节系数？ （1） 由图5-2可知：系统负荷为PLN，频率为fN,当系统功率下降到PLb时，频率从fN下降到fb, 推论：系统负荷的增加减少引起频率的增加或减少称为负荷的频率调节效应。 （2）负荷的频率调节效应系数KL*,7,5、负荷的频率调节效应系数KL*应用举例 例5-1、1类负荷30%， 2类负荷40%， 3类负荷10%， 4类负荷20%，求系统频率从50HZ下降到47HZ时，负载功率变化的%比，及负荷的频率调节效应系数KL*=？,8,计算结果（P127面） PL*=0。93 PL%=7 KL*=1。17 例题5-2系统总有功负荷为3200MW，系统的频率为50HZ，若KL*=1.5，求负荷频率调节效应系数KL值。 KL=KL*（PLN/fN）=96(MW/HZ) 若系统的KL*不变，负荷增加到3650MW，求KL=？ KL=1.5(3650/50)=109.5%,9,三、发电机组的功率-频率特性 序1、发电机组的功率-频率特性的含义 当电力系统的负荷发生变化的时，发电机组的调速系统工作，改变原动机进汽量，调节发电机的输入功率以适应负荷的需要。通常将由于电网频率的变化，而引起发电机组输出功率变化的关系称为发电机组的功率频率特性或调节特性。 序2、发电机组的功率频率特性或调节特性与什么有关？是什么在起调节作用？与蒸汽机上的调速器有关？-是。,10,（2）、发电机组的功率-频率特性,1、发电机组转矩方程和功率方程,2、发电机组转矩方程和功率方程对应的曲线如图5-4所示。及图（5-5）（5-6）。,11,12,3、发电机组中调速器的调节作用,由图5-4可知，无速度调节器时，输出功率的最大值都在转速和转矩为额定值时出现。 由图（5-5）可知：配有速度调节器时，由于调速器的作用，随着转速的变化，而不断改变进汽量，此时发电机的功率频率特性由曲线上的123方向变化。23以后特性曲线下降，是因为原动机的进汽量已经达到了最大值，调速器已经不起作用了。 图（5-6）就是配有调速器发电机组的功率频率特性由曲线，,13,4、发电机组中有调速器时的调差作用及调差系数R和R*，调差系数的倒数KG，KG*,（1）发电机组中有调速器时的调差作用 由图4-6中ab两点的参数可见：当发电机以额定频率fN工作时,输出功率为PGa,当系统负荷增加，频率下降到f1时，则发电机组由于调速器的作用使输出功率增加到PGb. (2)调差系数R 由以上可见对应的频率下降了f,发电机组的输出功率增加了PG。很显然，这是一种有差调节其特性称为有差调节特性。定义特性曲线的斜率为发电机组的调差系数R。,14,15,4、结论：发电机组功率-频率的调差系数主要决定于蒸汽机上调速器的静态调节特性。调节的强度由调差系数R，R*，KG，KG*确定。 例题5-1, 5-2(P126面 ),16,（二）调差特性与发电机组之间有功功率分配的关系,1、俩台发电机机组并列运行时有功功率分配的关系图,17,从图5-7可见：两台发电机组的调差特性不同，分别为R1*和R2*；系统的总负荷为PL，系统频率为fN时， 号机组承担的负荷为P1，号机组承担的负荷为P2，P1+P2=PL， 当负荷增加PL时，经过调速器调整后，系统频率稳定在f1, 号机组承担的负荷为P1，增加了P1号机组承担的负荷为P2，增加了P2。 有：,则调差系数小的承担的负荷增量标么值大。,18,2、推广到多台的发电机组并联运行情况,19,3、结论,结论1：多台发电机组并联运行时，调差率小的发电机组将承担更高的附加功率。 结论2、多台发电机组并联运行时，若调差率等于0是不能运行的。,20,（三）转速调节器-调节特性失灵 区,1、什么是失灵 区？及产生失灵 的原因？ （1）测量元件的不灵敏 （2）调节特性的非线性，不是一条线，而是一条带。如图5-8,21,2、不灵敏区宽度及与最大误差功率，调差系数R的关系,22,3、注意：过小的调差系数R会引起比较大的功率分配误差。 过小会使调节器工作频繁，影响其寿命。 对于那些非灵敏的电液调速器，要求人为地形成2r/min的不灵敏区。,23,四、电力系统的频率特性,1、电力系统是由发电机组、电网、用户负荷等组成。如图5-9所示。 2、电力系统的频率特性的含义：用户负荷的增加减小，都会使电网的频率下降或增加。发电机组中的调节器（调速器）就要依据电力系统的频率高低进行调节。补充电网需要的的有功和无功功率，维持电网频率的稳定，这些频率变化和频率调节过程称为电力系统的频率特性。,24,3、电力系统频率特性描述,（1）图5-9电力系统功率-频率关系及频率特性,25,由图5-9可知：在无调速器的情况下，负荷增加PL，总负荷增加到PL1=PL+PL，机组输入功率恒为PL=PT，Z则系统的频率缓慢下降，负荷从电网取用的功率也缓慢下降，依靠负荷自身的调节效应达到新的平衡，工作点由a点移动到b点。频率下降达到f3. 。 在有调速器的情况下，频率下降将使发电机功率PT上升，PL上升，当调速器的作用达到最限度后，运行点稳定于c点。调速器的作用称为一次调频。 若励磁调节器也参与调节，可使工作点移到b点，使频率达到额定频率Fn.称为二次调频。,26,第二节 调速器原理,一、调速器概述,1、调速器的种类：机械液压和电气液压调速器。按控制方法分类：有PI和PID调速器等两类。按所用电子器件不同，又有模拟和数字电液压调速器等； 2、现在都采用数字电液压调速器等产品；,二、机械式调速器,1、机械式调速器的结构如图5-10所示，它由汽门、油动机、错油门、同步器、离心摆等组成。,27,调速器原理图,28,同步器给定上移，D点向上移动，E点下降，错油门下移，错油门内的控制油从油动机的话塞下面进入，使油动机的话塞上移。带动汽门上行，蒸汽进入蒸汽机的量增加，发电机的转速提高，反之发电机的转速减低，控制发电机的输出功率和电压频率的稳定。 若发电机的转速太高，离心摆在离心量的作用下，重锤上升，A点上升，在杠杆原理作用下B点下降，油动机的话塞下行，将汽门关小。蒸汽进入蒸汽机的量减少，发电机的转速减低，反之提高。,3、机械式液压调速器的工作原理,29,4、机械式液压调速器的结构及系统框图,30,（二）机械液压调速器中转速给定装置（原理）,1、转速给定装置在图5-10中已经给出，它由电动机+杠杆机构组成 2、工作原理：电动机的正、反转控制杠杆D点位置高低，F点是固定的，E点位置的高低变化受D点支配， E点位置的高低变化将控制汽门开度的大小。这就是给定装置的作用。 3、图5-12给出了给定机构的动作情况。 4、图5-13给出了转速给定装置改变给定值时，调速系统静态特性平移的情况。,31,给定机构特性图,32,给定原理,1、图5-12，当D点上移-A、B、C、F各点不动，只有E点下移，使油动机活塞上移。增加进入汽轮机的功率 2、机组未并网时，调节到A B CDF位置时结束，结果是转速升高。 3、并网运行时，由于电网频率不变化，即A点位置不变， D点上移，B点移到B-B结束，使发电机输出功率增加，如图5-13所示，转速不变，功率从Pa-Pb,机组特性平移。,33,三、功率-频率电液调速器,1、功率-频率电液调速器系统图,34,(1)由图5-14可见：功率-频率电液调速器系统由：转速测量、功率测量、给定环节、电量放大器、电液转换器及液压系统等部件组成。 （2）工作原理：给定和测量（反馈）的功率-频率、转速信号通过比较求得P、 n、 f、 f/R等送PID调节器-调节信号送-放大-电液转换器-控制调节阀-继动器-错油门-油动机-中高压调节阀-控制进入蒸汽机的汽量-控制发电机转速。,35,(一)、功率-频率电液调速器中的转速测量单元 序、构成：磁阻发送器+ f/v变送器 1、磁阻发送器：如图5-15所示；由齿轮+铁心+磁钢+电磁线圈组成。,36,磁阻发送器工作原理：它转速转换成相应频率的电压信号。当气轮机带动齿轮转动时，测速磁头所对应的齿顶和齿槽交替地变化。线圈中感应出脉冲信号，该信号的频率与发电机机组的转速相同、或成正比。 2、f/v变送器-电压变送器 （ 1）电路原理图如图5-16 （2）其功能：是将磁阻发送器输出的脉冲信号，转换成与转速成正比的电压信号。,37,图中：限幅单元主要起削波作用，将正弦波变为梯形波。放大单元将梯形波放大；整形单元将梯形波变为方波。,38,微分单元将微分整形方波上升沿，得到正向尖峰 脉冲，用于触发单稳单元。单稳电路翻转后输出一个幅值为V、宽度为的正向方波脉冲。脉冲频率与汽轮机的转速成正比。 （3） f/v变送器-电压变送器的输出特性,39,（二）功率测量 1、功率测量电路,40,2、功率测量原理 发电机电压UG通过互感器TB-送霍尔器件控制端.产生励磁控制电流Ic,-ic=K1UG. 发电机电流通过互感器TA的绕阻,在电流通过互感器的气隙产生磁场强度H,霍尔心片置于气隙中, 在磁场和电流共同的作用下,霍尔器件产生电动势EH输出,EH的平均值 ,正比与有功功率,这就是功率测量的主要原理,41,(三)转速和功率给定环节 它是用多圈电位器和高精度稳定电源组成. (四)电液转换及液压系统 1、功能：将电压型的调节量转换成非电量的油压。 2、系统结构图如图5-21所示。它由电液转换器和液压系统组成，液压系统由油动机和继动器和错油门等组成。,42,43,3、工作原理,电液转换的线圈将功率放大器的输出电压变化量转换为调节油阀开度的变化 量。当调节油阀关小时，继动器上部油压增加，蝶阀向下移动， 油动机活塞上移，调节汽阀开度增加，反之减小。,44,（五）调速器的工作,1、发电机组未并网时 功率测量和给定值为0，操作人员通过速度给定器给定转速nREF=UnREF。频率/转速-电压变送器输出Un=mn(Nref-nG) Un经过频差放大器-PID调节-去控制汽门的开度。 2、发电机组并网运行中。若改变功率设定值PREF，功率测量值为PG ，两个产生的信号差UP=Mp(PREF-PG),通过PID去调节发电机组的输出功率，直到UP=0。,45,3、若电网频率波动f，这时给定nREF与测量nG产生偏差Uf, Uf=mf. f/R功率给定与