電力系統(tǒng)自動(dòng)化第3章__電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)

1、GiLjLS0kPPP60pnf ！ T1miiPG1miiPTG11mmiiiiPPG1G2Gm 系統(tǒng)系統(tǒng)LmiGimikimiTiPPWdtdP111)(Wki各機(jī)組各機(jī)組的動(dòng)能的動(dòng)能G1G2Gm 系統(tǒng)系統(tǒng)LmiGimiTiPPP11這說(shuō)明，即使沒(méi)有調(diào)速器參與調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率，這說(shuō)明，即使沒(méi)有調(diào)速器參與調(diào)節(jié)原動(dòng)機(jī)的輸入功率，機(jī)組也可以從一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行工況過(guò)渡到另一個(gè)穩(wěn)定工況機(jī)組也可以從一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行工況過(guò)渡到另一個(gè)穩(wěn)定工況運(yùn)行。這種能力稱為自平衡能力或調(diào)節(jié)能力。運(yùn)行。這種能力稱為自平衡能力或調(diào)節(jié)能力。轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速n nb b遠(yuǎn)離了原來(lái)的轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)離了原來(lái)的轉(zhuǎn)速n na a。這說(shuō)明僅僅依靠機(jī)組的自。

2、這說(shuō)明僅僅依靠機(jī)組的自平衡能力進(jìn)行調(diào)節(jié)，機(jī)組的轉(zhuǎn)速平衡能力進(jìn)行調(diào)節(jié)，機(jī)組的轉(zhuǎn)速( (頻率頻率) )會(huì)在較大范圍內(nèi)會(huì)在較大范圍內(nèi)變化。變化。電力系統(tǒng)負(fù)荷變動(dòng)情況電力系統(tǒng)負(fù)荷變動(dòng)情況L( )PF ff fN N 額定頻率；額定頻率；P PL L 系統(tǒng)頻率為系統(tǒng)頻率為f f時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)荷；時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)荷；P PLN LN 系統(tǒng)頻率為額定值系統(tǒng)頻率為額定值f fN N時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)荷；時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)荷；a a0 0，a a1 1，a an n各類負(fù)荷占各類負(fù)荷占P PLNLN的比例系數(shù)。的比例系數(shù)。化成標(biāo)么值的形式化成標(biāo)么值的形式nNLNnNLNNLNNLNLNLffPff

3、PffPffPPP)()()()(332210將上式除以將上式除以PLN，則得標(biāo)么值形式，即，則得標(biāo)么值形式，即 1LP1f當(dāng)系統(tǒng)的頻率為額定值時(shí)當(dāng)系統(tǒng)的頻率為額定值時(shí): :通常與頻率變化三次方以上成正比的負(fù)荷很少，可忽略其影響。通常與頻率變化三次方以上成正比的負(fù)荷很少，可忽略其影響。13210naaaaa于是于是nNLNnNLNNLNNLNLNLffPffPffPffPPP)()()()(332210nnLffffP332210由圖可知：由圖可知：在系統(tǒng)頻率下降時(shí)在系統(tǒng)頻率下降時(shí)，系統(tǒng)負(fù)荷從系統(tǒng)取系統(tǒng)負(fù)荷從系統(tǒng)取用的有功功率下降。用的有功功率下降。如果系統(tǒng)的頻率升高，如果系統(tǒng)的頻率升高，系統(tǒng)

4、負(fù)荷從系統(tǒng)系統(tǒng)負(fù)荷從系統(tǒng)取用的有功功率將增大。取用的有功功率將增大。通常用負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)通常用負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)K KL L* *來(lái)衡量負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)的大小。來(lái)衡量負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)的大小。nnLffffP332210dfPKLLd*nmmmnnLLfmfnffdfdPK1112321*32nnLffffP332210而而KL*定義：定義：LPPe綜合負(fù)載的功率綜合負(fù)載的功率-頻率特性近似表達(dá)式：頻率特性近似表達(dá)式：fpLtanfpLtan活塞調(diào)節(jié)氣閥錯(cuò)油門錯(cuò)油門從鍋爐來(lái)的蒸汽從鍋爐來(lái)的蒸汽活塞 活塞在特性曲線上任取兩點(diǎn)，我們?cè)谔匦郧€上任取兩點(diǎn)，我們定義機(jī)組的定義機(jī)組的靜態(tài)調(diào)差系數(shù)靜態(tài)調(diào)

5、差系數(shù)：GPR。 GPRGGNGNPPPR/：0GPR一般發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)或單位調(diào)節(jié)功率，可采用下列數(shù)值：一般發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)或單位調(diào)節(jié)功率，可采用下列數(shù)值： 對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組 R*=(46)% 或或KG * = 6.16 25； 對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組R*=(24)% 或或KG * =25 50；與與KL不同的是不同的是KG可以人為調(diào)節(jié)整定，但其大小，即調(diào)整范可以人為調(diào)節(jié)整定，但其大小，即調(diào)整范圍受機(jī)組調(diào)速機(jī)構(gòu)的限制。圍受機(jī)組調(diào)速機(jī)構(gòu)的限制。KG*GGPRK*112LPPP當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加，經(jīng)過(guò)調(diào)速器調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加，經(jīng)過(guò)調(diào)速器調(diào)節(jié)后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在f f

6、1 1，w這時(shí)這時(shí)1 1號(hào)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷為號(hào)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷為P P1 1，增加了，增加了P P1 1；w2 2號(hào)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷為號(hào)發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷為P P2 2，增加了，增加了P P2 2；兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組的增量之和為兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組的增量之和為P PL L 。1221PRPR0GfRP22RPf 11RPf 1221PRPR在電力系統(tǒng)中，如果沒(méi)有調(diào)節(jié)容量的發(fā)電機(jī)，則取該機(jī)組的單在電力系統(tǒng)中，如果沒(méi)有調(diào)節(jié)容量的發(fā)電機(jī)，則取該機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率為零。位調(diào)節(jié)功率為零。電力系統(tǒng)中所有機(jī)組的調(diào)速器都為有差調(diào)節(jié)，由它們共同承擔(dān)電力系統(tǒng)中所有機(jī)組的調(diào)速器都為有差調(diào)節(jié)，由它們共同承擔(dān)負(fù)荷的波動(dòng)。負(fù)荷的波動(dòng)。WNff

7、- -調(diào)速器不能分辨的最大頻率誤差調(diào)速器不能分辨的最大頻率誤差 Wff1f2fNWWfRPWWWNWWNfffRPPPWPRNwWffRP1WNff而而NwWffRP1f1f2fNWPRf1f2fN電力系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)組、輸電網(wǎng)絡(luò)及負(fù)荷組成，如果把輸電電力系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)組、輸電網(wǎng)絡(luò)及負(fù)荷組成，如果把輸電網(wǎng)絡(luò)的功率損耗看成是負(fù)荷的一部分，則電力系統(tǒng)功率頻率關(guān)網(wǎng)絡(luò)的功率損耗看成是負(fù)荷的一部分，則電力系統(tǒng)功率頻率關(guān)系可簡(jiǎn)化為如圖所示。系可簡(jiǎn)化為如圖所示。在頻率穩(wěn)態(tài)為在頻率穩(wěn)態(tài)為f 時(shí)時(shí):LGTPPP圖圖6.9 6.9 電力系統(tǒng)功率電力系統(tǒng)功率- -頻率特性頻率特性圖圖6.9 6.9 電力系統(tǒng)功率電

8、力系統(tǒng)功率- -頻率特性頻率特性fGGPKf LPKffLLLLPPPKfP GLPPfKfKKPLGL)(w上式說(shuō)明，系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)，在發(fā)電機(jī)組功頻特性和上式說(shuō)明，系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)，在發(fā)電機(jī)組功頻特性和負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作用下，又達(dá)到了新的平衡。負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作用下，又達(dá)到了新的平衡。w一方面，負(fù)荷增加，頻率下降，發(fā)電機(jī)組按照有差調(diào)一方面，負(fù)荷增加，頻率下降，發(fā)電機(jī)組按照有差調(diào)節(jié)特性增加輸出；節(jié)特性增加輸出；w另一方面，負(fù)荷實(shí)際取用的功率也因頻率下降而有所另一方面，負(fù)荷實(shí)際取用的功率也因頻率下降而有所減少。減少。GLPPfKPPLLL LGLPKKKf fKPGGfKPfLLrGK

9、KKK 當(dāng)轉(zhuǎn)速給定裝置推動(dòng)當(dāng)轉(zhuǎn)速給定裝置推動(dòng)D點(diǎn)向點(diǎn)向上移動(dòng)時(shí)，由于機(jī)組轉(zhuǎn)速和油上移動(dòng)時(shí)，由于機(jī)組轉(zhuǎn)速和油動(dòng)機(jī)活塞的位置尚未來(lái)的及變動(dòng)機(jī)活塞的位置尚未來(lái)的及變化，化，A,B,C,F各點(diǎn)都不會(huì)動(dòng)。各點(diǎn)都不會(huì)動(dòng)。 這樣，這樣，D點(diǎn)向上移動(dòng)，就以點(diǎn)向上移動(dòng)，就以F點(diǎn)點(diǎn)為軸推動(dòng)為軸推動(dòng)E點(diǎn)向下移動(dòng)，引起錯(cuò)點(diǎn)向下移動(dòng)，引起錯(cuò)油門凸肩下移，壓力油進(jìn)入油油門凸肩下移，壓力油進(jìn)入油動(dòng)機(jī)活塞下腔，動(dòng)機(jī)活塞下腔，引起閥門引起閥門開度增大，機(jī)組轉(zhuǎn)速增加，開度增大，機(jī)組轉(zhuǎn)速增加，A點(diǎn)點(diǎn)上移上移,C、F點(diǎn)上移，點(diǎn)上移，E點(diǎn)上移，點(diǎn)上移，直到錯(cuò)油門完全堵住高壓油入直到錯(cuò)油門完全堵住高壓油入口，調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束?？?，調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)

10、束。顯然調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速升高了。顯然調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后，發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速升高了。DLGGLPPKfKf 進(jìn)一步進(jìn)行二次調(diào)頻時(shí)：進(jìn)一步進(jìn)行二次調(diào)頻時(shí)：在同步器的作用下，機(jī)組的功頻特性上移到在同步器的作用下，機(jī)組的功頻特性上移到P PG3G3( f )( f )，運(yùn)行點(diǎn)也隨之移到運(yùn)行點(diǎn)也隨之移到6 6點(diǎn)，此時(shí)的頻率恢復(fù)為點(diǎn)，此時(shí)的頻率恢復(fù)為f fN N ，這樣，這樣就實(shí)現(xiàn)了無(wú)差調(diào)節(jié)。就實(shí)現(xiàn)了無(wú)差調(diào)節(jié)。LGPP 0f 結(jié)論結(jié)論2 2：（1 1）在多臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的電力系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)）在多臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的電力系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，配置了調(diào)速器的機(jī)組，只要還有可調(diào)的荷變化時(shí)，配置了調(diào)速器的

11、機(jī)組，只要還有可調(diào)的容量，都毫無(wú)例外地按靜態(tài)特性參加頻率的一次調(diào)容量，都毫無(wú)例外地按靜態(tài)特性參加頻率的一次調(diào)整。整。（2 2）而頻率的二次調(diào)整一般只是由一臺(tái)或少數(shù)幾臺(tái)）而頻率的二次調(diào)整一般只是由一臺(tái)或少數(shù)幾臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)組( (一個(gè)或幾個(gè)廠一個(gè)或幾個(gè)廠) )承擔(dān)，這些機(jī)組承擔(dān)，這些機(jī)組( (廠廠) )稱為稱為主調(diào)頻機(jī)組主調(diào)頻機(jī)組( (廠廠) )。16. 0064. 0400100024. 006. 0250100021RR2211PRPR1112125 . 116. 024. 0PPPRRPLPRP2110005005 . 111PPMWP2002 . 05 . 25 . 01)(3005

12、. 112MWPP0625. 005. 080010001 . 004. 0400100021RR13. 01000130LR負(fù)荷變化量負(fù)荷變化量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，穩(wěn)態(tài)頻率偏差標(biāo)幺值為：，穩(wěn)態(tài)頻率偏差標(biāo)幺值為：因此，因此，穩(wěn)態(tài)頻率偏差為：穩(wěn)態(tài)頻率偏差為：新的頻率為：新的頻率為：兩個(gè)單元的發(fā)電變化量分別為：兩個(gè)單元的發(fā)電變化量分別為：（1

13、）當(dāng)）當(dāng)=0.804時(shí)，穩(wěn)態(tài)頻率偏差標(biāo)幺值為：時(shí)，穩(wěn)態(tài)頻率偏差標(biāo)幺值為：00485. 0804. 0161013. 01121RRPLSSLSSSSPRR-21-0.291(Hz)60-0.00485f因此，因此，穩(wěn)態(tài)頻率偏差為：穩(wěn)態(tài)頻率偏差為：)(709.59291. 0600Hzfff新的頻率為：新的頻率為：)(5 .480485. 010. 000485. 011MWRP)(6 .770776. 00625. 000485. 022MWRP兩個(gè)單元的發(fā)電變化量分別為：兩個(gè)單元的發(fā)電變化量分別為：負(fù)荷功率變化：負(fù)荷功率變化：）（MW9 . 30039. 0804. 000485. 0 f

14、、Pref調(diào)頻過(guò)程結(jié)束時(shí)系統(tǒng)頻率的增量與調(diào)頻過(guò)程結(jié)束時(shí)系統(tǒng)頻率的增量與 調(diào)調(diào) 頻機(jī)組有功功率的增量。頻機(jī)組有功功率的增量。 R 有差調(diào)頻器的調(diào)差系數(shù)有差調(diào)頻器的調(diào)差系數(shù)0frefPR0frefPR0f0f0f0fni2211refnrefirefrefPRPRPRPRxnnLRfRRRfPPPP)111(21ref2ref1ref上式也可以寫為上式也可以寫為 ：0fxrefPR)2 , 1()111(21refiniRRRRPRRPniLix則每臺(tái)調(diào)頻機(jī)組所承擔(dān)的計(jì)劃外負(fù)荷為：則每臺(tái)調(diào)頻機(jī)組所承擔(dān)的計(jì)劃外負(fù)荷為： )nkkk2k10(f111123112（發(fā)電機(jī)）（發(fā)電機(jī)，主導(dǎo)發(fā)電機(jī)）發(fā)電機(jī)r

15、efnrefnrefirefirefrefrefrefPPPPPPPP功率分配系數(shù)發(fā)電機(jī)的有功增量臺(tái)調(diào)頻第-K-irefiiPLP1refP0f)1 (1111irennrefiLPKKPPLxiLnifiPKKPKKKP1111re_10frefPKdtNfff ikIKiIKK1refPdtKPIreff-10d0tf t10d0tCIPKf t 21d0ttf t2C0dtIPKf t 21C1d0tItKf tP 即調(diào)頻機(jī)組增加有功出力，頻率下降達(dá)到某一最低值后，逐步上即調(diào)頻機(jī)組增加有功出力，頻率下降達(dá)到某一最低值后，逐步上升，直至升，直至t t2 2時(shí)刻為止時(shí)刻為止. . 43d0t

16、tf t244133CC1C2dddtttIItttPKf tf tPKf tP 即調(diào)頻機(jī)組有功出力減小，直至即調(diào)頻機(jī)組有功出力減小，直至t t4 4時(shí)刻，調(diào)頻機(jī)組出力增量又與時(shí)刻，調(diào)頻機(jī)組出力增量又與計(jì)劃外負(fù)荷變化相等，調(diào)節(jié)過(guò)程又一次結(jié)束。計(jì)劃外負(fù)荷變化相等，調(diào)節(jié)過(guò)程又一次結(jié)束。0f32dttt0f dft1C 12C 2nCd0d0d0iiinkPf tkPf tkPf tCdiIiPKf t (1,2,)in由于各機(jī)組的由于各機(jī)組的f是相等的。設(shè)系統(tǒng)計(jì)劃外負(fù)荷為是相等的。設(shè)系統(tǒng)計(jì)劃外負(fù)荷為PL ，則，則 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臺(tái)機(jī)組承擔(dān)的功率調(diào)節(jié)量；臺(tái)機(jī)組承擔(dān)的功率調(diào)節(jié)量；R Ri i第第i i臺(tái)機(jī)組的調(diào)差系數(shù)；臺(tái)機(jī)組的調(diào)差系數(shù)；i i第第i i 臺(tái)機(jī)組調(diào)節(jié)功率的分配系數(shù)，臺(tái)機(jī)組調(diào)節(jié)功率的分配系數(shù)， kk系統(tǒng)功率與頻率的轉(zhuǎn)換系數(shù)；系統(tǒng)功率與頻率的轉(zhuǎn)換系數(shù)；11niiC(d )0iiifRPak f t 在調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束時(shí)在調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束時(shí)f f 必須為零必須為零。計(jì)劃外負(fù)荷調(diào)節(jié)量計(jì)劃外負(fù)荷調(diào)節(jié)量:LC11ddn

18、niiiiPPak f tk f t CdiiPakf t 每臺(tái)機(jī)組分擔(dān)的容量每臺(tái)機(jī)組分擔(dān)的容量：C(d )0iiifRPak f t CLdiiiPakftaP 即即dkf t CdiiPakf t dk f t為了使各調(diào)頻機(jī)組所在地測(cè)得的為了使各調(diào)頻機(jī)組所在地測(cè)得的f盡可能一致，避免盡可能一致，避免頻率偏差積分值的差異而造成功率分配上的誤差，所頻率偏差積分值的差異而造成功率分配上的誤差，所以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率的要求比較高，通常用石英晶體振蕩器以對(duì)標(biāo)準(zhǔn)頻率的要求比較高，通常用石英晶體振蕩器經(jīng)分頻后得到。經(jīng)分頻后得到。0d)(.irefitieiPtPfK0)(istieatieiPdtPPfKif0

19、)(iPdtACEaitiepsitiepirefp.eiifffitiep0itieiPfKACE0)(0)(.BrefBtieBBArefAtieAAPdtPfKPdtPfK0)(0)(sBtieaBtieBBBsAtieaAtieAAAPPfKACEPPfKACE0.121nisitieeeneePffff0aBtieaAtiePP b耗量微增率（或簡(jiǎn)稱微增率）；耗量微增率（或簡(jiǎn)稱微增率）； F輸入耗量微增量輸入耗量微增量P輸出功率微增量輸出功率微增量小。時(shí)，總的燃料消耗為最當(dāng)21bb 而總負(fù)荷功率而總負(fù)荷功率PL為為：用拉格朗日乘子法則來(lái)求解：用拉格朗日乘子法則來(lái)求解：這里功率平衡就是

20、相應(yīng)的約束條件，即這里功率平衡就是相應(yīng)的約束條件，即（3-31）因因PL是常數(shù)，同時(shí)各機(jī)組的輸出功率又是相互無(wú)關(guān)的，所以是常數(shù)，同時(shí)各機(jī)組的輸出功率又是相互無(wú)關(guān)的，所以或或由此可得由此可得 ：圖圖3-16為發(fā)電廠內(nèi)為發(fā)電廠內(nèi)n臺(tái)機(jī)組按等微增率運(yùn)行分配負(fù)荷時(shí)的臺(tái)機(jī)組按等微增率運(yùn)行分配負(fù)荷時(shí)的示意圖示意圖。總的發(fā)電功率與總負(fù)荷總的發(fā)電功率與總負(fù)荷PL及線損及線損Pe相平衡，即相平衡，即上式對(duì)功率的偏導(dǎo)數(shù)為零，得：上式對(duì)功率的偏導(dǎo)數(shù)為零，得： 為了求得各電廠的微增率為了求得各電廠的微增率bi，必須計(jì)算出線損，必須計(jì)算出線損Pe（一般事先（一般事先根據(jù)運(yùn)行工況而選定的線損系數(shù)求得），然后算出各電廠的根

21、據(jù)運(yùn)行工況而選定的線損系數(shù)求得），然后算出各電廠的線損微增率線損微增率i，即，即在在和和i已知后，就可求出已知后，就可求出bi，即，即調(diào)頻電廠按（調(diào)頻電廠按（3-42）式運(yùn)行是最經(jīng)濟(jì)的負(fù)荷分配方案）式運(yùn)行是最經(jīng)濟(jì)的負(fù)荷分配方案G1、G2、G3為發(fā)電機(jī)組；為發(fā)電機(jī)組；ACE稱為區(qū)域控制誤差稱為區(qū)域控制誤差，用用來(lái)根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差以及輸來(lái)根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差以及輸電線路功率偏差來(lái)確定輸出電線路功率偏差來(lái)確定輸出控制信號(hào)；控制信號(hào)；負(fù)荷分配器負(fù)荷分配器根據(jù)輸入的控制根據(jù)輸入的控制信號(hào)大小并且根據(jù)等微增率信號(hào)大小并且根據(jù)等微增率準(zhǔn)則或其他原則來(lái)控制各臺(tái)準(zhǔn)則或其他原則來(lái)控制各臺(tái)發(fā)電機(jī)輸出功率的大小。發(fā)電機(jī)輸出功率的大小。經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配（經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配（EDC）每隔五分鐘修改一次）每隔五分鐘修改一次Pbi和和i值，以值，以適應(yīng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的要求。適應(yīng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的要求。各臺(tái)發(fā)電機(jī)組的設(shè)定調(diào)整功率按以下公