第十講頻率及有功功率的自動調節(jié)

主要內容電力系統(tǒng)的頻率特性1.調速器原理2.電力系統(tǒng)的頻率調節(jié)系統(tǒng)及其特性3.電力系統(tǒng)的自動調頻4.電力系統(tǒng)的經濟調度與自動調頻5.ΔΔΔ通過本章的學習，應當了解電力系統(tǒng)調頻的實質和重要性；了解負荷的靜態(tài)頻率特性及負荷調節(jié)效應；了解調速器的工作原理及其靜態(tài)調節(jié)特性、配有調速器的發(fā)電機組的功率頻率特性，以及發(fā)電機組的頻率調節(jié)特性與機組間有功功率分配的關系。學習目的及要求第一節(jié)電力系統(tǒng)的頻率特性本節(jié)需要掌握的主要知識點一、負荷的功率-頻率特性二、發(fā)電機組的功率-頻率特性三、電力系統(tǒng)的頻率特性1、電力系統(tǒng)正常運行下，相關情況如何？GPL?PPG功率平衡：PG=?P+PL機組轉速：n

=nN,f

=fN=50Hz答案：電源發(fā)出的功率與網絡損耗及用戶的負荷相平衡，系統(tǒng)中的機組同步運行，系統(tǒng)頻率維持在額定頻率50Hz。電網穩(wěn)態(tài)條件下的頻率f

是全系統(tǒng)一致的運行參數(shù):一、負荷的功率-頻率特性2、機理分析功率平衡(忽略損耗）：PTPG水庫水能水輪機轉子機械能發(fā)電機電能PL原動機輸入機械功率發(fā)電機輸出電氣功率同步運行：n=nN

f

=fN=50Hz3、負荷變化怎么辦？（PL增加）能量始終平衡:PMPG水輪機發(fā)電機PLPLPGPT原動機輸入功率：原動機輸入機械功率發(fā)電機輸出電氣功率發(fā)電機新增輸出功率保持不變3、負荷變化怎么辦？（PL增加）PMPG水輪機發(fā)電機PL輸入的水能沒有變！增加的能量從哪來？？答案：轉子釋放機械能，彌補負荷的增加。轉子速度降低，系統(tǒng)頻率下降！機組的動能原動機輸入機械功率發(fā)電機輸出電氣功率發(fā)電機新增輸出功率保持不變彌補其增長★系統(tǒng)頻率變化是由于發(fā)電機的負荷與原動機的輸入功率之間失去平衡所致，因此調頻與有功功率調節(jié)是不可分不開的。電力系統(tǒng)負荷是不斷變化的，而原動機輸入的功率改變較慢，因此系統(tǒng)中頻率的波動是難免的。結論4、負荷變化，導致系統(tǒng)頻率變化，不滿足電能質量要求！怎么辦？PMPG水輪機發(fā)電機PL調速器開度N+-調速器：感受到轉速的變化，說明系統(tǒng)負荷發(fā)生改變，需要調整水能輸入，以滿足負荷的要求。轉速n向靠近nN變化。tP持續(xù)分量脈動分量隨機分量負荷瞬時變動情況分解周期<10s周期10~3mins緩慢持續(xù)變化5、電力系統(tǒng)負荷變動情況分析負荷曲線分析負荷曲線分析變動有很大的偶然性

屬于這一種的主要有電爐、壓延機械、電氣機車等帶有沖擊性的負荷

這一種是由于生產、生活、氣象等變化引起的負荷變動

第二種變動幅度較大，周期也較長.

第三種變動幅度最大，周期也最長.該種負荷基本可以預計。第一種變動幅度很小，周期又很短。(1).對用戶的影響：異步電動機：轉速與系統(tǒng)頻率有關，影響產品質量；電子技術設備:頻率的不穩(wěn)定影響電子技術設備的準確性。(2).對發(fā)電廠及系統(tǒng)本身的影響：發(fā)電廠的廠用機械（泵和風機）是用異步電動機帶動的系統(tǒng)低頻率運行時，汽輪機葉片共振，縮短其壽命，嚴重時會使葉片斷裂。頻率降低異步電動機和變壓器的勵磁電流增加系統(tǒng)無功增加電壓降低6、頻率偏移的影響歐美各國：+0.1Hz

；

我國：一般允許偏差+0.2Hz；某些系統(tǒng)要求+0.1Hz

日本：+0.1Hz7、頻率偏移的允許范圍電力系統(tǒng)運行中的主要任務之一就是對頻率進行監(jiān)視和控制，保證電力系統(tǒng)頻率的偏移在允許范圍內調節(jié)頻率就是改變單位時間內進入原動機的動力元素（蒸汽或水）力求電力系統(tǒng)負荷在安全運行約束條件下，實現(xiàn)經濟運行及在發(fā)電機組之間實現(xiàn)經濟分配。勵磁調節(jié)基本目標：發(fā)電機端電壓和無功功率分配調速器的基本目標：發(fā)電機頻率和有功功率分配7、結論當系統(tǒng)頻率變化時，整個系統(tǒng)的有功功率也要隨著改變，即二、電力系統(tǒng)負荷的功率-頻率特性這種有功負荷隨頻率而改變的特性稱為負荷的功率-頻率特性，是負荷的靜態(tài)頻率特性。電力系統(tǒng)中有功功率與頻率之間的關系：1、與頻率變化無關的負荷：照明、電弧爐、整流負荷2、與頻率成正比的負荷：切削機床、球磨機、壓縮機3、與頻率的二次方成正比的負荷：變壓器中的渦流損耗4、與頻率的三次方成正比的負荷：通風機、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵5、與頻率的高次方成正比的負荷：靜水頭阻力很大的循環(huán)水泵二、電力系統(tǒng)負荷的功率-頻率特性電力系統(tǒng)有功負荷的靜態(tài)頻率特性方程

當電力系統(tǒng)內機組的輸入功率和負荷功率之間失去平衡時,系統(tǒng)負荷也參與了調節(jié)作用。這種特性有利于系統(tǒng)中的有功功率在另一個頻率下重新獲得平衡——負荷的頻率調節(jié)效應為負荷的頻率調節(jié)效應系數(shù)，用以衡量調節(jié)效應的大小。根據國內外的實測數(shù)據表明，在頻率允許變化的范圍內，有功負荷與頻率之間的關系曲線接近于一條直線。有功功率變化量相對應有功功率變化的頻率的變化量KL*是電力系統(tǒng)調度部門要求掌握的一個數(shù)據。對于不同的電力系統(tǒng)，因負荷的組成不同，

KL*也不同，一般在1~3之間。同時，每個系統(tǒng)的KL*值亦隨季節(jié)及晝夜交替而有所變化。發(fā)電機組的轉速調整是由原動機的調速系統(tǒng)來實現(xiàn)的，發(fā)電機的功率-頻率特性取決于調速器系統(tǒng)的特性。通常把由于頻率變化而引起發(fā)電機組輸出功率變化的關系稱為發(fā)電機組的功率-頻率特性或調節(jié)特性。發(fā)電機組無調速器三、發(fā)電機組的功率-頻率特性（一）、發(fā)電機的功率-頻率特性由圖可知，輸出功率最大值是在額定條件下，即轉速和轉矩都為額定值時出現(xiàn)。在調速器的作用下不斷改變進氣量，使原動機的運行點不斷地從一根靜態(tài)特性向另一根靜態(tài)特性曲線過渡。此時原動機進氣量達到最大值，調速器不起作用，當頻率f繼續(xù)下降時，運行點只能沿著對應于最大進氣量的靜態(tài)特性曲線移動。（一）、發(fā)電機的功率-頻率特性三、發(fā)電機組的功率-頻率特性對應于頻率下降，發(fā)電機組輸出功率增加，這是一種有差調節(jié)特性發(fā)電機組的調差系數(shù)負號表示發(fā)電機輸出功率的變化和頻率變化相反發(fā)電機組的靜態(tài)調節(jié)方程三、發(fā)電機組的功率-頻率特性（一）、發(fā)電機的功率-頻率特性圖5-6配有調速系統(tǒng)的發(fā)電機組的功率-頻率特性計算功率和頻率關系時，常采用調差系數(shù)的倒數(shù)來表示

KG*為發(fā)電機組的功率-頻率靜態(tài)特性系數(shù)，或者是原動機的單位調節(jié)功率。發(fā)電機組的調差系數(shù)主要決定于調速器的靜態(tài)調節(jié)特性。與機組間的有功功率分配相關。調節(jié)特性的失靈區(qū)又造成機組間的有功功率分配的不確定性。調差系數(shù)機組間有功分配調速器的靜態(tài)特性調節(jié)特性的失靈區(qū)三、發(fā)電機組的功率-頻率特性（二）、調差特性與機組間有功功率分配的關系機組間的有功功率分配與機組的調差系數(shù)成反比推廣到多臺發(fā)電機組并聯(lián)運行的情況：三、發(fā)電機組的功率-頻率特性

系統(tǒng)等值機組的調差系數(shù)系統(tǒng)中負荷變化后，每臺發(fā)電機所承擔的功率1、多臺發(fā)電機的調差系數(shù)為零是不能并聯(lián)運行的；2、含有一臺調差系數(shù)為零機組的系統(tǒng)在理論上是可行的，但是在實際上是不能運行的。原因是就目前的系統(tǒng)容量而言不可能僅由一臺機組來完成全部的調差任務。因此，只能是由多臺有差調節(jié)機組并聯(lián)運行三、發(fā)電機組的功率-頻率特性（三）、調節(jié)特性的失靈區(qū)機械式調速器對于微小的轉速變化是不能反應的，因此調速器具有一定的失靈區(qū)，調節(jié)特性實際上就是一條具有一定寬度的帶子。不靈敏區(qū)寬度可以用失靈度來描述：為機組間的最大誤差功率為調速器最大的頻率呆滯

與

成正比，與成反比。若調差系數(shù)很小，則機組間的最大誤差功率就會很大，這樣就會引起機組間功率分配誤差的增大。若不靈敏區(qū)寬度很小，則調速器在頻率的微小波動