第十講 頻率及有功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)

1、 通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)當(dāng)了解電力系統(tǒng)調(diào)頻的實(shí)質(zhì)和重要通過本章的學(xué)習(xí)，應(yīng)當(dāng)了解電力系統(tǒng)調(diào)頻的實(shí)質(zhì)和重要性；了解負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性及負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)；了解調(diào)速器性；了解負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性及負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)；了解調(diào)速器的工作原理及其靜態(tài)調(diào)節(jié)特性、配有調(diào)速器的發(fā)電機(jī)組的功的工作原理及其靜態(tài)調(diào)節(jié)特性、配有調(diào)速器的發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性，以及發(fā)電機(jī)組的頻率調(diào)節(jié)特性與機(jī)組間有功功率頻率特性，以及發(fā)電機(jī)組的頻率調(diào)節(jié)特性與機(jī)組間有功功率分配的關(guān)系。率分配的關(guān)系。學(xué)習(xí)目的及要求學(xué)習(xí)目的及要求本節(jié)需要掌握的主要知識(shí)點(diǎn)本節(jié)需要掌握的主要知識(shí)點(diǎn)一、負(fù)荷的功率一、負(fù)荷的功率- -頻率特性頻率特性二、發(fā)電機(jī)組的功率二、發(fā)電機(jī)組的功率

2、- -頻率特性頻率特性三、電力系統(tǒng)的頻率特性三、電力系統(tǒng)的頻率特性答案：答案：電源發(fā)出的功率與網(wǎng)絡(luò)損耗及用戶的負(fù)荷相平衡，電源發(fā)出的功率與網(wǎng)絡(luò)損耗及用戶的負(fù)荷相平衡，系統(tǒng)中的機(jī)組同步運(yùn)行，系統(tǒng)頻率維持在額定頻率系統(tǒng)中的機(jī)組同步運(yùn)行，系統(tǒng)頻率維持在額定頻率50Hz。60pnf 水庫水庫11mmTiGiPP11mmTiGiLPPP111()mmmTiGiLKidPPPWdt系統(tǒng)頻率變化是由于系統(tǒng)頻率變化是由于發(fā)電機(jī)的發(fā)電機(jī)的負(fù)荷負(fù)荷與與原動(dòng)機(jī)的輸入功率之間原動(dòng)機(jī)的輸入功率之間失去平衡所致失去平衡所致，因此，因此調(diào)頻與有調(diào)頻與有功功率調(diào)節(jié)功功率調(diào)節(jié)是不可分不開的。是不可分不開的。電力系統(tǒng)負(fù)荷是不斷變

3、化的，電力系統(tǒng)負(fù)荷是不斷變化的，而原動(dòng)機(jī)輸入的功率改變較慢，而原動(dòng)機(jī)輸入的功率改變較慢，因此系統(tǒng)中頻率的波動(dòng)是難免因此系統(tǒng)中頻率的波動(dòng)是難免的。的。第二種變動(dòng)幅度較大，周期也較長第二種變動(dòng)幅度較大，周期也較長. .第三種變動(dòng)幅度最大，周期也最長第三種變動(dòng)幅度最大，周期也最長. . 該種負(fù)荷基本可以預(yù)計(jì)。該種負(fù)荷基本可以預(yù)計(jì)。電力系統(tǒng)運(yùn)行中的主要任務(wù)之一就是對(duì)頻率進(jìn)行監(jiān)視和電力系統(tǒng)運(yùn)行中的主要任務(wù)之一就是對(duì)頻率進(jìn)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(nèi)控制，保證電力系統(tǒng)頻率的偏移在允許范圍內(nèi)調(diào)節(jié)頻率就是改變單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力元素調(diào)節(jié)頻率就是改變單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力元素（蒸汽

4、或水）（蒸汽或水）力求電力系統(tǒng)負(fù)荷在安全運(yùn)行約束條件下，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行力求電力系統(tǒng)負(fù)荷在安全運(yùn)行約束條件下，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及在發(fā)電機(jī)組之間實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配。及在發(fā)電機(jī)組之間實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配。勵(lì)磁調(diào)節(jié)基本目標(biāo)：勵(lì)磁調(diào)節(jié)基本目標(biāo)：發(fā)電機(jī)端電壓發(fā)電機(jī)端電壓和和無功功率分配無功功率分配調(diào)速器的基本目標(biāo)：調(diào)速器的基本目標(biāo)：發(fā)電機(jī)頻率發(fā)電機(jī)頻率和和有功功率分配有功功率分配當(dāng)系統(tǒng)頻率變化時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功功率也要隨著改變，即當(dāng)系統(tǒng)頻率變化時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功功率也要隨著改變，即 LPF f這種有功負(fù)荷隨頻率而改變的特性稱為負(fù)荷的這種有功負(fù)荷隨頻率而改變的特性稱為負(fù)荷的電力系統(tǒng)中有功功率與頻率之間的關(guān)系電力系統(tǒng)中有功功率與

5、頻率之間的關(guān)系：1、與頻率變化無關(guān)的負(fù)荷：、與頻率變化無關(guān)的負(fù)荷：照明、電弧爐、整流負(fù)荷照明、電弧爐、整流負(fù)荷2、與頻率成正比的負(fù)荷：、與頻率成正比的負(fù)荷：切削機(jī)床、球磨機(jī)、壓縮機(jī)切削機(jī)床、球磨機(jī)、壓縮機(jī)3、與頻率的二次方成正比的負(fù)荷：、與頻率的二次方成正比的負(fù)荷：變壓器中的渦流損耗變壓器中的渦流損耗4、與頻率的三次方成正比的負(fù)荷：、與頻率的三次方成正比的負(fù)荷：通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵循環(huán)水泵5、與頻率的高次方成正比的負(fù)荷：、與頻率的高次方成正比的負(fù)荷：靜水頭阻力很大的循環(huán)水泵靜水頭阻力很大的循環(huán)水泵230123.nLLNLNLNLNnLNNNNnffffPa

6、Pa Pa Pa Pa Pffff1.3210*3*32*2*10*nnnLaaaaafafafafaaP電力系統(tǒng)有功負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性方程電力系統(tǒng)有功負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性方程 當(dāng)電力系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組的輸入功率當(dāng)電力系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組的輸入功率和負(fù)荷功率之間失去平衡時(shí)和負(fù)荷功率之間失去平衡時(shí),系系統(tǒng)負(fù)荷也參與了調(diào)節(jié)作用。統(tǒng)負(fù)荷也參與了調(diào)節(jié)作用。這種特性有利于系統(tǒng)中的有功這種特性有利于系統(tǒng)中的有功功率在另一個(gè)頻率下重新獲得平功率在另一個(gè)頻率下重新獲得平衡衡負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)*dfdPKLL230123.nLLNLNLNLNnLNNNNnffffPa Pa Pa Pa Pa Pffff211*1

7、2*3*1*3.nniLLniidPKaa fa fna fia fdf為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)，用為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)，用以衡量調(diào)節(jié)效應(yīng)的大小。以衡量調(diào)節(jié)效應(yīng)的大小。根據(jù)國內(nèi)外的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，在頻根據(jù)國內(nèi)外的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明，在頻率允許變化的范圍內(nèi)，有功負(fù)荷與率允許變化的范圍內(nèi)，有功負(fù)荷與頻率之間的關(guān)系曲線接近于一條直頻率之間的關(guān)系曲線接近于一條直線。線。*fPtgKLLfPKLLLNNLLPfKK*有功功率有功功率變化量變化量相對(duì)應(yīng)有功功相對(duì)應(yīng)有功功率變化的頻率率變化的頻率的變化量的變化量KL*是電力系統(tǒng)調(diào)度部門要求掌握的一個(gè)數(shù)據(jù)。對(duì)于不是電力系統(tǒng)調(diào)度部門要求掌握的一個(gè)數(shù)據(jù)。對(duì)于不同的電力

8、系統(tǒng)，因負(fù)荷的組成不同，同的電力系統(tǒng)，因負(fù)荷的組成不同， KL*也不同，一般也不同，一般在在13之間。同時(shí)，每個(gè)系統(tǒng)的之間。同時(shí)，每個(gè)系統(tǒng)的KL*值亦隨季節(jié)及晝夜值亦隨季節(jié)及晝夜交替而有所變化。交替而有所變化。23*01*2*3*.nLnPaa fa fa fa f發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速調(diào)整轉(zhuǎn)速調(diào)整是由原動(dòng)機(jī)的是由原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，來實(shí)現(xiàn)的，發(fā)電機(jī)的功率發(fā)電機(jī)的功率-頻率特頻率特性取決于性取決于調(diào)速器系統(tǒng)的特性。調(diào)速器系統(tǒng)的特性。通常把由于通常把由于頻率變化頻率變化而引起而引起發(fā)電機(jī)組輸出功率發(fā)電機(jī)組輸出功率變化變化的關(guān)系稱為的關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)組的功率發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性頻

9、率特性或或調(diào)節(jié)特性。調(diào)節(jié)特性。*BWAMG2*1*2*GPC fC f發(fā)電機(jī)組無調(diào)速器發(fā)電機(jī)組無調(diào)速器2*1*2*GPCC由圖可知，輸出功率由圖可知，輸出功率最大值最大值是在是在額定額定條件條件下，即下，即轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都為額定值轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都為額定值時(shí)時(shí)出現(xiàn)。出現(xiàn)。在調(diào)速器的作用下不斷改在調(diào)速器的作用下不斷改變進(jìn)氣量，使原動(dòng)機(jī)的運(yùn)行變進(jìn)氣量，使原動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)不斷地從一根靜態(tài)特性向點(diǎn)不斷地從一根靜態(tài)特性向另一根靜態(tài)特性曲線過渡。另一根靜態(tài)特性曲線過渡。此時(shí)原動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量達(dá)到最大值，調(diào)速器不起作用，當(dāng)頻率此時(shí)原動(dòng)機(jī)進(jìn)氣量達(dá)到最大值，調(diào)速器不起作用，當(dāng)頻率f 繼續(xù)下降時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)只能沿著對(duì)應(yīng)于最大進(jìn)氣量的靜

10、態(tài)繼續(xù)下降時(shí)，運(yùn)行點(diǎn)只能沿著對(duì)應(yīng)于最大進(jìn)氣量的靜態(tài)特性曲線移動(dòng)。特性曲線移動(dòng)。對(duì)應(yīng)于頻率下降對(duì)應(yīng)于頻率下降 ，發(fā)電機(jī)組輸出功，發(fā)電機(jī)組輸出功率增加率增加 ，這是一種有差調(diào)節(jié)特性，這是一種有差調(diào)節(jié)特性fGPGPfR發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)調(diào)差系數(shù)負(fù)號(hào)表示發(fā)電機(jī)輸出功率負(fù)號(hào)表示發(fā)電機(jī)輸出功率的變化和頻率變化相反的變化和頻率變化相反*GGNGNPfPPffR0*GPRf發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)節(jié)方程發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)節(jié)方程計(jì)算功率和頻率關(guān)系時(shí)，常采用調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)來表示計(jì)算功率和頻率關(guān)系時(shí)，常采用調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)來表示*1fPRKGG0*GGPfK KG*為發(fā)電機(jī)組的為發(fā)電機(jī)組的功率功率-頻率靜態(tài)特性系數(shù)頻

11、率靜態(tài)特性系數(shù)，或者是，或者是原動(dòng)機(jī)的單原動(dòng)機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率。位調(diào)節(jié)功率。發(fā)電機(jī)組的發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)調(diào)差系數(shù)主要決定于主要決定于調(diào)速器的靜態(tài)調(diào)節(jié)特性。調(diào)速器的靜態(tài)調(diào)節(jié)特性。與機(jī)組間的有功功率分配相關(guān)。與機(jī)組間的有功功率分配相關(guān)。調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū)又造成機(jī)組間的有功功率分配的不確定性。調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū)又造成機(jī)組間的有功功率分配的不確定性。調(diào)差系數(shù)調(diào)差系數(shù)機(jī)組間有功分配機(jī)組間有功分配調(diào)速器的靜態(tài)特性調(diào)速器的靜態(tài)特性調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū)調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū)*GPRf*1*2*2*1RRPP機(jī)組間的有功功率分配與機(jī)機(jī)組間的有功功率分配與機(jī)組的調(diào)差系數(shù)成反比組的調(diào)差系數(shù)成反比niiGiNNniGiRPffPP1

12、*1推廣到多臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的情況：推廣到多臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的情況：NNPffRP*1*1*NnGiNiiPRPR 系統(tǒng)等值機(jī)組的調(diào)差系數(shù)系統(tǒng)等值機(jī)組的調(diào)差系數(shù)*iGiNNGiRPPPRP系統(tǒng)中負(fù)荷變化后，每臺(tái)系統(tǒng)中負(fù)荷變化后，每臺(tái)發(fā)電機(jī)所承擔(dān)的功率發(fā)電機(jī)所承擔(dān)的功率1、多臺(tái)發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)為零是不能并聯(lián)運(yùn)行的；、多臺(tái)發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)為零是不能并聯(lián)運(yùn)行的；2、含有一臺(tái)調(diào)差系數(shù)為零機(jī)組的系統(tǒng)在理論上是可行的，但是、含有一臺(tái)調(diào)差系數(shù)為零機(jī)組的系統(tǒng)在理論上是可行的，但是在實(shí)際上是不能運(yùn)行的。原因是就目前的系統(tǒng)容量而言不可能僅在實(shí)際上是不能運(yùn)行的。原因是就目前的系統(tǒng)容量而言不可能僅由一臺(tái)機(jī)組來完成

13、全部的調(diào)差任務(wù)。因此，只能是由多臺(tái)有差調(diào)由一臺(tái)機(jī)組來完成全部的調(diào)差任務(wù)。因此，只能是由多臺(tái)有差調(diào)節(jié)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行節(jié)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行機(jī)械式調(diào)速器對(duì)于微小的轉(zhuǎn)速變化是不能反應(yīng)的，因此調(diào)速器具機(jī)械式調(diào)速器對(duì)于微小的轉(zhuǎn)速變化是不能反應(yīng)的，因此調(diào)速器具有一定的失靈區(qū)，調(diào)節(jié)特性實(shí)際上就是一條具有一定寬度的帶子。有一定的失靈區(qū)，調(diào)節(jié)特性實(shí)際上就是一條具有一定寬度的帶子。不靈敏區(qū)寬度可以用失靈度不靈敏區(qū)寬度可以用失靈度 來描述：來描述：NwffwP為機(jī)組間的最大誤差功率為機(jī)組間的最大誤差功率為調(diào)速器最大的頻率呆滯為調(diào)速器最大的頻率呆滯wf*wwwPPfRRtgPfww*wwwPPfR 與與 成正比，與成正比，與 成反比。成反比。wP*R若調(diào)差系數(shù)很小，則機(jī)組間若調(diào)差系數(shù)很小，則機(jī)組間的最大誤差功率就會(huì)很大，這的最大誤差功率就會(huì)很大，這樣就會(huì)引起機(jī)組間功率分配誤樣就會(huì)引起機(jī)組間功率分配誤差的增大。差的增大。若不靈敏區(qū)寬度很小，則調(diào)若不靈敏區(qū)寬度很小，則調(diào)速器在頻率的微小波動(dòng)時(shí)就會(huì)速器在頻率的微小波動(dòng)時(shí)就會(huì)動(dòng)作，機(jī)械動(dòng)作會(huì)頻繁。動(dòng)作，機(jī)械動(dòng)作會(huì)頻繁。調(diào)差系數(shù)不能很小調(diào)差系數(shù)不能很小在電液調(diào)速器中形成在電液調(diào)速器中形成一個(gè)人為