第十講頻率及有功功率的自動調(diào)節(jié)

主要內(nèi)容電力系統(tǒng)的頻率特性1.調(diào)速器原理2.電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性3.電力系統(tǒng)的自動調(diào)頻4.電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻5.ΔΔΔ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)組間有功功率分配的關(guān)系。學(xué)習(xí)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(fù)荷的功率-頻率特性二、發(fā)電機(jī)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(yùn)行下，相關(guān)情況如何？GPL?PPG功率平衡：PG=?P+PL機(jī)組轉(zhuǎn)速：n

=nN,f

=fN=50Hz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，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。電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)條件下的頻率f

是全系統(tǒng)一致的運(yùn)行參數(shù):一、負(fù)荷的功率-頻率特性2、機(jī)理分析功率平衡(忽略損耗）：PTPG水庫水能水輪機(jī)轉(zhuǎn)子機(jī)械能發(fā)電機(jī)電能PL原動機(jī)輸入機(jī)械功率發(fā)電機(jī)輸出電氣功率同步運(yùn)行：n=nN

f

=fN=50Hz3、負(fù)荷變化怎么辦？（PL增加）能量始終平衡:PMPG水輪機(jī)發(fā)電機(jī)PLPLPGPT原動機(jī)輸入功率：原動機(jī)輸入機(jī)械功率發(fā)電機(jī)輸出電氣功率發(fā)電機(jī)新增輸出功率保持不變3、負(fù)荷變化怎么辦？（PL增加）PMPG水輪機(jī)發(fā)電機(jī)PL輸入的水能沒有變！增加的能量從哪來？？答案：轉(zhuǎn)子釋放機(jī)械能，彌補(bǔ)負(fù)荷的增加。轉(zhuǎn)子速度降低，系統(tǒng)頻率下降！機(jī)組的動能原動機(jī)輸入機(jī)械功率發(fā)電機(jī)輸出電氣功率發(fā)電機(jī)新增輸出功率保持不變彌補(bǔ)其增長★系統(tǒng)頻率變化是由于發(fā)電機(jī)的負(fù)荷與原動機(jī)的輸入功率之間失去平衡所致，因此調(diào)頻與有功功率調(diào)節(jié)是不可分不開的。電力系統(tǒng)負(fù)荷是不斷變化的，而原動機(jī)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(jié)論4、負(fù)荷變化，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率變化，不滿足電能質(zhì)量要求！怎么辦？PMPG水輪機(jī)發(fā)電機(jī)PL調(diào)速器開度N+-調(diào)速器：感受到轉(zhuǎn)速的變化，說明系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生改變，需要調(diào)整水能輸入，以滿足負(fù)荷的要求。轉(zhuǎn)速n向靠近nN變化。tP持續(xù)分量脈動分量隨機(jī)分量負(fù)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(fù)荷變動情況分析負(fù)荷曲線分析負(fù)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(jī)械、電氣機(jī)車等帶有沖擊性的負(fù)荷

這一種是由于生產(chǎn)、生活、氣象等變化引起的負(fù)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(fù)荷基本可以預(yù)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(jī)：轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率有關(guān)，影響產(chǎn)品質(zhì)量；電子技術(shù)設(shè)備:頻率的不穩(wěn)定影響電子技術(shù)設(shè)備的準(zhǔn)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(jī)械（泵和風(fēng)機(jī)）是用異步電動機(jī)帶動的系統(tǒng)低頻率運(yùn)行時，汽輪機(jī)葉片共振，縮短其壽命，嚴(yán)重時會使葉片斷裂。頻率降低異步電動機(jī)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(yùn)行中的主要任務(wù)之一就是對頻率進(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)調(diào)節(jié)頻率就是改變單位時間內(nèi)進(jìn)入原動機(jī)的動力元素（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，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行及在發(fā)電機(jī)組之間實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配。勵磁調(diào)節(jié)基本目標(biāo)：發(fā)電機(jī)端電壓和無功功率分配調(diào)速器的基本目標(biāo)：發(fā)電機(jī)頻率和有功功率分配7、結(jié)論當(dāng)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(fù)荷的功率-頻率特性這種有功負(fù)荷隨頻率而改變的特性稱為負(fù)荷的功率-頻率特性，是負(fù)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(guān)系：1、與頻率變化無關(guān)的負(fù)荷：照明、電弧爐、整流負(fù)荷2、與頻率成正比的負(fù)荷：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：變壓器中的渦流損耗4、與頻率的三次方成正比的負(fù)荷：通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵5、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)水泵二、電力系統(tǒng)負(fù)荷的功率-頻率特性電力系統(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)組的輸入功率和負(fù)荷功率之間失去平衡時,系統(tǒng)負(fù)荷也參與了調(diào)節(jié)作用。這種特性有利于系統(tǒng)中的有功功率在另一個頻率下重新獲得平衡——負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)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。根據(jù)國內(nèi)外的實測數(shù)據(jù)表明，在頻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線。有功功率變化量相對應(yīng)有功功率變化的頻率的變化量KL*是電力系統(tǒng)調(diào)度部門要求掌握的一個數(shù)據(jù)。對于不同的電力系統(tǒng)，因負(fù)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(jī)組的轉(zhuǎn)速調(diào)整是由原動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)來實現(xiàn)的，發(fā)電機(jī)的功率-頻率特性取決于調(diào)速器系統(tǒng)的特性。通常把由于頻率變化而引起發(fā)電機(jī)組輸出功率變化的關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性或調(diào)節(jié)特性。發(fā)電機(jī)組無調(diào)速器三、發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性（一）、發(fā)電機(jī)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(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都為額定值時出現(xiàn)。在調(diào)速器的作用下不斷改變進(jìn)氣量，使原動機(jī)的運(yùn)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(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，運(yùn)行點只能沿著對應(yīng)于最大進(jìn)氣量的靜態(tài)特性曲線移動。（一）、發(fā)電機(jī)的功率-頻率特性三、發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性對應(yīng)于頻率下降，發(fā)電機(jī)組輸出功率增加，這是一種有差調(diào)節(jié)特性發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)負(fù)號表示發(fā)電機(jī)輸出功率的變化和頻率變化相反發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)節(jié)方程三、發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性（一）、發(fā)電機(jī)的功率-頻率特性圖5-6配有調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性計算功率和頻率關(guān)系時，常采用調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)來表示

KG*為發(fā)電機(jī)組的功率-頻率靜態(tài)特性系數(shù)，或者是原動機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率。發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)主要決定于調(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)。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)機(jī)組間有功分配調(diào)速器的靜態(tài)特性調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū)三、發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性（二）、調(diào)差特性與機(jī)組間有功功率分配的關(guān)系機(jī)組間的有功功率分配與機(jī)組的調(diào)差系數(shù)成反比推廣到多臺發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的情況：三、發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性

系統(tǒng)等值機(jī)組的調(diào)差系數(shù)系統(tǒng)中負(fù)荷變化后，每臺發(fā)電機(jī)所承擔(dān)的功率1、多臺發(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機(jī)組來完成全部的調(diào)差任務(wù)。因此，只能是由多臺有差調(diào)節(jié)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行三、發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性（三）、調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū)機(jī)械式調(diào)速器對于微小的轉(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(jī)組間的最大誤差功率為調(diào)速器最大的頻率呆滯

與

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