电力系统频率及有功功率的自动调节 .pptx

第3章 电力系统频率及有功功率的电力调节自动调节;本章主要内容;第一节 电力系统的频率特性;第一节 电力系统的频率特性;(二)频率对电力系统的影响;3、在核电厂中,系统反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。频率当频率降到一定数值时,功功冷却介质泵即自动跳开,自动使反应堆停止运行。电力调节4、系统电力系统频率下降时,频率异步电动机和变压器的功功励磁电流增加,使异步电动机和变压器的自动无功消耗增加,引起系统电压下降。电力调节频率下降还会引起励磁机出力下降,系统并使发电机电势下降,频率导致全系统电压水平降低。功功如果电力系统原来的自动电压水平偏低,在频率下降到一定值时可能出现电压快速而不断地下降,即所谓电压雪崩现象。出现电压雪崩会造成大面积停电,甚至使系统瓦解。;1、维持电力系统频率在允许范围之内 电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。;2. 提高电力系统运行的经济性;3、保证联合电力系统的协调运行;一、概述1、并列运行的每一台发电机组的转速与系统频率的关系为:;2、频率调节的原理;(2)负荷突然增加△PL时: 使发电机组输出功率增加△PL , 但由于机械惯性,输入功率来不及做出反应, 此时:;设机组运行在a点,机组以转速na稳定运行。

当负荷增加时,发电机电磁转矩特性曲线向上方平移.设移到曲线MG2的位置。如果此时不调节进入原动机的动力元素(蒸汽或水),机组调速器不动作,则原动机的机械转矩特性仍为曲线MT1。机组就会在新的平衡点b以转速nb稳定运行.;;3、电力系统负荷的变动情况;二、电力系统负荷的功率—频率特性;2、电力系统的负荷类型;3、负荷的功率—频率特性方程式;将上式除以PLN,则得标么值形式,即 ;4、负荷的静态频率特性;5、负荷的频率调节效应系数KL*; 根据国内外一些实例,负荷的静态特性曲线在额定频率附近(48~51HZ)接近于一条直线,如图所示。直线的斜率为:;δ是调度部门必须掌握的一个数据!;三、发电机组的功率—频率特性;(一)机械式调速器简介;2)转速上升后→重锤开度增加→A、B、E、F各点也随之不断改变;这???过程要到C点升到某一位置时,比如C〞 ,即汽门开大到某一位置时,机组的转速通过重锤的开度使杠杆DEF重新回复到使Ⅱ的活门完全关闭的位置时才会结束,这时B点就回到原来的位置。 ;(二)发电机组的功率—频率静态特性;(三)发电机组的静态调差系数R;发电机组的功率—频率静态特性系数KG*;(四)调差特性与机组间有功功率分配的关系 ;当系统负荷增加,经过调速器调节后,系统频率稳定在f1,这时1号发电机组的负荷为P1′,增加了△P1;2号发电机组的负荷为P2′,增加了△P2;两台发电机组的增量之和为△PL 。

; 结论:当发电机组的功率增量用各自的标么值表示时,发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比,与单位调节功率成正比。调差系数小的机组承担的负荷增量标么值就会增大,而调差系数大的机组承担的负荷增量标么值就会变小。 ;2、 调节特性的失灵区;(2)失灵区的影响由于调速器的频率调节特性是条带子,因此会导致各并联运行的发电机组间有功功率的分配产生误差。对应于一定的失灵度,最大误差功率与调差系数R存在如下关系:;(1)△PW*与失灵度成正比,而与调差系数成反比。过小的调差系数将会引起较大的功率分配误差,所以调差系数R的值不能太小。(2)不灵敏区的存在虽然会引起一定的功率误差或频率误差。但是,不灵敏区不能太小或完全没有。因为当不灵敏区不能太小或完全没有,当系统频率发生微小波动时,调速器也要调节,这样会使阀门的调节过分频繁。;四、电力系统的频率特性;四、电力系统的频率特性;2、当系统中的负荷增加△PL时: 即负荷由PL1增加到PL2,也就是将PL1(?f?)曲线平行移到PL2(?f?)曲线,(1)假设此时系统内的所有机组均无调速器: 机组的输入功率恒定为PT且等于PL1,则系统频率将逐渐下降,负荷所取用的有功功率也将逐渐减小。

依靠负荷调节效应系统达到新的平衡, 运行点移到图中2点。;(2)实际上各发电机组均装有调速器;;五、电力系统的频率调整; 2、一次调频的情况:;(二)二次调频; 通过伺服电动机改变D点的位置,就可以达到将调速器特性上下平移的目的。;进行二次调频时:在同步器的作用下,机组的功频特性上移到PG2(?f?),运行点也随之移到3点,此时的频率为f3。由图6.10可知,系统负荷的增量△PL =PL2-PL1由三部分组成,可表示为:;进一步进行二次调频时:在同步器的作用下,机组的功频特性上移到PG3(?f?),运行点也随之移到6点,此时的频率恢复为fN ,这样就实现了无差调节。;结论2:(1)在多台发电机组并联运行的电力系统中,当负荷变化时,配置了调速器的机组,只要还有可调的容量,都毫无例外地按静态特性参加频率的一次调整。(2)而频率的二次调整一般只是由一台或少数几台发电机组(一个或几个厂)承担,这些机组(厂)称为主调频机组(厂)。;例3-1 两个发电单元,额定功率分别为250MW和400MW,调差系数分别为6.0%和6.4%,两个发电单元并行向500MW 负荷供电,假定调速器以各自的调差系数运行,试求各自承担的负荷。

解:将两个发电单元的调速器调差系数转化为同一基准容量下的值(基准容量为1000MVA);例3-2 一个区域有两个发电单元,见表3-1,这两个单元并联运行,在额定频率下提供700MW的功率,其中单元1提供200MW,其中单元1提供500MW,先增加负荷130MW。系统初始频率为f0=60HZ.(1)假定没有频率敏感型负荷,即δ=0,试求稳态频率偏差和两个发电单元新的发电量。 (2)频率变化1%时,负荷变化率为0.804%,即δ=0.804,试求稳态频率偏差和每个发电单元新的发电量。解:将两个发电单元的调速器调差系数转化为同一基准容量下的值(基准容量为1000MVA);(1)由于δ=0,稳态频率偏差标幺值为:;(1)当δ=0.804时,稳态频率偏差标幺值为:;本节小结;第二节 调频与调频方程式; 注意:调频指的是二次调频:利用自动改变功率给定值△PC,即上下平移调速器的调节特性来调节系统频率。调速器的控制电动机称为同步器或调频器。;第二节 调频与调频方程式;第二节 调频与调频方程式;第二节 调频与调频方程式;第二节 调频与调频方程式;第二节 调频与调频方程式; 4、优缺点: (1)各机组同时参加调频,没有先后之分 ;(2)计划外负荷在调频机组间是按一定的比例分配的 ;(3)频率稳定值的偏差较大。

负荷增量越大,频率的偏差值也就越大。 ;第二节 调频与调频方程式;第二节 调频与调频方程式;第二节 调频与调频方程式;4、优缺点: 1)各调频机组间的出力也是按照一定的比例分配 的。 2)在无差调频器为主导调频器的主要缺点是各机组 在调频过程中的作用有先有后,缺乏“同时性”。稳态性能较好,但动态性能不够理想。 ;二、积差调频法(同步时间法);(2)调节过程;在t2 ~t3时段内: 调频机组增加的有功出力与计划外负荷增量相等,系统以额定频率稳定运行:f=fN,△f=0,调频机组保持t2时刻的有功出力△Pc1不再增大。 设t3时出现了计划外负荷增量:在t3 ~t4时段内,f fN,△f 0,;(3)积差调节法的特点;2 、采用多台发电机组进行积差调频时: ;(2)每台调频机组承担的计划外负荷为:;3、积差调节法的缺点:频率的积差信号滞后于频率瞬时值的变化,因此调节过程缓慢。不能保证频率的瞬时偏差在规定范围内。4、改进:通常不单纯采用积差调节,而是采用在频率积差调节的基础上,增加频率瞬时偏差调节信号,构成改进的频率积差调节方程。;三、改进的频率积差调频法;2、调频过程;;四、积差调频的实现;;(二)分散调频制;;五、分区调频法;五、分区调频法;2)频率恢复到额定值: 在调频过程结束时,必有分区控制误差 ACE 为零 系统分区调频方程组为;分区调频结束时,各区的控制误差 ACE 都等于零,任何调频机 组都不再出现新的功率增量,即有 由于,如果各区调频中心都没有装置误差,即 系统频率必维持在额定值 fe ,并有ΔP tie.i=0 。

;本节小结;一、等微增率分配负荷的基本概念 ? 微增率是指输入耗量微增量与输出功率微增量的比值。 ?等微增率法则就是运行的发电机组按微增率相等的原则来分配负荷,这样就可使系统总的燃料消耗(或费用)为最小。;第三节 电力系统的经济调度与自动调频;对应于某一输出功率时的微增率就是耗量特性曲线上对应于该功率点切线的斜率,即;以两台机组并联运行为例,说明等微增量法则:;等微增量法则数学推导: 设有n台机组,每台机组承担的负荷为P1,P2,?,Pn,对应的燃料消耗为F1,F2,?,Fn, 则总的燃料消耗为:;取拉格朗日方程;使总燃料消耗最小的条件是(3-31)式对功率的偏导数为零。即;设每台机组都是独立的,那么每台机组燃料消耗只与本身的输出功率有关。因此,上式可写成:;结论:发电厂内并联运行机组的经济调度准则为:各机组运行时微增率b1,b2,?,bn相等,并等于全厂的微增率λ。;二、发电厂之间负荷的经济分配(考虑网损时)设有n个发电厂,每个电厂承担的负荷分别为P1,P2,?,Pn,相应的燃料消耗为F1,F2,?,Fn,则全系统总的燃料消耗为:;拉格朗日方程为:;结论:在考虑线损条件下,负荷经济分配的准则是每个电厂的微增率与相应的线损修正系数的乘积相等。

;三、自动发电控制(AGC/EDC功能)(一)概述电力系统中发电量的控制,一般分为三种情况:1、由同步发电机的调速器实现的控制(一次调整,10S);2、由自动发电控制(简称AGC,即英文Automatic Generation Control的缩写)(二次调整,10S~3min);(以控制发电机组输出功率来适应负荷波动的反馈控制。)3、按照经济调度(简称EDC,即英文Economic Dispatch Control)(三次调整,3min) (在保证频率质量和系统安全运行前提下、如何使电力系统运行具合良好的经济性,这就是电力系统经济调度控制。);(二) 自动发电控制的基本原理1、单台发电机组的AGC系统;2、具有多台发电机的AGC系统;(三)自动发电控制系统的基本任务和目标:①使全系统的发电机输出功率和总负荷功率相匹配;②将电力系统的频率偏差调整控制到零,保持系统频率为额定值;③控制区域间联络线的交换功率与计划值相等,以实现各个区域内有功功率和负荷功率的平衡;④在区域网内各发电厂之间进行负荷的经济分配。;(四)自动发电控制系统的组成:(1)负荷分配器作用:根据电力系统频率和其它有关测量信号,按照一定的调节控制准则确定各发电机组的最佳设定输出功率。

(2)发电机组控制器作用:根据负荷分配器所确定的各发电机组的最佳输出功率,控制调速器的调节特性,使发电机组在电力系统额定频率下所发出的实际功率与设定的输出功率相一致。;第三节 电力系统的经济调度与自动调频;有时为了增大加到发电机组上的误差信号信息,可以使用一个或者多个附加的负荷分配回路,如图3-19所示。这样的附加分配回路可以用一个分配系数βi来表示,但它与按经济调度调整负荷的“分配系数αi”不同,它不受经济调度的约束,所以称为调整分配。;自动发电控制(AGC)的分配方式为:;第三节 电力系统的经济调度与自动调频;第三节 电力系统的经济调度与自动调频;本节小结;了解常用的常规稳定装置的作用;重点掌握低频减载装置原理;;一、概述在电力系统发生事故时,突然造成系统有功功率严重不平衡,引起系统频率的剧烈变化,将造成系统运行稳定性破坏。造成系统有功功率平衡关系破坏的主要原因有:(1) 系统内突然故障,造成大面积切除负荷;(2) 系统之间的联络线故障,断路器跳闸,造成系统解列;(3) 系统内大机组因故突然退出运行;(4) 系统内大量负荷突然投入;(5) 系统内大机组突然投入。;由于出现电源和负荷间有功功率的严重不平衡,会引起系统频率急剧变化,威胁系统安全稳定运行。

系统频率过高:系统频率急剧下降:会对电力系统造成灾难性的影响,必须迅速制止频率下降,同时又要在不使频率崩溃的前提下尽量保住更多的用户用电。;稳定控制装置的作用:;二、 常规稳定装置;(2) 低频调相改发电装置;(3) 低频降低电压装置;(4) 低频抽水改发电装置;(5) 自动低频减载装置; 当系统频率超过某一整定值时,利用高频继电器起动,将部分运行的发电机组退出运行,以减轻系统功率过剩。;“轮” :计算点f1、f2??fn 点1:系统发生了大量的有功功率缺额; 点2:频率下降到f1,第一轮继电器起动,经一定时间△t1 点3:断开一部分用户,这就是第一次对功率缺额进行的计算。点3-4:如果功率缺额比较大,第一次计算不能求到系统有功功率缺额的数值,那么频率还会继续下降,很显然由于切除了一部分负荷,功率缺额已经减小,所有频率将按3-4的曲线而不是3-3′曲线继续下降。 ;点4:当频率下降到f2时,ZPJH的第二轮频率继电器启动,经一定时间Δt2后 ,点5:又断开了接于第二轮频率继电器上的用户。点5-6:系统有功功率缺额得到补偿。频率开始沿5~6曲线回升,最后稳定在f2(∞)。 逐次逼近:进行一次次的计算,直到找到系统功率缺额的数值(同时也断开了相应的用户)。

即系统频率重新稳定下来或出现回升时,这个过程才会结束。 ;(二)最大功率缺额的确定:1、保证在系统发生最大可能的功率缺额时,也能断开相应的用户,避免系统的瓦解,使频率趋于稳定。2、对系统中可能发生的最大功率缺额应作具体分析:有的按系统中断开最大容量的机组来考虑;有的要按断开发电厂高压母线来考虑等。3、系统功率最大缺额确定以后,就可以考虑接于减负荷装置上的负荷的总数。要求恢复频率fhf可以低于额定频率。4、考虑到负荷调节效应,接于减负荷装置上的负荷总功率PJH可以比最大功率缺额Pqe小些。;根据负荷调节效应系数公式;三、自动低频减载装置;(三)各轮动作功率的选择1、第一级动作频率一般的一级启动频率整定在49Hz。2、最后一轮的动作频率自动减负荷装置最后一轮的动作频率最好不低于46~46.5Hz。(大型机组应大于等于48Hz)3、前后两级动作的频率间隔前后两级动作的时间间隔是受频率测量元件的动作误差和开关固有跳闸时间限制的。;(四)各轮最佳断开功率的计算1、如果不论系统功率缺额的大小和动作的轮数多少,ZPJH装置动作后,系统频率总是准确地恢复到同一数值,这样的ZPJH装置的选择性应该是最理想的了。

但是实际上这样高度准确的别ZPJH装置是不存在的,目前在ZPJH装置的第i轮动作后,只能做到系统频率的最后稳定值在最大恢复频率f hf ?max? i与最小恢复频率f hf ?min?i之间。;(四)各轮最佳断开功率的计算2、可以认为(f hf ?max? i - f hf ?min?i )是正比于ZPJH第i次的计算误差的。3、当ZPJH动作后,可能出现的最大误差为最小时,ZPJH就具有最高的选择性。4、f hf ?min?i 事实上等于特殊轮的动作频率f dz ?ts 5、一般情况下,各轮的f hf ?max? i是不同的,而ZPJH的最终计算误差则应按其中最大的计算。根据极值原理,显而易见,要使ZPJH装置的误差为最小的条件是: f hf ?max?1 = f hf ?max?2 =??= f hf ?max?3 = f hf 0 ;6、各轮恢复频率的最大值f hf 0可考虑如下:当系统频率缓慢下降,并正好稳定在第i轮继电器的动作频率f dzi时,第i轮继电器动作,并断开了相应的用户功率ΔPi,于是频率回升到这一轮的最大恢复频率f hf ?max?i 。;(五)特殊轮的功用与断开功率的选择1、 第i轮动作后,系统频率稳定在低于恢复频率的低限f hf ?min?i但又不足使i+1轮减负荷装置动作。

2、 特殊轮的动作频率f dzts = f hf ?min (一般取47Hz)3、 它是在系统频率已比较稳定时动作的,因此其动作时限可以取系统频率时间常数Tf的2~3倍,一般为15~25s;4、 特殊轮断开功率可按以下两个极限条件来选择: (1)当最后第二轮即n-1轮动作后,系统频率不回升反而降到最后一轮,即第n轮动作频率fdzn附近,但又不足使第n轮动作时,则在特殊轮动作断开其所接用户功率后,系统频率应恢复到f hf ?min以上,因此特殊轮应断的用户功率为:;(2)当系统频率在第i轮动作后稳定在稍低于特殊轮的动作频率fdzts,特殊轮动作断开其用户后,系统频率不应高于fhf0,因此:;(六)ZPJH装置的时限a)为了防止在系统发生振荡或系统电压短时间下降时ZPJH装置的误动作,要求装置能带有一些时限。b)但时限太长将使系统发生严重事故时,频率会危险地降低到临界值以下。因此一般可以取为0.2~0.3s。c)参加自动减载的一部分负荷允许带稍长一些的时限,例如带5s时限,但是这部分负荷功率的数量必须控制在这样的范围内,即其余部分动作以后,保证系统频率不低于临界频率45Hz。;本节小结;本章小结;本章

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