頻率特性

1、第五章 電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動調(diào)節(jié),,第一節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率特性,一、概述 電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)條件下的頻率 f 是全系統(tǒng)一致的運行參數(shù) 頻率變化是系統(tǒng)負荷與電源之間的功率失去平衡所致。 原動機輸入功率：,,,,機組的動能,電力系統(tǒng)的頻率特性,電網(wǎng)頻率變動情況,,,,,,,,,t,P,,,持續(xù)分量,,,脈動分量,,,隨機分量,,負荷瞬時變動情況,電力系統(tǒng)的頻率特性,

2、調(diào)頻與有功功率調(diào)節(jié)是不可分的，應(yīng)滿足安全運行約束；,符合經(jīng)濟運行要求，發(fā)揮能源最大效益；,頻率偏差控制在預(yù)定范圍內(nèi)，保證電能質(zhì)量。,,每分鐘轉(zhuǎn)數(shù),每秒鐘轉(zhuǎn)數(shù),系統(tǒng)頻率,正常情況,負荷突然變動而使發(fā)電機組電功率增加?PL,第一節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率特性,維持系統(tǒng)頻率在規(guī)定范圍內(nèi); 力求使系統(tǒng)負荷在發(fā)電機組之間實現(xiàn)經(jīng)濟分配。,,二 電力系統(tǒng)負荷的功率—頻率特性,當系統(tǒng)頻率變化時，整個系統(tǒng)的有功負荷也要隨著改變, 這種有功負荷隨頻率而改變的特性

3、叫做負荷的功率—頻率特性。,與頻率變化無關(guān)的負荷，如照明、電弧爐、電阻爐、整流負荷等； 與頻率成正比的負荷，如切削機床、球磨機、往復(fù)式水泵、壓縮機、卷揚機等； 與頻率的二次方成比例的負荷，如變壓器中的渦流損耗，但這種損耗在電網(wǎng)有功 損耗中所占比重較小;與頻率的三次方成比例的負荷，如通風(fēng)機、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等;與頻率的更高次方成比例的負荷，如靜水頭阻力很大的給水泵等。,電力系統(tǒng)中各種有功負荷與頻率的關(guān)系，可以歸納為以下幾類

4、，,電力系統(tǒng)的頻率特性,電力系統(tǒng)負荷的功率 - 頻率特性 負荷的靜態(tài)頻率特性：,頻率下降時，負荷功率也下降到 ；頻率上升時，負荷功率也上升到 。負荷特性有利于系統(tǒng)中有功功率在另一頻率下重新平衡，這種現(xiàn)象稱為負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)。,負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)：因為頻率變化很小，所以 為一直線，取值范圍在1~3之間。,,,f,PL,,,,,,fN,fb,PLN,PLb

5、,a,b,電力系統(tǒng)負荷的功率—頻率特性,當系統(tǒng)頻率變化時，整個系統(tǒng)的有功負荷也要隨著改變, 這種有功負荷隨頻率而改變的特性叫做負荷的功率—頻率特性。,與頻率變化無關(guān)的負荷，如照明、電弧爐、電阻爐、整流負荷等； 與頻率成正比的負荷，如切削機床、球磨機、往復(fù)式水泵、壓縮機、卷揚機等； 與頻率的二次方成比例的負荷，如變壓器中的渦流損耗，但這種損耗在電網(wǎng)有功 損耗中所占比重較小;與頻率的三次方成比例的負荷，如通風(fēng)機、靜水頭阻力不大的循環(huán)水

6、泵等;與頻率的更高次方成比例的負荷，如靜水頭阻力很大的給水泵等。,電力系統(tǒng)中各種有功負荷與頻率的關(guān)系，可以歸納為以下幾類，,負荷的有功功率－頻率靜態(tài)特性簡化表達,,當頻率偏離額定值不大時，負荷有功－頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來表示。,,,負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)或稱為負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，表示負荷隨頻率的變化程度。,,例5－1,三、發(fā)電機組的功率——頻率特性,（一）發(fā)電機的功率 - 頻率特性 發(fā)電機轉(zhuǎn)矩方程： 功率方程：

7、 無調(diào)速器時，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都為額定值。,加調(diào)速器后，將從一條靜態(tài)特性曲線向另一條靜態(tài)特性曲線過渡。,,,,,,,,,P*,M*,ω*,f*,PG*,MG*,1.0,1.0,,,P,f,,,,,,,,,,,1,2,3,,3’,a’,a”,a”’,電力系統(tǒng)的頻率特性,有調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)電機功率-頻率特性：,,有差調(diào)節(jié)調(diào)差系數(shù),,調(diào)差特性與機組間有功功率的分配,調(diào)差特性為區(qū)域，有失靈區(qū)。,,,PG,f,,,,,,,,,,PGb,PGa,ΔPG

8、,Δf,a,b,fN,f1,,,P1,P2,f,A,,,,,,B,C,fN,P1,P2,,,,P1’,P2’,,,,ΔP1,ΔP2,,ΣPL,ΣP’,f1,二 發(fā)電機組的功率—頻率特性,頻率變化而引起發(fā)電機組輸出功率變化的關(guān)系稱為發(fā)電機組的功率—頻率特性或調(diào)節(jié)持性。,調(diào)差特性與機組間有功功率分配的關(guān)系,多機組間的功率增量分配,,對沒有調(diào)節(jié)容量的機組(調(diào)差系數(shù)趨于無限大)應(yīng)以Pie／Ri*為零代入； 多臺機組調(diào)差系數(shù)等于零是不能并聯(lián)運行

9、的；一臺機組的調(diào)差系數(shù)等于零與多臺有差調(diào)節(jié)機組的并列運行是不現(xiàn)實的。,6 幾點注意,調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū),,電力系統(tǒng)的頻率特性,思考題1 已知：兩機組并聯(lián)于一條母線上， 。且調(diào)速系統(tǒng)保證了兩臺機完全同步。若1號、2號機組額定功率分別為60MW，80MW，兩機均額定運行。求：當系統(tǒng)要求增加20MW的輸出時，母線的頻率為多少？每臺發(fā)電機分別承擔(dān)多少功率？

10、,電力系統(tǒng)的頻率特性,電力系統(tǒng)的頻率特性 系統(tǒng)頻率特性是由負荷頻率特性和發(fā)電機頻率特性共同形成的。,無調(diào)速有調(diào)速,,,到狀態(tài)b，PL未變，PG沒增加到狀態(tài)c，再調(diào)可以到狀態(tài)d,,,P,f,PL = f(f),,,,,PL1 = f(f),,,,a,PL,fN,b,,,d,PL1,,ΔPL,c,,,PL2,f3,f2,,,ΔPL1,ΔPL2,三 電力系統(tǒng)的頻率特性,調(diào)速器的調(diào)節(jié)作用被稱為一次調(diào)節(jié)。,電力系統(tǒng)的頻率特性,思考

11、題2 已知：某電力系統(tǒng)， ，當PL=3000MW時，fN=50Hz。求負荷增加120MW時，系統(tǒng)調(diào)速后的運行點。,第二節(jié) 調(diào)速器原理,一 機械液壓調(diào)速器,1 工作原理,,2 調(diào)速系統(tǒng)框圖,3 轉(zhuǎn)速給定裝置,調(diào)節(jié)過程,4 機組靜特性平行移動,轉(zhuǎn)速給定裝置調(diào)節(jié)過程,,轉(zhuǎn)速給定裝置調(diào)節(jié)過程,,,二 功率—頻率電液調(diào)速器,,1 轉(zhuǎn)速測量,A

12、磁阻發(fā)送器,磁阻發(fā)送器的作用是將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電壓信號。它由齒輪和測速磁頭兩部分組成，齒輪與主軸聯(lián)在一起。測速磁頭由永久磁鐵和線圈組成，且與齒輪相距一定間隙?。當汽輪機轉(zhuǎn)動時帶動齒輪一起旋轉(zhuǎn)。測速磁頭所對的齒頂及齒槽交替地變化，這種磁阻的變化導(dǎo)致通過測速磁頭磁通的相應(yīng)變化，于是在線圈中感應(yīng)出微弱的脈動信號，該信號的頻率與機組轉(zhuǎn)速成正比。,B 頻率—電壓變送器,頻率—電壓變送器的輸出特性,工作波形,方框圖,頻率—電壓變送器的工作波形

13、,,2 功率測量,,,三 數(shù)字式電液調(diào)速器,控制電路部分的功能用微機實現(xiàn)。,調(diào)速器原理,機械液壓式調(diào)速器原理,功率-頻率電液調(diào)速系統(tǒng)原理,第三節(jié) 電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性,一 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù),1 調(diào)速器,如果B點和D點不動，A點向上移動時，帶動E點也向上移動；如果A點和D點不動，B點向下移動時，帶動E點也向下移動；如果A點和B點不動，D點向上移動時，帶動E點向下移動。,,,,,簡單的汽輪機的傳遞函數(shù),再熱式汽輪機的傳遞函數(shù),

14、水輪機的傳遞函數(shù),2 原動機,3 調(diào)速器+汽輪機,,KnKT=1,發(fā)電機組動能提供的功率增量； 負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)而引起的負荷功率變化；聯(lián)絡(luò)線上功率的變化。,4 電網(wǎng)部分(發(fā)電機、負荷及聯(lián)絡(luò)線）,負荷變化與發(fā)電機組輸入功率變化的差值：,,,功率平衡關(guān)系式（有名值）,功率平衡式的框圖,,,功率平衡關(guān)系式（標么值）,,聯(lián)絡(luò)線功率增量關(guān)系式,聯(lián)絡(luò)線功率增量框圖,,5 單區(qū)域的閉環(huán)調(diào)節(jié)框圖,,,,?F(s),?PT(s),?Pc(s),,,

15、,,GnT(s),+,-,,,,,,,,6 與其他系統(tǒng)相聯(lián)的控制區(qū)域i的閉環(huán)框圖,二 電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)特性,1 單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性,系統(tǒng)總額定容量 Pe=2000MW正常運行的負荷 PL=1000MW慣性常數(shù) H=5s調(diào)差系數(shù) R*=4.8%負荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù) KL*=0.5,,B

16、 動態(tài)特性,,,總的閉環(huán)系統(tǒng)的時間常數(shù)只有0.4687s，比表征電廠本身的時間常數(shù)TP(為20s)要小得多，這主要是由于閉環(huán)系統(tǒng)中的反饋所起的作用(即調(diào)速器的作用)；減小R值使?增大，可以減小穩(wěn)態(tài)頻率偏差；當計及Tn、TT時，?f 隨時間變化曲線不是純指數(shù)型的，在初期出現(xiàn)了振蕩、 開始時形成一個較大的瞬時頻率降落； 算例中，當負荷變化20Mw時、頻率降落為0.0234Hz，如果長期存在會引起較大的累計頻率偏差，這是不允許的。,以上

17、討論中關(guān)于系統(tǒng)變化過程解釋如下：當負荷突然增加l％(即20MW)時，系統(tǒng)功率平衡遭到破壞，起初瞬間由于頻率尚未下降汽輪發(fā)電機的調(diào)速系統(tǒng)還未動作，所以發(fā)電機的輸入功率不變。因此，這時負荷所增加的功率是由系統(tǒng)的動能供給的(動能以20MW／s的速率減小)。隨著系統(tǒng)動能的減小，發(fā)電機的轉(zhuǎn)速下降(即系統(tǒng)頻率下降)，調(diào)速系統(tǒng)隨之動作，增加發(fā)電機的輸入功率與此同時，由于頻率的下降，負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)使它吸取的功率有所減小。 總之，增加的20MW負

18、荷功率是由三部分來平衡的，即系統(tǒng)動能供給的功率，發(fā)電機增加的輸入功率以及負荷少吸收的功率，在開始瞬間，后兩項為零，隨著頻率降低，它們就逐漸增大，最后在一個較低的頻率下穩(wěn)定運行。此時，動能已不再供給功率，20MW的負荷增量僅由后兩項來供給。,,,2 多區(qū)域系統(tǒng)的頻率特性（二區(qū)域系統(tǒng)為例）,,二區(qū)域系統(tǒng)靜態(tài)特性,電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性,單個區(qū)域的頻率閉環(huán)調(diào)節(jié)框圖,電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性,發(fā)電機功率增加,負荷功率減少,,功率平

19、衡起作用的三個部分：,系統(tǒng)動態(tài)響應(yīng)曲線,系統(tǒng)動能,電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性,聯(lián)合調(diào)頻比單區(qū)域系統(tǒng)調(diào)節(jié)好。,,第四節(jié) 電力系統(tǒng)自動調(diào)頻,一概述 電力系統(tǒng)中的所有發(fā)電機組均裝有調(diào)速器，如系統(tǒng)負荷發(fā)生變化，則每臺發(fā)電機的調(diào)速器都將反應(yīng)系統(tǒng)頻率的變化，自動地調(diào)節(jié)進汽(水)閥門的開度，改變機組出力，使有功功率重新達到平衡。這就是頻率的一次調(diào)整。,帶基本負 荷的發(fā)電廠調(diào)峰廠調(diào)頻廠,當負荷變動系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時，調(diào)頻電廠中主導(dǎo)發(fā)電機

20、組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)首先動作，改變主導(dǎo)機組的功率，力圖維持系統(tǒng)頻率恒定。這時，由于主導(dǎo)機組的功率變化，協(xié)助調(diào)頻的其它機組也隨之作相應(yīng)的功率調(diào)整，力圖使它們的調(diào)節(jié)功率與主導(dǎo)機組的調(diào)節(jié)功率間維持給定的比例關(guān)系。在調(diào)節(jié)過程中，主導(dǎo)機組按系統(tǒng)頻率不斷地調(diào)節(jié)，協(xié)助調(diào)頻機組也跟隨主導(dǎo)機進行調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)頻率恢復(fù)到額定值，協(xié)助調(diào)頻機組與主導(dǎo)機組的調(diào)節(jié)功率符合給定比例時為止。這時系統(tǒng)中不參加調(diào)頻的其余機組的功率維持不變，計劃外負荷的變動全部由調(diào)頻機組承擔(dān)。,,

21、（一）主導(dǎo)發(fā)電機法,,A 單機積差調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)方程,調(diào)頻過程,B 多臺機組的積差調(diào)節(jié),,（二）積差調(diào)節(jié)法 指調(diào)頻系統(tǒng)按頻率偏差的時間積分值進行調(diào)節(jié)。,,C 改進的積差調(diào)節(jié)法,D 集中制與分散制調(diào)頻,,,C 頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制TBC,,區(qū)域調(diào)節(jié)作用的信號稱為區(qū)域控制誤差(Area Control Error)。,,電力系統(tǒng)自動調(diào)頻,,,,,,,,,,電 廠,帶基本負荷廠1,帶基本負荷廠2,帶基本負荷廠3,,電力系統(tǒng)自動調(diào)頻,一臺發(fā)電

22、機（主導(dǎo)機）。調(diào)差目標其它成比例配合。效果一般，用于小系統(tǒng)。,AGC,,,,,,,,,,,,,,,,,同步時間法,聯(lián)合自動調(diào)頻,按頻率偏差的積分值調(diào)節(jié)。,主導(dǎo)發(fā)電機法,,,恒定頻率控制法FFC,,電力系統(tǒng)自動調(diào)頻,聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻,恒定交換功率控制FTC,,,無關(guān)頻率。一個系統(tǒng)與另一個系統(tǒng)之間交換的Pt恒定，但f可能會變。有協(xié)議的因素。,頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制TBC,,全部都考慮。,電力系統(tǒng)自動調(diào)頻,TBC,區(qū)域調(diào)節(jié)作用的信

23、號稱為區(qū)域控制誤差A(yù)CE。,,,相應(yīng)的控制功率,當負荷變動時，調(diào)整目標,,,設(shè)A有二次調(diào)頻，B有一次調(diào)頻。,且,即,,最終使,,,,得,電力系統(tǒng)自動調(diào)頻,思考題 推導(dǎo)雙區(qū)域都只有一次調(diào)頻時的公式。,第五節(jié) 電力系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度與自動調(diào)頻,一 等微增率分配負荷的基本概念,耗量特性是指發(fā)電機組在單位時間內(nèi)所消耗的能量與輸出功率之間的關(guān)系。微增率是指輸入耗量微增量與輸出功率微增量的比值。對發(fā)電機組來說，為燃料消耗量(或消耗費用)的微增

24、量與發(fā)電機輸出功率微增量的比值。等微增率法則，就是運行的發(fā)電機組按微增率相等的原則來分配負荷，這樣就可使系統(tǒng)總的燃料消耗或費用為最小，從而是最經(jīng)濟的。,耗量特性曲線,,鍋爐—汽輪機—發(fā)電機組成的單元機組的耗量特性和微增率特性如圖(a)和(d)的形狀。隨著輸出增加，其耗量增量大于輸出功率的增量，耗量微增率隨輸出功率的增加而增大。,Example,,發(fā)電廠內(nèi)并聯(lián)運行機組的經(jīng)濟調(diào)度準則為：各機組運行時微增率相等，并等于全廠的微增率。,二 發(fā)

25、電廠之間負荷的經(jīng)濟分配,,在考慮線損條件下，負荷經(jīng)濟分配的準則是每個電廠的微增率與相應(yīng)的線損修正系數(shù)的乘積相等。,三 發(fā)電廠機組功率控制,調(diào)度所計算機系統(tǒng)執(zhí)行AGC功能給調(diào)頻電廠的調(diào)節(jié)指令有兩種方式,下達給各調(diào)頻機組下達全廠總調(diào)節(jié)量,電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)涉及系統(tǒng)中有功功率平衡和潮流分布。在保證頻率質(zhì)量和系統(tǒng)安全運行前提下，如何使電力系統(tǒng)運行具有良好的經(jīng)濟性，這就是電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度控制 (Economic load Dispatching