电力系统自动装置原理-第5章

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随机分量 频率较高,幅度较小,周期一般小于10秒。 脉动分量 频率较随机分量低些,幅度较随机分量大些, 周期在10秒~ 3分钟。 持续分量 负荷的主要成分,幅度最大,频率最低,变化 很缓慢。
其中,后两种分量对系统频率的变化起主要作用。
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频率的调节手段
系统对频率的要求比对电压的要求更为严格,
它与调差系数对应。
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大额负荷增加
• 经调速器动作后到达c点,此时f2仍过小。手动或自 动加入调频装置,使机组特性平移到特性2 f 继续 回升,稳定在d点,此时频率值为fN,负荷功率为PL1
> PL2。
• 比较工作点c和d知,调频装置作用的结果使频率由f3
回升到fN,负荷功率由PL2增加到PL1。调频装置的这
①调节效应的定性描述
②调节效应的定量描述
③例题分析
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负荷频率调节效应的定性描述
当负荷成分确定后,负荷的功
率频率特性即可确定(见图)。 PLN PL f f fN fN:负荷功率缺额f由负荷的功率频率特性负荷 缓解f的下降,最终稳定在略低于fN的频率值。 fN:负荷功率过剩f由负荷的功率频率特性负荷 缓解f的上升,最终稳定在略高于fN的频率值。 PL
P
i 1 n
n
GNi
PGNi R i 1 i*
或等值调节方程 f* + R*PG* =0。 • 当系统中机组承担的有功功率总量的增量已知后, 即可求得频率变化,从而可以求出各台机组所承 担的有功功率的增量大小。
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• 测量元件不灵敏造成调速器具有一定的失 灵区,使得调节特性在理想状态附近产生 一条失灵带,失灵带的宽度以失灵度表示:
(3) PLN =3600MW时 KL = (PLN / fN) KL* =36001.17/50 =84.24MW/Hz
KL = (PLN / fN) KL* =36001.25/50 =90.0MW/Hz
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发电机组功率频率特性的 定义和表示方法
①定义
发电机组输出功率与系统频率变化之间的关系PG = F( f )。它取决于调速系统的特性。 ②表示方法 (1)未配置调速器的情形 (2)配置调速器的情形
四、电力系统的频率特性
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转第2节
负荷对系统频率的影响
• 稳态时,发电机机械输入功率等于电磁输出功率,系统频 率f 保持不变。当系统负荷增加后,电磁功率增加,而机械 输入功率变化缓慢,从而使发电机产生功率缺额,迫使转 子速度n下降,f 随之下降。 负荷的变化按其变化的频率大小可分为3种:
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fN • 调速器使进汽(水)量随发电机转速而变,从而 f
使原动机的工作点在不同的静特性曲线间转移,
(2)配置调速器的情形
f
形成右图所示形状的近似工作特性(有差调节),
其斜率数值称调差系数,即 R = f / PG 或 R* = f* /PG* • •
对应 最大 进汽 (水 )量 PGN PG PG
PL* = 0.3+0.4(52/50)+0.1 (52/50)2+0.2 (52/50)3 = 1.05
PL * = 1.05-1 = 0.05 KL* = PL* / f* = 0.05/(2/50) = 1.25
例 题 求 解 过 程
KL = (PLN / fN) KL* =32001.25/50 =80.0MW/Hz
F D XF XD 调 频Biblioteka Baidu器
机械 液压 调速 器示 意图
油动机 错油门 进汽
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测速机构

汽轮机主轴带动的齿轮传动机构+离心飞摆。

A点位移代表了转速的变化。转速越高,A点
位移越高。
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执行机构
• • 油动机+错油门(控制油动机的动作)。 转速上升时,A点上升。若调频器(D点)不动作,则C、E、 F上移,错油门两个凸肩上移,在油压作用下使油动机活塞 (B点)下移,关小进汽阀(减小汽机的输入功率)。在B 点下移时,带动C、F、E下移,直到错油门两个凸肩重新回 到堵住油动机上、下腔油路位置。 由上述过程可知,在A点上升时,C点首先随A点的上移而 上移,随后又随B点的下移而下移,过程结束时,C点位置 不变。此时,A点比开始时略高,B点比开始时略低。反过 来,在转速下降A点下移时,调节过程结束时,C点位置也 不变。此时,A点比开始时略低,B点比开始时略高。
第5章 电力系统频率及有功 功率的自动调节
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第1节 电力系统的频率特性
一、概述
⒈负荷对系统频率的影响 ⒉频率的调节手段
二、电力系统负荷的功率频率特性 (静特性)
⒈负荷功率频率特性的定义和表示方法 ⒉负荷的频率调节效应
三、发电机组的功率频率特性
⒈发电机组功率频率特性的定义和表示方法 ⒉发电机组间有功功率的分配(①两台机组 ②多台机组 ) ⒊调节特性的失灵区
i 0
与f 无关的负荷:照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等 与f 有关的负荷:切削机床、球磨机、往复式水泵、压缩 机、卷扬机等 与f 2有关的负荷:变压器中的涡流损耗 与f 3有关的负荷:通风机、静水头阻力不大的循环水泵等
与f 4有关的负荷:静水头阻力很大的给水泵等
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负荷的频率调节效应
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(1)未配置调速器的情形
• 发电机组的转矩方程近似表示为: MG* = AB* PG* = K(A* B2*) f*
1.0
PG* = c1f* c2f2*
• 通常,c1 =2c2。于是,未配置调速 器时的特性如右图所示。 • 当f* = - c1 /(-2 c2) = 1.0时(额定条 件下),PG*取得最大值。 o PG*max PG*
PG*=PG / PGN = f* (PGN1/R1* +PGN2/ R2*) / PGN
等值调差系数
R* = PGN /(PGN1/R1* +PGN2/ R2*)
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多台机组间有功功率的分配
• 将两机组的结论推广到n台机,等值调差系数为:
R 1 1 R i 1 i
n

R
PLN KL K L fN
K L
fN KL PLN
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负荷频率调节效应的例题分析
[题]某电力系统中,与f 0次方、1次方、2次方及3次方成比例 的负荷分别占30%、40%、10%和20%,且当f = 50Hz时系统总 的有功负荷为3200MW(包括有功网损)。试求:(1)当f = 47Hz时,负荷变化的百分数及相应的KL和KL*;(2)当f = 52Hz时,
负荷变化的百分数及相应的KL和KL*;(3)若f = 50Hz时系统总的
有功负荷为3600MW(包括有功网损),则上述两种情形的KL 又是多大? [结论]在掌握KL*后,只需根据PLN的大小即可求出KL,从而可 得频率偏移量与功率调节量之间的关系。 参见求解过程
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(1) f = 47Hz时
PL* = 0.3+0.4(47/50)+0.1 PL * = 1-0.93 = 0.07 KL* = PL* / f* = 0.07/(3/50) = 1.17 KL = (PLN / fN)KL* =32001.17/50 =74.88MW/Hz (2) f = 52Hz时 (47/50)2+0.2 (47/50)3 = 0.93
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工作点转移图
f a PLN=F1 (f)
PL=F2 (f)
fN f2 f3 o PLN PL2 PL1 d
c
b P
2
1
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初始状态
• 此时工作点为a点:负荷特性PLN = F1( f )和发
电机组特性1的交点。 • 此时PTN = PGN = PLN1(包括网损)。
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此时负荷特性转移到PL1 = F ( f )。
种调节作用称为二次调节,它不改变调差系数。
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第2节 调速器原理(自学)
一、调速器的种类
二、机械液压调速器
(1)示意图 (2)测速机构 (3)执行机构 (4)转速给定机构(特性平移机构)
三、功率-频率电液调速器
四、数字式电液调速器 (参见书P138图5-22 )
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调节特性 的失灵区
f 2fw
= fw / fN = fw*
其中 fw为最大频率呆滞。与此对应的最
大功率误差为: Pw = fw /R 或 Pw* = fw* /R*= / R*
fN
可知:失灵带导致功率误差,误差与调差
系数成反比。R*不能太小,否则功率误差 过大。 • 失灵区虽有不利影响,但失灵区也不能没 有或过小,否则当f 稍有变化时,调速器 就要调节,反而会使阀门调节过分频繁, 产生负面影响。因此,在一些非常灵敏的
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负荷频率调节效应的定量描述
衡量负荷频率调节能力大小的指标为负荷的
频率调节效应系数KL(或KL*)为 :
dPL PL PLN KL df f fN
f i 1 iai ( f ) i 1 N
n
K L
n dPL PL iai f*i 1 df f i 1
小额负荷增加
① 若系统中所有发电机组均无调速器 PTN不变,负荷由PLN变为PLN1 +PL 产生功率缺额f 由
负荷功率频率特性知,负荷有功功率,重新达到PLN,此时
频率值降为f3(对应b点)。 ② 若系统中发电机组装有调速器(实际也正如此) f 调速器动作,增加机组的PT f回升,稳定在c点(PL1 = F( f )和机组特性1的交点),此时频率回升为f2,负荷功率 为PL2。 • 比较①和②,调速器动作的结果使频率由f3回升到f2,负荷功 率由PLN增加到PL2。调速器的这种调节作用称为一次调节,
转第3节
调速器的种类
• 机械式:利用一只离心飞摆的位移与转速的 关系测速来直接控制进气阀。 • 机械液压式:利用离心飞摆和液压机构控制 进气阀。 • 电气液压式:利用电气测速机构和电液转换 及液压机构控制进气阀。 • 数字式:将电气液压式调速器的控制部分用 微机实现。
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离心飞摆 弹簧 B XB XE E XC C A XA
通常,频率与额定值的偏差不超过0.2Hz。当
频率发生变化时,可通过调节汽轮发电机组的
汽门开度和水轮发电机组的水门开度来满足系
统频率和经济分配负荷的要求 。
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负荷功率频率特性的定义和表示方法
①定义 负荷功率随系统频率变化的特性 PL = F( f )。
n
②表示方法
n f i PL P( f ) PLN ai ( ) 或 PL = ai f*i fN i 0 i 0 n 。 n通常取3,且 ai 1
两台机组间有 功功率的分配
f
R2 PG2 PG2 PGN2o PGN1 PG1 f
fN
R1 PG1
R = 1/(1/ R1 +1/ R2)
• 对标幺值情形: PG=PG1+PG2=PGN1PG1*+PGN2PG2*
= PGN1f* / R1* PGN2f* / R2*
= f* (PGN1/R1* +PGN2/ R2*)
Pw
Pw o PG
PGN
电液调速器中,常人为适当增加不灵敏区。
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电力系统的频率特性
在将网损功率归并到负荷中时,电力系统的频率特性实际 上已经决定于发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率 特性,二者的交点即为系统频率的稳定运行点。下面具体
分三种情况分析系统的频率特性:
1. 初始状态(或额定状态fN ) 2. 小额负荷增加PL(不会使频率下降太多) 3. 大额负荷增加PL(致使频率下降太多,超过允许值) 参见工作点转移图
o
[注意与无功时的 = UG* / IQ*或 = UG* / QG*对照]
由上述关系可得机组的有功功率/频率静特性调节方程:f* + R*PG* =0 还可得功率/频率静特性系数: [注意与负荷频率调节效应系数对照]
KG = 1/R = PG/f 或 KG* = 1/R* = PG*/f*
• 结论:发电机组输出功率的增量与频率的变化成正比,与调差系数成反比。 系统中所有机组的调速系统均为有差调节,因此,只要存在频率变化,则
所有机组都将承担负荷的变化。
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设两机组额定输出功率(fN时)为PGN1 和PGN2,和PGN =PGN1 +PGN2。当负荷增 加引起频率下降f后,两机组总的功 率变化将为: PG=PG1+PG2 =f / R1 f / R2 =f / R 其中,两台机组的等值调差系数为:
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