初中物理 第三章电力系统的频率及有功功率的自动调节

第三章电力系统的频率及有功功率的自动调节

f=pn/60

式中f－－发电机频率，HZ

P－－发电机转子的极对数；

n－－机组转速，r/min。

由上式可知，要控制发电机频率就得控制机组转速。

第一节电力系统的频率特性

一、电力系统频率控制的必要性

1、频率对电力用户的影响

（1）电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化，这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化。有些产品（如纺织和造纸行业的产品）对加工机械的转速要求很高，转速不稳定会影响产品质量，甚至会出现次品和废品。

（2）系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能，频率过低时有些设备甚至无法工作。这对一些重要工业和国防是不能允许的。

（3）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动机械的转速和出力降低，影响电力用户设备的正常运行。

2、频率对电力系统的影响

1）频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为50Hz的电力系统，当频率降低到45Hz附近时，某些汽轮机的叶片可能发生共振而断裂，造成重大事故。

2）下降到47～48Hz时，由异步电动机驱动的送风机、吸风机、给水泵、循环水泵和磨媒机等发电厂厂用机械的出力随之下降，使火电厂锅炉和汽轮机的出力随之下降，从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种趋势如果不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度，这种现象称为频率雪崩。出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。

3）核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆停止运行。

4）电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，使异步电动机和变压器的无功损耗增加，引起系统电压下降。频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电压水平降低。如果电力系统原来的电压水平偏低，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。

二、电力系统有功功率控制的必要性

1、维持电力系统频率在运行范围之内

2、提高电力系统运行地经济性

3、保证联合电力系统地协调运行

三、机械液压调速器

首先按图说明调速器的构成：

测速机构：离心飞摆

执行机构：错油门和油动机及其连杆

转速给定：同步器

调差机构：

〉C 点下降——〉F ，E 下降——〉B 点上升同时转速n 上升引起A 上升——〉C 点上升——〉E 点上升回到原来位置调节结束。调节结束后b 点比原来高，a 点比原来低，c 点不懂。为有差调节，若去掉b 点和活塞的连杆则为无差调节。

二次调节的过程：抬高D 点，因为BCA 先不动——〉E 下降——〉B 上升——〉n 上升——〉A 上升——〉C 上升——〉F 上升——〉E 点上升重新堵死油路调节结束，ACB 集体抬高

给出调差系数的概念，定义

由调节特性给出调差的概念：

21*21()

()

e e

f f f P P P δ-=-- *e f f f δ-=满空

并从概念上解释两个定义的等价关系

失灵区的影响：失灵区过大会导致误差功率过大，过小会导致调速器频繁动

作，对机组和系统都不利，故一般小于0.2%-0.5%；

失灵区一定的情况下误差功率与调差系数成反比

四、电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理

现代电力系统中并联运行的发电机组台数很多，负荷的数量就更多，且分布在辽阔的地理区域之内。不难想象，控制如此庞大的电力系统，使频率满足要求、功率分布得经济合理是一项十分复杂得工作。为了使问题简化并突出主要矛盾，在分析电力系统频率和有功功率自动控制时 ，常将电力系统内并联运行得所有机组用一台等效机组代替；将电力系统内所有负荷用一个等效负荷代替；然后使用发电机组单机带负荷运行时频率和有功功率控制得基本原理和方法进行分析和计算。

1电力系统负荷的静态频率特性

负荷的有功功率随着频率而变化得特性叫做负荷的静态频率特性。电力系统负荷功率与频率的关系为

(

)(

)(

)0122L 0Le 1Le 2Le Le 012L 012L 12n 1n n

n e n n n L Le e a a a P a P a P f f a P f fe a P f fe P a a a a f f f P P P f f f a a a a ***

***=++++=++++==+++

+=—与频率无关的负荷功率所占的比例系数；

—分别为与频率的次方、次访和次方成正比的负荷功率所占的比列系数。

，， 零次方负荷：负荷功率与频率变化无直接关系，如电热、照明、电弧炉及整流负荷。

一次方负荷：负荷功率与频率成比例关系，如金属切削机床、磨煤机、卷扬机等。 二次方负荷：负荷功率与频率平方成比例关系，这类机械不多，但电力系统中的网损即是。

三次方负荷：负荷功率与频率三次方成比例关系，火电厂的厂用机械多属于此类，如鼓风机、循环水泵等。

此外，还有一些高水头的水泵，如给水泵，则是与频率的更高次方成正比。 电力系统负荷的静态频率特性曲线如图所示。可以看出当频率下降时负荷从系统取用的有功功率将下；系统频率升高时负荷从系统取用的有功功率将增加。这种现象称为电力系统负荷的频率调节效应，简称负荷调节效应，并用负荷调节效应系数来衡量负荷调节作用的大小。

21L L L 123n 23n K dP df K a a a na f f f -****==++++；

负荷调节效应与负荷的组成和比重有关。

2电力系统等效发电机组的静态调节特性