电力系统的频率调节

• 2.2 发电机组调速系统一次调频静态特性 • 机组原始工况：静特性曲线1(Pc1)上A点：机组目 标功率Pc1；机组实际功率P1；机组频率f1；调速 系统调差系数ep（速度变动率）=- f 。
• 电网发生功率缺额，折算到机组的功率缺额：P3 －P1；
p
• 一次调频作用：电网功率缺额，引起电网频率降 低，如果不进行调节，发电机组调速系统则按静 特性曲线1（Pc1），频率应降至f3，各机组根据 频率偏差进行一次调频，使机组增发了功率 Δ Pf=P2－P1，电网频率为B点f2。虽然该机组与 电网上其它机组一起进行了一次调频，但电网频 率为f2，不可能恢复到扰动前的f1。
电力系统的频率调节
• 1.调整频率的必要性
• 电力系统频率的变化对用户产生不利 影响。按电力部门规定，电网的额定频率 为50HZ，大电网允许的频率偏差为±0.2 HZ。 调整系统频率的主要手段是发电机原动机 的自动调节系统。
2.频率的一次调整和二次调整 • 2.1 频率的一次调整是所有发电机都要分 担的调整任务，依靠调速器完成，只能做 到有差调节。一次调频就是由发电机组调 速系统的自身频率/功率特性对电网的控制， 它主要是由发电机组调速系统的静态特性 和动态调节规律来实现的。发电机组的一 次调频功能对维持电网频率的稳定至关重 要。
Td Tn bt Td；
• Kp比例环节增益，KP =
• Ki积分环节增益，KI =
• Kd微分环节增益，Kd =
• TIV-----微分衰减时间常数；
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bp永态转差系数； Ty机械液压随动系统时间常数； TW水流惯性时间常数； Ypid------PID调节器输出； Y---------主接力器位移输出 Pm-------水轮机出力。 目前，水电厂调速器安装调试、更新改造过 程中，参数设置过于强调调节系统自身调节的稳 定性，而忽视了对调节速动性的要求。由于水轮 机调节参数整定不理想，普遍存在着机组一次调 整的调节时间过长的现象，不能达到一次调频响 应时间的要求。
图 一
• 2.3 二次调频作用：频率的二次调整就是通过手 动或者自动地操作调速器使发电机组的静态频率 特性平行地上下移动,从而使负荷变化引起的频率 偏移保持在允许的范围内。如上图（一）：若电 网二次调频将该机组的目标功率由Pc1修正为Pc2， 则机组调速系统静特性由特性曲线1（Pc1）变为 特性曲线2（Pc2）。最后的调节结果为特性曲线2 （Pc2）上C点：机组目标功率Pc2、机组实际功率 P3、机组频率f1；电网的功率缺额得以补偿，系 统频率也恢复到扰动前的数值f1。
• 调速器静特性曲线以控制导水叶机构的执行元件-------接力器行程为横坐标，表征调速器调节平衡 状态下，转速（频率）与接力器行程的关系。
图（二）水轮机调节系统静态特性
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图（二）中： Xf --机组频率的相对值； fg--机组频率； fr--额定频率； Xn--机组转速的相对值； y--接力器行程相对值； Y--接力器行程（m）; YM--接力器最大行程（m）; bp --永态转差系数
3永态转差系数bp对一次调频功能的影响
• 电网对水电机组一次调频性能要求：永态转 差系数bp不大于4%。水电机组调差率ep定义为水 轮机调节系统静态特性曲线上某一点斜率的负数。 水轮机调节系统静态特性曲线指调节平衡状态时 被调节参数---------转速与机组出力之间的关系表 示。而机组并网后，转速与频率存在如下关系： f=。其中，f为频率，n为机组转速，p为水轮发电 机组磁极对数，故调节系统静态频率特性也常表 示频率与机组出力之间的关系。永态转差系数bp 定义为调速器静特性曲线上某一点斜率的负数。
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电网在负荷扰动后，电网频率产生偏差，各 机组的调速系统根据频率偏差Δ f和功率调差系数 ep 进行一次调频，在 15″以内的时间弥补了系统 部分功率差值；在一次调频的基础上，电网AGC再 经过二次调频重新修正相关机组的目标功率值。 因此，调速系统通过两个信号输入端：频率（转 速）输入端 ( 一次调频 ) 和机组目标功率输入端 （二次调频）对电网的频率进行的调节，最终达 到电网功率平衡和频率恢复规定的范围之内。
4、人工频率死区Δ f对一次调频功能的影响
• 目前，电网对并网发电机组均要求具有下降 的、有差的调节静特性。常用的水轮机调速系统 的静特性如图所示，图中±Δ f称为人工失灵区或 人工死区，Po为作用于调速器的功率给定值，fo为 系统额定频率。当±Δ f=0或人工死区切除时，不 考虑调速器本身的转速死区，机组静特性近似一 条直线。此时，机组按特性A-----B运行；当 ±Δ f≠0时，机组按折线1---2---3---4运行，这时 系统频率在±Δ f内波动时，机组功率将一直维持 在其功率给定值Po
• 附近，机组的一次调频功能完全丧失，靠机组自 身的调节系统对系统频率的自动调整很难起到作 用，机组维持系统频率稳定的功能只能通过改变 功率给定值的二次调整或自动发电控制AGC来完 成。如下图说明：
5、调速器比例、积分、微分增益对机组一次
调频的影响
• 对于目前常用的并联比例、积分、微分（PID 调节）的调速器，按频率偏差调节时的传递函数 一般近似为：
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水轮机调速器人工死区、永态转差系数、比 例增益、积分增益、微分增益等调节参数同水轮 发电机组一次调频功能密切相关。为更好地发挥 水轮发电机组的一次调频作用，，根据机组在电 网中的调频、调峰作用合理设置永态转差系数。 对于决定动态调节品质的调节参数根据具体的调 节模式、调节规律进行优化。
• 在上图中水轮机调节系统静态特性曲线上，取某 一点[例如图(二)中的A点]，过该点作一切线，其 切线斜率的负数就是该点的永态转差系数： dxf bp=- dy 。 • 显然，对于一条曲线型的静态特性曲线，选取不 同的A点，会得到不同的bp值。 • 但是，实践证明，调速器静特性近似为一条直线， 其最大非线性度不超过5%。在一定的水头下，机 组功率与过机流量；过机流量与导叶开度、导叶 开度与接力器行程都基本保持比例关系。所以ep 和bp值密切相关，可通过对bp值的重新设定来改 变ep的大小，从而改变一次调频的调差特性。
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PID数字调节器的调节规律可用下列传递函数描述： Δ ypid(s)∕Δ x(s)= Kp+Ki∕s+Kds∕(1+TIVS) 其中： Δ ypid(s)-------PID调节输出的拉氏变换值； Δ x(s)-------- PID调节输入的拉氏变换值；
1 ； bt Td Tn ； bt