[工学]电力系统自动化-调速部分课件.ppt
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- 工学 电力系统 自动化 调速 部分 课件
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1、电力系统自动化电力系统自动化 电力系统频率和有功功率自动控制电力系统频率和有功功率自动控制主讲教师:刘兴杰主讲教师:刘兴杰答疑地点:教一楼答疑地点:教一楼347联系方式:联系方式:7522257;3 电力系统频率和有功功率自动控电力系统频率和有功功率自动控制制 理解电力系统频率和有功功率控制的重要性;理解电力系统频率和有功功率控制的重要性;掌握电力系统负荷的调节效应;掌握电力系统负荷的调节效应;理解调速器的基本工作原理、调速系统的静理解调速器的基本工作原理、调速系统的静态调节特性、一次调整和二次调整;态调节特性、一次调整和二次调整;掌握频率调差系数、并联机组间有功功率的掌握频率调差系数、并联机
2、组间有功功率的分配;分配;了解电力系统频率的调节方法、自动发电控了解电力系统频率的调节方法、自动发电控制(制(AGC)原理。)原理。3.1 电力系统频率和有功功率控制的电力系统频率和有功功率控制的必要性必要性3.1.1 电力系统频率控制的必要性电力系统频率控制的必要性 频率对电力用户的影响频率对电力用户的影响电力系统频率变化会引起异步电动机转速电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化,转速不稳定会影响产品质量。变化,转速不稳定会影响产品质量。系统频率波动会影响某些测量和控制用的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。电子设备的准确性和性能。电力系统频率降低将使电动机的转速和
3、输电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低。出功率降低。3.1 电力系统频率和有功功率控制的必要性电力系统频率和有功功率控制的必要性 频率对电力系统的影响频率对电力系统的影响频率下降时,汽轮机叶片的振动会变大。频率下降时,汽轮机叶片的振动会变大。频率下降到一定程度时,可能出现频率崩溃频率下降到一定程度时,可能出现频率崩溃(频率雪崩)。(频率雪崩)。在核电厂中,当频率降到一定数值时,冷却在核电厂中,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。介质泵即自动跳开,使反应堆停止运行。电力系统频率下降时,异步电动机和变压器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
4、步电动机和变压器的的励磁电流增加,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。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。电机电势下降,导致全系统电压水平降低。可能导致电压崩溃(电压雪崩)可能导致电压崩溃(电压雪崩)。3.1.2 电力系统有功功率控制的必要性电力系统有功功率控制的必要性 维持电力系统频率在允许范围之内维持电力系统频率在允许范围之内 提高电力系统运行的经济性提高电力系统运行的经济性 保证联合电力系统的协调运行保证联合电力系统的协调运行3.1 电力系统频率和有功功率控制的
5、必要性3.2 发电机组调速控制的基本原理发电机组调速控制的基本原理3.2.1 发电机组单机运行时调速控制的基本原理发电机组单机运行时调速控制的基本原理 60Pnf 3.2 发电机组调速控制的基本原理发电机组调速控制的基本原理 同步发电机转子运动方程同步发电机转子运动方程GTMMdtdJJ22221ekeekeWJJWGTekeMMdtdW22eeBeePMPP,GTGTJPPMMdtdT3.2发电机组调速控制的基本原发电机组调速控制的基本原理理 原动机的机械转矩原动机的机械转矩MTn(f,w)MT03.2发电机组调速控制的基本原发电机组调速控制的基本原理理 发电机电磁转矩发电机电磁转矩MG 发
6、电机电磁转矩与电磁功率成正比。发电发电机电磁转矩与电磁功率成正比。发电机输出的电磁功率又与负荷的频率特性紧机输出的电磁功率又与负荷的频率特性紧密相关。密相关。3.2发电机组调速控制的基本原发电机组调速控制的基本原理理负荷的静态频率特性:有功负荷随频率而改变的特性称为负荷的静态频率特性:有功负荷随频率而改变的特性称为负荷的功率负荷的功率频率特性,即负荷的静态频率特性。频率特性,即负荷的静态频率特性。负荷种类负荷种类:与频率变化无关的负荷,如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整与频率变化无关的负荷,如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整流负荷等。流负荷等。与频率成正比的负荷,如切削机床、球磨机、压缩机和卷与频率成正比
7、的负荷,如切削机床、球磨机、压缩机和卷扬机等。这类负荷占有较大比重。扬机等。这类负荷占有较大比重。与频率的二次方成比例的负荷,如变压器中的涡流损耗。与频率的二次方成比例的负荷,如变压器中的涡流损耗。与频率的三次方成比例的负荷,如通风机、静水头阻力不与频率的三次方成比例的负荷,如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等。大的循环水泵等。与频率的更高次方成比例的负荷,如静水头阻力很大的给与频率的更高次方成比例的负荷,如静水头阻力很大的给水泵等。水泵等。3.2发电机组调速控制的基本原理3.2发电机组调速控制的基本原理3.2发电机组调速控制的基本原理M0nMT1MT2MG1MG2abcnanbnc负荷减小时
8、负荷减小时改变原动机改变原动机的出力后的出力后发电机组调速系统的调节原理3.2发电机组调速控制的基本原理3.2.2机组并网运行的转速调节0f,nf1MT,PGMT1MT2abPGaPGb13.3 机械液压调速器的原理机械液压调速器的基本结构3.3 机械液压调速器的原理 调差机构的形成fAC、F、EB进汽量n A 调差机构的数学描述)/(1212MWHzPfPPffGGGGeGePPffefzfff PG(MW)f(Hz)0fzf1f2ffPG2PG121PGe3.3 机械液压调速器的原理 转速给定的原理 机组空载运行时调节机组转速D EB进汽量n A C、F E 机组并联运行时调节机组的有功出
9、力D EB进汽量n A 基本不动 C、F E3.3 机械液压调速器的原理 频率的一次调整(一次调频):当负荷变化时,调速器会自发动作来调节发电机输出的动力元素,来抑制频率的变化,这种调速器自发调节的过程叫频率的一次调整(一次调频)。一次调频后会使电网的频率偏离额定值,当频率值偏离额定频率较大时,需要进行频率的二次调整。频率的二次调整(二次调频):通过手动或自动装置改变发电机调速器的功率(转速)给定值,调整发电机出力,使频率恢复到额定值的过程。3.3 机械液压调速器的原理机械液压调速器的基本结构3.3 机械液压调速器的原理 机组调速系统的失灵区及其影响PG(MW)f(Hz)0f1f0f2PG02
10、1ewffwwPfwwPfwPPWfW3.3 机械液压调速器的原理机组调速系统的失灵区及其影响 为了使误差功率不致过大,要求发电机组调速系统的失灵区不能过大,调差系数不能过小,一般要求机组调速系统的失灵区应在0.1%0.5%。失灵区的存在还会使机组调速系统的动态调节品质变差。但是,如果失灵区过小或者完全没有,当电力系统频率发生微小波动时,调速器也要动作。这样会调节汽阀动作过于频繁,对机组本身和电力系统频率调节不利。因此,在一些非常灵敏的电液调速器中,通常要采取一些技术措施形成一定大小的失灵区。3.4 其它类型的调速器 模拟电气液压调速器:转速和频率的测量、转速和功率的给定、调节规律实现等均采用
11、电子电路构成,操纵机构仍然采用机械液压装置。数字电液调速器:转速和频率的测量、转速和功率的给定、调节规律实现等均采用微机实现,操纵机构仍然采用机械液压装置。3.7 电力系统频率和有功功率控制的基本原理 将电力系统内并联运行得所有机组用一台等将电力系统内并联运行得所有机组用一台等效机组代替;效机组代替;将电力系统内所有负荷用一个等效负荷代替;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的基本原理和方法进行分析和有功功率控制的基本原理和方法进行分析和计算。计算。3.7 电力系统频率和有功功率控制的基本原理 电力系统
12、等效负荷的静态频率调节特性3.7 电力系统频率和有功功率控制的基本原理 电力系统等效发电机组的静态调节特性fPG,PT0fPGfaaPGafbbPGbf为系统等效机组的频率,即为系统等效机组的频率,即电力系统的频率;电力系统的频率;PG为系统为系统等效机组发出的有功功率,等效机组发出的有功功率,即电力系统内并联运行的所即电力系统内并联运行的所有机组发出的有功功率的总有机组发出的有功功率的总和。忽略机组的损耗,等效和。忽略机组的损耗,等效发电机组发出的功率发电机组发出的功率PG与等与等效原动机发出的功率效原动机发出的功率PT相等,相等,即即PGPT。3.7 电力系统频率和有功功率控制的基本原理
13、电力系统频率控制的基本原理频率的一次调节PG,PT,PLf0PGfAADCBPLPLPG(f)PL(f)PL(f)PGAPGDPGCfC3.7 电力系统频率和有功功率控制的基本原理 电力系统频率控制的基本原理频率的二次调节PG,PT,PLf0PGfAADCBPLPLPL(f)PL(f)PG(f)PG(f)PTD3.7 电力系统频率和有功功率控制的基本原理 电力系统频率控制的基本原理电力系统频率控制的基本原理调频电厂的选调频电厂的选择择u电力系统中并联运行的发电机组都装有调速器。电力系统中并联运行的发电机组都装有调速器。当系统负荷变化时,有可调容量的机组均参与频当系统负荷变化时,有可调容量的机组
14、均参与频率的一次调整,而二次调整只由部分发电厂承担。率的一次调整,而二次调整只由部分发电厂承担。u从是否承担频率的二次调整任务出发,可将系统从是否承担频率的二次调整任务出发,可将系统中所有发电厂分为调频厂和非调频厂两类。调频中所有发电厂分为调频厂和非调频厂两类。调频厂负责全系统的频率调整任务;非调频厂在系统厂负责全系统的频率调整任务;非调频厂在系统正常运行情况下只按调度控制中心预先安排的负正常运行情况下只按调度控制中心预先安排的负荷曲线运行,而不参加频率调整。荷曲线运行,而不参加频率调整。3.7 电力系统频率和有功功率控制的基本原理u选择调频电厂时,主要考虑下列因素:选择调频电厂时,主要考虑下
15、列因素:(1)具有足够大的容量和可调范围;具有足够大的容量和可调范围;(2)允许的出力调整速度满足系统负荷变化速允许的出力调整速度满足系统负荷变化速度的要求;度的要求;(3)符合经济运行原则;符合经济运行原则;(4)联络线上交换功率的变化不致影响系统安联络线上交换功率的变化不致影响系统安全运行。全运行。3.7 电力系统频率和有功功率控制的基本原理 电力系统的有功功率控制电力系统的有功功率控制电力系统中电力系统中的有功功率平衡的有功功率平衡u控制电力系统频率在允许范围之内是通过控制电力系统频率在允许范围之内是通过控制系统内并联运行机组输入的总功率等控制系统内并联运行机组输入的总功率等于负荷在额定
16、频率所消耗的有功功率实现于负荷在额定频率所消耗的有功功率实现的,即实现有功功率的平衡。的,即实现有功功率的平衡。3.7 电力系统频率和有功功率控制的基本原理 电力系统的有功功率控制电力系统的有功功率控制电力系统中电力系统中的有功功率平衡的有功功率平衡1总负荷;总负荷;2随机分量;随机分量;T10s;一次一次调频来平衡;调频来平衡;3脉动分量;脉动分量;10sT3min;调;调度预测安排来平衡;度预测安排来平衡;3.7 电力系统频率和有功功率控制的基本原理 电力系统的有功功率控制并联运行机组间有功功率分配fPG0PG1(f)PG2(f)f1PG1PG2PG1PG2f2PG1PG2eGGeGGLG
17、GPfPPfPPPP222111213.7 电力系统频率和有功功率控制的基本原理 电力系统的有功功率控制电力系统的有功功率控制并联运行机组间有并联运行机组间有功功率分配功功率分配 例题例题:某系统有两台发电机,某系统有两台发电机,P1e=100MW,1*=0.04,P2e=50MW,2 2*=0.05,当当f=50Hz时,时,P1=80MW,P2=30MW。)画出两机组的调差特性。)画出两机组的调差特性。)当负荷功率为)当负荷功率为120时系统频率为多少?两时系统频率为多少?两机组出力各多少?机组出力各多少?)当负荷功率分别为)当负荷功率分别为120和和150,只靠,只靠一号机二次调频能否使频
18、率恢复到一号机二次调频能否使频率恢复到50。为什。为什么?么?11110102050100080500.04zzGGfPfPfff-可得51.6H同理可得51.5H()画出两机组的调差特性()画出两机组的调差特性(2)当负荷功率为时系统频率为多少?两机)当负荷功率为时系统频率为多少?两机组出力各多少?组出力各多少?1112221212120.04*1000.05*501073;87;3;0.003;5050*49.85GGGGGGGGGGffPPffPPPPPMWPMWPMW PMWfffHz -可解得;()当负荷功率分别为和,只靠一()当负荷功率分别为和,只靠一号机二次调频能否使频率恢复到。
19、为什么?号机二次调频能否使频率恢复到。为什么?120MW时可以,因为一号机剩余容量20MW大于负荷增量10MW。150MW时不可以,因为负荷增量40MW大于一号机剩余容量20MW。3.9 电力系统自动调频和自动发电控制 自动调频与手动调频相比,不仅反应速度快、频自动调频与手动调频相比,不仅反应速度快、频率波动小,同时还可以兼顾到其他方面的要求,率波动小,同时还可以兼顾到其他方面的要求,例如实现有功负荷的经济分配、保持系统联络线例如实现有功负荷的经济分配、保持系统联络线交换功率为定值和满足系统安全经济运行的各种交换功率为定值和满足系统安全经济运行的各种约束条件等。所以现代电力系统普遍装设自动调约
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