2012-5-10第五讲 电力系统频率及有功功率的自动调节

四川大学电气信息学院肖先勇2012-5-10第五讲系统频率及有功自动调节川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用拟做作2009级本科生毕业设计题目1、电压暂降与设备敏感度评估；2、电压暂降状态估计、电压暂降源定位；3、灾难性事故综合评价指标；4、母线负荷预测；5、母线负荷建模与参数辨识；6、配电系统故障识别与定位；7、不确定性理论与方法在电力系统中的应用研究。川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用第一节系统频率特性概述电网稳态条件下的频率f是全系统一致的运行参数频率变化是系统负荷与电源之间的功率失去平衡所致。原动机输入功率：60pnf电气频率极对数转速1分钟=60秒机组的动能111()mmmTiGiLKidPPPWdt原动机输入机械功率发电机输出电气功率发电机新增输出功率保持不变弥补其增长导致频率变化的关键是发电机电气功率与原动机机械功率的平衡被打破。频率-有功。川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用tP持续分量脉动分量随机分量负荷瞬时变动情况★频率波动对电网运行的影响：√偏离电力设备经济运行点；√影响用户生产率和产品质量；√频率过低过高都会危及电网安全运行分解周期10s周期10~3mins缓慢持续变化第一节系统频率特性电网频率变动情况川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用第一节系统频率特性调频与有功调节是密不可分，应满足安全约束；应符合经济运行要求，发挥能源最大效益；频率偏差控制在预定范围内，保证电能质量。★调频是电力系统运行的主要任务之一一般允许频率偏差为±0.1Hz或±0.2Hz★调节基本方法是：改变单位时间内输入的动力元素。川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用第一节系统频率特性负荷功率-频率特性频率下降时，负荷功率也下降到；频率上升时，负荷功率也上升到。负荷特性有利于系统中有功功率在另一频率下重新平衡，这种现象称为负荷调节效应。LbPLaP负荷的频率调节效应系数：由于频率变化很小，为一直线，取值范围在1~3之间。LLdPKdfLLdPKdffPLfNfbPLNPLbab()LPFf负荷静态频率特性：负荷建模与参数估计时值得重点关注！Why?How?川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用第一节系统频率特性发电机功率-频率特性发电机转矩方程：功率方程：无调速器时，转速和转矩都为额定值。GMAB212GPCC加调速器后，将从一条静态特性曲线向另一条静态特性曲线过渡。P*M*ω*f*PG*MG*1.01.0Pf123'a'a''a'''3有调速器时静态有功-频率特性近似替代未配调速器配有调速器川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用第一节系统频率特性有调速系统的发电机功率-频率特性：****1GGPKRf有差调节调差系数：GfRP调差特性与机组间有功分配有关调差特性为区域，有失灵区。ΔPGΔfPGfPGbPGaabf1fN显然或写为静态调节方程：***0GfRP常用调差系数的倒数——静特性系数fAΣPLfNP1P2BCP1P2P1'P2'ΔP1ΔP2ΣP'f1发电机1发电机2火电机组不灵敏区0.1%~0.5%水电机组不灵敏区0.1%~0.7%川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用第一节系统频率特性第一节作业题1已知：两机组并联于一条母上，。且调速系统保证了两台机完全同步。若1号机组额定功率为60MW，两机均额定运行。求：当系统要求增加20MW的输出时，母线的频率为多少？124%,5%RR川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用ΔPL2第一节系统频率特性系统频率特性系统频率特性是由负荷频率特性、发电机频率特性共同确定的。12LLLPPP无调速有调速到状态b，PL未变，PG无增加到状态c，再调可以到状态dPfPL=f(f)PL1=f(f)aPLfNbdPL1ΔPLcPL2f3f2ΔPL1发电机调速器一次调频发电机增加出力负荷减少有功吸收总负荷增加量川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用第一节系统频率特性第一节作业题2已知：某电力系统，，当PL=3000MW时，fN=50Hz。求负荷增加120MW时，系统调速后的运行点。1.5,20LGKK川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用第二节调速器原理、模型与参数辨识调速器作用及其发展1调速器基本工作原理2调速器数学模型3调速器的参数辨识方法4川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用1、调速器的作用及其发展调速器在电力系统中的主要作用1维持电网的有功功率平衡和频率的稳定（有功平衡和频率稳定密不可分，相辅相成）。实现方式1）转速调节；2）功率调节。系统频率一次调节和二次调节对应于川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用1、调速器的作用及其发展调节控制系统发展经历2最早：机械式液压调节系统(MHC,MechanicalHydraulicControl)60年代初：电液调节系统(EHC,Electro-HydraulicControl)，EHC和MHC并存60年代中：模拟电液系统(AEH,AnalogElectro-HydraulicControl)80年代及以后：数字电液系统(DEH,DigitalElectro-HydraulicControl)，现在的主要调节方式。川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用1、调速器的作用及其发展调节系统的性能指标3三大指标稳定性快速性精确性川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用稳定性：指调节系统通过其控制作用衰减负荷振荡的能力。（常用方法：特征根判别法、代数判别法和频率特性分析法）快速性：指调节系统对控制信号的响应速度，通常在时域中用响应时间衡量，频域中用频带的宽窄来指示。精确性：在调节系统中指系统的灵敏度问题，或用不灵敏度来衡量。（通常在机械液压调速系统中要求不灵敏度小于0.3%，在电液调速系统中要求不灵敏度小于0.06%）1、调速器的作用及其发展调节系统的性能指标3川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用1、调速器的作用及其发展电液调节系统和机械液压系统比较4电液调节系统灵敏度高，调节速度快，精度高，机组甩负荷时转速过调量小；电液调节系统易于实现各种信号的综合调节，有利于实现全厂及系统综合自动调节；电液调节系统便于改善调节系统的动态性能指标而加校正控制部件，改变调节系统参数方便；以计算机为主控部件的数字电液调节系统可实现在线监测、信号冗余、计算机冗余、在线维修等，是提高可靠性的先进技术。川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用2、调速器基本工作原理汽轮机调速系统的组成1保护系统启动装置同步器汽轮机发电机配汽机构油动机中间放大机构转速感受机构液压伺服执行机构转速川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用2、调速器基本工作原理汽轮机调速系统的组成1由上图可见，汽轮机调速系统由：转速感受机构、传动放大机构、配汽机构和反馈机构四部分构成。其中，转速感受机构是将转子的转速信号转变为一次控制信号；传动放大机构则对一次控制信号作功率放大，并按调节目的作控制运算，产生油动机的控制信号；配汽机构是将油动机的行程转变为各调节汽门的开度，从而改变汽轮机的进气量。川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用2、调速器基本工作原理传动放大机构2传动放大机构包括：电液调节器、错油门、油动机等。电液转换器：将控制盘来的信号转换成油压信号，经电液转换器转换至错油门的油压称作二次油压；错油门作用：从二次油路中得到信号，并控制作为动力的压力油进入油缸活塞的上腔或下腔；油动机作用：将调速器输入的二次油信号转换成油缸活塞的行程，并通过杠杆系统操纵调节气阀的开度，使进入汽轮机的蒸汽流量与所要求的流量或功率相适应。川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用2、调速器基本工作原理配汽机构3配汽机构相对较简单，将油动机行程转变为各调节汽门的开度，从而改变进汽量，包括配汽传动机构和调节汽门。反馈机构4根据反馈量随时间的变化将反馈分为两类：——刚性反馈，只要有动作就一定有反馈量，且不随时间改变,与此对应的是有差调节，一般运用于汽轮机速度调节。——弹性反馈，动作最开始时有差调节，保证系统稳定，然后缓慢让反馈量变小，动态上仍属有差调节，但静态偏差较小，可认为是无差调节，一般运用于需保持压力不变的供热汽轮机调压系统。川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用3、调速器的数学模型机械液压式调速器原理川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用3、调速器的数学模型功率-频率电液调速系统原理川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用以机械液压调速器为例进行分析：24D点发生微小变化，如升高ΔXD，正比于发出增加功率的命令信号ΔPc，即ΔXD∝ΔPc3D点升高引起E点降低ΔXE，通过错油门的作用使B点升高ΔXB，导致原东机输入增加ΔPT，使发电机输出增加ΔPG1系统稳态时频率为fN，对应的原动机汽阀位置为XB，发电机输出功率为PG由于发电机输出增加，系统频率微小回升Δf，调速器响应，使A点上移ΔXAΔPT↑由于所有联结点移动距离很小，可认为映射关系为线性的，即：''124EADBXKXKXKX调速器3、调速器的数学模型1川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用3、调速器的数学模型调速系统基本原理图汽机执行积分放大转速测量∑反馈进汽整定2川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用3、调速器的数学模型3调速系统的简单简化图中，CCS（CoordinationControlSystem）为协调控制器，用于协调各机组间的出力，以达到优化目的。其中，涉及到转速测量、功率测量，DEH阀门控制主要是将调节量由电量转换成非电量的油压信号。川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用3、调速器的数学模型将物理模型转化为数学模型4目的：对实际物理系统进行数学抽象并简化，能用计算机对系统进行分析和计算，并进行系统特性分析（稳定性、快速性、调节精度）。在各种仿真软件中，都是用系统的数学模型对实际物理系统进行模拟，因此，对于实际物理系统的准确的数学刻划，对仿真精确性有重要影响，这种影响主要来自于模型本身的准确性和模型参数的准确性，这两方面都是非常值得研究的课题。川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科生内部使用3、调速器的数学模型数学模型推导过程52传递函数的由来：首先通过对实际物理系统列出实际动态物理方程式（微分方程），然后对方程进行化简，然后对该微分方程进行拉普拉斯变换，得到物理模型的传递函数。3一个实际物理控制系统由多物理环节组成，通过对各物理环节单独分析并转换成相应的传递函数框图，将各传递函数框图串联起来即构成系统的数学模型，从而对系统特性进行分析。1在控制系统中，通常采用传递函数形式表示系统模型，在传递函数中常用的类型包括：比例因子、微分因子、积分因子、一阶滞后（惯性）因子、一阶超前因子、二阶滞后因子、二阶超前因子、延迟因子等川大电气自动装置课件本课件仅供四川大学电气信息学院2012年本科