华电电力系统自动化第10讲-有功调节.ppt

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1、第十讲 频率及有功功率自动调节(1),肖仕武Office:J5B309Tel:80794899,North China Electric Power University,2/45,2023/10/20,主要内容,电力系统频率特性负荷的功率-频率特性发电机组的功率-频率特性发电机组调差系数与有功功率分配调速器调节特性的失灵区电力系统的频率特性调速器原理机械液压调速器模拟式电气液压调速器转速测量/功率测量/给定环节及PID调节器/电液转换器工作状态：未并网，并网频率恒定、并网频率波动数字式电液调速器,North China Electric Power University,3/45,2023/

2、10/20,第一节 电力系统频率特性,系统内有m台机组，电功率输出为，原动机的输入总功率为，在忽略内部损耗的条件下，存在关系：,系统负荷变动使机组输出电功率增加，而机械功率来不及做出反应，这时,为了保持功率平衡机组只能把转子的一部分动能转换为电功率，,机组转速降低，系统频率下降,North China Electric Power University,4/45,2023/10/20,1、电力系统负荷的功率-频率特性,电力系统负荷变动情况,电力系统运行中的主要任务之一就是对频率进行监视和控制，保证电力系统频率的偏移在允许范围内,调节频率就是改变单位时间内进入原动机的动力元素（蒸汽或水）,力求电

3、力系统负荷在安全运行约束条件下，实现经济运行及在发电机组之间实现经济分配。,励磁调节基本目标：发电机端电压和无功功率分配调速器的基本目标：发电机频率和有功功率分配,North China Electric Power University,5/45,2023/10/20,1、电力系统负荷的功率-频率特性,电力系统中有功功率与频率之间的关系：1、与频率变化无关的负荷：照明、电弧炉、整流负荷2、与频率成正比的负荷：切削机床、球磨机、压缩机3、与频率的二次方成正比的负荷：变压器中的涡流损耗4、与频率的三次方成正比的负荷：通风机、静水头阻力不大的循环水泵5、与频率的高次方成正比的负荷：静水头阻力很大的

4、循环水泵,North China Electric Power University,6/45,2023/10/20,1、电力系统负荷的功率-频率特性,电力系统有功负荷的静态频率特性方程,当电力系统内机组的输入功率和负荷功率之间失去平衡时,系统负荷也参与了调节作用。这种特性有利于系统中的有功功率在另一个频率下重新获得平衡负荷的频率调节效应,North China Electric Power University,7/45,2023/10/20,1、电力系统负荷的功率-频率特性,为负荷的频率调节效应系数，用以衡量调节效应的大小。,根据国内外的实测数据表明，有功负荷与频率之间的关系曲线接近于一条

5、直线。,有功功率变化量,相对应有功功率变化的频率的变化量,是电力系统调度部门要求掌握的一个数据。它表明系统频率变化1%时负荷功率变化的百分数。,North China Electric Power University,8/45,2023/10/20,2、发电机组的功率-频率特性,发电机组的转速调整是由原动机的调速系统来实现的，发电机的功率-频率特性取决于调速器系统的特性,发电机组无调速器,在调速器的作用下不断改变进气量，使原动机的运行点不断地从一根静态特性向另一根静态特性曲线过渡。,此时原动机进气量达到最大值，调速器不起作用，当频率f继续下降时，运行点只能沿着对应于最大进气量的静态特性曲线移

6、动。,North China Electric Power University,9/45,2023/10/20,2、发电机组的功率-频率特性,对应于频率下降，发电机组输出功率增加，这是一种有差调节特性,发电机组的调差系数,负号表示发电机输出功率的变化和频率变化相反,发电机组的静态调节方程,North China Electric Power University,10/45,2023/10/20,2、发电机组的功率-频率特性,计算功率和频率关系时，常采用调差系数的倒数来表示,为发电机组的功率-频率静态特性系数，或者是原动机的单位调节功率。,发电机组的调差系数主要决定于调速器的静态调节特性。,

7、与机组间的有功功率分配相关。,调节特性的失灵区又造成机组间的有功功率分配的不确定性。,调差系数,机组间有功分配,调速器的静态特性,调节特性的失灵区,North China Electric Power University,11/45,2023/10/20,3、发电机组调差系数与有功功率分配,机组间的有功功率分配与机组的调差系数成反比,推广到多台发电机组并联运行的情况：,North China Electric Power University,12/45,2023/10/20,3、发电机组调差系数与有功功率分配,系统等值机的调差系数,系统中负荷变化后，每台发电机所承担的功率,1、多台发电机的

8、调差系数为零是不能并联运行的,2、含有一台调差系数为零机组的系统在理论上是可行的，但是在实际上是不能运行的。原因是就目前的系统容量而言不可能仅由一台机组来完成全部的调差任务。因此，只能是由多台有差调节机组并联运行,North China Electric Power University,13/45,2023/10/20,4、调速器调节特性的失灵区,机械式调速器对于微小的转速变化是不能反应的，因此调速器具有一定的失灵区，调节特性实际上就是一条具有一定宽度的带子。,不灵敏区宽度可以用失灵度 来描述：,为机组间的最大误差,为调速器最大的频率呆滞,North China Electric Power

9、 University,14/45,2023/10/20,4、调速器调节特性的失灵区,与 成正比，与 成反比。,若调差系数很小，则机组间的最大误差功率就会很大，这样就会引起机组间功率分配误差的增大。,若不灵敏区宽度很小，则调速器在频率的微小波动时就会动作，机械动作会频繁。,调差系数不能很小,在电液调速器中设置一个人为的失灵区,North China Electric Power University,15/45,2023/10/20,5、电力系统的频率特性,fa,Pa,fb,fc,Pc,Pd,负荷=1.0,负荷=1.1,North China Electric Power University

10、,16/45,2023/10/20,第二节 调速器原理,机械液压调速器电气液压调速器模拟式数字式,North China Electric Power University,17/45,2023/10/20,第二节 调速器原理,机械液压调速器,North China Electric Power University,18/45,2023/10/20,第二节 调速器原理,电气液压调速器(模拟式),North China Electric Power University,19/45,2023/10/20,第二节 调速器原理,电气液压调速器(数字式),North China Electric P

11、ower University,20/45,2023/10/20,1、机械液压调速器,(1)B、D点不动,(2)A、D点不动,E点的位移正比于A、B两点的位移之和，具有加法性质。,D,F,E,B,A,C,=A点上升 E点上升,=B点下降 E点下降,D,E,B,A,C,F,North China Electric Power University,21/45,2023/10/20,1、机械液压调速器,在C点不动的情况下:B点上升 A点下降；B点下降A点上升;,B点具有反馈作用,D,F,E,B,A,C,3、C点不动:,North China Electric Power University,22

12、/45,2023/10/20,1、机械液压调速器,1、在B、D点不动的情况下，A点上升-E点上升,2、在A、D点不动的情况下，B点下降-E点下降,E点的位移正比于A、B两点的位移之和，具有加法性质。,3、在C点不动的情况下，B点上升 A点下降；B点下降A点上升,B点具有反馈作用,North China Electric Power University,23/45,2023/10/20,1、机械液压调速器,负荷突然减少,转速升高,A增大,E点减小,减小开度,开度反馈,B减少,达到新的平衡点,North China Electric Power University,24/45,2023/10/

13、20,1、机械液压调速器,a)未并网:A点可动,(2)并网:A点不动,对应的机组静特性平移。,D,F,E,B,A,C,D,E,B,A,C,F,(4)D点上移,初始运行特性,North China Electric Power University,25/45,2023/10/20,1、机械液压调速器,调频器启动,D点增大,E点增大,开度增大,B点增大,开度反馈,达到新平衡点,North China Electric Power University,26/45,2023/10/20,2、电气液压调速器,1,2,3,4,5,North China Electric Power Universit

14、y,27/45,2023/10/20,2、电气液压调速器转速测量,磁阻发送器,作用是将转速转换为相应频率的电压信号。,齿轮与铁芯之间的磁阻变化导致通过测速磁头的磁通发生相应变化，在线圈中感应出微弱的脉动信号，该信号的频率与机组转速成正比。,North China Electric Power University,28/45,2023/10/20,补充：转速&相位测量加装键相传感器,TSI汽轮机保护系统：本特利EPRO常用键相传感器类型：电涡流型霍尔型,North China Electric Power University,29/45,2023/10/20,发电机转速传感器实物图片,圆柱型

15、，长度小于150mm，直径为14mm电源及输出信号线共3芯，铠装，长度3m5m1030V直流供电,PR9376，EPRO公司TSI系统专用传感器，霍尔原理德国原装进口电源及输出信号线共3芯，4m铠装缆，根据需要续接普通电缆,North China Electric Power University,30/45,2023/10/20,汽轮机的键相传感器安装,North China Electric Power University,31/45,2023/10/20,水轮机,轴上原有的贴片,传感器,机组大轴,North China Electric Power University,32/45,2

16、023/10/20,PMU特点：简单实用的子站数据分析软件,North China Electric Power University,33/45,2023/10/20,2、电气液压调速器转速测量,转速/频率-电压变送器将磁阻发送器输出的脉动信号转换为与转速成正比的电压输出值。,微分电路在方波的上升沿时获得正向尖峰脉冲，触发一个单稳态触发器后，输出一个幅度为v宽度为t的正向方波脉冲。在单位时间内，单稳态触发器输出的正脉冲数与磁阻发送器输出信号频率成正比,滤波器实际上是个积分器，在单位时间内脉冲个数越多则输出的电压越高,North China Electric Power University,

17、34/45,2023/10/20,2、电气液压调速器功率测量,将发电机的有功功率转换为与之成正比的电压有功功率变送器,执行元件就是霍尔效应原理的测量元件,霍尔效应系数,霍尔元件厚度,控制电流,磁感应强度,磁感应强度与元件平面法线的夹角,North China Electric Power University,35/45,2023/10/20,2、电气液压调速器功率测量,正比于有功功率,North China Electric Power University,36/45,2023/10/20,2、电气液压调速器给定环节及PID调节器,用高精度稳定电源供电的精密多转电位器构成,由运算放大器构成

18、,North China Electric Power University,37/45,2023/10/20,2、电气液压调速器电液转换器,功率放大器输出增大,电液转换器线圈电磁力增大,调节油阀关小,在十字弹簧的压力下,继动器输入油压升高,继动器蝶阀下移,继动器排油增加,North China Electric Power University,38/45,2023/10/20,2、电气液压调速器电液转换器,继动器内腔油压升高,继动器滑阀下移,油动机入油增加,油动机活塞上移,汽门调节阀开大,进入汽轮机的有功增大,North China Electric Power University,39

19、/45,2023/10/20,2、电气液压调速器电液转换器,油动机活塞上移,B点上移,A点上移,继动器蝶阀上移,稳定在新的工作点,North China Electric Power University,40/45,2023/10/20,2、电液转换器A Big Picture,继动器,油动机,蒸汽阀,AB杠杆,功率放大器,A,B,+,-,+,North China Electric Power University,41/45,2023/10/20,2、电气液压调速器调速器工作,1、发电机组未并网,=0,趋于零,North China Electric Power University,4

20、2/45,2023/10/20,2、电气液压调速器调速器工作,2、发电机组并网，频率恒定,=0,趋于零,North China Electric Power University,43/45,2023/10/20,2、电气液压调速器调速器工作,3、发电机组并网，频率波动,North China Electric Power University,44/45,2023/10/20,3、数字式电液调速器,与模拟式一样,控制算法,除了基本功能外，实现辅助功能：机组自启动控制、跟踪电网频率快速同期并列、启动过程的热应力管理,North China Electric Power University,45/45,2023/10/20,小结,1、负荷的功率-频率特性2、发电机组的功率-频率特性3、调差特性与有功功率分配的关系4、调节特性的失灵区5、电力系统的频率特性6、机械调速器的基本原理及控制框图7、电气液压调速器的基本原理8、调速器的工作过程9、数字式电气液压调速器,