电力系统自动控制技术—第四章_电力系统频率和有功功率自动控制.doc

第四章 电力系统频率和有功功率自动控制 第一节 电力系统频率和有功功率控制的必要性 电力系统频率控制的必要性 频率对电力用户的影响 f变化，引起异步电机转速变化，影响产品的质量。 f波动影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能。 f下降将使电动机的转速和出力降低，影响用户设备的正常运行。 频率对电力系统的影响 f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。 当f下降到47-48HZ时，火电厂厂用机械的出力下降，使锅炉和汽机出力下降，从而使火电厂发电机发出的有功功率下降，可能出现频率崩溃。 f降到一定数值时，核电厂的反应堆冷却介质泵自动跳开，反应堆停止运行。 f 下降使异步机和变压器激磁电流增大――无功消耗增大。励磁机出力下降，导致电压水平降低。f 低到一定值，电压下降速度加快，无法恢复――电压崩溃，大面积停电，系统瓦解。 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 电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗（包括网损）的有功功率总和之间的平衡来维持的。 电力系统负荷是时刻变化，故有功功率控制要及时调节系统内并联运行机组原动机的输入功率，维持平衡关系，保证频率在允许范围之内。 提高电力系统运行的经济性 决定开启哪些机组并入电力系统运行；确定已并网运行的机组各发多少有功功率，用最少的一次能源消耗获得最多的可用电能。 保证联合电力系统的协调运行 要求不同区域系统间交换的电功率和电量按事先约定的协议进行。这时电力系统有功功率控制要对不同区域系统之间联络线上通过的功率和电量实行控制。 第二节 发电机组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 ―――――――(4－1) f :发电机频率，Hz ； p :发电机转子的极对数； n :机组转速，r/min ; (一)同步发电机组转子运动方程 ――――――（4－2） :机组转子的转动惯量， :机组转子的机械角加速度， :机组转子的机械角速度， :原动机（汽轮机或水轮机）产生的机械转矩, :发电机电磁转矩， 机组以额定转速运行，转子中储存的动能为： 故 代入（4－2）得： ――――――（4－3） 取发电机的额定有功功率为功率的基准值，额定转速为转速基准值，则转矩基准值为 将式（4－3）两边同除以，则： ――――――（4－4） 发电机机械角速度，电角速度w和转子极对数p之间存在以下关系： ,代入式（4－4）有： ――――――（4－5） :发电机组的惯性时间常数，s; :发电机电角速度的标幺值。 从式（4－5）知：研究机组的调速控制问题，必须研究转矩和。 （二）原动机的机械转矩 水轮机的机械转矩大小决定于：水头H，导水叶开度和机械转速n等。同一台水轮机在同一水头，不同导叶开度时转矩是不一样的。水轮机的机械转矩同转速关系是一个曲线族。 水轮发电机组的转矩特性 时，转速，若→,n↑→;应减小开度，使 →,使转速恢复到。 发电机电磁转矩 发电机电磁转矩是发电机定子对转子的作用力矩，方向与转子转动的方向相反，是阻力矩。 发电机电磁转矩与电磁功率成正比，电磁功率等于发电机所带负荷的有功功率。 发电机负荷功率与频率的关系： ――――――（4－6） :负荷有功功率的标幺值，基准值为发电机的额定功率； ：频率为额定功率时，负荷有功功率的标幺值，基准值为； ：频率标幺值，基准值为； ：与频率无关的负荷功率所发的比例系数； ：分别为与频率的1次方，2次方和n次方成正比的负荷功率所占的比例系数 考虑机组转速标幺值和频率标幺值相等有： ――――――（4－7） ：机组转速标幺值，基准为。 转矩和功率用标幺值表示时，分别为： ――――――（4－8） ――――――（4－9） 一般机组转速不会偏离太多，认为，故有,所以： 即：机组转速偏离额定值不太多时，可认为发电机电磁转矩和电磁功率的标幺值相等。 发电机组调速系统的调节原理 用水轮发电机组的转矩特性说明： 设a为原运行点，,，稳定运行。 若负荷减小时，调速器不调节，,机组在新的平衡点c运行，具有自平衡能力。 若调速器参与调节，将减少原动机的动力元素，,机组运行于b点。若再进一步调节到曲线,则可使转速恢复到，保持不变。 机组并网运行的转速调节 单机并入无穷大系统 系统频率不会因这台机组的有功功率变化而变化，机组调速器失去调节机组转速的作用，而只能调节机组的有功出力。 如下图所示： 调速器调节使