高中物理 第三章电力系统的频率及有功功率的自动调节.docx
- 文档编号:15324941
- 上传时间:2023-07-03
- 格式:DOCX
- 页数:16
- 大小:206.16KB
高中物理 第三章电力系统的频率及有功功率的自动调节.docx
《高中物理 第三章电力系统的频率及有功功率的自动调节.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《高中物理 第三章电力系统的频率及有功功率的自动调节.docx(16页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
高中物理第三章电力系统的频率及有功功率的自动调节
第三章电力系统的频率及有功功率的自动调节
f=pn/60
式中f--发电机频率,HZ
P--发电机转子的极对数;
n--机组转速,r/min。
由上式可知,要控制发电机频率就得控制机组转速。
第一节电力系统的频率特性
一、电力系统频率控制的必要性
1、频率对电力用户的影响
(1)电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化,这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化。
有些产品(如纺织和造纸行业的产品)对加工机械的转速要求很高,转速不稳定会影响产品质量,甚至会出现次品和废品。
(2)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,频率过低时有些设备甚至无法工作。
这对一些重要工业和国防是不能允许的。
(3)电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低,导致其所带动机械的转速和出力降低,影响电力用户设备的正常运行。
2、频率对电力系统的影响
1)频率下降时,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。
对于额定频率为50Hz的电力系统,当频率降低到45Hz附近时,某些汽轮机的叶片可能发生共振而断裂,造成重大事故。
2)下降到47~48Hz时,由异步电动机驱动的送风机、吸风机、给水泵、循环水泵和磨媒机等发电厂厂用机械的出力随之下降,使火电厂锅炉和汽轮机的出力随之下降,从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。
这种趋势如果不能及时制止,就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度,这种现象称为频率雪崩。
出现频率雪崩会造成大面积停电,甚至使整个系统瓦解。
3)核电厂中,反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。
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。
4)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,使异步电动机和变压器的无功损耗增加,引起系统电压下降。
频率下降还会引起励磁机出力下降,并使发电机电势下降,导致全系统电压水平降低。
如果电力系统原来的电压水平偏低,在频率下降到一定值时,可能出现电压快速而不断地下降,即所谓电压雪崩现象。
出现电压雪崩会造成大面积停电,甚至使系统瓦解。
二、电力系统有功功率控制的必要性
1、维持电力系统频率在运行范围之内
2、提高电力系统运行地经济性
3、保证联合电力系统地协调运行
三、机械液压调速器
首先按图说明调速器的构成:
测速机构:
离心飞摆
执行机构:
错油门和油动机及其连杆
转速给定:
同步器
调差机构:
E
AdD
进汽进水量
一次调节的过程:
D不动:
转速n下降——〉A点上升——〉C点下降——〉F,E下降——〉B点上升同时转速n上升引起A上升——〉C点上升——〉E点上升回到原来位置调节结束。
调节结束后b点比原来高,a点比原来低,c点不懂。
为有差调节,若去掉b点和活塞的连杆则为无差调节。
二次调节的过程:
抬高D点,因为BCA先不动——〉E下降——〉B上升——〉n上升——〉A上升——〉C上升——〉F上升——〉E点上升重新堵死油路调节结束,ACB集体抬高
给出调差系数的概念,定义
由调节特性给出调差的概念:
并从概念上解释两个定义的等价关系
失灵区的影响:
失灵区过大会导致误差功率过大,过小会导致调速器频繁动作,对机组和系统都不利,故一般小于0.2%-0.5%;
失灵区一定的情况下误差功率与调差系数成反比
四、电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理
现代电力系统中并联运行的发电机组台数很多,负荷的数量就更多,且分布在辽阔的地理区域之内。
不难想象,控制如此庞大的电力系统,使频率满足要求、功率分布得经济合理是一项十分复杂得工作。
为了使问题简化并突出主要矛盾,在分析电力系统频率和有功功率自动控制时,常将电力系统内并联运行得所有机组用一台等效机组代替;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有功功率控制得基本原理和方法进行分析和计算。
1电力系统负荷的静态频率特性
负荷的有功功率随着频率而变化得特性叫做负荷的静态频率特性。
电力系统负荷功率与频率的关系为
零次方负荷:
负荷功率与频率变化无直接关系,如电热、照明、电弧炉及整流负荷。
一次方负荷:
负荷功率与频率成比例关系,如金属切削机床、磨煤机、卷扬机等。
二次方负荷:
负荷功率与频率平方成比例关系,这类机械不多,但电力系统中的网损即是。
三次方负荷:
负荷功率与频率三次方成比例关系,火电厂的厂用机械多属于此类,如鼓风机、循环水泵等。
此外,还有一些高水头的水泵,如给水泵,则是与频率的更高次方成正比。
电力系统负荷的静态频率特性曲线如图所示。
可以看出当频率下降时负荷从系统取用的有功功率将下;系统频率升高时负荷从系统取用的有功功率将增加。
这种现象称为电力系统负荷的频率调节效应,简称负荷调节效应,并用负荷调节效应系数来衡量负荷调节作用的大小。
负荷调节效应与负荷的组成和比重有关。
2电力系统等效发电机组的静态调节特性
等效机组的调差系数和以及静态调节方程式的物理意义与单机调速系统一直。
调差系数的倒数称为机组的单位调节功率,即
3电力系统频率控制的基本原理
结合教材图形,从概念上解释发展过程,假设无调速器稳定在b点。
频率的一次调整
稳定在c点。
增加的负荷功率一部分通过负荷自己的调节特性使负荷少吸收来承担,一部分由发电机组通过降低频率增加
频率的二次调整
改变频率或转速给定环节回复到原额定运行频率。
负荷增量将全部由调频机组承担。
调频电厂的选择
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率的一次调整,而二次调整只由部分发电厂承担。
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荷曲线运行,而不参加频率调整。
选择调频电厂时,主要考虑下列因素:
(1)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度的要求;
(3)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全运行。
水轮发电机组的出力调整范围大,允许出力变化速度快,一般宜选水电厂担任调频。
4电力系统的有功功率控制
并联运行机组间的有功功率分配
第二节调频与调频方程式
一、有差调频法
1)调频方程式:
有差调频法指用有差调频器进行并联运行,达到系统调频的目的的方法。
有差调频器的稳态工作特性可以用下式表示,即
2)调频过程:
调频器的调整是向着满足调频方程式的方向进行的。
3)机组间有功功率的分配:
当系统中有n台机组参加调频
4)优缺点:
各机组同时参加调频,没有先后之分
计划外负荷在调频机组间是按一定的比例分配的
频率稳定值的偏差较大。
二、主导发电机法
1)调频方程式:
2)调频过程:
设系统负荷有了新的增量∆Pfhe,主导发电机调频器的调节方程的原有平衡状态被首先打破,无差调频器向着满足其调节方程的方向对机组的有功出力进行调整,随之出现了新的∆P1值,于是其余n-1个调频机组的功率分配方程式的原有平衡状态跟着均被打破,它们都会向着满足其功率分方程的方向对各自机组的有功出力进行调节,即出现了“成组调频”的状态。
调频过程一直要到∆PC1不再出现新值才告结束。
无差调频系统原理图如下:
3)机组间有功功率的分配:
4)优缺点:
各调频机组间的出力也是按照一定的比例分配的。
在无差调频器为主导调频器的主要缺点是各机组在调频过程中的作用有先有后,缺乏“同时性”。
三、积差调频法(同步时间法)
1)调频方程式:
积差调频法(或称同步时间法)是根据系统频率偏差的累积值进行工作的。
单机积差调节的调频方程式为:
2)调频过程:
单机调节过程如下图所示
3)机组间有功功率的分配:
4)优缺点:
频率积差调节法的优点是能使系统频率维持额定。
计划外的负荷能在所有参加调频的机组间按一定的比例进行分配。
缺点是频率积差信号滞后于频率瞬时值的变化,因此调节过程缓慢。
四、改进积差调频法
1)调频方程式:
在频率积差调节的基础上增加频率瞬时偏差的信息
2)调频过程:
当系统频率变化时,按∆f启动的调速器会比按积差工作的调频器先进行大幅度的调整,到频差累积到一定值时,调频器会取代调速器的工作特性,使频率稳定在fe,调速器的作用为一次调频,积差调频为二次调频。
3)机组间有功功率的分配K∫∆fdt代表了系统计划外负荷的数值(K是一个转换常数),在调频结束时,计划外负荷是按一定比例在调频机组间进行分配的。
4)优缺点:
集中制调频的主要优点是各机组的功率分配是有比例的,也即式中的αi,αi是按照经济分配的原则给出的。
主要缺点是各调频装置的误差会带来系统内无休止的无谓的功率交换。
五、分区调频法
分区控制误差ACE,联络线功率应维持为计划功率,A区负荷不变时,B区负荷增长,∆f<0,联络线上出现A端流向B端的功率增量,即∆PAB>0,∆f和∆PAB的符号相同,本区有负荷变动,∆f和∆PAB的符号不同,它区有负荷变动.找到KA使0=KA∆f+∆PAB,分区控制误差(areacontrolerror)ACE=Ki∆f+∆Ptiei,0=ACE表明本区无负荷变动,无须调频。
第三节电力系统频率及有功功率的自动调节
一、等微增率分配负荷的基本概念
微增率是指输入耗量微增量与输出功率微增量的比值。
等微增率法则,就是运行的发电机组按微增率相等的原则来分配负荷,这样就可使系统总的燃料消耗(或费用)为最小。
对应于某一输出功率时的微增率就是耗量特性曲线上对应于该功率点切线的斜率,即
下图是三种典型的耗量特性与微增率曲线。
发电厂内并联运行机组的经济调度准则为:
各机组运行时微增率b1,b2,…,bn相等,并等于全厂的微增率λ。
下图为发电厂内n台机组按等微增率运行分配负荷时的示意图。
二、发电厂之间负荷的经济分配
设有n个发电厂,每个电厂承担的负荷分别为P1,P2,…,Pn,相应的燃料消耗为F1,F2,…,Fn。
三、自动发电控制(AGC/EDC功能)
(一)概述
电力系统中发电量的控制,一般分为三种情况
由同步发电机的调速器实现的控制(一次调整,10S);
由自动发电控制(简称AGC,即英文AutomaticGenerationControl的缩写)(二次调整,10S~3min);
按照经济调度(简称EDC,即英文EconomicDispatchControl)(三次调整,>3min)。
(二)自动发电控制的基本原理
图中Pzd为输电线路功率的整定值,fzd为系统频率整定值,P为输电线路功率的实际值,f为系统频率的实际值,Bf为频率修正系数,)(SK外部控制回路,用来根据电力系统频率偏差和输电线路上的功率偏差来确定输出控制信号,Pc为系统要求调整的控制信号功率,)(SN为内部控制回路,用来控制调整调速器阀门开度,以达到所需要的输出功率。
上图为具有我台发电机的AGC系统,G1、G2、G3为发电机组;ACE称为区域控制误差,用来根据系统频率偏差以及输电线路功率偏差来确定输出控制信号;负荷分配器根据输入的控制信号大小并且根据等微增率准则或其他原则来控制各台发电机输出功率的大小。
自动发电控制系统具有四个基本任务和目标:
1使全系统的发电机输出功率和总负荷功率相匹配;
2将电力系统的频率偏差调整控制到零,保持系统频率为额定值;
3控制区域间联络线的交换功率与计划值相等,以实现各个区域内有功功率和负荷功率的平衡;
4在区域网内各发电厂之间进行负荷的经济分配。
自动发电控制系统包括两大部分:
(1)负荷分配器
(2)发电机组控制器
经济负荷分配(EDC)每隔五分钟修改一次Pbi和αi值,以适应经济调度的要求。
有时为了增大加到发电机组上的误差信号信息,可以使用一个或者多个附加的负荷分配回路,如图3-19所示。
这样的附加分配回路可以用一个分配系数iβ来表示,但它与按经济调度调整负荷的“分配系数αi”不同,它不受经济调度的约束,所以称为调整分配。
第四节电力系统低频减载
电力系统中某些机组故障切除时,由于出现有功功率缺额,系统频率会急剧下降。
采用自动低频减载装置,可以制止事故的进一步扩大,所以这是一种有效的措施。
频率的过度降低,不仅影响电能质量,而且会给系统的安全运行带来如下一些严重的危害:
危害汽轮机
产生频率崩溃现象
产生电压崩溃现象
一、电力系统频率的动态特性
当发电机功率与负荷功率失去平衡时,系统频率按指数曲线变化,如果忽略时间常数的变化,系统频率可归纳为如下几种情况。
1.由于△f的值与功率缺额成比例,事故初期频率下降的速度与功率缺额成比例。
2.当频率下降到某频率时切除负荷刚好等于功率缺额时,频率按指数规律上升恢复。
3.若切除负荷小于功率缺额,则系统的稳态频率低于额定值。
设切除这些负荷后频率正好维持这一级动作频率上。
4.若切除的负荷比3中的还小,则系统频率继续下降。
可见如果能及早的切除负荷,可延缓系统的频率下降过程
二、自动低频减负荷的基本原理
自动低频减负荷(ZDPJ)的基本原理是分级切除,自动逼近。
当系统因故障出现功率缺额时,如果缺额较小,且系统内有足够的旋转备用,在系统频率经过一个短时间下降之后,随着系统旋转备用容量作用的发挥,会重新恢复到故障前的水平,这种情况下,ZDPJ不动作。
如果有功缺额较大,而且系统中备有容量又比较少或没有时,系统频率就会比较快地下降,当下降到ZDPJ的第一级动作频率时,ZDPJ自动切除一部分不重要的负荷,以使频率恢复到允许频率。
如果频率接着下降,则ZDPJ继续自动切除一部分负荷,来抑制频率的下降。
如此动作直到频率不再下降为止。
但是有时会出现这种情况,在ZDPJ的某一级动作后,频率不再继续下降,不能使ZDPJ继续切除负荷,而频率又恢复不到允许值。
出现这种情况是系统运行不允许的。
为此ZDPJ装置中设有特殊级,出现上述情况时特殊级动作,使频率恢复到允许值。
三、自动低频减负荷装置的整定计算
(一)确定最大功率缺额Pqe
发生严重事故时,为了保证系统ZDPJ装置动作切除负荷后能使系统频率恢复到允许值,在计算接入ZDPJ装置的负荷功率之前,必须先确定系统发生故障时,功率缺额的最大值。
确定最大功率缺额应考虑系统最不利运行条件下出现最严重故障时的情况。
例如,按系统断开最大容量的机组或某一发电厂考虑;如果系统有可能解列成几个子系统时,还应考虑各子系统因联络线断开而出现的功率缺额。
(二)确定接入ZDPJ装置的负荷总功率PJH
设允许频率为fy,由负荷功率与频率的关系。
可得
从负荷调节效应系数推倒过去
(三)确定各级的动作频率
自动低频减负荷是在系统故障情况下强行使部分用户停电来换取系统安全的方法。
这无疑会给被停电用户造成一定困难甚至损失,因此应在保证系统安全的前提下尽量少地断开负荷。
接入自动低频减负荷装置地总负荷功率是按系统最严重的情况考虑的。
然而每次故障时,由于系统的运行方式不同,故障的严重程度也有很大差别,因此需由ZDPJ装置切除的负荷也有很大的差别。
为了适应上述要求,采用将接入ZDPJ装置的总负荷分批分期切除的办法,以求做到切除的负荷功率既不过多,又不过少。
目前自动低频减负荷均采用按系统频率由高到低顺序切除地办法。
根据动作频率地不同,将自动低频减负荷装置地动作分为若干级,也称为若干轮。
1、确定第一级动作频率f
第一级动作频率取得高一些,自动低频减负荷的效果会好一些,但这样有可能在系统频率暂时下降而备用容量尚未来得及发挥作用之前就把一部分负荷切掉了。
一般第一级动作频率确定在48.5Hz~49.0Hz。
2、确定末级动作频率fn
对于高温高压火电厂,在频率低于46Hz~46.5Hz时,电厂已不能正常工作。
因此末级动作频率以不低于46.5Hz为宜。
一般选择47.5Hz。
3、确定频率级差△f
(1)按选择性确定这种方法要求在前一级动作之后不能制止频率下降时,下一级才动作。
△f=2△fWC+△ft+△fy
式中△fWC-频率继电器动作频率的最大误差。
△ft-在延时△f内系统频率下降值,一般可取0.15Hz;
△fy-频率裕度,一般可取0.05Hz。
(2)不强调选择性这种方法将接入ZDPJ装置的负荷总功率分成若干级切除,而不注重每级之间是否有选择性。
它的原则是缩小级差、增加级数、减少每级切除负荷。
(四)确定动作级数N
在确定首、末级动作频率f1、fn和频率级差△f之后,动作级数N由下式确定
(五)确定每级切除的负荷功率△Pi
当确定了希望的恢复频率fh和各级的动作频率fi之后,就可以根据下式救出每级需要切除的负荷功率△Pi。
(六)确定延时△t
为了尽快制止频率下降,在系统频率下降到ZDPJ装置的动作值时应尽快切除负荷。
但考虑到电力系统电压急剧下降期间有可能引起频率继电器的误动,造成误切负荷,所以增加一个延时△t,以躲过暂态过程可能出现的误动作。
△t一般取05s以上。
(七)确定特殊级的有关参数
特殊级的动作频率通常只有一个,其整定值ft应大于或等于基本级第一级的动作频率。
特殊级是通过动作延时实现与基本级间动作的选择性的。
在基本级的第一级的频率继电器尚未动作之前,特殊级的频率继电器就全部动作了,但是由于延时继电器的延时△tt很大,只有在基本级动作不能使系统频率恢复到希望的频率时,特殊级的执行继电器才能动作。
一般△tt取电力系统时间常数2~3倍,最小动作时间约为10~15s。
特殊级中的各级的选择性是通过不同的延时实现的,相邻两级间的延时差不小于5s。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 高中物理 第三章电力系统的频率及有功功率的自动调节 第三 电力系统 频率 有功功率 自动 调节