发电控制与频率调节

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1、第五讲发电控制与频率调节黄琦博士电子科技大学自动化工程学院主要内容概述数学模型发电机模型负荷模型原动机模型调速器模型联络线模型自动发电控制概述---电力系统的频率特性1）并列运行的每一台发电机组的转速与系统频率的关系为：式中P——发电机组转子极对数n——发电机组的转数（r/min）f——电力系统频率（Hz）显然，电力系统的频率控制实际上就是调节发电机组的转速。概述---电力系统的频率特性2)电力系统频率一致。3)任一时刻，发供平衡。4)负荷增加时，系统出现了功率缺额，机组的转速下降，整个系统的频率降低。5)调频与有功功率调节是不

2、可分开的。6)调频是一个要有整个系统来统筹调度与协调的问题，不允许任何电厂有一点“各自为政”的趋向。7)调频与运行费用的关系也十分密切。8)力求使系统负荷在发电机组之间实现经济分配。概述---负荷与频率变化实际负荷变化曲线实测频率变化曲线概述---电力系统的频率特性9）负荷的变动情况可以分成几种不同的分量：一是变化周期一般小于10s的随机分量；二是变化周期在10s～3min之间的脉动分量；三是变化周期在3min以上的持续分量，负荷预测预报这一部分。10）第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来调整原动机的输入功率，这称为频率的

3、一次调整。11）第二种负荷变化引起的频率偏移较大，必须由调频器参与控制和调整，这称为频率的二次调整。12）第三种负荷变化，调度部门的计划内负荷，这称为频率的三次调整。概述经济调度和机组计划安排建立了基于经济考虑的最佳运行点；运行点需要通过发电控制来实现：各个发电机单元的本地控制调度中心大系统控制和互联控制多个电网和独立发电厂（IndependentPowerProduces,IPP’s）的区域控制ISO-IndependentSystemOperatorRTO-RegionalTransmissionSystemOperator

4、概述考虑一个含多台发电机的电力系统负荷持续变化需要采取适当的控制措施来将负荷变化分派到各台发电机调速器维持发电机机械速度（频率）辅助控制系统动作实现负荷的分配影响电能输出通常需要远端信号系统负荷变动（1）变动周期小于10s，变化幅度小:小操作、线路摇摆等（3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律（2）变动周期在（10s，180s），变化幅度较大：大电机、电炉启停调速器频率的一次调整调频器频率的二次调整根据预测负荷，在各机组间进行最优负荷分配电力系统的经济运行调度（发电计划）发电机模型、负荷模型、原动机模型、调速器模型

5、发电系统及其控制系统发电机模型每台发电机上安装的调速器实现对频率的一次调节（primarycontrol），控制中心的辅助调节来实现发电负荷的分配发电和频率控制也经常被成为负荷频率控制（LFC：Load-frequencycontrol）发电机模型=rotationalspeed=rotationalacceleration=phaseangleofarotatingmachineTnet=netacceleratingtorqueinamachineTmech=mechanicaltorqueexertedonthemachi

6、nebytheturbineTelec=electricaltorqueexertedonthemachinebythegeneratorPnet=netacceleratingpowerPmech=mechanicalpowerinputPelec=electricalpoweroutputI=momentofinertiaforthemachineM=angularmomentumofthemachineallquantities,exceptforthephaseangle,areexpressedinperunitont

7、hemachinebaseand/orthestandardsystemfrequencybasesteady-stateandnominalvalueshavea“0”subscriptadded发电机模型基本关系加速原理：动量原理：能量方程：相角偏差发电机模型与标称值的偏差：与转矩关联：出力偏差：发电机模型Laplace变换：负荷模型通常为电阻性负荷和感应电动机负荷，负荷变化通常来自负荷本身的变化和由于频率变化导致的负荷变化：负荷模型传递函数框图：从原动机侧看进去：负荷模型负荷模型原动机模型（Prime-moverModel

8、）原动机驱动发电机发电汽轮机水轮机惯性时间常数（“Chargingtime”timeconstant），Tch汽门开度：原动机模型（Prime-moverModel）汽轮机模型（3-级）水轮机模型调速器（Governor）模型调速器补偿转子速度变化：负荷变化最终