电力系统自动化缺失的书本复印.docx

电力系统自动化缺失的书本复印.docx

《电力系统自动化缺失的书本复印.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力系统自动化缺失的书本复印.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

电力系统自动化缺失的书本复印

第2章同步发电机励磁自动控制系统

第1节概述

◆同步发电机的励磁系统一般由励磁功率单元和励磁调节器两个部分组成。

◆一、同步发电机的励磁控制系统的任务：

（一）电压控制

（二）控制无功功率的分配（三）提高同步发电机并联运行的稳定性（四）改善电力系统的运行条件

◆二、对励磁系统的要求：

（一）对励磁调节器的要求：

①系统正常运行时，励磁调节器应能反映发电机电压高低以维持发电机电压在给定水平。

②励磁调节器应能合理分配机组的无功功率，为此，励磁调节器应保证同步发电机端电压调差系数可以在10％以内进行调整。

③励磁调节器应能迅速反应系统故障，具备强行励磁等控制功能以提高暂态稳定和改善系统运行条件。

（二）对励磁功率单元的要求：

①要求励磁功率单元有足够的可靠性并具有一定的调节容量；②具有足够的励磁顶值电压和电压上升速度。

第二节同步发电机励磁系统

◆一、直流励磁机励磁系统

（一）自励直流励磁机励磁系统：

发电机转子绕组由专用的直流励磁机供电，调整励磁机磁场电阻，可改变励磁机励磁电流。

（二）他励直流励磁机励磁系统：

他励直流励磁机的励磁绕组是由副励磁机供电的，比自励多用了一台副励磁机。

◆二、交流励磁机励磁系统

（1）他励交流励磁机励磁系统（图2-11）

（2）无刷励磁系统（图2-17）

◆静止励磁方式的主要优点是：

（1）励磁系统接线和设备比较简单，无转动部分，维护费用省，可靠性高。

（2）不需要同轴励磁机，可缩短主轴长度，这样可减小基建投资。

（3）直接利用晶闸管取得励磁能量，机端电压与机组转速的一次方成正比，故静止励磁输出的励磁电压与机组转速的一次方成比例。

而同轴励磁机励磁系统输出的励磁电压与转速的平方成正比。

这样，当机组甩负荷时静态励磁系统机组的过电压就低。

第三节励磁系统中转子磁场的建立和灭磁

◆四、理想的灭磁过程：

理想的灭磁过程，就是在整个灭磁过程中始终保持转子线圈GEW的端电压为最大允许值不变，直至励磁回路断开为止。

由于（式中LGEW为转子回路的电感）使eGEW不变也就是di/dt=常数。

这就是说，在灭磁过程中，转子回路的电流应始终以等速减小，直至为零（而不是按曲线减小了）。

第3章电力系统频率及有功功率的自动调节

一、概述：

◆并列运行的每一台发电机的转速与系统频率的关系为f=Pn/60，式中P——发电机转子极对数；n——发电机组每分钟的转数，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。

◆负荷的变动情况可以分为几种不同的分量：

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，；三是变化十分缓慢的持续分量并带有周期规律的负荷，负荷预测主要预报这一部分（图3-1）。

◆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，这称为频率的一次调整；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；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。

2、负荷的调节效应：

◆当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变，即PL=F（f）。

这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率—频率特性，是负荷的静态频率特性，也称作负荷的调节效应。

◆发电机的调节效应：

三、发电机组的功率—频率特性

发电机组转速的调整是由原动机的调速系统来实现的。

通常把由于频率变化而引起发电机组输出功率变化的关系称为发电机组的功率—频率特性或调节特性。

发电机组的功率—频率特性取决于调速系统的特性。

◆【例3-1】某电力系统中，与频率无关的负荷占30％，与频率一次方成比例的负荷占40％，与频率二次方成比例的负荷占10％，与频率三次方成比例的负荷占20％。

求系统频率由50Hz下降到47Hz时，负荷功率变化的百分数及其相应的值。

解：

由R=—△ω/△P可求出当频率下降到47Hz时系统的负荷为

=0.3+0.4×0.94+0.1×0.942+0.2×0.943

=0.3+0.376+0.088+0.166=0.930则△PL%=（1-0.930）×100=7

于是

【例3-1】两个发电单元额定功率为250MW和400MW，调整系数分别为6.0%和6.4%，两个发电单元并行向500MW负荷供电。

假定调速器以各自的调差系数运行，试求各自承担的负荷。

解：

将每个发电单元的调速器调差系数转化为统一基准容量下的值（基准容量为1000MVA）R1=1000/250×0.06=0.24R2=1000/400×0.064=0.16

由于两个发电单元都运行在同一频率下，由△P1/△P2=R2/R1得R1P1=R2P2或者P2=R1/R2×P1=0.24/0.16×P1=1.5P1由于P1+P2=PL，将P2的值带入得P1+1.5P1=500/1000则结果为P1=0.5/2.5=0.2=200（MW）P2=1.5P1=0.3=300（MW）

第2节调频与调频方程式

◆一、有差调频法：

用有差调频器并联运行，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表示为△f+R·△Pref=0，式中△f、△Pref——调频过程结束时系统频率的增量与调频机组有功功率设定值的增量，R——有差调频器的调差系数。

优缺点：

1、各机组同时参加调频，没有先后之分；2、计划外负荷在调频机组间是按一定的比例分配的；3、频率稳定值的偏差较大

◆二、主导发电机法：

只可在一台主要的调频机组上使用无差调频器，而在其余的调频机组上只安装功率分配器。

调频方程式：

式中△Prefi——第i调频发电机的有功增量；

Ki——功率分配系数。

优缺点：

1、各调频机组间的出力也是按照一定的比例分配的。

2、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）：

是根据系统频率偏差的累积值进行工作的。

工作方程式为：

ʃ△fdt+K△Pref=0（△f=f-fN），式中K——调频功率比例系数。

特点是调节过程只能在△f=0时结束，ʃ△fdt=-K△Ｐref=常数，此常数与计划外负荷成正比。

优缺点：

1.频率积差调节法的优点是能使系统频率维持额定。

2.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。

3.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、改进积分调频法：

在频率积差调节的基础上增加频率瞬时偏差的信息。

方程式为

△f+Ri（△Prefi+αiʃK△fdt）=0，式中△Prefi——第i台机组承担的功率调节量，R——第i台机组的调差系数，αi——第i台机组调节功率的分配系数，，K——功率频率换算系数。

【优缺点】1、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。

2、图3-13所示分散机制调频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：

特点是区内负荷的非计划负荷变动主要本区内的调频厂来负担，其他区的调频厂不参与调频，因此区域间联络线上的功率应该维持计划值不变。

第三节电力系统的经济调度与自动调频

◆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。

◆二、不考虑网损时负荷的经济分配：

由于忽略了线路损耗，总的负荷需求PD等于总的发电机有功输出功率。

Ci是每一个发电厂的成本函数，并且是已知的。

问题就转化成求每一个发电厂的有功功率以使目标函数为，式中Ct——总的发电成本；Ci——第i个发电厂的有功输出功率；PD总的负荷需求；ng——发电厂总的数量。

构造拉格朗日函数把约束条件增加到目标函数中，则有取得极值的条件为偏导函数为零。

则有（3-32），（3-33）首先由（3-32）式得，由于Ct=C1+C2+...+Cng，所以有，因此最有分配条件变为（3-34），或者，再由式（3-33）得（3-36）。

式（3-36）是最初的等式约束条件。

总的来说，当忽略线路损耗并且无发电输出功率限制的情况下，为使总花费最小，应按相等的燃料成本微增率在发电设备或发电厂之间分配负荷。

【例3-3】三个发电厂的燃料成本函数为C1=500+5.3P1+0.004P12，C2=400+5.5P2+0.006P22，C3=200+5.8P3+0.009P32,，其中P1，P2，P3单位都是MW，总负荷PD为800MW。

忽略线路损耗和发电机输出效率限制，试求最优分配和总的成本（元/h）。

解：

由式（3-34）可得最优分配的必要条件为dC1/dP1=5.3+0.008P1=λ，dC2/dP2=5.5+0.012P2=λ，dC3/dP3=5.8+0.018P3=λ，又因为P1+P2+P3=PD，得最优分配为P1=400,P2=250,P3=150微增率为λ^=8.5元/（MW·h）。

3、自动发电控制（AGC/EDC功能）

◆电力系统中发电量的控制，一般分为三种情况：

1.由同步发电机的调速器实现的控制（一次调整，10S）；2.由自动发电控制（简称AGC，即英文AutomaticGenerationControl的缩写）（二次调整，10S~3min）；3.按照经济调度（简称EDC，即英文EconomicDispatchControl）（三次调整，>3min）。

◆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

第4章电力系统电压调整和无功功率控制技术

第2节电力系统的无功功率平衡与电压的关系

◆频率调整:

1全系统频率相同2调发电机3消耗能源4集中控制5调进汽量

◆电压调整：

1电压水平各点不同2调发电机、调相机、电容器和静止补偿器等3不消耗能源4电压控制分散进行5调节手段多种多样

◆电力系统的无功功率电源有：

（1）同步发电机：

同步发电机目前是电力系统中惟一的有功功率电源，它又是基本的无功功率电源。

（2）同步调相机及同步电动机：

同步调相机是特殊运行状态下的同步电动机，可视为不带有功负荷的同步发电机或是不带机械负荷的同步电动机。

（3）静电电容器电容器所输出的无功功率QC与其端电压的平方Qc=U2/Xc=U2ωC成正比，（4-6）式中Xc—电容器的容抗；ω—交流电的角频率；C—电容器的电容量。

（4）静止无功功率补偿器（StaticVARCompensator，简称SVC）在正常额定电压UN情况下（5）高压输电线路的充电功率：

高压输电线的充电功率可以由下式求出：

QL=U2BL（4-9）式中BL—输电线路的对地总的电纳；U—输电线路的实际运行电压。

第3节电力系统电压控制的措施

◆要想控制和调整负荷点的电压，可以采取以下的控制方式：

①控制和调节发电机励磁电流，以改变发电机端电压UG；②控制变压器变比K1及K2调压；③改变输送功率的分布P+jQ（主要是Q），以使电压损耗减小；④改变电力系统网络中的参数R+jX（主要是X），以减小输电线路电压的损耗。

【例】图4-8所示为降压变压器，变压器参数及负荷、分抽头已标明，高压侧最大负荷时的电压为110V，最小负荷时的电压为113V，相应的负荷低压母线允许电压上下限为6～6.6kV，试选择变压器分接抽头。

解首先计算最大负荷和最小负荷时变压器的电压损耗：

△UTmax=（28×2.44+14×40）/110=5.7kV,△UTmin=（10×2.44+6×40）/113=2.34kV

假定变压器在最大负荷和最小负荷运行时低压侧的电压分别为U2m