电力系统理论继电保护电力系统自动化课件.ppt

1、第一章、概论第一章、概论 1.电力系统自动化的重要性及其发展历程2.电力系统自动化的内容 3.电力系统的运行状态及调度控制第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程程一、电力系统的特点一、电力系统的特点v 电能不能大量储存电能不能大量储存v 过渡过程非常迅速（过渡过程非常迅速（30万万KM/S）v 电力和国民经济各部门关系密切电力和国民经济各部门关系密切v 结构复杂而庞大结构复杂而庞大第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程我国电网介绍第一节第一节 电力系统的概念和组成电力系统为什么要互联并网运行呢？电力系统为

2、什么要互联并网运行呢？1.采用高效率大容量机组减少备用容量 2.合理利用动力资源水、火电互补 3.提高供电可靠性系统越大，抗干扰能力越强 4.提高运行的经济性装高效率大容量机组、合理利用动力资源、合理分配负荷、削峰填谷。第一节第一节 电力系统的概念和组成全国联网势在必行全国联网势在必行现在现在：7个跨省电网，个跨省电网，5个独立省网个独立省网2015年全国联网：年全国联网：以三峡电站为中心，东西南北四方向联网以三峡电站为中心，东西南北四方向联网东西以送电和联网效益并重东西以送电和联网效益并重南北以获得联网效益为主，兼顾送电南北以获得联网效益为主，兼顾送电联网方联网方案：案：首先建成三峡电网（华

3、东、华中、四川、重庆）首先建成三峡电网（华东、华中、四川、重庆）中部电网：以三峡电站为中心沿长江展开中部电网：以三峡电站为中心沿长江展开北部电网：以华北为中心，与东北、山东联网，开发北部电网：以华北为中心，与东北、山东联网，开发 黄河上游拉西瓦等水电站，实现与西北联网黄河上游拉西瓦等水电站，实现与西北联网南部电网：红水河、澜沧江、乌江流域、贵州煤炭基地南部电网：红水河、澜沧江、乌江流域、贵州煤炭基地第一节第一节 电力系统的概念和组成全国联网势在必行全国联网势在必行北部和中部三纵：北部和中部三纵：西线：西北与川渝以直流方式相联西线：西北与川渝以直流方式相联中线：华北与华中以直流背靠背相联中线：华

4、北与华中以直流背靠背相联东线：山东与华东以直流背靠背相联东线：山东与华东以直流背靠背相联南部和中部：南部和中部：提高水电利用容量，减少弃水提高水电利用容量，减少弃水湖南衡阳到广东韶关湖南衡阳到广东韶关500KV交直流输电交直流输电三峡到广东的远距离直流输电三峡到广东的远距离直流输电第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程目前我国基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度目前我国基本上进入大电网、大电厂、大机组、高电压输电、高度自动控制的新时代自动控制的新时代。截止。截止2002年底年底装机总容量达装机总容量达3.383.38亿千瓦。亿千瓦。我

5、国现有发电装机容量在我国现有发电装机容量在20000MW以上的电力系统以上的电力系统11个，其中东北、个，其中东北、华北、华东、华中电网装机容量均超华北、华东、华中电网装机容量均超30000MW，华东、华中电网甚，华东、华中电网甚至超过至超过40000MW，西北电网的装机容量也达到，西北电网的装机容量也达到20000MW。南方电力。南方电力联营系统连结广东、广西、贵州、云南四省电网，实现了西电东送。联营系统连结广东、广西、贵州、云南四省电网，实现了西电东送。其它几个独立省网，如四川、山东、福建等电网和装机容量也超过或其它几个独立省网，如四川、山东、福建等电网和装机容量也超过或接近接近10000

6、MW。各电网中各电网中500KV500KV（包括（包括330KV330KV）主网架逐步形成和壮大。）主网架逐步形成和壮大。220KV220KV电网不电网不断完善和扩充断完善和扩充。从从19881988年起连续每年新增投产大中型发电机组超过年起连续每年新增投产大中型发电机组超过10000MW10000MW。19901990年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的年我国第一条从葛洲坝水电站至上海南桥换流站的500KV500KV直流直流输电线路实现双极运行，使华中和华东两大区电网实现非同期联网。输电线路实现双极运行，使华中和华东两大区电网实现非同期联网。第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程

7、第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限两家电网公司是国家电网公司、中国南方电网有限责任公司；责任公司；家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐家发电集团公司是中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司和中国电力投资集团公司；电力投资集团公司；家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、家辅业集团公司是中国电力工程顾问集团公司、中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司中国水电工程顾问集团公司、中国水利水电建设集团公司和中国葛洲坝集团公司。和中国葛洲坝集团公司。电

8、力体制改革方案：电力体制改革方案：1(电监会电监会)+2(电网公司电网公司)+5(发电集团发电集团)+4(辅业集团辅业集团)第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程二、电力系统的运行要求二、电力系统的运行要求最大限度地满足用户的用电要求最大限度地满足用户的用电要求保证供电的可靠性（保证供电的可靠性（3040倍，分类负倍，分类负荷）荷）保证电能质量（电压、频率、波形）保证电能质量（电压、频率、波形）提高电力系统的经济性提高电力系统的经济性第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程三、电力系统自动化的重要性三、电

9、力系统自动化的重要性 由电力系统的特点和运行要求可见对由电力系统的特点和运行要求可见对电力系统的控制与管理一个大型电力电力系统的控制与管理一个大型电力系统，使之安全、优质和经济的运行系统，使之安全、优质和经济的运行是十分困难而艰巨的。仅靠值班人员是十分困难而艰巨的。仅靠值班人员进行人工监视是无法实现的，必须依进行人工监视是无法实现的，必须依靠自动装置和设备才能实现。靠自动装置和设备才能实现。第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程四、电力系统自动化的发展阶段四、电力系统自动化的发展阶段单一功能自动化阶段单一功能自动化阶段 单一功能的自动装置有：故障自

10、动切除装置单一功能的自动装置有：故障自动切除装置（即继电保护装置，自动切除出现故障的发（即继电保护装置，自动切除出现故障的发电机、变压器和输电线路等设备）、自动操电机、变压器和输电线路等设备）、自动操作和调节装置（如断路器自动操作、发电机作和调节装置（如断路器自动操作、发电机自动调压和自动调速装置等）、远距离信息自动调压和自动调速装置等）、远距离信息装置（即远动装置）装置（即远动装置）3、电力系统中各发电厂和变电站之间的自动装置、电力系统中各发电厂和变电站之间的自动装置没有什么联系。没有什么联系。4、电力系统的统一运行主要靠电力系统调度中心的调、电力系统的统一运行主要靠电力系统调度中心的调度员

11、根据遥信、遥测传来的信息，加上自己的知识度员根据遥信、遥测传来的信息，加上自己的知识和经验通过电话或遥控和遥调来指挥。和经验通过电话或遥控和遥调来指挥。1、继电保护、远动、自动化三者自成体系，分别完成、继电保护、远动、自动化三者自成体系，分别完成各自功能各自功能2、对单个电力设备和单一过程用分立的自动装置来、对单个电力设备和单一过程用分立的自动装置来完成自动化的单一功能完成自动化的单一功能单一功能自动化的特点是：单一功能自动化的特点是：第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其发展历程第一节、电力系统自动化的重要性及其

12、发展历程综合综合自动化阶段自动化阶段 特点是用一套自动化系统或装置来完成以往两套或多套分特点是用一套自动化系统或装置来完成以往两套或多套分离的自动化系统或装置所完成的工作。离的自动化系统或装置所完成的工作。电力系统电力系统远动和远动和通信装置通信装置电力系统电力系统信息信息电力系统电力系统自动装置自动装置信息处理信息处理确定数学确定数学模型模型做出控制做出控制决策决策YX,YCYX,YCYK,YTYK,YT电力系统电力系统调度计算机调度计算机电力系统自动控制系统工作模式图电力系统自动控制系统工作模式图第二节、电力系统自动化的内容第二节、电力系统自动化的内容电力系统由发、输、变、配组成电力系统由

13、发、输、变、配组成（生产、输送、分配、消费（生产、输送、分配、消费）第二节、电力系统自动化的内容第二节、电力系统自动化的内容它是一个能量系统，也称为电工一次系统。电工一次系统它是一个能量系统，也称为电工一次系统。电工一次系统中的电力设备常被称为一次设备中的电力设备常被称为一次设备在电力系统中还有对电工一次系统进行监视、控制、保护、在电力系统中还有对电工一次系统进行监视、控制、保护、调度所需的自动监控设备、继电保护装置、远动和通信设备调度所需的自动监控设备、继电保护装置、远动和通信设备等组成辅助系统。这是一个信息系统，也称为电工二次系统等组成辅助系统。这是一个信息系统，也称为电工二次系统电工二次

14、系统中的设备（或装置）被称为二次设备（装置）电工二次系统中的设备（或装置）被称为二次设备（装置）电力系统自动化是电工二次系统的一个组成部分，通常指对电力系统自动化是电工二次系统的一个组成部分，通常指对电力设备及系统的自动监视、控制和调度。电力设备及系统的自动监视、控制和调度。第二节、电力系统自动化的内容第二节、电力系统自动化的内容一、电力系统自动化的分类一、电力系统自动化的分类按运行管理区划分按运行管理区划分电力系统调度自动化电力系统调度自动化发电厂自动化发电厂自动化变电站自动化变电站自动化发电和输电调度自动化发电和输电调度自动化配电网自动化配电网自动化火电厂自动化火电厂自动化水电厂自动化水电

15、厂自动化第二节、电力系统自动化的内容第二节、电力系统自动化的内容一、电力系统自动化的分类（续）一、电力系统自动化的分类（续）按自动控制的角度按自动控制的角度电力系统频率和有功功率自动控制电力系统频率和有功功率自动控制电力系统电压和无功功率自动控制电力系统电压和无功功率自动控制电力系统安全自动控制电力系统安全自动控制电力系统中的断路器的自动控制电力系统中的断路器的自动控制第三节、电力系统的运行状态及调度控制第三节、电力系统的运行状态及调度控制一、电力系统的正常状态和非正常状态一、电力系统的正常状态和非正常状态正常时满足等式和不等式约束条件正常时满足等式和不等式约束条件minmaxminmaxGm

16、inGGmaxGminGGmaxminmaxiiiiiiiiiijijijfffUUUPPPQQQSSS不等式约束不等式约束第三节、电力系统的运行状态及调度控制第三节、电力系统的运行状态及调度控制nmlGiLjSki=1j=1k=1nmlGiLjSki=1j=1k=1PPPQQQ等式约束等式约束第三节、电力系统的运行状态及调度控制第三节、电力系统的运行状态及调度控制二、电力系统运行状态及相应的调度控制二、电力系统运行状态及相应的调度控制正常状态正常状态恢复状态恢复状态系统崩溃系统崩溃警戒状态警戒状态紧急状态紧急状态满足所有约束条满足所有约束条件，有一定的旋件，有一定的旋转备用转备用依然满足约依

17、然满足约束条件，备束条件，备用减少很多用减少很多满足满足只满足等式约束只满足等式约束条件，如发生短条件，如发生短路或者大机组退路或者大机组退出出不满足所有约束不满足所有约束条件，系统解条件，系统解列，切除负荷列，切除负荷增加机增加机组出力重组出力重新并列新并列第二章、电力系统调度自动化第二章、电力系统调度自动化 1.电力系统调度自动化是如何实现的电力系统调度自动化是如何实现的 2.远动和信息传输设备的配置和功能远动和信息传输设备的配置和功能 3.调度计算机系统及人机联系设备调度计算机系统及人机联系设备 4.电力系统的分层调度控制电力系统的分层调度控制 5.电力系统状态估计电力系统状态估计第一节

18、、第一节、电力系统调度自动化是如何实现的电力系统调度自动化是如何实现的电力设备电力设备自动装置自动装置调制解调器调制解调器通信设备通信设备运行状态运行状态和参数和参数控制和控制和调节命令调节命令电力设备电力设备自动装置自动装置调制解调器调制解调器通信设备通信设备运行状态运行状态和参数和参数控制和控制和调节命令调节命令发电厂发电厂变电站变电站通信设备通信设备调制和解调器调制和解调器远动终端接口远动终端接口调度计算机调度计算机人机联系设备人机联系设备上层调度中心上层调度中心调度自动化系统的基本构成调度自动化系统的基本构成第一节、第一节、电力系统调度自动化是如何实现的电力系统调度自动化是如何实现的电

19、力系统调度自动化的功能有电力系统调度自动化的功能有电力系统监视和控制电力系统监视和控制电力系统状态估计电力系统状态估计电力系统安全分析和安全控制电力系统安全分析和安全控制电力系统稳定控制电力系统稳定控制电力系统实时负荷预测电力系统实时负荷预测电力系统频率和有功功率自动控制电力系统频率和有功功率自动控制电力系统潮流优化电力系统潮流优化电力系统电压和无功功率自动控制电力系统电压和无功功率自动控制电力系统经济调度控制电力系统经济调度控制电力系统负荷管理电力系统负荷管理第二节、远动和信息传输设备的配置和功能第二节、远动和信息传输设备的配置和功能参考参考电力系统远动原理电力系统远动原理，在此不再详述，在

20、此不再详述第三节、调度计算机系统及人机联系设备第三节、调度计算机系统及人机联系设备一、调度计算机系统：一、调度计算机系统：完成信息处理和加工任务。由计算机硬件、软件和专用接口完成信息处理和加工任务。由计算机硬件、软件和专用接口组成，由多台计算机组成调度自动化系统时，还有计算机硬组成，由多台计算机组成调度自动化系统时，还有计算机硬件系统的配置问题。件系统的配置问题。二、人机联系设备：二、人机联系设备：交互型的调度员控制台、远方控制台、调度员工作站、模拟交互型的调度员控制台、远方控制台、调度员工作站、模拟屏以及通用的打印机、程序员终端等。屏以及通用的打印机、程序员终端等。第四节、电力系统的分层调度

21、控制第四节、电力系统的分层调度控制集中调度控制就是把电力系统内所有发电厂和变电站的信息集中调度控制就是把电力系统内所有发电厂和变电站的信息都集中在一个调度控制中心，由一个调度控制中心对整个电都集中在一个调度控制中心，由一个调度控制中心对整个电力系统进行调度控制。力系统进行调度控制。分层调度控制就是把全电力系统的监视控制任务分配给属于分层调度控制就是把全电力系统的监视控制任务分配给属于不同层次的调度中心，下一层调度完成本层次的调度控制任不同层次的调度中心，下一层调度完成本层次的调度控制任务外，还接受上一级调度组织的调度命令并向上层调度传递务外，还接受上一级调度组织的调度命令并向上层调度传递所需信

22、息。所需信息。分层调度与集中调度相比，它的优点是：便于协调控制；提分层调度与集中调度相比，它的优点是：便于协调控制；提高系统可靠性；改善系统响应高系统可靠性；改善系统响应国家调度中心国家调度中心大区电网调度中心大区电网调度中心大区电网调度中心大区电网调度中心大区电网调度中心大区电网调度中心大型火电厂、大型火电厂、水电厂和核电厂水电厂和核电厂主网枢纽变电所主网枢纽变电所（500kv以上）以上）省调度中心省调度中心省调度中心省调度中心省调度中心省调度中心地区调度所地区调度所县级调度所县级调度所地区调度所地区调度所地区调度所地区调度所县级调度所县级调度所县级调度所县级调度所一般变电站一般变电站地方火

23、电和水电地方火电和水电中型火电厂、中型火电厂、水电厂和核电厂水电厂和核电厂省直接调度变电站省直接调度变电站枢纽变电站枢纽变电站梯形水电站控制中心梯形水电站控制中心第四节、电力系统的分层调度控制第四节、电力系统的分层调度控制各级调度中心的控制和管理任务：各级调度中心的控制和管理任务：大区电网调度中心（网调）：大区电网调度中心（网调）：1.区网负荷预测、安排系统结构和发电计划区网负荷预测、安排系统结构和发电计划2.频率频率有功功率控制、经济运行调度控制有功功率控制、经济运行调度控制3.区主网枢纽点电压监视和无功功率控制区主网枢纽点电压监视和无功功率控制4.区网安全监视、预防事故分析和校正控制区网安

24、全监视、预防事故分析和校正控制5.区网正常操作和事故处理区网正常操作和事故处理6.区网检修计划区网检修计划7.调度记录、统计业务调度记录、统计业务第四节、电力系统的分层调度控制第四节、电力系统的分层调度控制省调度中心（省调）：省调度中心（省调）：1.省网负荷预测并按经济原则作出省网系统结构的调度及所省网负荷预测并按经济原则作出省网系统结构的调度及所属发电厂发电计划属发电厂发电计划2.省主网和省主网和110kv系统枢纽点电压监视和无功控制系统枢纽点电压监视和无功控制3.省主网和省主网和110kv系统安全监视和控制系统安全监视和控制4.不影响区网的局部性正常操作和事故处理不影响区网的局部性正常操作

25、和事故处理5.管理范围内的网损计算和检修计划管理范围内的网损计算和检修计划6.水库调度、水电厂发电计划水库调度、水电厂发电计划7.调度记录报告（对上级）、统计业务调度记录报告（对上级）、统计业务第四节、电力系统的分层调度控制第四节、电力系统的分层调度控制地区调度所（地调）或中间控制所（即某些厂、站承担对其地区调度所（地调）或中间控制所（即某些厂、站承担对其附近子厂、站得控制和信息传递）：附近子厂、站得控制和信息传递）：1.局部局部110KV系统枢纽点电压监视和控制系统枢纽点电压监视和控制2.局部局部110KV系统安全监视和控制系统安全监视和控制3.局部局部110KV系统正常操作和事故处理系统正

26、常操作和事故处理4.管理范围内的网损计算和检修计划管理范围内的网损计算和检修计划5.对所属供电局的业务联系对所属供电局的业务联系6.统计业务统计业务第五节、电力系统状态估计第五节、电力系统状态估计参考电力系统分析，在此不再详述。参考电力系统分析，在此不再详述。第三章、电力系统频率和有功功率自动控制第三章、电力系统频率和有功功率自动控制1.1.电力系统频率和有功功率控制的必要性电力系统频率和有功功率控制的必要性9.9.电力系统自动调频方法和自动发电控制电力系统自动调频方法和自动发电控制10.10.电力系统经济调度电力系统经济调度6.6.同步同步发电机组调速系统的数学模型发电机组调速系统的数学模型

27、7.7.电力系统频率和有功功率自动控制的原理电力系统频率和有功功率自动控制的原理8.8.联合电力系统的频率和有功功率控制联合电力系统的频率和有功功率控制5.5.数字电液调速器数字电液调速器4.4.模拟电气液压调速器模拟电气液压调速器3.3.机械液压调速器的基本原理机械液压调速器的基本原理2.2.发电机组调速控制的基本原理发电机组调速控制的基本原理第一节第一节 电力系统频率和有功功率控制的必要性电力系统频率和有功功率控制的必要性一、电力系统频率控制的必要性一、电力系统频率控制的必要性1、频率对电力用户的影响、频率对电力用户的影响电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化，这会使得电力系统频率变化会

28、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。有些产品产品(如纺织和造纸行业的产品如纺织和造纸行业的产品)对加工机械的转速要求很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。高，转速不稳定会影响产品质量，甚至会出现次品和废品。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。要工业和国防是不能允许的。电力

29、系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导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。常运行。2、频率对电力系统的影响、频率对电力系统的影响 频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿频率下降时，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。对于额定频率为命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为50Hz的电力系统，的电力系统，当频率降低到当频率降低到45Hz附近时，某些汽轮机的叶片可能发生共振附近时，某些汽轮机的叶片可能发生共振而断裂，造成重大事故。而断裂

30、，造成重大事故。频率下降到频率下降到4748Hz时，由异步电动机驱动的送风机、吸时，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度，这种现象称为频率

31、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电，甚至使整个系统瓦解第一节第一节 电力系统频率和有功功率控制的必要性电力系统频率和有功功率控制的必要性在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。在核电厂中，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。停止运行。电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增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

32、还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降。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，甚至使系统瓦解积停电，甚至使系统瓦解。第一节第一节 电力系统频率和有功功率控制的必要性电力系统频率和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、维持电力系统频率在运行范围之内 2

33、、提高电力系统运行地经济性、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、保证联合电力系统地协调运行电力系统频率和有功功率控制是密切相关和不可分割的，应电力系统频率和有功功率控制是密切相关和不可分割的，应该统一考虑并协同控制。该统一考虑并协同控制。二、电力系统有功功率控制的必要性二、电力系统有功功率控制的必要性 第一节第一节 电力系统频率和有功功率控制的必要性电力系统频率和有功功率控制的必要性第二节、发电机调速控制的基本原理第二节、发电机调速控制的基本原理一、发电机组单机运行时调速控制的基本原理一、发电机组单机运行时调速控制的基本原理发电机组是指发电机及其原动机组成的整体，也称为机

34、组。发电机组是指发电机及其原动机组成的整体，也称为机组。机组步并网而单独运行时，发电机端交流正弦电压的频率和机组步并网而单独运行时，发电机端交流正弦电压的频率和机组转速的关系为机组转速的关系为60Pnf 式中式中 f发电机频率，发电机频率，HZ P发电机转子的极对数；发电机转子的极对数；n机组转速，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。由上式可知，要控制发电机频率就得控制机组转速。（31）第二节、发电机调速控制的基本原理第二节、发电机调速控制的基本原理（一）同步发电机组转子运动方程（一）同步发电机组转子运动方程TG2TGddkg mrad/srad ssN mN

35、m3-23-2JJMMtJtMM式中 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，/时间，原动机（汽轮机或水轮机）产生的机械转矩，发电机的电磁转矩，式（）称为机组转子运动方程式，其中忽略了转子转动的风阻力和摩擦损耗。（）第二节、发电机调速控制的基本原理第二节、发电机调速控制的基本原理e2kekee2ekeTG2eeeeBeBkeTGee2W1W3-222Wd3-3dPP3-32Wd3-4PdJJMMtMMMMt当机组以额定转速运行时，转子中贮存的动能为 所以=代入（），得 （）取额定功率为功率的基准值，额定转速为转速的基准值则转矩的基准值为将式（）两边同时除以，得 （）第

36、二节、发电机调速控制的基本原理第二节、发电机调速控制的基本原理eekeTGeekeeeeP3-4PP2WddTPdd2WT3 5PTsJJJMMtt 由电机学可知，发电机的机械角速度、电角速度 和极对数 的关系为，代入式（）可得 =（-）式中 发电机组的惯性时间常数，；发电机组角速度的标幺值。所以要研究机组的调速控TGMM制问题，必须研究转矩和。第二节、发电机调速控制的基本原理第二节、发电机调速控制的基本原理（二）原动机的机械转矩（二）原动机的机械转矩MT和发电机的电磁转矩和发电机的电磁转矩MG水轮机的机械转矩由水流对叶片的作用形成，其大小决定于水轮机的机械转矩由水流对叶片的作用形成，其大小决

37、定于水头水头H、导水叶开度、导水叶开度和机械转速和机械转速n n等。等。汽轮机的机械转矩由高温、高压蒸汽对汽轮机叶片的作用力汽轮机的机械转矩由高温、高压蒸汽对汽轮机叶片的作用力形成，大小与进入汽轮机的蒸汽压力、调节气阀的开度和机形成，大小与进入汽轮机的蒸汽压力、调节气阀的开度和机组转速有关。组转速有关。发电机的电磁转矩是发电机定子对转子的作用力矩，方向与发电机的电磁转矩是发电机定子对转子的作用力矩，方向与转子转动方向相反，是阻力矩。发电机的电磁转矩与电磁功转子转动方向相反，是阻力矩。发电机的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。当发率成正比，电磁功率等于发电机所带负荷

38、的有功功率。当发电机频率变化时，发电机所带负荷的有功功率也随着变化，电机频率变化时，发电机所带负荷的有功功率也随着变化，发电机的电磁转矩也变化。发电机的电磁转矩也变化。第二节、发电机调速控制的基本原理第二节、发电机调速控制的基本原理2L0 Le1 Le2 LeLe2L0 Le1 Le2 LeLeeBeeeeeP3-6P3-73 8PPPP3-9PPnnnnaPaP faP faPfaPaP naP naP nMMMMMM 根 据 发 电 机 负 荷 功 率 与 频 率 的 关 系 （）考 虑 到 机 组 转 速 的 标 幺 值 和 频 率 的 标 幺 值 相 等 (）又 有 （-）（）进 一

39、步 考 虑 到 机 组 的 转 速 不 会 偏 离 额 定2G0 Le1 Le2 LeLeP3-83-10nnMMaPaP naP naP n 转 速 太 多，可 认 为，代 入（）可 得 （）第二节、发电机调速控制的基本原理第二节、发电机调速控制的基本原理（三）发电机组调速系统的调节原理（三）发电机组调速系统的调节原理M0nMT1MT2MG1MG2abcnanbnc负荷减小时负荷减小时改变原动机改变原动机的出力后的出力后第二节、发电机调速控制的基本原理第二节、发电机调速控制的基本原理二、机组并网运行的转速调节二、机组并网运行的转速调节发电机并入电网运行时，如果这台机组的容量与电力系统的发电机

40、并入电网运行时，如果这台机组的容量与电力系统的容量相比是微不足道的容量相比是微不足道的(单机并入无穷大系统就属于这种情单机并入无穷大系统就属于这种情况况)，那么系统的频率就不会因为这台机组的有功功率变化而，那么系统的频率就不会因为这台机组的有功功率变化而变化，这一特性可用下图曲线变化，这一特性可用下图曲线1表示。表示。0f，nf1MT，PGMT1MT2abPGaPGb增加原动机出力增加原动机出力1第三节第三节 机械液压调速器的基本原理机械液压调速器的基本原理第四节第四节 模拟电气液压调速器模拟电气液压调速器第五节第五节 数字电气液压调速器数字电气液压调速器第六节第六节 同步发电机组调速系统的数

41、学模型同步发电机组调速系统的数学模型一、原动机的传递函数一、原动机的传递函数（一）汽轮机的传递函数（一）汽轮机的传递函数THILHHRHHRHCDHCDHRHTRHTTT111111W()1111111W()11W()1SKKKT ST STST STSTSTTK TSSTSST ST中间再热式汽轮机的传递函数为：实际应用时常简化，可假定、均等于零，则可得到中间再热式汽轮机调速系统分析与设计时常用的汽轮机传递函数为：对于凝汽式汽轮机，可以将其看成一阶惯性环节，产递函数为：为汽容时间常数，一般020.3s为第六节第六节 同步发电机组调速系统的数学模型同步发电机组调速系统的数学模型（二）水轮机的传

42、递函数（二）水轮机的传递函数0WTT0W0W0W0WTW1()()()1+0.511()1+0.5q TSPSGSY Sq TSqTq TSqTSGSTS水 轮 调 速 系 统 常 用 的 水 轮 机 传 递 函 数 为：为 水 轮 机 稳 定 运 行 时 的 相 对 流 量；为 引 水 系 统 水 流 惯 性 时 间 常 数。描 述 了 引 水 系 统 的 水 锤 影 响。在 额 定 工 况 下 运 行 的 水 轮 机，第六节第六节 同步发电机组调速系统的数学模型同步发电机组调速系统的数学模型二、发电机和负荷的传递函数二、发电机和负荷的传递函数pTLKeTLpLeKepepL()1W()2W

43、()()12W1KF SSP SP ST SSKPTPKK经过一定的简化处理，发电机和负荷的传递函数可写为：为时间常数为放大系数第六节第六节 同步发电机组调速系统的数学模型同步发电机组调速系统的数学模型三、调速器的传递函数三、调速器的传递函数其传递函数框图为其传递函数框图为IPDSPID11 KKKSST S调 节 器 机 液 随 动 系 统第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理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。荷的数量就更多，且分布在辽阔的

44、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系统频率和有功功率自动控制时，常将电力系统内，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电机组单机带负荷运

45、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。本原理和方法进行分析和计算。第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理一、电力系统负荷得静态频率特性一、电力系统负荷得静态频率特性0122L0Le1Le2LeLe012L012L12n1nnnennnLLeeaaaPa PaPffa Pffea PffePaaaafffPP Pfffaaaa与频率无关的负荷功率所占的比例系数；分别为与频率的 次方、次访和 次方成正比的负荷功率所占的比列系数。，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负荷的有功功率随着频率而变化得特性叫做负荷的静

46、态频率特性。电力系统负荷功率与频率的关系为特性。电力系统负荷功率与频率的关系为第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理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。21LLL123n23nKdP dfKaaanafff；第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理二、电力系统等效发电机组的静态调节特性

47、将电力系统内并联运行的所有机将电力系统内并联运行的所有机组用一台等效发电机组代替，系组用一台等效发电机组代替，系统等效发电机组也有如图所示的统等效发电机组也有如图所示的调速系统的静态调节特性。调速系统的静态调节特性。f为系为系统等效机组的频率，即电力系统统等效机组的频率，即电力系统的频率；的频率；PG为系统等效机组发出为系统等效机组发出的有功功率，即电力系统内并联的有功功率，即电力系统内并联运行的所有机组发出的有功功率运行的所有机组发出的有功功率的总和。忽略机组的损耗，等效的总和。忽略机组的损耗，等效发电机组发出的功率发电机组发出的功率PG与等效原与等效原动机发出的功率动机发出的功率PT相等，

48、相等，即即PG PTfPGfPG,PT0faaPGafbbPGb第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理等效机组的调差系数等效机组的调差系数 和和 以及静态调节方程式的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，即为机组的单位调节功率，即1/1GGGGM WHzffPKPK 三、电力系统频率控制的基本原理三、电力系统频率控制的基本原理（一）、频率的一次调整（一）、频率的一次调整BfBGDPLPGCPCfCGPLPAfA LPf LPf0f GPf0f GP

49、fBf 1f Cf 第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理GPf0G APD（二）频率的（二）频率的 二次调整二次调整(三三)、调频电厂的选择、调频电厂的选择第七节第七节 电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理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，只由部分发电厂承担。从

50、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：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；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；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