一二节频率特性及调速器原理.pptx

电力系统频率特性负荷的功率-频率特性发电机组的功率-频率特性发电机组调差系数与有功功率分配调速器调节特性的失灵区电力系统的频率特性调速器原理机械液压调速器模拟式电气液压调速器转速测量/功率测量/给定环节及PID调节器/电液转换器工作状态：未并网，并网频率恒定、并网频率波动数字式电液调速器第一节 电力系统频率特性一、概述一、概述发电机组发电机组是发电机及其原动机组成的整体是发电机及其原动机组成的整体,也称为也称为机机组组。机组机组未并网单独运行未并网单独运行时时机端电压机端电压的的频率频率 f=Pn/60 (5-1)式中，式中，f发电机的发电机的频率频率；P发电机转子的发电机转子的极对数极对数；n机组机组转速转速,r/min要控制发电机的要控制发电机的频率频率就得控制机组就得控制机组转速转速。3/452024/8/22 周四周四系统内有系统内有m台机组，电功率输出为台机组，电功率输出为 ，原动机的输入总功率，原动机的输入总功率为为 ，在忽略内部损耗的条件下，存在关系：，在忽略内部损耗的条件下，存在关系：系统负荷变动使机组输出电功率增加系统负荷变动使机组输出电功率增加 ，而机械功率来不及，而机械功率来不及做出反应，这时做出反应，这时为了保持功率平衡机组只能把转子的一部分动能转换为电功率，为了保持功率平衡机组只能把转子的一部分动能转换为电功率，机组转速降低，系统频率下降机组转速降低，系统频率下降可见，频率的变化是由于发电机的负荷与原动机可见，频率的变化是由于发电机的负荷与原动机输入功率之间功率的失去平衡所致。输入功率之间功率的失去平衡所致。控制电力系统频率在允许范围之内是通过控制系控制电力系统频率在允许范围之内是通过控制系统内并联运行机组输入的总功率统内并联运行机组输入的总功率等于等于系统内负荷系统内负荷在额定频率所消耗的有功功率实现的。在额定频率所消耗的有功功率实现的。这个这个“等于等于关系就是电力系统中有功功率关系就是电力系统中有功功率在在额定频率时额定频率时消耗的消耗的有功功率平衡关系有功功率平衡关系。由于电力系统由于电力系统负荷功率的变化负荷功率的变化是是随机的随机的，不能被，不能被准确地预知。准确地预知。图图5-1中，中，PL是电力系统是电力系统的实际负荷功率曲线的实际负荷功率曲线PL1变化缓慢、幅度大变化缓慢、幅度大,由工厂的作息制度、人们由工厂的作息制度、人们的生活规律等造成的的生活规律等造成的,是是持续负荷分量。持续负荷分量。变化有一定规律，可根据变化有一定规律，可根据经验用经验用负荷预测负荷预测的方法预的方法预先估计出来，通过调度部先估计出来，通过调度部门门预先编制系统预先编制系统发电曲线发电曲线与之平衡。与之平衡。PLPL1图5-1电力系统有功负荷曲线PL2变化周期较长变化周期较长,一般在一般在10s至至3min,变化变化幅度比较大幅度比较大,是是脉动负荷分量脉动负荷分量。它引起的频率偏移较大它引起的频率偏移较大,仅靠一仅靠一次调频不能将频率偏移调节到次调频不能将频率偏移调节到允许范围内允许范围内,必须通过必须通过自动装置或人工手动自动装置或人工手动参与调整参与调整,即即二次调频二次调频才能将频才能将频率调整到允许范围之内。率调整到允许范围之内。PLPL2PL1图5-1电力系统有功负荷曲线PL3变化周期很短变化周期很短,一般在一般在10s以下以下,变化变化幅度很小幅度很小，是是随机负荷分量随机负荷分量，它它引起的频率偏移很小引起的频率偏移很小,由机组由机组调速器调节调速器调节输入原动输入原动机的功率机的功率与之平衡与之平衡,即即由由一次调频一次调频来调节。来调节。PLPL3PL2PL1图5-1电力系统有功负荷曲线P PL1L1变化缓慢、幅度大变化缓慢、幅度大,作息制度、生作息制度、生活规律等造成的活规律等造成的,是持续负荷分量。是持续负荷分量。可用负荷预测的方法预先估计出来可用负荷预测的方法预先估计出来,通过调度部门预先编制系统发电曲通过调度部门预先编制系统发电曲线与之平衡。线与之平衡。P PL2L2变化变化周期较长周期较长,幅度比较大幅度比较大,是是脉脉动负荷分量动负荷分量。它引起的频率偏移较。它引起的频率偏移较大大,不仅靠一次调频不仅靠一次调频,还必须通过还必须通过自自动装置或人工手动参与调整动装置或人工手动参与调整,即即二次二次调频调频将频率调整到允许范围。将频率调整到允许范围。P PL3L3变化变化周期很短周期很短,10s,10s以下以下,变化变化幅度幅度很小很小,是是随机负荷分量随机负荷分量,它引起的频它引起的频率偏移很小率偏移很小,由由调速器调速器调节输入原动调节输入原动机的功率机的功率,即即由一次调频由一次调频来调节。来调节。PLPL3PL2PL1图5-1电力系统有功负荷曲线9/452024/8/22 周四周四所以电力系统运行中的主要任务之一就是对频率进行监视和所以电力系统运行中的主要任务之一就是对频率进行监视和控制，失去平衡时，频率就会偏离额定值，就必须调节机组控制，失去平衡时，频率就会偏离额定值，就必须调节机组出力，保证电力系统频率的偏移在允许范围内出力，保证电力系统频率的偏移在允许范围内(我国规定：允我国规定：允许偏差不得超过许偏差不得超过0.2Hz,当采用当采用现代化自动装置现代化自动装置时时,频率偏差可频率偏差可不超过不超过0.050.15Hz。某些电力系统以某些电力系统以0.1Hz作为频率偏差作为频率偏差的考核指标的考核指标)。调节频率就是改变单位时间内进入原动机的动力元素（蒸汽调节频率就是改变单位时间内进入原动机的动力元素（蒸汽或水）力求电力系统负荷在安全运行约束条件下，实现经济或水）力求电力系统负荷在安全运行约束条件下，实现经济运行及在发电机组之间实现经济分配。运行及在发电机组之间实现经济分配。励磁调节基本目标：励磁调节基本目标：发电机端电压发电机端电压和和无功功率分配无功功率分配调速器的基本目标：调速器的基本目标：发电机频率发电机频率和和有功功率分配有功功率分配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的所有机组用一台等效机组来代替；将电力系统内所有负荷用一个等效负荷代替;然后用发电机组单机带负荷时频率和有功功率自动控制的基本原理和方法进行分析和计算。11/452024/8/22 周四周四二、电力系统负荷的功率-频率特性当频率变化时整个系统的有功负荷也要随着变化，即当频率变化时整个系统的有功负荷也要随着变化，即PL=F(f),这这种有功负荷随频率而改变的特性叫做种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率负荷的功率-频率特性，频率特性，是是负荷的静态频率特性。负荷的静态频率特性。电力系统中有功功率与频率之间的关系：电力系统中有功功率与频率之间的关系：1、与频率变化无关的负荷：、与频率变化无关的负荷：照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷2、与频率成正比的负荷：、与频率成正比的负荷：切削机床、球磨机、往复式水泵、压切削机床、球磨机、往复式水泵、压缩机、卷扬机等缩机、卷扬机等3、与频率的二次方成正比的负荷：、与频率的二次方成正比的负荷：变压器中的涡流损耗变压器中的涡流损耗4、与频率的三次方成正比的负荷：、与频率的三次方成正比的负荷：通风机、静水头阻力不大的通风机、静水头阻力不大的循环水泵循环水泵5、与频率的高次方成正比的负荷：、与频率的高次方成正比的负荷：静水头阻力很大的循环水泵静水头阻力很大的循环水泵12/452024/8/22 周四周四电力系统有功负荷的静态频率特性方程电力系统有功负荷的静态频率特性方程 当电力系统内机组的输入功率当电力系统内机组的输入功率和负荷功率之间失去平衡时和负荷功率之间失去平衡时,系系统负荷也参与了调节作用。统负荷也参与了调节作用。这种特性有利于系统中的有功这种特性有利于系统中的有功功率在另一个频率下重新获得平功率在另一个频率下重新获得平衡衡负荷的频率调节效应负荷的频率调节效应（当f=fN时，近似f*1）（同除PLN时的标幺值）系统系统频率升高频率升高时时,负荷从系统中负荷从系统中取用的功率取用的功率将增加将增加。当当频率下降频率下降时，负荷从系统中时，负荷从系统中取用的功率取用的功率将下降将下降；这种现象这种现象电力系统负荷的频率电力系统负荷的频率调节效应调节效应,简称简称负荷调节效应负荷调节效应,并用并用负荷调节效应系数负荷调节效应系数K KL L来衡量来衡量负荷调节效应作用负荷调节效应作用的大小。的大小。fN：负荷：负荷功率缺额功率缺额f由负荷的功率频率特性由负荷的功率频率特性负荷负荷缓解缓解f的下降，最终稳定在略低于的下降，最终稳定在略低于fN的频率值。的频率值。fN：负荷：负荷功率过剩功率过剩f由负荷的功率频率特性由负荷的功率频率特性负荷负荷缓解缓解f的上升，最终稳定在略高于的上升，最终稳定在略高于fN的频率值。的频率值。14/452024/8/22 周四周四为负荷的频率调节效应系数，用为负荷的频率调节效应系数，用以衡量调节效应的大小。以衡量调节效应的大小。根据国内外的实测数据表明，根据国内外的实测数据表明，有功负荷与频率之间的关系有功负荷与频率之间的关系曲线接近于一条直线。曲线接近于一条直线。有功功率有功功率变化量变化量相对应有功功相对应有功功率变化的频率率变化的频率的变化量的变化量 它表明系统频率变化它表明系统频率变化1%时负荷功率变化的时负荷功率变化的百分数。百分数。KL*是一个无量纲的数,KL*是调度部门要掌握的数据，怎么得到？实际系统需测试求得怎么得到？实际系统需测试求得,也可根据资料估算。不同也可根据资料估算。不同的系统负荷组成不同的系统负荷组成不同KL*值也不同值也不同,一般在一般在1-3之间之间但但对同一个系统,KL*是是随季节及昼夜交替而变化,但差别不大,因此对一个系统而言可近似认为KL*是不变的。KL与负荷的大小有关，调度部门只要掌握KL*的值,就很容易算出KL的值，从而得到频率偏移量与功率调节量之间的关系。题题某电力系统中，与某电力系统中，与f 0次方、次方、1次方、次方、2次方及次方及3次方成比例次方成比例的负荷分别占的负荷分别占30%、40%、10%和和20%，且当，且当f=50Hz时系时系统总的有功负荷为统总的有功负荷为3200MW（包括有功网损）。试求：（包括有功网损）。试求：(1)当当f=47Hz时，负荷变化的百分数及相应的时，负荷变化的百分数及相应的KL和和KL*；(2)当当f=52Hz时，负荷变化的百分数及相应的时，负荷变化的百分数及相应的KL和和KL*；(3)若若f=50Hz时系统总的有功负荷为时系统总的有功负荷为3600MW（包括有功网（包括有功网损），则上述两种情形的损），则上述两种情形的KL又是多大？又是多大？(1)f=47Hz时时，PL*=a0+a1f*+a2f*2+anf*n=PL*=0.3+0.4(47/50)+0.1 (47/50)2+0.2 (47/50)3=0.93 PL*=1-0.93=0.07KL*=PL*/f*=0.07/(3/50)=1.17KL=(PLN/fN)KL*=3200 1.17/50=74.88MW/Hz(2)f=52Hz时时 PL*=0.3+0.4(52/50)+0.1 (52/50)2+0.2 (52/50)3=1.05 PL*=1.05-1=0.05KL*=PL*/f*=0.05/(2/50)=1.25KL=(PLN/fN)KL*=3200 1.25/50=80.0MW/Hz(3)PLN=3600MW时时 KL=(PLN/fN)KL*=3600 1.17/50=84.24MW/HzKL=(PLN/fN)KL*=3600 1.25/50=90.0MW/Hz 结论KL=90.0MW/Hz 表示表示:当系统频率降低当系统频率降低1Hz时时,系统系统的负荷会减少消耗的负荷会减少消耗90MW,在调度部门调度部门掌握KL*后，只需根据PLN的大小即可求出KL,而而从而可得频率偏移量与功率调节量之间的关系。KL与实际总负荷的大小有关。与实际总负荷的大小有关。若若近似认为f*1，近似，近似计算得KL*=a1+2a2+3a3+n an=0.4+20.1+30.2=1.2可见由两种方法求得的负荷调节效应系数相差是很小的,误差仅为2左右。发电机组的转速调整是由原动机的调速系统来实现的，发电机的功率-频率特性取决于调速器系统的特性当负荷变化引起频率变化时，调速系统工作，改变原动机进汽量，调节发电机的输入功率，满足负荷的需要。把由于频率的变化而引起发电机输出功率的变化的关系称为发电机组的功率-频率特性或调节特性。三、发电机组的功率-频率特性发电机组的转矩方程近似表示为：发电机组的转矩方程近似表示为：MG*=A B*PG*=K(A*B 2*)PG*=c1f*c2f2*通常，通常，c1=2c2。于是，。于是，未配置调速器时的特性未配置调速器时的特性如右图所示。如右图所示。当当f*=-c1/(-2 c2)=1.0时（在额定条件下），时（在额定条件下），PG*取得最大值。取得最大值。返回返回(1)(1)未配置调速器的情形未配置调速器的情形PG*f*1.0PG*maxo*MG*(一一)发电机组的功率发电机组的功率-频率特性频率特性1.0P*M*21/452024/8/22 周四周四发电机组无调速器时发电机组无调速器时:在调速器的作用在调速器的作用下不断改变进汽下不断改变进汽量，使原动机的量，使原动机的运行点不断地从运行点不断地从一根静态特性向一根静态特性向另一根静态特性另一根静态特性曲线过渡。曲线过渡。此时原动机进气量达到最大值，调此时原动机进气量达到最大值，调速器不起作用，当频率速器不起作用，当频率f继续下降时继续下降时，运行点只能沿着对应于最大进汽，运行点只能沿着对应于最大进汽量的静态特性曲线移动量的静态特性曲线移动2-3。(2)配置调速器的情形 MG*=AB*PG*=c1f*c2f2*PG*f*1.0PG*maxo*MG*1.0P*M*发电机组有调速器时：发电机组有调速器时：当发电机以额定频率当发电机以额定频率fN运行时运行时,输出功率为输出功率为PGa，当负荷增加使当负荷增加使 f 下降时，发电下降时，发电机组由于调速器的作用，使输机组由于调速器的作用，使输出功率增加到出功率增加到PGb,对应于频率下降了对应于频率下降了f，发电机，发电机组输出功率增加了组输出功率增加了PG(？)，形成左图所示形状的近似工作形成左图所示形状的近似工作特性，这是一种有差调节其斜特性，这是一种有差调节其斜率数值称率数值称调差系数调差系数，即，即 R=f/PG 或或 R*=f*/PG*注意与无功时的注意与无功时的 =UG*/IQ*或或 =UG*/QG*对照对照由上述关系可得机组的有功由上述关系可得机组的有功功率功率/频率静特性调节频率静特性调节方程：方程：f*+R*PG*=0还可得还可得功率功率/频率静特性系数：频率静特性系数：注意与负荷频率调注意与负荷频率调节效应系数对照节效应系数对照 KG=1/R=PG/f 或或 KG*=1/R*=PG*/f*结论：结论：发电机组输出功率的增量与频率的变化成正发电机组输出功率的增量与频率的变化成正比，与调差系统成反比。系统中所有机组的调速系比，与调差系统成反比。系统中所有机组的调速系统均为有差调节，因此，只要存在频率变化，则所统均为有差调节，因此，只要存在频率变化，则所有机组都将承担负荷的变化。有机组都将承担负荷的变化。负号表示发电机输出功率的负号表示发电机输出功率的变化和频率变化相反变化和频率变化相反24/452024/8/22 周四周四计算功率和频率关系时，常采用调差系数的倒数来表示计算功率和频率关系时，常采用调差系数的倒数来表示KG*为发电机组的功率-频率静态特性系数，或者是原动机的单位调节功率。汽轮发电机RG*=4%6%或KG*=16.625；水轮发电机RG*=2%4%或KG*=16.625发电机组的调差系数主要决定于调速器的静态调节特性。发电机组的调差系数主要决定于调速器的静态调节特性。与机组间的有功功率分配相关。与机组间的有功功率分配相关。调节特性的失灵区又造成机组间的有功功率分配的不确定性。调节特性的失灵区又造成机组间的有功功率分配的不确定性。调差系数调差系数机组间有功分配机组间有功分配调速器的静态特性调速器的静态特性调节特性的失灵区调节特性的失灵区25/452024/8/22 周四周四(二)发电机组调差系数与有功功率分配机组间的有功功率分配与机机组间的有功功率分配与机组的调差系数成反比组的调差系数成反比推广到多台发电机组并联运行的情况：推广到多台发电机组并联运行的情况：对上式求和得对上式求和得用等值机代替用等值机代替 PG*=PG/PGN=f*(PGN1/R1*+PGN2/R2*)/PGN 等值调差系数等值调差系数 R*=PGN/(PGN1/R1*+PGN2/R2*)设两机组额定输出功率（fN时）为PGN1和PGN2,和PGN=PGN1+PGN2。当负荷增加引起频率下降f 后,两机组总的功率变化将为:PG=PG1+PG2=f/R1 f/R2=f/R 其中，两台机组的等值调差系数为：R=1/(1/R1+1/R2)对标幺值情形：PG=PG1+PG2=PGN1PG1*+PGN2PG2*=PGN1f*/R1*PGN2f*/R2*=f*(PGN1/R1*+PGN2/R2*)两台机组间有功功率的分配 返回返回27/452024/8/22 周四周四 系统等值机的系统等值机的调差系数调差系数系统中负荷变化后，每台系统中负荷变化后，每台发电机所承担的功率发电机所承担的功率1、多台发电机的调差系数为零是不能并联运行的、多台发电机的调差系数为零是不能并联运行的2、含有一台调差系数为零机组的系统在理论上是可行的，但是、含有一台调差系数为零机组的系统在理论上是可行的，但是在实际上是不能运行的。原因是就目前的系统容量而言不可能仅在实际上是不能运行的。原因是就目前的系统容量而言不可能仅由一台机组来完成全部的调差任务。因此，只能是由多台有差调由一台机组来完成全部的调差任务。因此，只能是由多台有差调节机组并联运行节机组并联运行设机组稳定在图设机组稳定在图点点运行运行,输输出出PG=PG0，f=f1。机组调速系统的失灵区PGf1f2f0PWPG0f0PWfWfW（三）调速器调节特性的失灵区（三）调速器调节特性的失灵区(1)失灵区的形成失灵区的形成因因机械摩擦、间隙和重叠机械摩擦、间隙和重叠,机械式机械式调速器对于微小的转速变化是不调速器对于微小的转速变化是不能反应的，因此调速器能反应的，因此调速器调速系统调速系统的的静态特性并不是图静态特性并不是图3-4所示的平所示的平滑曲线滑曲线,具有一定的失灵区，调节具有一定的失灵区，调节特性实际上就是一条具有一定宽特性实际上就是一条具有一定宽度的带子。度的带子。当机组当机组负荷增加负荷增加时时,转速转速会下降会下降.只有下降到只有下降到f2(即即点）点）时克服了时克服了摩擦力摩擦力,走完了走完了间隙和重叠间隙和重叠之后之后,调节汽阀开度调节汽阀开度才才开始随频开始随频率的下降而开大率的下降而开大。机组调速系统的失灵区PGf1f2f0PWPG0f0PWfWfW式中fW调速器的最大频率呆滞,fW=(f1-f2)/2 机组调速系统的失灵区由于频率在由于频率在f1和和f2之间变化之间变化时时,调速器不能调节调速器不能调节,因此因此将将f1和和f2之间叫做之间叫做调速系统调速系统的的失灵区失灵区,也称也称调速死区调速死区。用用失灵度失灵度描述，即描述，即PGf1f2f0PWPG0f0PWfWfW(2)失灵区的影响由于由于失灵区失灵区的存在的存在,使得使得机组并网运行时所带有功机组并网运行时所带有功负荷成为不确定值负荷成为不确定值。如图如图,对应于发电机对应于发电机额定额定频率频率fe时时,其其有功功率有功功率可可能为能为(PG0-PW)和和(PG0+PW)之间的之间的任何任何值值。机组调速系统的失灵区PGf1f2f0PWPG0f0PWfWfWPG0-PWPG0PW32/452024/8/22 周四周四不灵敏区宽度可以用失灵度不灵敏区宽度可以用失灵度 来来描述：描述：为机组间的最大功率误差为机组间的最大功率误差为调速器最大的频率呆滞为调速器最大的频率呆滞调速器的调速器的最大频率呆滞最大频率呆滞fW、最大误差功率最大误差功率PW与与调差调差系数系数R之间有如下关系之间有如下关系:式中式中PW 最大误差功率的绝对值最大误差功率的绝对值33/45 与与 成正比，与成正比，与 成反比。成反比。若调差系数很小，则机组间的若调差系数很小，则机组间的最大误差功率就会很大，这样最大误差功率就会很大，这样就会引起机组间功率分配误差就会引起机组间功率分配误差的增大。的增大。若不灵敏区宽度很小，则调速若不灵敏区宽度很小，则调速器在频率的微小波动时就会动器在频率的微小波动时就会动作，机械动作会频繁，作，机械动作会频繁，反而不利于频率稳定.调差系数不能很小调差系数不能很小在电液调速器中设置在电液调速器中设置一个人为的失灵区一个人为的失灵区常用的灵敏度很高的电液调速器中，因固有的失灵常用的灵敏度很高的电液调速器中，因固有的失灵区过小，要区过小，要人为设置失灵区人为设置失灵区。一般要求机组调速系统失灵区应小于0.20.5。一般希望一般希望PW*A点上升点上升 E点上升点上升=B点下降点下降 E点下降点下降DEBACF69/452024/8/22 周四周四1、机械液压调速器在在C点不动的情况下点不动的情况下:B点上升点上升 A点下降；点下降；B点下降点下降A点上升点上升;B B点具有反馈作用点具有反馈作用DFEBAC3、C点不动点不动:70/452024/8/22 周四周四1、机械液压调速器1、在、在B、D点不动的情况下，点不动的情况下，A点上升点上升-E点上升点上升2、在、在A、D点不动的情况下，点不动的情况下，B点下降点下降-E点下降点下降E E点的位移正比于点的位移正比于A A、B B两两点的位移之和，具有加点的位移之和，具有加法性质。法性质。3、在、在C点不动的情况下，点不动的情况下，B点上升点上升 A点下降；点下降；B点下降点下降A点上升点上升B B点具有反馈作用点具有反馈作用71/452024/8/22 周四周四1、机械液压调速器负荷突然减少负荷突然减少转速升高转速升高A增大增大E点减小点减小减小开度减小开度开度反馈开度反馈B减少减少达到新的达到新的平衡点平衡点72/452024/8/22 周四周四1、机械液压调速器a)未并网未并网:A点可动点可动(2)并网并网:A点不动点不动对应的机组静特性平移。对应的机组静特性平移。DFEBACDEBACF(4)D点上移点上移 初始运行特性初始运行特性机组机组并网并网运行的转速调节：运行的转速调节：l机组机组并网时并网时其容量与系统其容量与系统相比相比很小很小(如单机并入无限大系统如单机并入无限大系统),那么那么系统频率系统频率不会因这台机的不会因这台机的有功功率有功功率而变化而变化.l设机组运行设机组运行a点点，f1，PGa。l当调速器调节增加动力元素时，当调速器调节增加动力元素时，MT由由MT1上升到上升到MT2。lMT2与与交于交于b点点,由由 PGa增加增加到到PGb而而机组频率机组频率却保持在却保持在f1不变不变.即即l机组并入无限大系统时机组并入无限大系统时,l机组调速器将失去调节机组转机组调速器将失去调节机组转速的作用，而只能调节机组的速的作用，而只能调节机组的有功出力有功出力。of1f,nMT,PGPGaPGbabMT2MT1机组并入无穷大电力系统时机组调速系统的调节作用PG74/452024/8/22 周四周四机械液压调速器调频器启动调频器启动D点增大点增大E点增大点增大开度增大开度增大B点增大点增大开度反馈开度反馈达到新达到新平衡点平衡点第四节第四节 模拟电气液压调速器模拟电气液压调速器11.2.1灵敏度高，调节速度快、精度高灵敏度高，调节速度快、精度高，机组甩负荷时，机组甩负荷时转速超转速超调量小调量小；易于易于综合多种信号综合多种信号(功率反馈）功率反馈）参与调速控制参与调速控制，这不仅可，这不仅可提高调速系统的提高调速系统的调节品质调节品质,而且为电厂而且为电厂经济运行经济运行和提高和提高自动自动化水平化水平提供了有利条件提供了有利条件;易于实现易于实现高级控制高级控制，ID控制控制,可以比较可以比较方便地改变控制系方便地改变控制系统的参数统的参数；安装、调试和检修方便安装、调试和检修方便。一、模拟电气液压调速器的一、模拟电气液压调速器的优点优点二、功率频率电液调速系统的基本原理经过简化的功率一频率电液调速系统原理图如图3-6所示，它由转速测量、转速给定、功率测量、功率给定、电量放大器、PID调节、电液转换器及机械液压随动系统等部分组成。图图3-6 功率功率频率电液调速系统原理图频率电液调速系统原理图(一)转速测量1磁阻发送器磁阻发送器磁阻发送器磁阻发送器作用作用是是将将转速转换转换为为相应频率的的电压信号由由齿轮齿轮和和测速磁头测速磁头组成组成齿轮齿轮与机组主轴联在一起。与机组主轴联在一起。测速磁头测速磁头由由永久磁钢永久磁钢和和线圈线圈组组成成,且与齿轮相距一定且与齿轮相距一定间隙间隙.由由磁阻发送器磁阻发送器和和频率一电压变送器频率一电压变送器完成转速测量。完成转速测量。图图3-7磁阻发送器磁阻发送器当汽轮机转动时带动当汽轮机转动时带动齿轮一起齿轮一起旋转旋转。测速磁头面对测速磁头面对齿顶及齿槽齿顶及齿槽交替交替地变化，地变化，引起引起磁阻磁阻的变化，的变化，进而引起进而引起通过测速磁头磁通通过测速磁头磁通的的相应变化相应变化,于是在线圈中感应出于是在线圈中感应出微弱的脉微弱的脉动信号动信号。该信号的频率该信号的频率与机组转速成正与机组转速成正比比。2.频率电压变送器频率电压变送器频率电压变送器的的作用作用是是将磁阻发送器将磁阻发送器输出的输出的脉动信号转换成与转速成正比的输出电压脉动信号转换成与转速成正比的输出电压Un,电电路框图如图路框图如图3-8所示。所示。图图3-8频率电压变送器原理框图频率电压变送器原理框图高精度稳压电源高精度稳压电源磁阻磁阻发送器发送器滤滤波波限限幅幅放放大大整整形形微微分分单单稳稳射射跟跟输出输出电压电压Un磁阻发送器磁阻发送器输出的脉动信号经限幅、放大后得到近输出的脉动信号经限幅、放大后得到近似于梯形的脉冲波。如图似于梯形的脉冲波。如图3-9所示。所示。整形电路整形电路是一个施密特触发器是一个施密特触发器,于是把梯形波转换于是把梯形波转换为方波。为方波。微分电路微分电路在方波上升时获得正向尖峰脉冲，去触发在方波上升时获得正向尖峰脉冲，去触发一个单稳态触发器。一个单稳态触发器。单稳电路翻转后，输出一个单稳电路翻转后，输出一个幅度为幅度为U、宽度为宽度为的的正向方波脉冲正向方波脉冲。可见可见在单位时间内，单稳态触发器输出正脉冲所在单位时间内，单稳态触发器输出正脉冲所占时间与磁阻变送器输出信号的频率成正比，即与占时间与磁阻变送器输出信号的频率成正比，即与汽轮机的转速汽轮机的转速n成正比成正比。滤波后输出电压滤波后输出电压Un与发电机转速与发电机转速n的的关系如图关系如图3-10所示。所示。01000 2000 3000 n（r/min）Un(V)10 5图图3-10频率电压变送器的输出特性频率电压变送器的输出特性(二)功率测量 功率测量功率测量的的作用作用是是将发电机的将发电机的有功功率有功功率转换成与转换成与之之成正比成正比的的直流电压直流电压。功率测量功率测量常用常用磁性乘法器磁性乘法器和和霍尔效应原理霍尔效应原理实现。实现。霍尔效应霍尔效应是物理学家是物理学家E.H.Hall于于1879年发现的年发现的半半导体基本电磁效应导体基本电磁效应之一。之一。把一片半导体材料的把一片半导体材料的薄片薄片放在磁场中放在磁场中,并使磁场并使磁场磁力磁力线线与与薄片平面垂直薄片平面垂直,当在薄片的当在薄片的1、2端端通以通以电流电流I时时,则在垂直于磁场方向和电流方向的则在垂直于磁场方向和电流方向的3、4端端就会有就会有电电动势动势EH产生。产生。这一物理现象称为这一物理现象称为霍尔效应霍尔效应。EH称为称为霍尔电动势霍尔电动势。图图3-11霍尔效应霍尔效应根据根据实验实验及及经典统计经典统计得知，得知，霍尔电动势霍尔电动势可表示为可表示为RH霍尔系数，霍尔系数，vm(AT）；）；d薄片厚度，薄片厚度，cm；ic控制电流，控制电流，A;B磁感应强度，磁感应强度，T；磁感应强度磁感应强度B与半导体薄片平面法线的夹角与半导体薄片平面法线的夹角()(3-17)图3-12为单相霍尔功率变送器电路原理图。uG加在加在带气隙变压器带气隙变压器TB的一次侧，其二次侧通过的一次侧，其二次侧通过微微调电阻调电阻接到接到霍尔片霍尔片的控制端上的控制端上,产生控制电流产生控制电流ic，电流电流互感器互感器二次侧的二次侧的电流电流iG接到接到电磁体电磁体TA的绕阻上，在的绕阻上，在气气隙内产生磁场强度隙内产生磁场强度H,霍尔片置于气隙内霍尔片置于气隙内.则有则有ic=K2uG=K2UGsint (3-18)磁感应强度磁感应强度B=K3iG=K3IGsin(t+)(3-19)因此，将式因此，将式(3-18)和和(3-19)代入式代入式(3-17)，得，得=K1K2K3UGsintIGsin(t+)=(KUGIG/2)coscos(2t+)K=K1K2K3=(KUGIG/2)coscos(2t+)K=K1K2K3第一项即为正比于所测有功功率的直流分量;第二项为有功功率的二倍频率的交流分量；cos为功率因数；K1、K2、K3为系数。霍尔电动势的平均值正比于有功功率,这就是霍尔元件测量单相有功功率的基本原理。（三）转速和功率给定环节（三）转速和功率给定环节转速和功率给定环节转速和功率给定环节用用高精度稳压电源高精度稳压电源供电的供电的精密精密多转电位器多转电位器构成构成,输出电压值即可表示给定转速或功输出电压值即可表示给定转速或功率率。多转电位器多转电位器由控制电机由控制电机带动带动,以适应以适应当地或远方当地或远方控制的需要。控制的需要。差频放大器差频放大器和和PID调节调节由由运算放大器运算放大器组成。组成。由于由于PID调节电路输出功率很小，不能驱动电液转调节电路输出功率很小，不能驱动电液转换器，因此加入一个换器，因此加入一个功率放大环节功率放大环节。(四四)电液转换及机液随电液转换及机液随动系统动系统电液转换器电液转换器把调节量由电量转换成非电量油压变化。机液随动系统机液随动系统由继动器、错油门和油动机组成,见图3-13油压油压P电液转换器线圈电液转换器线圈将功率将功率放大器输出的放大器输出的电量变化电量变化转换为转换为调节油阀开度的调节油阀开度的变化变化。当当调节油阀调节油阀关小时关小时,油油压压P P上升上升,进入进入继动器继动器上上腔腔的的油压升高油压升高,将将活塞活塞压压下下,带动带动继动器蝶阀继动器蝶阀向下向下移动。移动。错油门错油门内腔内腔 “王王”字形字形滑阀滑阀中间有一个油孔和中间有一个油孔和底部排油箱相通。底部排油箱相通。油压油压P当蝶阀下移时,其上腔油压升高,推动滑阀向下移动,使油动机上腔与排油接通,下腔与压力油接通,因而在压力油的推动下开大调节汽阀,增加汽轮机的输入功率。油压油压PB油动机活塞油动机活塞向上移动向上移动时时B B点上移点上移,带动带动A A点也上移点也上移。继动器活塞继动器活塞是是差动式差动式的的,下下边面积边面积大于上大于上边面积边面积,因此因此A A点向上点向上移动时移动时,在在油压油压的推动下的推动下继动器蝶阀继动器蝶阀将将向上向上移动移动,使使错油门错油门内滑内滑阀中间阀中间排油孔排油孔的的排油量排油量增加增加,压力压力减小减小。在在错油门底部弹簧错油门底部弹簧作用下作用下,“王王”字滑阀字滑阀向上向上移动。移动。当又回到图当又回到图3-133-13所示位置时所示位置时,即进入即进入新的平衡状态新的平衡状态,调节汽阀调节汽阀也也稳定在一个稳定在一个新的开度新的开度,调节随即结束调节随即结束。调节汽阀开度的变化与功率放大器输出的电量变化成正比调节汽阀开度的变化与功率放大器输出的电量变化成正比。(五)调速器的工作按发电机组按发电机组是否并入电网是否并入电网两种情况来讨论调速器的工作。两种情况来讨论调速器的工作。1发电机组发电机组未并网未并网运行时运行时 图中的图中的功率测量功率测量及及功率给定功率给定输出均为零输出均为零。运行人员运行人员发出增速发出增速或或减速减速信号信号,控制转速控制电动机控制转速控制电动机正转正转或或反转反转,驱动驱动转速给定电位器转速给定电位器,改变转速给定输出的电压改变转速给定输出的电压Ungd。转速测量的输出电压Un与机组运行转速相对应。这两个电压的差值与(UngdUn)成正比，即Un=mn(UngdUn)把它送入频差放大器，经PID调节、功率放大器等环节，由电液转换器继动器错油门油动机控制调节汽阀的开度，改变机组的转速，使mn(UngdUn)=Un的值趋于零，转速趋于给定转速为止，即达到了调速目的。2机组并网运行时假设电网频率恒定且为额定值，频差放大器输出的假设电网频率恒定且为额定值，频差放大器输出的f信号信号为零为零。如果改变如果改变功率给定功率给定输出的电压输出的电压Upgd，功率测量输出的电压功率测量输出的电压Up与与Upgd电压之差电压之差Up=mp(UpgdUp)通过通过PID等环节的等环节的调节作用调节作用，将使将使(UpgdUp)差值电压为零差值电压为零，即即发电机功率与给定值相等发电机功率与给定值相等，达到了调节发电机组输出功，达到了调节发电机组输出功率目的。率目的。现现设电网频率波动、机组在并网运行、转速给定设电网频率波动、机组在并网运行、转速给定值值Ungd和功率给定值和功率给定值Upgd为某一定值为某一定值，则调速器随，则调速器随输入输入PID的的两个信号之和两个信号之和调节汽阀开度调节汽阀开度，改变机改变机组的输出功率组的输出功率。上述上述二信号之和二信号之和输入输入PID调节，控制电液转换器调节，控制电液转换器调节油阀调节油阀，继动器，继动器错油门错油门油动机油动机调节汽阀调节汽阀开度，开度，稳态时输入稳态时输入PID的电压信号应为零的电压信号应为零。由于Up和机组输出的有功功率误差P成正比，Up=mpPUn和机组的频差f成正比，Un=mn ，所以调节结束时可以下式表示令mn=mp，则这时调速器的特性为fRP令功率和频率为标幺值，则f*RP*上式为发电机组静态调节方程式。101/452024/8/22 周四周四2、电气液压调速器12345102/452024/8/22 周四周四补充：转速&相位测量加装键相传感器TSI汽轮机保护系统：本特利EPRO常用键相传感器类型：电涡流型霍尔型103/452024/8/22 周四周四发电机转速传感器实物图片l圆柱型，长度小于150mm，直径为14mml电源及输出信号线共3芯，铠装，长度3m5ml1030V直流供电lPR9376，EPRO公司TSI系统专用传感器，霍尔原理l德国原装进口l电源及输出信号线共3芯，4m铠装缆，根据需要续接普通电缆104/452024/8/22 周四周四汽轮机的键相传感器安装105/452024/8/22 周四周四水轮机轴上原有的贴片传感器机组大轴106/452024/8/22 周四周四PMU特点：简单实用的子站数据分析软件107/452024/8/22 周四周四2、电气液压调速器转速测量转速转速/频率频率-电压变送器电压变送器将磁阻发送器输出的脉将磁阻发送器输出的脉动信号转换为与转速成动信号转换为与转速成正比的电压输出值。正比的电压输出值。微分电路在方波的上升沿时获得正微分电路在方波的上升沿时获得正向尖峰脉冲，触发一个单稳态触发器向尖峰脉冲，触发一个单稳态触发器后，输出一个幅度为后