电力系统分析-孟祥萍-第4章.pptx

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1、本章提示l调频的意义及电力系统频率的允许波动范围；l频率一次调整的概念、原理及结果；l频率二次调整的概念、原理及结果；l电力系统的有功功率平衡及备用容量的概念。第1页/共49页4.1 4.1 概述概述频率调整的必要性频率调整的方法第2页/共49页 频率变化的原因?频率变化对负荷的影响(1)异步机 ：纺织品产生毛疵、纸张薄厚不均 (2)电子设备：降低精度、产生误差 频率变化对电力系统的影响(1) 水泵、风机：水压、风力不足(2) 汽轮机的叶片：低压级叶片因振动产生 裂纹频率允许偏移的范围：50Hz(0.20.5)Hz 系统中负荷的变化你答对了吗?频率调整的必要性第3页/共49页有功功率负荷变动曲

2、线频率调整的方法幅度小（0.1%0.5%），周期短（10s）幅度较大（0.5%1.5%），周期较长（一般10s3min）持续变动的负荷电力系统频率的变化是由有功负荷变化引起的。第4页/共49页 图4.1 有功负荷的变化 第一种变化负荷引起的频率偏移由发电机组的调速器进行，称为频率的一次调整。 第二种变化负荷引起的频率偏移由发电机组的调频器进行，称为频率的二次调整。 第三种负荷的变化是可预测的，调度部门按经济调度的的原则事先给各发电厂分配发电任务，各发电厂按给定的任务及时地满足系统负荷的需求，就可以维持频率的稳定。 频率调整的方法第5页/共49页4.2 4.2 自动调速系统自动调速系统调速器的工

3、作原理实现频率的 一次调整 调频器的工作原理实现频率的二次 调整第6页/共49页转速测量元件 放大元件 执行机构 转速控制机构 离心飞摆式调速系统第7页/共49页图4.2离心飞摆式调速系统示意图PEPTw w0 第8页/共49页调速器的工作原理 实现频率的一次调整 发电机输出 功率增加频率略低于原来值负荷降低发电机输出 功率减小频率略高于原来值负荷增大 有差调节第9页/共49页图4.2离心飞摆式调速系统示意图PEPTw w0第10页/共49页调频器完成二次调整 无差调节第11页/共49页4.3 电力系统的频率特性 发电机组的有功功率频率静态特性 系统负荷的有功功率频率静态特性第12页/共49页

4、发电机组的有功功率 频率静态特性 10tan0ffPfPKNGNGGKGPGf0 发电机的单位调节功率（或发电机组功频静特性系数）调差系数第13页/共49页调差系数的标么值NGNGNNfPPPff/KG 可以整定,由调速器决定0.04 0.06,25 16.7GK汽轮发电机组：2550,04. 002. 0GK水轮发电机组：第14页/共49页功频静态特性的平移调频器 若机组负荷升高使转速下降，可以通过伺服电动机来提高转速，调整的结果使原来的功频静特性2平行右移为特性1。 若机组负荷降低使转速升高高，则可通过伺服电动机来降低机组转速，调整的结果使原来的功频静特性2平行左移为特性3.第15页/共4

5、9页系统负荷的有功功率 频率静态特性 根据所需的有功功率与频率的关系可将负荷分成以下几类：v不受频率影响的负荷v与频率成正比的负荷v与频率的二次方成比例的负荷v与频率的高次方成比例的负荷第16页/共49页系统的负荷功率与频率的关系： 332210NDNNDNNDNDNDffPaffPaffPaPaP第17页/共49页有功负荷的频率静态特 连结容量，是指频率、电压等于额定值时，接在电网上的用电设备的实际容量。 根据统计资料，系统负荷以第二类占多数，因此负荷的静态频率特性可近似表示为一条直线。如果联结容量改变，静态特性曲线将上下移动。 第18页/共49页有功负荷的频率静态特 负荷的频率调节效应系数

6、或简称为负荷的频率调节效应tanDDPKf(4.6) 用标幺值表示为： DNNDNDNDDPfKffPPK(4.7) 它反映了系统负荷对频率的自动调整作用。第19页/共49页 例4.1 4.1 某电力系统中，与频率无关的负荷占3535，与频率一次方成正比的负荷占4545，与频率二次方成正比的负荷占1010，与频率三次方成正比的负荷占1010。求系统频率由5050赫降到4747赫时，相应的负荷变化百分值。第20页/共49页4.4 4.4 电力系统的频率调整频率的一次调整频率的二次调整主调频厂的选择互联系统的频率调整第21页/共49页频率的一次调整 系统负荷增加时，在发电机组功频特性和负荷本身的调

7、节效应共同作用下实现了新的功率平衡。 负荷的功频特性 与发电机组功频静特性 的交点a是系统的原始运行点，系统频率为f1)( fPG( )DPf0DP)(fPD 若系统负荷增加 ，其特性曲线变为 。 假定系统只有一台机组 第22页/共49页一次调整方程式为 fKfKKPPPDGDGD)(0GDDPPP0系统的单位调节功率fKPGGfKPDDb点负值负荷功率的实际增量fKPPPDDDD00第23页/共49页频率的二次调整 二次调整是以手动或自动方式调节发电机组的调频器，使发电机组的功频特性平行移动来改变发电机的有功功率，以保持系统的频率不变或使频率变化在允许范围内。 第24页/共49页频率的二次调

8、整a是原始运行点系统负荷增加PD0由于进行了二次调整发电机组增发的功率 ；0GP由于调速器的调整作用而增加的发电机组功率（图中 ）df由于负荷本身的调节效应而减小的负荷功率（图中 ）efefdfadae第25页/共49页相似于式（4.94.9）可得 如果二次调整发电机组增发的功率能完全抵偿负荷的初始增量，则实现了无差调节，如图4.7中虚线所示。00()DGGDGDPPKfKfKKfK f 或：KPPKKPPfGDDGGD0000图4.7频率的二次调整（4.10）（4.11）第26页/共49页主调频厂的选择 按照是否承担二次调整可将电厂分为： 主调频厂 辅助调频厂 非调频厂（基载厂）主调频厂（一

9、般12个电厂）负责全系统的频率调整（即二次调整）;辅助调频厂是在系统频率超过某一规定的偏移范围时才参与频率调整，一般只有几个电厂;非调频厂（也叫基载厂）则按预先给定的负荷曲线发电。 第27页/共49页主调频厂的选择 按照频率调整的要求，主调频厂应具备以下条件：机组要有足够的调整容量及范围;调频机组具有能适应负荷变化需要的调整速度;调整输出功率时符合安全及经济原则。 此外，调整频率时，还要考虑引起的联络线上功率的波动和某些中枢点的电压波动是否超出允许范围。 从调整容量和调整速度出发，系统中有水电厂时，应选择水电厂做调频厂。第28页/共49页 互联系统的频率调整互联系统的频率调整AAGAABDAf

10、KPPPBBGBABDBfKPPP 对系统A相当于负荷增量，对系统B相当于发电功率增量。ABPABKAKBPGAPGBPDAPDBPAB 对A系统：对B系统：fffBA第29页/共49页 BAGDBAGBDBGADAKKPPKKPPPPf)()(若联合系统二次调频的发电功率增量 等于全系统负荷增量 时，可实现无差调节，即GPDP0f全系统负荷增量发电功率增量功率缺额BABAKKPPf联合系统频率的变化取决于这个系统总的功率缺额和总的系统单位调节功率第30页/共49页()()ADBGBBDAGAABABKPPKPPPKK当A、B两系统都进行二次调整，且两系统的功率缺额与其单位调节功率成比例时，即

11、 DAGADBGBABPPPPKK联络线上的交换功率增量 为零。ABP第31页/共49页BAABBAABKKPKPKP 如A系统没有功率缺额，即 ，联络线上由A流向B的功率增大；如B系统没有功率缺额，即 联络线上由A流向B的功率减少。0AP0BP第32页/共49页 若B系统没有调频厂，即 ，其负荷变化量 将由A系统的二次调整来承担 。 0GBPDBP若要保持 ，这时联络线上功率变化 ，即B系统的功率缺额 全部通过联络线由A输送到B，这时联络线的功率增量最大。这也是调频厂远离负荷中心而且要实现无差调节的情况。)(0BAPPfABABPPPBABAKKPPfBAABBAABKKPKPKP（4.14

12、）（4.15） 互联系统的频率调整互联系统的频率调整()()ADBGBBDAGAABABKPPKPPPKK（4.12）第33页/共49页例4.2 A、B两系统由联络线相联， A系统： B系统： 求在下列情况下频率的变化量 和联络线功率的变化量 。 （1）当二系统机组都参加一次调频； （2）当A系统机组参加一次调频，而B系统机组不参加一次调频。 （3）两系统机组都不参加一次调频时。;100,/50,/800MWPHZMWKHZMWKDADAGA 。MWPHZMWKHZMWKDBDBGB50,/40,/700 f ABP 第34页/共49页4.5 电力系统中有功功率的平衡有功功率平衡及备用电力系统

13、中各类发电厂的合理组合第35页/共49页GPDP 包括所有用户的有功负荷 、网络的有功损耗 以及厂用电有功负荷 ，即DPLPPCP在一般情况下，电力网中的有功功率损耗约占发电厂输出功率的78；火电厂厂用电约占发电厂出力的510%，水电厂一般只占1左右。CLDGPPPPP（4.16） 电力系统有功功率平衡是指运行中，所有发电厂发出的有功功率的总和 ，在任何时刻都等于该系统的总负荷 。 有功功率平衡及备用第36页/共49页 系统备用容量按存在形式可分为热备用和冷备用。热备用也叫旋转备用，是指运转中的发电设备可发最大功率与系统发电负荷之差。冷备用则是指未运转但能随时启用的发电设备可发的最大功率。 为

14、保证系统安全、优质、经济地运行，系统应具有一定的备用容量，有功功率平衡及备用第37页/共49页事故备用：系统的事故备用，是为了在电力系统中当发电设备发生偶然事故时，保证系统正常供电所需的备用。一般取最大负荷的510，但不能少于系统中一台最大机组容量。负荷备用：是指调整系统中短时的负荷波动并担负计划外的负荷增加而设置的备用。一般取最大负荷的35。系统备用容量按其作用可分为：有功功率平衡及备用第38页/共49页检修备用：系统的检修备用，是使系统中的发电设备能定期检修而设置的备用。发电设备运转一段时间后必须进行检修，在这期间内，如不能完全安排所有机组的大小修时，才设置所需的检修备用容量。国民经济备用

15、：系统的国民经济备用，是指满足工农业生产的超计划增长对电力的需求而设置的备用。有功功率平衡及备用第39页/共49页电力系统中各类发电厂的合理组合电力系统中的发电厂主要有三类: 火力发电厂 水力发电厂 核能发电厂第40页/共49页火电厂外景第41页/共49页火力发电厂的特点有： 火电厂运行时要消耗大量的燃料，需要支付燃料费用，但运行不受自然条件影响。 火电厂的锅炉和汽轮机都受最小技术负荷的限制。 火电厂机组的投入、退出或承担急剧变动的负荷时，既额 外耗费能量，又花费时间，且易损坏设备。 带有热负荷的火电厂称为热电厂第42页/共49页丰满水电厂外景第43页/共49页 水力发电厂的特点有： 水厂不需

16、要支付燃料费用，且水能是可以再生的资源。 水电厂机组的投入、退出或承担急剧变动的负荷时，所需时间短，操作简单，无需额外的耗费。 水力枢纽往往兼有防洪、发电、航运、灌溉、养殖、供水和旅游等多方面的效益。 水电厂的水轮机没有严格的最小技术负荷要求，发电机出力的调整范围较宽。 第44页/共49页秦山核电站外景第45页/共49页 核能发电厂的特点有： 核电厂一次性投资大，运行费用低。 核电厂的反应堆和汽轮机投入、退出或承担急剧变动负荷时，需耗费能量，花费时间，且设备易损坏。 第46页/共49页电力系统中各类发电厂的合理组合 图中：A水电厂的不可调功率；B水电厂的可调功率；C热电厂；D核电厂；E高温高压凝气式火电厂；F中温中压凝气式火电厂图4.9各类发电厂组合顺序示意图第47页/共49页 小 结频率是衡量电能质量的重要指标，保证频率质量要求系统必须保持有功功率平衡，并具备一定的有功备用容量。系统中的负荷不断发生变化，负荷的变化将引起频率偏移，系统中凡装有调速器且具有可调容量的发电机组，都自动参与频率的一次调整，一次调整为有差调节；频率的二次调整只由系统中的调频机组承担，通过调频器完成，二次调整为无差调节。电力系统负荷对频率也有调整作用。第48页/共49页感谢您的观看！第49页/共49页