第四章电力系统有功功率和频率调整.ppt

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1、第三节 电力系统有功功率平衡及频率调整1、频率变化的影响及和有功功率的关系、频率变化的影响及和有功功率的关系2、电力系统负荷及电源的频率静态特性电力系统负荷及电源的频率静态特性3、电力系统的频率调整、电力系统的频率调整2021/9/211n对用户的影响对用户的影响（1 1）异步电机转速：纺织工业、造纸工业）异步电机转速：纺织工业、造纸工业（2 2）异步电机功率下降）异步电机功率下降（3 3）电子设备的准确度）电子设备的准确度n对发电厂和电力系统的影响对发电厂和电力系统的影响（1 1）对发电厂厂用机械设备运行的影响）对发电厂厂用机械设备运行的影响（2 2）对汽轮机叶片的影响）对汽轮机叶片的影响（

2、3 3）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无 功消耗。功消耗。电力系统频率变化的影响电力系统频率变化的影响2021/9/212频率频率由发电机转速决定由发电机转速决定转速与其轴上的转矩平衡有关转速与其轴上的转矩平衡有关MT：原动机输入机械转矩：原动机输入机械转矩ME：发电机输出电磁转矩：发电机输出电磁转矩转矩平衡与功率平衡的关系转矩平衡与功率平衡的关系 频率与有功平衡的关系频率与有功平衡的关系2021/9/213转矩不平衡转矩不平衡 发电机发电机转速变化转速变化 频率变化频率变化(+0.2HZ+0.5HZ)稳态时：稳态时：MT=ME，f=0负荷变化负荷变化

3、MT：由于惯性大变化慢：由于惯性大变化慢ME：有功负荷变化快：有功负荷变化快产生瞬时不平衡产生瞬时不平衡 频率与有功平衡的关系频率与有功平衡的关系2021/9/214有有功功功功率率负负荷荷的的变变化化及及其其调调整整 有功功率负荷的变化及调整有功功率负荷的变化及调整2021/9/215 系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷组成：组成：（1）变动周期小于变动周期小于10s10s，变化幅度小，变化幅度小:小操作、线路摇摆等小操作、线路摇摆等（3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律变动周期最大，变化幅度最大：气象、生

4、产、生活规律（2）变动周期在（变动周期在（10s10s，180s180s），变化幅度较大：大电机、电），变化幅度较大：大电机、电 炉启停炉启停调速器调速器频率的一次调整频率的一次调整调频器调频器频率的二次调整频率的二次调整根据预测负根据预测负荷，在各机荷，在各机组间进行最组间进行最优负荷分配优负荷分配电力系统的经济运行调度（发电计划电力系统的经济运行调度（发电计划）有功功率负荷的变化及调整有功功率负荷的变化及调整2021/9/216n备用容量：备用容量：15%20%n定义：定义：备用容量备用容量 系统可用电源容量系统可用电源容量 发电负荷发电负荷n作用：作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格为

5、了保证供电可靠性及电能质量合格n 有功功率平衡：有功功率平衡：8760t(h)P(MW)发电负荷发电负荷备用容备用容量量新增容新增容量量 有功功率平衡及备用容量有功功率平衡及备用容量2021/9/217最大发电负荷最大发电负荷：PM=PLmax+P max总总装装机机容容量量备备用用容容量量负荷备用（负荷备用（2%-5%2%-5%）负荷波动、计划外负荷负荷波动、计划外负荷事故备用（事故备用（5%-10%5%-10%）不影响供电，不少于一不影响供电，不少于一 台最大机组的容量台最大机组的容量检修备用（检修备用（4%-5%4%-5%）适时安排适时安排国民经济备用（国民经济备用（3%-5%3%-5%

6、）超产及新负荷出现超产及新负荷出现一般总备用一般总备用（15%-20%15%-20%）PM 热热备备用用负荷备用负荷备用部分事故备用部分事故备用冷冷备备用用检修备用检修备用部分事故备用部分事故备用国民经济备用国民经济备用只有拥有适当的备用容量才能进行最优分配及频率调整只有拥有适当的备用容量才能进行最优分配及频率调整 有功功率平衡及备用容量有功功率平衡及备用容量2021/9/218n系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优分配问题，包括有功电源的最优组合及有功负分配问题，包括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配荷的最优分配。n有功电源的最优组合有功电源的

7、最优组合：系统中发电设备和发电：系统中发电设备和发电厂的合理组合。厂的合理组合。包括：机组的最优组合顺序，包括：机组的最优组合顺序，机组的最优组合数量，机组的最优开停时间。机组的最优组合数量，机组的最优开停时间。n有功负荷的最优分配有功负荷的最优分配：系统中的有功负荷在各：系统中的有功负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配。配。电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配2021/9/219承担急剧变化负荷时与投、退相似，额外耗能、费时承担急剧变化负荷时与投、退相似，额外耗能、费时一、一、各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点1

8、 1 火电厂火电厂电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配支付燃料费用支付燃料费用技术最小负荷技术最小负荷锅炉锅炉 25%70%25%70%汽机汽机 10%15%10%15%效率与蒸汽效率与蒸汽参数有关参数有关高温高压：效率高、调节范围小高温高压：效率高、调节范围小中温中压：较前者低、但调节范围大中温中压：较前者低、但调节范围大低温低压：指标最差、不用于调节低温低压：指标最差、不用于调节热电厂：抽气供热，效率最高，有不可调节的强迫功率热电厂：抽气供热，效率最高，有不可调节的强迫功率火火电电厂厂2021/9/21102 2 水电厂水电厂（1 1）不需燃料费，但一次投资大）不需燃料

9、费，但一次投资大（2 2）出力调节范围比火电机组大）出力调节范围比火电机组大（3 3）启停费用低，且操作简单）启停费用低，且操作简单（4 4）出力受水头影响）出力受水头影响（5 5）抽水蓄能）抽水蓄能（6 6）必须释放水量强迫功率）必须释放水量强迫功率一、一、各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配2021/9/21113 3 核电厂核电厂（1 1）最小技术负荷小，为额定负荷）最小技术负荷小，为额定负荷10101515。（2 2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高；启停）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高；启停及急剧调

10、节时，易于损坏设备。及急剧调节时，易于损坏设备。（3 3）一次投资大，运行费用小。）一次投资大，运行费用小。一、一、各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配2021/9/2112n原则原则（1 1）充分利用水源。）充分利用水源。（2 2）尽可能利用原子能。）尽可能利用原子能。（3 3）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。用。（4 4）尽量降低火力发电成本，增加燃用当地煤等。）尽量降低火力发电成本，增加燃用当地煤等。二、二、各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合5.25.2电力

11、系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配2021/9/2113枯水期枯水期丰水期丰水期抽水抽水发电发电2021/9/21141 1、负荷的、负荷的有功功率频率静态特性有功功率频率静态特性1)1)、定义：、定义：负荷负荷与用户的生产状态有关与用户的生产状态有关与频率无关与频率无关照明、电炉等照明、电炉等与接入点系统电压有关与接入点系统电压有关与系统频率有关与系统频率有关仅考虑频率因素仅考虑频率因素假设不变假设不变2)2)、负荷性质：、负荷性质：与频率的一次方成正比与频率的一次方成正比球磨机、卷扬机等球磨机、卷扬机等与频率的二次方成正比与频率的二次方成正比变压器的涡流损耗等变压器的涡流

12、损耗等与频率的三次方成正比与频率的三次方成正比通风机、循环水泵等通风机、循环水泵等与频率的高次方成正比与频率的高次方成正比静水头阻力大的给水泵静水头阻力大的给水泵 电力系统的频率特性电力系统的频率特性2021/9/2115 电力系统的频率特性电力系统的频率特性2021/9/2116当频率偏离额定值不大时当频率偏离额定值不大时，负荷有功频率静态特性用一负荷有功频率静态特性用一条近似直线来表示。条近似直线来表示。负荷的负荷的频率调节效应系频率调节效应系数数或称为负荷的或称为负荷的频率调频率调节效应节效应，表示负荷随频表示负荷随频率的变化程度。率的变化程度。电力系统的频率特性电力系统的频率特性202

13、1/9/21172 2、发电机组的有功功率频率静态特性、发电机组的有功功率频率静态特性1)1)、定义：发电机组的有功功率与频率之间的关系、定义：发电机组的有功功率与频率之间的关系2)2)、调速器的工作原理、调速器的工作原理 电力系统的频率特性电力系统的频率特性2021/9/21181 为转速测量元件为转速测量元件离心飞摆及其附件；离心飞摆及其附件；2 为放大元件为放大元件错油错油门门(或称配压阀或称配压阀)；3 为执行机构为执行机构油动油动机机(或称接力器或称接力器)；4 为转速控制机构或为转速控制机构或称同步器称同步器(调频器调频器)AAADB B 电力系统的频率特性电力系统的频率特性202

14、1/9/2119（1 1）、正常运转）、正常运转 PE=PT A-B-O（2）、）、PL PE PE PT A-B-OPE=PT A-B-O（3）、有差调节）、有差调节 B B，A A3)3)、调频器的工作原理、调频器的工作原理AAADB B 电力系统的频率特性电力系统的频率特性2021/9/21204)4)、电源的有功功率、电源的有功功率频率静态特性频率静态特性（1 1）、无调速系统时）、无调速系统时:P:PT T=c=c1 1f-cf-c2 2f f2 2（2 2）、有调速系统时）、有调速系统时 电力系统的频率特性电力系统的频率特性2021/9/2121（3 3）、有调频器时）、有调频器时

15、 电力系统的频率特性电力系统的频率特性2021/9/2122概念介绍概念介绍1)1)发电机的单位调节功率发电机的单位调节功率：发电机组原动机或电源频：发电机组原动机或电源频率特性的斜率的负值。率特性的斜率的负值。标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。的多寡。电力系统的频率特性电力系统的频率特性2021/9/2123 电力系统的频率特性电力系统的频率特性2)发电机的调差系数：发电机的调差系数：单位调节功率的倒数。单位调节功率的倒数。2021/9/2124 电力系统的频率特性电力系统的频率特性3)3)发电机的发电机的单位调节功率单位调节功率

16、与与调差系数调差系数的关系：的关系：一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：汽轮发电机组汽轮发电机组 =35或或 =33.320水轮发电机组水轮发电机组 =24或或 =50252021/9/2125fPOP0PLf0PGPLPL0AP0Bf0O B A 1 1、频率的一次调整、频率的一次调整电力系统的频率调整电力系统的频率调整 由于负荷突增，发电由于负荷突增，发电机组功率不能及时变机组功率不能及时变动而使机组减速，系动而使机组减速，系统频率下降，同时，统频率下降，同时，发电机组功率由于调发电机组功率由于调速器的一次调整作用速器的一次调整作用而增大，负

17、荷功率因而增大，负荷功率因其本身的调节效应而其本身的调节效应而减少，经过一个衰减减少，经过一个衰减的振荡过程，达到新的振荡过程，达到新的平衡。的平衡。2021/9/2126系统的单位调节功率系统的单位调节功率：计及发电机和负荷的调节效：计及发电机和负荷的调节效应时，引起频率单位变化时的负荷变化量。应时，引起频率单位变化时的负荷变化量。fPOP0PLf0PGPLPL0AP0Bf0O B A 计算：计算：2021/9/21271 1、频率的二次调整、频率的二次调整：通过操作调频器，使发电机通过操作调频器，使发电机组的频率特性平行的移动，从而使负荷变化引起的组的频率特性平行的移动，从而使负荷变化引起

18、的频率偏移在允许的波动范围内。频率偏移在允许的波动范围内。电力系统的频率调整电力系统的频率调整2 2、频率的二次调整、频率的二次调整2021/9/21282、频率调整图频率调整图电力系统的频率调整电力系统的频率调整2021/9/21293、当系统负荷增加时，由以下三方面提供当系统负荷增加时，由以下三方面提供 二次调频的发电机组增发的功率二次调频的发电机组增发的功率 ；发电机组执行一次调频，按有差特性的调差系数发电机组执行一次调频，按有差特性的调差系数分配而增发的功率分配而增发的功率 ；电力系统的频率调整电力系统的频率调整 由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率由系统的负荷频率调节效应所减少的

19、负荷功率2021/9/21304、数学表达式、数学表达式 如果如果 ，即发电机组如数增发了负荷功率的，即发电机组如数增发了负荷功率的原始增量，则原始增量，则 ，即所谓的无差调节。，即所谓的无差调节。对于对于N台机，且由第台机，且由第s台机组担负二次调整的任务，台机组担负二次调整的任务，则：则：电力系统的频率调整电力系统的频率调整2021/9/21315、主调频厂的选择、主调频厂的选择调频厂：调频厂：负有二次调频任务的电厂，分为主调频厂和辅助负有二次调频任务的电厂，分为主调频厂和辅助 调频厂。调频厂。调频厂应满足的条件：调频厂应满足的条件：1 1）足够的调整容量）足够的调整容量2 2）较快的调整

20、速度）较快的调整速度3 3）调整范围内的经济性较好）调整范围内的经济性较好电力系统的频率调整电力系统的频率调整2021/9/2132调整容量调整容量:水电厂水电厂 火电厂火电厂 中温中压电厂（中温中压电厂（7575）高温高压电厂（高温高压电厂（3030）调整速度：调整速度：水电厂水电厂 火电厂火电厂调频厂选择：调频厂选择：首选：水电厂首选：水电厂 其次：中温中压电厂其次：中温中压电厂电力系统的频率调整电力系统的频率调整2021/9/2133习题习题1：某系统有三台额定容量为：某系统有三台额定容量为100MW的发电机组并列运行，其调差系数的发电机组并列运行，其调差系数1*=0.02，2*=0.0

21、6，3*=0.05，其运行情，其运行情况为况为PG1=60MW,PG2=80MW,PG3=100MW,取取KL*=1.5,PLN=240MW。当。当系统负荷增加系统负荷增加50MW时，系统频率下降多时，系统频率下降多少？（均不计频率调整器的作用）少？（均不计频率调整器的作用）2021/9/2134解：因为解：因为PG3已经满载，所以只有机组已经满载，所以只有机组1，2参加一次参加一次调频，系统的频率调节特性为：调频，系统的频率调节特性为：2021/9/2135习题2：某电力系统的装机容量为2000MW,额定频率为50Hz,发电机单位调节功率为KG*=30，负荷的单位调节功率为KL*=1.5，现在负荷增加，若调频器不动作，频率下降0.2Hz；若调频器动作，增发100MW 功率，问频率下降多少？（KG*、KL*均以2000MW,50Hz为基准）2021/9/2136解：即频率下降0.121Hz2021/9/2137