电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程.pptx
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1、第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整5 电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整n衡量电能质量的指标:衡量电能质量的指标:频率、电压、波形频率、电压、波形n我国电力系统关于频率的规定:我国电力系统关于频率的规定:fN50Hz允许偏移范围为允许偏移范围为0.20.5Hz(系统规模越大,对频率(系统规模越大,对频率控制的要求越严格。)控制的要求越严格。)n频率与有功功率的基本关系频率与有功功率的基本关系 转速转速n 发电机输出发电机输出电磁功率电磁功率原动机输入原动机输入机械功率机械功率5.1 概述概述第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调
2、整电力系统有功功率平衡与频率调整概述概述一、频率偏移的影响一、频率偏移的影响频率降低引起电动机输出功率降低,影响其驱动的频率降低引起电动机输出功率降低,影响其驱动的设备的正常运行。设备的正常运行。第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整概述概述第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整二、引起频率偏移的原因二、引起频率偏移的原因n并联运行的发电机保持同步是电力系统正常运行的必要条件。并联运行的发电机保持同步是电力系统正常运行的必要条件。n由频率、转速、有功功率之间的基本关系:由频率、转速、有功功率之间的基本关系:转速转速n n发电机
3、的转速由作用于转子轴上的转矩决定;发电机的转速由作用于转子轴上的转矩决定;原动机的机械转矩原动机的机械转矩-驱动驱动发电机的电磁转矩发电机的电磁转矩-制动制动转矩平衡转矩平衡则转子可维持则转子可维持同步转速同步转速,对应,对应的频率即为的频率即为额定频率额定频率;概述概述发电机输出电发电机输出电磁功率(转矩)磁功率(转矩)原动机输入功原动机输入功率(转矩)率(转矩)第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整概述概述而而转矩正比于功率转矩正比于功率,故额定状态下的转矩平衡,故额定状态下的转矩平衡,即对应着即对应着有功功率的平衡有功功率的平衡-输入机械功率与输入机械功
4、率与输出电磁功率输出电磁功率。系统的电能是不能储藏的,系统能量的生产、消费是系统的电能是不能储藏的,系统能量的生产、消费是时刻动态平衡的,即时刻动态平衡的,即电磁功率与负荷功率相等电磁功率与负荷功率相等;负荷时刻变化,对应的电磁功率变化,有功平衡被打破,转负荷时刻变化,对应的电磁功率变化,有功平衡被打破,转速就会变化:速就会变化:n负荷增大时,制动大过驱动,转子减速,频率下降;负荷增大时,制动大过驱动,转子减速,频率下降;n反之,转子加速,频率上升。反之,转子加速,频率上升。n频率调整(简称调频)的目标频率调整(简称调频)的目标:重新建立有功功率:重新建立有功功率平衡,使转子转速恢复同步,频率
5、达到额定频率。平衡,使转子转速恢复同步,频率达到额定频率。第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整概述概述三、有功功率的平衡三、有功功率的平衡-为了达到有功平衡,必须通过负荷预测得到未来为了达到有功平衡,必须通过负荷预测得到未来的负荷曲线,借此安排发电计划,使得发电机发出的的负荷曲线,借此安排发电计划,使得发电机发出的有功功率与网络损耗及负荷需求的有功平衡。有功功率与网络损耗及负荷需求的有功平衡。电磁功率平衡方程式:电磁功率平衡方程式:即:发电机发出的总有功功率即:发电机发出的总有功功率=所有有功负荷所有有功负荷+系系统的有功损耗统的有功损耗+电厂厂用电电厂厂用
6、电 该方程任何时刻均成立。该方程任何时刻均成立。第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整概述概述n备用容量备用容量作用:作用:保证供电可靠性、满足用户的功保证供电可靠性、满足用户的功率需求及维持频率稳定率需求及维持频率稳定。定义:定义:备用容量系统可用电源容量备用容量系统可用电源容量发电负荷发电负荷分类:分类:备用容量的分类方法有两种备用容量的分类方法有两种-n按用途分按用途分n按其备用形式分按其备用形式分第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整概述概述第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整概述概
7、述(1)(1)负荷备用:负荷备用:(2)(2)事故备用:事故备用:(3)(3)检修备用:检修备用:(4)(4)国民经济备用:国民经济备用:(1)(1)热备用热备用/旋转备用旋转备用(2)(2)冷备用冷备用(2)按其)按其备用形式备用形式分分第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整5.2 负荷和电源的频率静特性一、系统综合一、系统综合负荷的负荷的有功有功频率静特性频率静特性n负荷实际取用多大的有功功率,除了与生产状态、负荷实际取用多大的有功功率,除了与生产状态、系统电压有关外,还同频率有关:系统电压有关外,还同频率有关:如图中曲线如图中曲线1、1所示:所示:频率升
8、高,负荷有功功率自动频率升高,负荷有功功率自动增加;反之,自动减少。增加;反之,自动减少。系统的综合负荷增大,负荷频系统的综合负荷增大,负荷频率特性曲线平行上移至率特性曲线平行上移至1;反;反之,平行下移。之,平行下移。负荷的频率静态特性负荷的频率静态特性第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整负荷和电源的频率静特性 负荷的单位调节效应是负荷的单位调节效应是负荷的自然属性负荷的自然属性,故而故而该系数该系数不可控,不可人为调节。不可控,不可人为调节。负荷的单位调节功率负荷的单位调节功率(也叫,(也叫,有功负有功负荷频率调节效应系数荷频率调节效应系数):):第五章
9、第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整负荷和电源的频率静特性二、二、发电机发电机组的有组的有功频功频率率静特性静特性n负荷变化时,转速相应变化,频率也将随之改负荷变化时,转速相应变化,频率也将随之改变;变;n为了保持系统频率在一定范围,要对发电机进为了保持系统频率在一定范围,要对发电机进行速度调节行速度调节-原动机附设的调速器原动机附设的调速器。调速器分为:机械式和电气液压式调速器分为:机械式和电气液压式调速基本原理:调速基本原理:根据负荷功率变化情况,相应调节汽轮机汽门根据负荷功率变化情况,相应调节汽轮机汽门开度,改变进汽量,即改变原动机的驱动功率。开度,改变进汽
10、量,即改变原动机的驱动功率。第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整负荷和电源的频率静特性 机组的调速器调频:机组的调速器调频:负荷功率增加负荷功率增加(转子转轴上出现减速转矩,(转子转轴上出现减速转矩,f将下降将下降););此时调速器将此时调速器将调整原动机出力,使其输出功率增加调整原动机出力,使其输出功率增加,从而,从而使使f回升,但仍低于回升,但仍低于fN;即即机组的发电功率会随频率下降而增大一部分机组的发电功率会随频率下降而增大一部分-发电发电机功率静态特性(反比变化)机功率静态特性(反比变化)。ffnf1PGN PG1 PfPG12第五章第五章电力系统
11、有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整负荷和电源的频率静特性n功频静特性的斜率功频静特性的斜率R R,称为,称为发电机组的调发电机组的调差系数差系数:n调差系数还可用百调差系数还可用百分数的形式表示:分数的形式表示:ffnf1PGN PG1 PfPG12第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整负荷和电源的频率静特性也称为发电机也称为发电机单位调节功率单位调节功率,为调差系数的倒数:,为调差系数的倒数:第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整负荷和电源的频率静特性n由于机组的由于机组的调速器调速器调节范围有限调节范围有
12、限,只能实现,只能实现有差调节有差调节;n若一次调频后,频率偏移仍超出允许范围,若一次调频后,频率偏移仍超出允许范围,则必须进一步采取措施:则必须进一步采取措施:n机组的机组的调频器调频器/同步器调频同步器调频通过控制调频器来调节通过控制调频器来调节机组的输出功率,其效果是机组的输出功率,其效果是可以整个可以整个平移发电机组的平移发电机组的功频静态特性曲线功频静态特性曲线,如图,如图中由中由1平行移动到平行移动到2,又称作,又称作二次调频二次调频,可实现无差调,可实现无差调节节。ffnf1PGN PG1 PfPG12第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整5.3
13、 电力系统的频率调整系系统统负负荷荷的的不不同同变变化化规规律律(三三种种)及及其其引引起起的的频频率率偏偏移移的的调调整方法:整方法:(1)变动)变动周期最短周期最短(小于(小于10s),),变化变化幅度最小幅度最小由小负荷的经常性投由小负荷的经常性投切造成,随机性强。切造成,随机性强。调速器调速器一次调频一次调频(2)变动)变动周期较长周期较长(在(在10s180s),变化),变化幅度较大幅度较大-由一些由一些冲击性、间歇性负荷的变动引起,冲击性、间歇性负荷的变动引起,如工业大电机、电炉等。如工业大电机、电炉等。调频器调频器/同步器同步器二次调频二次调频第五章第五章电力系统有功功率平衡与频
14、率调整电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统的频率调整(3 3)变动)变动周期最长,变化幅度最大且缓周期最长,变化幅度最大且缓慢慢,是日负荷曲线的基本部分:,是日负荷曲线的基本部分:主要受气象、生产的作息制度、人们主要受气象、生产的作息制度、人们生活规律的影响,基本生活规律的影响,基本可以预计可以预计。根据预测负荷,根据预测负荷,在各发电厂间在各发电厂间进行最优发电进行最优发电负荷分配。负荷分配。“三次调频三次调频”,不常用的概念不常用的概念第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统的频率调整初始,系统有功平衡:初始,系统有功平衡:P1 fN 一次调频过程
15、一次调频过程图解:图解:负荷初始增量负荷初始增量:系统频率变化:系统频率变化:负荷调节效应负荷调节效应:即即负荷功率自动减少的部分。负荷功率自动减少的部分。一、系统频率的一次调整一、系统频率的一次调整第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整一次调频负荷的实际增量负荷的实际增量:发电机发电机增发的功率增发的功率:依据依据有功输入输出平衡有功输入输出平衡,有:,有:负荷实际增量负荷实际增量=发电机增发功率发电机增发功率 即即第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整一次调频n进而有:进而有:又称为又称为电力系统单位调节电力系统单位调节功
16、率功率-即即计及发电机和计及发电机和负荷的调节效应时负荷的调节效应时,引起频引起频率单位变化时的负荷变化量。率单位变化时的负荷变化量。显然显然K值越大越好值越大越好,说明一定的负荷变化引起的频率,说明一定的负荷变化引起的频率变化就越小。变化就越小。第五章第五章电力系统有功功率平衡与频率调整电力系统有功功率平衡与频率调整一次调频n小结小结由发电机组的由发电机组的调速器自动进行调速器自动进行的频率调整。的频率调整。所有机组均参与一次调频所有机组均参与一次调频(除除非机组已满载非机组已满载)所以:所以:系统中有功功率电源的出力不系统中有功功率电源的出力不仅应满足在额定频率下系统对有功仅应满足在额定频
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