87电力系统分析13

1华南理工大学电力学院张勇军2007年3月PART13电力系统分析ElectricPowerSystemsAnalysis2第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整ActivePowerBalanceandFrequencyRegulation频率调整的必要性电力系统的频率特性电力系统的频率调整313-1频率调整的必要性NecessityofFrequencyRegulation4回忆：电力系统运行的基本任务将电能在电压、频率合格的前提下安全、可靠、经济地分配给各用电设备。版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-1频率调整的必要性5EffectofFrequencyfluctuation影响电动机的转速和输出功率。影响汽轮发电机的运行效率。影响电子钟的精确性。改变异步电动机和变压器的励磁电流和无功损耗。版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-1频率调整的必要性6ActivePowerBalance版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-1频率调整的必要性原动机输入的功率发电机电磁功率负荷功率f转速我国电力系统的额定频率fN为50Hz，频率偏差范围为±0.2Hz（±0.4%）7电力系统负荷变化分类第一种：幅度小，周期短（10s）第二种：幅度较大，周期较长（10s~3min）第三种：变化缓慢的持续变动负荷版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-1频率调整的必要性一次调整调速器二次调整调频器调度安排813-2电力系统的频率特性FrequencyCharacteristicsofPowerSystems9负荷的静态频率特性系统处于运行稳态时，系统中有功负荷随频率的变化特性版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-2电力系统的频率特性Definition系统有功负荷N*DNDD*3*32*2*10D*/,/...fffPPPfafafaaP频率为fN时系统的有功负荷系统频率系统额定频率10负荷的静态频率特性（f≈fN）版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-2电力系统的频率特性频率调节效应PDβfNfPDNfPβtgKΔ/ΔDD3~1/NDNDD*PfKK11版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-2电力系统的频率特性例13-1某电力系统中，与频率无关的负荷占30％，与频率一次方、二次方、三次方成正比的负荷分别占40％、10％、20％。求系统频率由50Hz降到48Hz和45Hz时，相应的负荷变化百分值。12Solution1.频率降为48Hz时,f*=48/50=0.96,系统的负荷版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-2电力系统的频率特性953.096.02.096.01.096.04.03.0323*32*2*10D*fafafaaPΔPD%=4.72.f降为45Hz时,f*=45/50=0.9,类似计算可得PD*=0.887，ΔPD%=11.313调速器版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-2电力系统的频率特性转速测量元件错油门油动机调速器同步器负荷发电机的POUT原动机的转速调速器汽门的开度原动机的PIN14调速器的功频静态特性当调速器的调节过程结束，建立新的稳态时，发电机的有功出力同频率之间的关系版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-2电力系统的频率特性Definition机组的静态调差系数δ=-(fN-f0)/PGNδ*=(f0-fN)/fNδ=-Δf/ΔP（Hz/MW）调差率,表明某台机组负荷改变时相应的转速（频率）偏移。PGfNf0fPGN21015发电机组功频静特性系数频率发生单位变化时，发电机组输出功率的变化量版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-2电力系统的频率特性DefinitionKG=1/δ=-ΔPG/Δf（MW/Hz）KG*=1/δ*=KGfN/PGN发电机组的调差系数或相应的单位调节功率是可以整定的。PGfNf0fPGN21016版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-2电力系统的频率特性调差系数δ的大小对频率偏移的影响很大，δ愈小（即单位调节功率KG愈大），频率偏移亦愈小。•汽轮发电机组：δ*=0.04～0.06，KG*=25～16.7；•水轮发电机组：δ*=0.02～0.04，KG*=50～25。调差系数17电力系统的P－f静态特性版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-2电力系统的频率特性fP0PD(f)AP1f1ΔPD0P'D(f)PG(f)Bf2P2ΔfΔPGΔPD负荷功率的实际增量ΔPD0+ΔPD=ΔPGΔPD0=ΔPG-ΔPD=-(KG+KD)Δf=-KΔf系统的功频静特性系数18系统的功频静特性系数K=KG+KD=-ΔPD0/ΔfK*=krKG*+KD*=-ΔPD0*/Δf*kr=PGN/PDN表示在计及发电机组和负荷的调节效应时，引起频率单位变化的负荷变化量。K↑，负荷增减引起的频率变化↓，频率也就越稳定。版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-2电力系统的频率特性19机组满载时的功频静特性有功功率电源应该有一定的备用容量版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-2电力系统的频率特性fP0f1APDPGNP'Df22013-3电力系统的频率调整FrequencyRegulationofPowerSystems21版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用多台机组并联运行时的频率调整13-3电力系统的频率调整ΔPGi=-KGiΔf(i=1,2,…,n)输出功率总增量当系统频率变动时在ΔPG相同的条件下，多台机组并列运行时的频率变化比一台机组运行时的要小。等值单位调节功率fKfKPPniiniiΔΔΔΔG1G1GG22版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用等值机13-3电力系统的频率调整在计算KG或δ时，如第j台机组已满载运行，当负荷增加时应取KGj＝0或δj=∞。等值调差系数等值单位调节功率GNNG1*G*GPPKKiniiniiiδPPKδ1*NGGN*G*123版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-3电力系统的频率调整一次调频对多台机组的情况：ΔPD0ΔfN*NGGGΔΔ1ΔΔfδfPfδfKPiiiii**NGGΔΔiiiδfPP24例13-2版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-3电力系统的频率调整已知：50%机组容量已完全利用；25%是火电厂，有10%备用容量，KG*=16.6；25%是水电厂，有20%备用容量，KG*=25；系统负荷KD*=1.5。求系统单位调节功率K*；求负荷功率增加5%时的稳态频率；求频率允许降低0.2Hz时系统能够承受的负荷增量。25例13-2解版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-3电力系统的频率调整设额定总发电容量PGN*=1，计算KG*和PD*。计算备用系数kr=PGN/PDN后可得K*=krKG*+KD*。计算负荷功率增加5%时的稳态频率：f=(1+Δf*)fN=(1-ΔP*/K*)fN计算频率允许降低0.2Hz时系统能够承受的负荷增量:ΔP*=-K*Δf*GNNG1*G*GPPKKiniiniiPP1*GD*26例13-3版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-3电力系统的频率调整自学若负荷增量超过全系统备用容量，超出部分仅由负荷的频率特性进行调节。27版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用Conclusion13-3电力系统的频率调整系统单位调节功率K*愈大，频率就愈稳定。备用容量较小时，K*亦较小。以系统的功频静特性为基础的频率一次调整的作用是有限的，它只能适应变化幅度小、变化周期较短的变化负荷。28同步器——二次调频版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-2电力系统的频率特性调速器同步器fP0P3f1321P1P229频率的二次调整过程版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-2电力系统的频率特性fP0PD(f)AP1f1ΔPD0P'D(f)PG(f)Bf2ΔfΔPG-KDΔf负荷功率的初始增量ΔPD0=ΔPG-KGΔf-KDΔfΔPD0-ΔPG=-(KG+KD)Δf=-KΔf系统的单位调节功率P'G(f)B'f'2-KGΔf30版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用Conclusion13-3电力系统的频率调整二次调频并不能改变系统的单位调节功率，但能减小系统频率的偏移。二次调频可以实现无差调节，一次调频肯定是有差调节。二次调频实现频率无差调节的前提是系统具有充足的备用容量。31系统调频版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-2电力系统的频率特性负荷变化时通常首先由主调频电厂进行二次调频力图恢复系统频率。若仍有功率缺额则由配置了调速器的机组进行一次调频。32版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-3电力系统的频率调整互联系统的频率调整AΔPDAΔPGAKABΔPDBΔPGBKBΔPAB整体性：作为一个系统整体调频。独立性：各自进行二次调频可实现零功率交换。相互性：为对方系统进行二次调频。33版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用电厂按调频能力分类13-3电力系统的频率调整主调频厂：负责全系统的频率调整。辅助调频厂：在系统频率超过某一规定的偏移范围时才参与频率调整。非调频厂：按预先给定的负荷曲线发电。34调整容量调整范围调整速度符合安全及经济的原则版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-3电力系统的频率调整主调频厂的选择依据35版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用在枯水季节，宜选水电厂作为主调频厂，火电厂中效率较低的机组则承担辅助调频的任务；在丰水季节，为了充分利用水力资源，水电厂宜带稳定的负荷，而由效率不高的中温中压凝汽式火电厂承担调频任务。主调频厂的选择原则13-3电力系统的频率调整36版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用频率调整和电压调整的关系13-3电力系统的频率调整fQDVVPDf在事故后的运行方式下，系统的有功和无功功率都感不足时，电压的下降将减少有功的缺额，从而在一定程度上阻止频率的急剧下降。37版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-3电力系统的频率调整在额定参数（电压与频率）附近运行时，电压变化对有功平衡的影响和频率变化对无功平衡的影响都是次要的。调频涉及整个系统；而无功功率平衡和电压调整则有可能按地区解决。当线路有功潮流不超出允许范围时，有功电源的任意分布不会妨碍频率的调整；而无功平衡和调压则有赖于无功电源的合理分布。Notes38版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用13-3电力系统的频率调整频率是衡量电能质量的重要指标。要实现电力系统在额定频率下的有功功率平衡，并留有必要的备用容量。一次调频。二次调频。本章小结39版权所有者：张勇军未经书面允许，他人不得使用习题13－213－6