第五章电力系统的有功功率和频率调整.

1第5章电力系统的有功功率和频率调整2基本内容5.1电力系统中有功功率的平衡5.2电力系统中有功功率的最优分配5.3电力系统的频率调整35.1电力系统中有功功率的平衡5.1.1有功功率负荷的变动和调整控制*5.1.2有功功率负荷曲线的预计5.1.3有功功率电源和备用容量*45.1.1有功功率负荷的变动和调整控制有功功率负荷的变动*有功功率和频率的调整*55.1.1有功功率负荷的变动和调整控制——有功功率负荷的变动*三种典型的负荷变动第一种：变动幅度很小，周期很短，有很大的偶然性。——偶然性的负荷变动第二种：变动幅度较大，周期较长，冲击性负荷（电炉、压延机械、电气机车）——冲击性的负荷变动第三种：变动幅度最大，周期最长，由生产、生活、气象变化引起（可以预计）——可预见的负荷变动6图5-1有功功率负荷的变动7电力系统中负荷变动的幅度愈大，周期就愈长。图5-2调频任务的分配85.1.1有功功率负荷的变动和调整控制——有功功率和频率的调整*频率的一次调整：用发电机组的调速器(第一种负荷变动)。频率的二次调整：用发电机组的调频器(第二种负荷的变动)。——调频厂，对应潮流计算中的平衡节点频率的三次调整：按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，即责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。95.1.1有功功率负荷的变动和调整控制——负荷控制个别负荷大量或长时间超计划用电以致影响系统运行质量时，由系统管理部门在远方将其部分或全部切除的控制方式(不同于前三种)——负荷侧管理问题：（1）负荷变动有那几种形式？（2）频率调整有那几种方法，具体如何实现？（3）负荷变动与频率调整的关系？105.1.2有功功率负荷曲线的预计作用：有功功率和频率三次调整的依据方法：（1）传统方法（2）统计分析方法——回归分析法，时间序列分析法等。（不讲）115.1.2有功功率负荷曲线的预计——传统方法①.积累实测的有功功率日负荷曲线。②.收集未来若干天的预计负荷(大用电量用户)；③.参照长期积累的实测数据，汇总调整用电；④.计入网络损耗：一般约为系统总负荷的6%～10%不变损耗：与负荷大小无关(变压器空载损耗)可变损耗：与负荷的平方成正比125.1.2有功功率负荷曲线的预计——传统方法⑤.确定可承担系统负荷的发电容量从各发电厂可投入的发电容量中扣除厂用电各类电厂的厂用电占电厂最大负荷的百分数为水电厂：0.1%～1%；火电厂：5%～8%；原子能电厂：4%～5%；⑥.应特别注意气象条件的变化13图5-3负荷曲线加工实测曲线加工前后最大和最小负荷特征及曲线下的面积应一致。145.1.3有功功率电源和备用容量*——有功功率电源系统可供调度的系统电源容量可能小于总装机容量定期停机检修水电厂的发电机因水头极度降低不能按额定容量发电各发电厂预计可投入运行的发电机组的可发功率之和为可供调度的系统电源容量。155.1.3有功功率电源和备用容量*——有功功率备用容量为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统电源容量必须大于发电负荷。备用容量：可供调度的系统电源容量大于发电负荷的部分。热备用(旋转备用)：运转中的发电设备可能发的最大功率与系统发电负荷之差。165.1.3有功功率电源和备用容量*——有功功率备用容量冷备用：未运转的发电设备可能发的最大功率。检修中的发电设备不属冷备用。热备用越多，越有利于保证电能质量和供电可靠性，但经济性不好。负荷备用：调整系统中的短时负荷波动并担负计划外的负荷增加而设置的备用。负荷备用设置在调频厂内,取最大负荷的2%～5%，（大系统取小值，小系统取大值。）175.1.3有功功率电源和备用容量*——有功功率备用容量事故备用：使电力用户在发电设备发生偶然性事故时不受严重影响，维持系统正常供电需要的备用。取最大负荷的5%～10%，但不得小于系统中最大机组的容量。检修备用：使系统中的发电设备能定期检修而设置的备用。系统负荷季节性低落期间和节假日安排不下所有设备的大小检修时才设置专门的检修备用。国民经济备用：计及负荷的超计划增长而设置的备用。185.1.3有功功率电源和备用容量*——各种备用容量的关系运转中发电设备可能发的最大功率——系统发电负荷负荷备用——热备用事故备用——热备用事故备用——冷备用检修备用（视需要）国民经济备用具备了备用容量，才可能谈及备用用量在各发电设备和发电厂之间的最优分配以及系统的频率调整问题。195.2电力系统中有功功率的最优分配主要内容——不详细介绍（1）有功功率电源的最优组合系统中发电设备或发电厂的合理组合，即机组的最优启停调度，冷热备用的组合（2）有功功率负荷的最优分配有功功率负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配，即负荷的经济调度或者最优潮流问题205.2.1各类发电厂的运行特点和合理组合——火力发电厂的运行特点锅炉的技术最小负荷为额定负荷的25%～70%汽轮机的技术最小负荷为额定负荷的10%～15%锅炉和汽轮机的退出运行和再度投入或承担急剧变动负荷时会耗能、费时、易于损坏设备。215.2.1各类发电厂的运行特点和合理组合——火电厂的锅炉和汽轮机分类高温高压设备：效率高；灵活调节的范围窄中温中压设备：效率较高温高压设备低；灵活调节的范围较高温高压设备宽。低温低压设备：技术经济指标最差，应淘汰225.2.1各类发电厂的运行特点和合理组合——热电厂的特点热电厂(供热式火力发电厂)效率高；技术最小负荷取决于热负荷(称为强迫功率)235.2.1各类发电厂的运行特点和合理组合——原子能发电厂的特点反应堆的负荷没有限制汽轮机的技术最小负荷为额定负荷的10%～15%反应堆和汽轮机的退出运行和再度投入或承担急剧变动负荷时会耗能、费时、易于损坏设备原子能发电厂的一次投资大，运行费用小.245.2.1各类发电厂的运行特点和合理组合——水力发电厂的特点水电厂的强迫功率：为保证河流下游的灌溉、通航，向下游释放一定水量时发出的功率。水轮机技术最小负荷因水电厂的具体条件而异水轮机的退出运行和再度投入或承担急剧变动负荷时操作简单，不会耗费很多能量和花费很多时间水电厂水头过分低落时；水轮发电机组可发的功率要降低255.2.1各类发电厂的运行特点和合理组合——水电厂的分类无调节水库的水电厂：——径流式水电厂发出的功率取决于河流的天然流量。发出功率基本不变。有调节水库的水电厂：取决于水库调度所给定的水电厂耗水量。洪水季节，满负荷运行。——来水多，避免弃水。枯水季节，承担急剧变动负荷。——来水少，可储存根据水库容量分为：日、年、多年等调节方式，库容越大，调节能力越强。所谓多年调节，指库容足够大，可存储多年的多余水量，说明其库容调节能力强。265.2.1各类发电厂的运行特点和合理组合——水电厂的分类抽水蓄能水电厂：上下方各有一水库。系统负荷出现低谷时，抽水至上水库储蓄水能系统负荷出现高峰时，放水至下水库同时发电抽水蓄能，放水发电循环的总效率只有70%，但由于其具有很强的消峰填谷的作用，可以使火电厂的负荷比较平稳，因此，当系统的有功调节能力不足，或者存在核电厂时，应该考虑建设抽水蓄能水电厂。275.2.1各类发电厂的运行特点和合理组合——各类发电厂的合理组合(1)各类发电厂的组合顺序——考虑调节效率/能力火电厂以承担基本不变的负荷为宜。高温高压电厂优先投入，其次是中温中压电厂。原子能电厂原则上应持续承担额定容量负荷无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库水电厂的强迫功率应首先投入。有调节水库水电厂的可调功率洪水季节先投入；枯水季节后投入。285.2.1各类发电厂的运行特点和合理组合——各类发电厂的合理组合抽水蓄能水电厂承担高峰负荷。(2)不能忽视保证可靠供电、降低网损、维持良好的电能质量和足够的系统稳定性等要求。(3)负荷曲线的最高处是肩负调整系统频率任务的发电厂的工作位置。负荷备用设置在调频厂内，枯水季节由大水电厂承担调频任务，丰水期则为中温中压火电，抽水蓄能电厂在其发电期间也可以参与调频。5.2.2最优分配负荷时的目标函数和约束方程——不讲29枯水期丰水期30315.3电力系统的频率调整5.3.1频率调整的必要性5.3.2自动调速系统及其调节特性5.3.3频率的一次调整5.3.4频率的二次调整5.3.5频率调整厂的选择325.3.1频率调整的必要性(1)电力系统频率变动对用户的影响频率变化将引起电动机转速的变化，从而影响用户的产品质量；频率的不稳定将会影响电子设备的工作335.3.1频率调整的必要性(2)频率降低对系统本身和发电厂的影响系统的无功负荷将增大，使系统电压水平下降影响锅炉的正常运行增加汽轮机叶片损坏的机会发电机定子和转子的温升都将增加变压器的铁芯损耗和励磁电流都将增大可能会使整个系统瓦解，造成大面积停电345.3.1频率调整的必要性(3)调整频率的手段：发电机组原动机的自动调节转速系统调速器：进行频率的“一次调整”；调频器：进行频率的“二次调整”。355.3.2自动调速系统及其调节特性5.3.2.1离心飞摆式自动调速系统（1）原理图（2）频率的“一次调整”作用（3）频率的“二次调整”作用5.3.2.2电源有功功率静态频率特性（1）未配置自动调速系统原动机机械功率静态频率特性（2）配置自动调速系统的原动机机械功率静态频率特性36D1E1C1F1B1离心飞摆式自动调速系统375.3.2.1离心飞摆式自动调速系统——频率的“一次调整”作用原动机主轴带动套筒，套筒带动飞摆转动；机组负荷增大，转速下降，飞摆向转轴靠拢，A点下移到A’’点；油动机活塞两边油压相等，B点不动，杠杆AB绕B点逆时针转动到A’’B；调频器不动时，D点不动，杠杆DE绕D点顺时针转动到DE’；385.3.2.1离心飞摆式自动调速系统——频率的“一次调整”作用错油门活塞下移使油管a、b的小孔开启，压力油经b进入油动机活塞下部，活塞上部的油经a流入错油门上部。油动机活塞向上移动，使汽轮机的调节汽门或水轮机的导向叶片开度增大，增加进汽量或进水量。同时，杠杆AB绕A逆时针转动，提升C点使油管a、b的小孔重新堵住，油动机活塞停止移动。395.3.2.1离心飞摆式自动调速系统——频率的“一次调整”作用进汽或进水量增加，机组转速上升，A点回升到A’点。调节过程结束时，杠杆AB的位置为A’CB’。C点为原位置，B’的位置较B高，A’的位置较A略低。相应的进汽量或进水量较原来多，机组转速较原来略低。特点：调速器的一次频率调整，一定是有差调节405.3.2.1离心飞摆式自动调速系统——频率的“二次调整”作用调频器转动蜗轮、蜗杆，抬高D点，杠杆DE绕F点顺时针转动；错油门活塞再次下移开启小孔，在油压作用下，油动机活塞再次向上移动，进一步增加进汽或进水量。机组转速上升，飞摆使A点由点A’上升。415.3.2.1离心飞摆式自动调速系统——频率的“二次调整”作用油动机活塞向上移动时，杠杆AB绕A逆时针转动，带动C、F、E点上移，再次堵塞错油门小孔，结束调节过程。D点位移选择恰当，A点可能回到原来位置特点：可以实现有差调节/无差调节425.3.2.2电源有功功率静态频率特性——未配置自动调速系统221fCfCPm/mmMP435.3.2.2电源有功功率静态频率特性——未配置自动调速系统机组转速很小，蒸汽或水在叶轮上加的转矩很大，功率输出小。机组转速很大，蒸汽或水在叶轮上加的转矩很小，功率输出小额定条件时转速转矩适中，功率输出最大445.3.2.2电源有功功率静态频率特性——配置有自动调速系统（1）频率一次调整时的静态频率特性调速器随机组转速的变动不断改变进汽(水)量，相应机组的静态频率特性平行移动，使原动机的运行点不断从一根静态频率特性曲线向另一根静态频率特性曲线过渡。连接不同曲线上运行点,得到有频率的一次调整时的静态频率特性。455.3.2.2电源有