电力系统分析第13章

第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1概述13.2有功功率和频率13.3电力系统频率特性13.4电力系统频率控制13.5有功功率平衡13.6小结第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1概述1、电力系统频率控制的必要性A频率对电力用户的影响(1)电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化,这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化,转速不稳定会影响产品质量,,甚至会出现次品和废品。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1概述1、电力系统频率控制的必要性A频率对电力用户的影响（2）电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能,频率过低时有些设备甚至无法工作。这对一些重要工业和国防是不能允许的。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1概述1、电力系统频率控制的必要性A频率对电力用户的影响（3）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低,导致其所带动机械的转速和出力降低,影响电力用户设备的正常运行。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1概述1、电力系统频率控制的必要性A频率对电力系统的影响（1）频率下降时,汽轮机叶片的振动会变大,轻则影响使用寿命,重则可能产生裂纹。对于额定频率为50Hz的电力系统,当频率低到45Hz附近时,某些汽轮机的叶片可能因发生共振而断裂,造成重大事故。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1概述1、电力系统频率控制的必要性A频率对电力系统的影响（2）频率下降到47-48Hz时,火电厂由异步电动机驱动的辅机（如送风机）的出力随之下降,从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种趋势如果不能及时制止,就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度。这种现象称为频率雪山崩。出现频率雪崩会造成大面积停电,甚至使整个系统瓦解。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1概述1、电力系统频率控制的必要性A频率对电力系统的影响（3）在核电厂中,反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时,冷却介质泵即自动跳开,使反应堆停止运行。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1概述1、电力系统频率控制的必要性A频率对电力系统的影响（4）电力系统频率下降时,异步电动机和变压器的励磁电流增加,使无功消耗增加,引起系统电压下降,频率下降还会引起励磁机出力下降,并使发电机电势下降,导致全系统电压水平降低。如果电力系统原来的电压水平偏低,在频率下降到一定值时,可能出现所谓电压雪崩现象,出现电压雪崩也会造成大面积停电,甚至使系统瓦解。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1概述2、电力系统有功功率控制的必要性A维持电力系统频率在允许范围之内电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。但是电力系统的负荷是时刻变化的,从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内，就是要及时调节系统内并联运行机组有功功率。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1概述2、电力系统有功功率控制的必要性B提高电力系统运行的经济性当系统频率在额定值附近时，虽然频率满足要求，但没有说明哪些机组参与并联运行，并联运行的机组各应该发多少有功功率。电力系统有功功率控制的任务之一就是要解决这个问题。这就是电力系统经济调度问题。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1概述2、电力系统有功功率控制的必要性C保证联合电力系统的协调运行电力系统的规模在不断地扩大,已经出现了将几个区域电力系统联在一起组成的联合电力系统，有的联合电力系统实行分区域控制，要求不同区域系统间交换的电功率和电量按事先约定的协议进行。这时电力系统有功功率控制要对不同区域系统之间联络线上通过的功率和电量实行控制。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1概述3、本章的主要内容①为什么P和f联系起来②有功功率平衡③调频原理④调频方法和措施第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.2有功功率和频率1、基本概念电力系统的频率由发电机的转速决定，相联系统只有一个频率，是一个全局问题，与电压不同。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.2有功功率和频率2、频率额定频率：50Hz频率偏移：系统运行频率与额定频率之差。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.2有功功率和频率3、电力系统的频率水平由有功功率平衡决定，如果有功电源充足，能保证用户需要，且具有及时进行调整的能力，则能保证频率在合理的范围之内，反之，则将出现较大的频率偏移。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3电力系统频率特性1、发电机组和电力系统等效发电机组的功率频率静态特性OPGPG2PG1ff1f212发电机组的功率频率静态特性如右图，当功率增加到其额定功率时，输出功率不随频率变化。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3电力系统频率特性1、发电机组和电力系统等效发电机组的功率频率静态特性OPGPG2PG1ff1f212等效发电机组的功率频率静态特性如右图所示，它跟发电机组的功率频率静态特性相似。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3电力系统频率特性1、发电机组和电力系统等效发电机组的功率频率静态特性由此可见，发电机组和等效发电机组的功率频率静态特性都是向下倾斜的，其程度用调差系数表示：fPKfPKPfGGGGG11第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3电力系统频率特性2、电力系统综合负荷的静态频率特性电力系统综合负荷由各种各样的负荷组成。这些负荷吸取的有功功率有的与频率无关，有的与频率的一次方成正比，有的与频率的二次方成正比，有的与频率的更高次方成正比。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3电力系统频率特性综合负荷与频率的关系可表示成：1210*2*2*102210neLeLLnnLneLeneLeeLeLeLaaaafffPPPfafafaaPffPaffPaffPaPaP第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3电力系统频率特性2、电力系统综合负荷的静态频率特性在额定频率附近，负荷的静态频率特性近似为直线PLOfPL1f1负荷的静态频率特性曲线的斜率称为负荷的频率调节效应系数。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3电力系统频率特性负荷的频率调节效应系数记为KL**fPKfPKLLLL第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3电力系统频率特性3、电力系统的频率特性电力系统主要由发电机、输电网络和负荷组成。如果把输电网络的损耗看成负荷的一部分，则电力系统是由两个环节组成的闭环系统。发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性的交点就是电力系统的频率的稳定运行点。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3电力系统频率特性3、电力系统的频率特性OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2如图，当等效发电机运行在特性G1，综合负荷特性为L1时，系统运行在a点，系统频率为f1。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3电力系统频率特性3、电力系统的频率特性OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2当系统负荷增加，综合负荷特性为L2时，如果不改变发电机调速系统的设定值，等效发电机特性仍然为G1,系统运行在b点，系统频率为f2。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3电力系统频率特性3、电力系统的频率特性OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2如果当系统负荷增加，综合负荷特性变为L2时，改变发电机调速系统的设定值，等效发电机特性变为G2,则系统运行在c点，系统频率回到f1。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4电力系统频率调整1、电力系统频率的一次调整OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2当系统负荷增加，综合负荷特性为L2时，发电机调速系统的设定值不变，等效发电机特性仍然为G1,系统运行在b点，系统频率为f2。这种由发电机特性和负荷调节效应共同承担系统负荷变化使系统运行在另一频率的频率调整称为频率的一次调整。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4电力系统频率调整1、电力系统频率一次调整OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2对于右图，频率一次调整的结果：发电机有功功率增加了PL2-PL1，负荷调节效应是负荷少吸收有功功率为PL3-PL2，系统频率降低到f2。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4电力系统频率调整1、电力系统频率一次调整当系统负荷减少时，频率的一次调整过程与上述相反。即系统频率升高，发电机有功功率减少，负荷调节效应使负荷吸取的有功功率相对于原频率下的功率有所增加。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4电力系统频率调整2、电力系统频率二次调整OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2当系统负荷变化较大，频率的一次调整结果，系统频率过高或过低时，需要改变发电机调速系统的设定值，使系统频率恢复到规定范围内。对于右图，等效发电机特性变为G2,系统频率回到f1。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4电力系统频率调整2、电力系统频率二次调整当系统负荷变化较大，通过改变发电机调速系统的设定值使系统频率恢复到规定范围内的频率调整称为频率的二次调整。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4电力系统频率调整2、电力系统频率二次调整电力系统频率的二次调整任务是由调频发电厂中的发电机组承担的。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4电力系统频率调整3、电力系统有功功率调整（频率的三次调整）在频率的三次调整之前，让我们先看看电力系统负荷的变化情况。见下图第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4电力系统频率调整3、电力系统有功功率调整（频率的三次调整）负荷总的变化情况随机分量脉冲分量持续分量第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4电力系统频率调整3、电力系统有功功率调整（频率的三次调整）由上图可见，总的负荷可分成三个部分：随机分量脉冲分量持续分量一次调频一、二次调频发电计划加二次调频第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4电力系统频率调整3、电力系统有功功率调整（频率的三次调整）负荷的持续分量，调度部门用日负荷曲线来描述。日负荷曲线示例如下：第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4电力系统频率调整3、电力系统有功功率调整（频率的三次调整）从以上日负荷曲线可看到，把负荷分成基荷和峰荷。相应地，调度部门把发电厂分为三类：带基荷发电厂调峰发电厂调频发电厂第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4电力系统频率调整3、电力系统有功功率调整（频率的三次调整）调度部门按日负荷曲线把发电计划下发到各类发电厂，计划发电计划与实际负荷不可能完全一致，其差值称为计划外负荷。计划外负荷由调频厂承担。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4电力系统频率调整3、电力系统有功功率调整（频率的三次调整）由此可见，调度部门使用发电计划来解决大部分有功功率平衡问题的。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.5电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配1、有功电源发电厂是目前电力系统唯一的有功功率电源。（1）火力发电厂：总容量一半以上。燃油火力发电厂燃汽火力发电厂燃烧火力发电厂效率高容量大低温低压（450℃，35大气压）中温中压（520℃，100大气压）高温高压（550℃，180大气压）超临界机组(575℃，200以上)（2）热力发电厂：发电+供热强迫出力：为保证供热而必须发出的有功功率。第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整13.5电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配（3）水力发电厂