电力系统分析第二版课件第五章

第五章电力系统正常运行方式的调整和控制电能质量：电压、频率、可靠性。电压和频率变化的原因是电源和负载的功率不平衡。正常稳态运行情况下的调整和控制主要内容：有功功率和频率的调整、无功功率和电压的调整、运行方式的优化以及潮流的灵活控制。第五章电力系统正常运行方式的调整和控制(1)负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力，使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使它尽量不变。(2)负荷无功功率的变化要求对发电机和其他无功补偿设备的运行进行调整，并保证合格的电压供电质量。(3)分配和调整发电机功率时，需考虑它们和线路、变压器等设备的容量限制和其他条件，保证设备和系统的安全性。(4)电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关，对系统运行方式进行决策和调整时，还必须考虑经济性。从以下几个方面理解调整和控制：§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制稳态运行时，全系统各点频率都相等，所有发电机同步运行。pfn/60一、负荷的有功功率及其频率特性1.日负荷曲线负荷曲线：负荷随时间变化的曲线。()Pft§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制2.负荷的频率特性负荷有功功率随系统频率变化的特性称为负荷有功功率的静态频率特性，简称为负荷的频率特性。负荷按其有功功率与频率的关系分类：(1)与频率无关的负荷(2)与频率成正比的负荷(3)与频率的二次方成正比的负荷(4)与频率的三次方成正比的负荷(5)与频率的高次方成正比的负荷§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制nNnNNNLNLffaffaffaffaaPP33221013210naaaaannLfafafafaaP*3*32*2*10*fKPLLKL：负荷的频率调节效应系数，MW/Hz标么值形式：***fKPLLLNNLLPfKK*§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制二、频率调整的必要性和有功功率平衡1.频率调整的必要性(1)电动机转速与频率近似成正比，频率变化会引起电动机转速的变化，影响产品质量。(3)频率下降将使汽轮发电机的汽轮叶片振动增大，影响其寿命，甚至产生裂纹或断裂；(4)频率降低时，火力发电厂由电动机驱动的动力设备由于转速下降而使它们的出力减小，引起锅炉和汽轮机出力降低，从而使得频率继续下降而产生恶性循环，可能出现频率崩溃；(5)核电厂的反应堆的冷却介质泵对频率的要求比较严格，当频率降低到一定程度时，将自动跳开，使反应堆停止运行。为防止频率崩溃，系统中设置自动低频减负荷装置，当频率降低到一定程度时，按频率的高低自动分级切除部分负荷。频率变化的影响及危害：(2)对电子设备来说，系统频率的不稳定影响其正常工作。§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制2.有功功率平衡和备用容量为保证电力系统的频率质量，应满足额定频率下系统有功功率平衡的要求。系统中还必须安排适当的备用容量。备用容量的种类：(1)负荷备用。为了适应系统中短时的负荷波动，以及因负荷预测不准或计划外负荷增加而设置的备用容量。一般取负荷的2%~5%。(2)事故备用。为防止发电机组发生事故设置的备用容量，一般取系统最大负荷的5%~10%。(3)检修备用。为系统中的发电设备能进行定期检修而设置的备用容量。(4)国民经济备用。适应负荷的超计划增长而设置的备用容量。发电机可用出力的总和并不一定就是它们的有功容量总和，这是因为在运行过程中，既不是所有发电机组都不间断地投入运行，也不是所有投入运行的发电机组都能按其额定容量发电。§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制负荷备用必须以热备用的方式存在于系统之中。热备用是指所有投入运行的发电机组可能发出的最大功率之和与全系统发电负荷之差，也称运转备用或旋转备用。冷备用指系统中停止运行状态，可随时待命起动的发电机组最大出力的总和。冷备用可作为检修备用和国民经济备用。0maxmax1RLgiGNiPPPP发电机可用有功出力全系统总的最大负荷全系统最大有功功率损耗和厂用电全系统总有功功率备用容量§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制1.发电机组的自动调速系统调速系统种类：三、发电机组的调速系统和频率的一次调整通过原动机调速器的作用完成发电机组出力和频率的调整，称为频率的一次调整。(1)机械液压式：采用离心飞摆将转速信号变换为位移信号。测出同步发电机转速，与额定值的偏差，调整原动机调速器，调发电机转速，调其出力及频率。误差信号1个——转速信号。液压系统可靠性高。§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制功率-频率电气液压调速系统：ffKPPUsetGGseterr转速测量频差放大fsetf转速给定功率给定功率测量－＋综合放大器＋＋－setPGP综合误差PID校正功率放大器电液转换器errU油动机汽轮机发电机转速有功功率系统(2)电气液压式：将转速信号变换为电信号，再通过电气-液压转换器转换为液压变化信号。§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制2.发电机组有功功率静态频率特性有功功率静态频率特性：在自动调速系统作用下，发电机组输出的有功功率与频率之间的稳态关系。fPGPsetfN00ffKPPUsetGGseterrffKPPsetGsetGNsetfffffsetGGPPPMW/HzfPKGGGNNGGNNGGPfKfPfPK*调速系统常用调差系数百分数σ%来反映静态特性。100%1*GK单位调节功率每台机组的调差系数可单独整定。离心飞摆式调速系统，整定值通过调频器设定；功频电液调速系统可直接整定KG。令GGPKf则§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制321GGGGPPPPGNNGGPfKK*100%1*GK解例5-2设某一电力系统中所含机组台数、单机容量及其调速系统的调差系数发表如下表。计算系统全部发电机的单位调节功率及其标么值。机组形式单机容量(MW)台数总容量(MW)调差系数σ%水轮机组22549002.5汽轮机组2001020004.0汽轮机组300721005.04×225MW机组,KG*=100/2.5=40,KG=40×(4×225)/50=720(MW/Hz)10×200MW机组,KG*=100/4.0=25,KG=25×(10×200)/50=1000(MW/Hz)7×300MW机组,KG*=100/5.0=20,KG=20×(7×300)/50=840(MW/Hz)fKPGGfKKKGGG321fKfKfKGGG321fKGMW/Hz25608401000720GKMW500021002000900GNP6.255000/502560*GK§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制3.系统频率的一次调整定性分析fPGPG0=PL0fN0ΔPL0oo‘fPG=PLΔPLΔPG暂态过程——调节过程LP机组惯性，n不能突变GP不变LGPP机组动能转换为电功率n调速系统工作GP直到达到新的平衡LP负荷增加f§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制3.系统频率的一次调整fPGPG0=PL0fN0ΔPL0oo‘fPG=PLΔPLΔPG定量分析GLLPPP0NffffKPGGfKPLLLGLPPP0fKKLGfKSfPKKKLLGS0系统的功率频率特性系数或单位调节功率GNNGGPfKK*LNNLLPfKK*fPfPKfPKLNLNLNGNG0*****0**SLLGrKfPKKkkr=PGN/PLN，系统的热备用系数(5-12)(5-10)(5-8)§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制四、频率的二次、三次调整和自动发电控制1.自动发电控制的一般要求(1)控制系统频率的同时，应控制省与省之间、地区与地区之间通过联络线交换的功率。这种控制称为频率和联络线功率控制，也称为负荷频率控制。(2)为了达到经济的目的而进行调整和控制称为经济调度控制，简称为经济调度。负荷频率控制称为频率的二次调整或二次调频；经济调度控制称为频率的三次调整或三次调频；二次调频和三次调频通称为自动发电控制。2.区域误差控制区域1区域m区域n区域jTijPLiP将频率误差和联络线的净交换功率误差进行综合，形成区域控制误差。fKPACEiTiiiTspiijTijTiPPP§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制βi为区域i的功率偏差系数；Ki为区域i的频率偏差系数。在负荷频率控制中，各区域根据本身的区域控制误差ACEi对该区域内的发电机进行控制，使得在达到稳态时，区域控制误差ACEi为零。(1)恒定频率控制取βi=0，Ki=1ffKPACEiTiii(2)恒定净交换功率控制取βi=1，Ki=0fKPACEiTiiiTiP(3)联络线功率和频率偏差控制取βi=1fKPACEiTiifKPSL0若Ki为区域i本身的单位调节功率KSi，-KiΔf为区域i内与Δf相对应的负荷增量。-ΔPTi为其它区域向区域i输送的净功率增量。-ΔPTi-KiΔf为区域i中总的负荷增量ΔPLi。§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制当Ki取为KSi时，根据ACEi的大小，可分为三种情况：-ACEi=0，即-ΔPTi–KiΔf=0，则说明通过联络线的净功率ΔPTi可能改变，而本区域的负荷并未发生变化；-ACEi0，说明区域i的负荷有所增加。反之，区域i的负荷有所减少。3.自动发电控制的实现发电机i1电力系统发电机i2发电机i3机组控制器机组控制器机组控制器负荷分配器ACE计算fTP1GiP2GiP3GiP3SiP2SiP1SiP＋－＋＋－－各机组功率给定值决定于区域控制误差的大小和负荷变化在机组间的分配原则。按照参与自动发电控制的各机组的备用容量大小或功率调整速率进行分配，主要针对区域误差。按照经济原则分配，针对负荷的变化和预测误差作经济功率分配调整。§5-2电力系统无功功率和电压的调整和控制(2)调整频率的手段只是各个发电厂的发电机组，而调整电压的手段除各个发电机外，还有大量的无功功率补偿设备和带负荷调整分接头变压器，它们分散在整个电力系统中。在无功功率和电压的控制中，必须对它们和发电机的控制进行协调，才能取得最佳效果，使全系统的功率损耗最小。无功功率和电压的控制与有功功率和频率的控制之间有很大区别：(1)稳态时，全系统的频率相同，但各节点的电压则不同，且电压的容许变化范围也可能不同。电压是电力系统电能质量的另一个重要指标。线路和变压器中的电压损耗与通过他们的功率有关，而在高压系统中又主要决定于通过的无功功率。§5-2电力系统无功功率和电压的调整和控制一、无功负荷及负荷的静态电压特性1.负荷的无功功率及网络中的无功功率损耗(1)全系统负荷所吸收的无功功率在一天的变化情况与有功功率日负荷曲线相似，并具有一定的周期性变化。*注：无功负荷的最大值经常出现在上午的高峰负荷期间。有功负荷的最大值经常出现在夜晚的高峰负荷期间。(2)变压器和线路也将产生无功功率损耗。(3)整个系统的无功功率损耗比有功功率损耗大很多。各种用电设备中，除了白炽灯和电热器等电阻性负荷只取用有功功率外，其他都需要从电网吸收感性无功功率才能运行。*变压器中无功损耗包括两部分：励磁无功损耗、漏抗中无功损耗。*线路中无功损耗包括两部分：电流流过电抗后的无功损耗、分布电容发出的无功。*整个电力系统，从发电机到用户往往要经过多级变压器进行多次升压和降压，而每经过一个变压器都要产生无功功率损耗。§5-2电力系统无功功率和电压的调整和控制2.负荷的静