第十一章电力系统有功功率分配与频率控制

第十一章电力系统有功功率分配与频率控制第一节电力系统有功功率平衡与频率变化有功功率平衡，即电力系统内所有电源输出的有功功率必须与系统内所有的用电设备消耗的有功功率加上输配电网中所有元件损耗的有功功率相等。有功功率平衡与频率的关系，有功功率平衡则频率恒定；当系统中出现有功功率不平衡时，例如有功功率电源不足或负荷增大时，将会引起系统频率下降；反之，将造成系统频率过高。额定频率，我国电力系统额定频率为50Hz。频率偏移，是指系统运行频率与系统额定频率之差。允许的频率偏移范围，±0.2Hz第二节有功功率电源发电机是目前电力系统唯一的有功功率电源，发电机安装在发电厂内。发电厂–火力发电厂–水力发电厂–核能发电厂火力发电厂（按燃料分）：–燃煤火力发电厂–燃油火力发电厂–燃气火力发电厂火力发电厂（按蒸汽参数分）：–低温低压（蒸汽温度450°C，压力35个大气压）–中温中压(500～520°C，100个大气压)–高温高压（550°C，180个大气压）–超临界机组(575°C，200个以上大气压)热力发电厂是既发电又供热的火力发电厂。热力发电厂示意图热力发电厂的强迫出力是指热力发电厂为保证供热而必须发出的有功功率。水力发电厂–有调节库容水力发电厂：可以在丰水期蓄水、平时按电力系统调度规定的有功功率曲线经济、灵活地发电。–迳流式水力发电厂：只能按实际来水量的大小发电。–抽水蓄能水力发电厂：主要用于调节系统有功功率的峰谷差，一般由上下两级水库构成。图中实线所示为没有抽水蓄能水力发电厂时的系统负荷曲线，虚线所示为有抽水蓄能水力发电厂时的系统负荷曲线。核能发电厂是利用原子能裂变反应所释放的能量进行发电。核能发电厂的运行费用要较火电厂低得多，并且由于经济、技术上的原因，改变核能发电厂的有功功率出力需要消耗额外的能量和时间。因而核能发电厂在运行中应尽量担负系统的基本负荷，减少功率的变化。电力系统中的有功功率备用：–负荷备用是为满足电力系统中短期负荷波动和计划外增加的负荷而设置的备用。–事故备用是在电力系统中发电设备发生偶然故障时，为保证向用户正常供电而设置的备用。–检修备用是为系统内发电设备定期检修而设置的。–国民经济备用是考虑到国民经济超计划增长而设置的备用。备用–热备用：一旦需要时就能立即带上负荷的备用，也成为旋转备用。热备用一般隐含在系统运行着的机组之中，为系统中运行着的发电机的最大可发功率与实际所发功率之差。–冷备用：设备完好而未运转的发电设备的最大可能出力，这些机组可以随时起动投入运行。各部分备用的关系见下表：负荷备用3～5％事故备用5～10％检修备用国民经济备用3～5％热备用冷备用第三节有功功率负荷的变动及其控制电力系统的负荷就是系统中千万个用电设备消费功率的总和，也称电力系统的综合用电负荷。电力系统的供电负荷是指综合用电负荷加上电力网中损耗的功率，就是系统中各发电厂应供应的功率。电力系统的发电负荷是指供电负荷再加上发电厂本身的消耗功率－厂用电，就是系统中所有发电机应发的总功率。有功功率平衡关系式：发电负荷＝综合用电负荷＋网损＋厂用电负荷负荷特性是指负荷吸收的有功功率和无功功率随受电电压和系统频率变化的特性。包括：–负荷电压特性–负荷频率特性图：某电力系统综合用电负荷的特性曲线负荷曲线是指某一时间段内负荷随时间而变化的规律。负荷曲线分类有以下几种：–按负荷种类分为有功功率负荷曲线和无功功率负荷曲线；–按时间段分为日负荷曲线和年负荷曲线；–按计量地点可分个别用户、电力线路、变电所、发电厂以至整个系统的负荷曲线。日负荷曲线日负荷率δ（日最大负荷）（日平均负荷）（日负荷率）＝maxPPpjPmax表示一天内的最大负荷，即日最大负荷；Ppj表示把一天内的各小时的负荷加起来，再除以24，即日平均负荷。年最大负荷曲线：把一年12月中的最大负荷逐月画出，连成曲线，可得年最大负荷曲线。年持续负荷曲线：是根据一年中负荷的大小及其持续时间顺序排列组成的曲线，如图所示。利用年持续负荷曲线，可以计算全年中电力网所输送的或用户使用的电能。图：年最大负荷曲线图：年持续负荷曲线有功功率负荷的变动及其控制–基荷：日负荷曲线的最低点以下部分。–峰荷：基荷与最大负荷之间的部分。基荷由具有强迫功率、不可调功率或高效率的热力发电厂、火力发电厂、核能发电厂或迳流式水力发电厂负荷，而峰荷则由有调节水库的水力发电厂、燃气轮机发电厂、中温中压火力发电厂等负担。电力系统负荷是由三种成分合成:–第一种成分P1幅值最小、周期最短、主要是由于中小型用电设备的投入切除引起，带有很大的随机性。–第二种成分P2幅度较大/周期较长.属于这一部分的负荷主要是周期性短时间需要大量有功功率的用电设备，例如轧钢机等。–第三种负荷P3是日负荷曲线的基本部分，它是由工厂的作息制度、人们的生活规律和气象条件的变化等所决定。第一二种成分负荷是无法预计的，要通过装设在原动机上的调速器对发电机输出的有功功率的调节来平衡。第三种负荷成分一般可通过研究过去的负荷资料和负荷的变化趋势加以预测。因而可通过事先计算，按最优分配的原则，做出各发电厂的日发电曲线，各发电厂则按此曲线调节发电机出力。第四节电力系统频率控制频率控制的必要性–任何频率偏移，都会造成效率的降低–频率的过高或过低，还会给运行中的电气设备带来各种不同的危害频率变化对用户的影响–大多数工业用户使用异步电动机，电动机的转速与系统频率有关，频率的变化将引起电动机转速的变化，从而影响产品质量，如纺织工业、造纸工业等，将由于频率变化出现残次品。–系统频率降低，将使电动机的出力下降，造成工厂减产，完不成国家计划。–近代工业及国防等部门广泛使电子技术设备，系统频率不稳定，将会影响电子设备的精确性。频率变化对发电厂的影响–汽轮机叶片谐振频率降低，汽轮机处于低于额定转速的运动状态，会使汽轮机叶片发生共振，使得叶片寿命降低，严重时产生断裂，造成重大事故。–辅机功能下降发电厂本身有很多异步电动机拖动的重要设备，如：给水泵、循环水泵、风机等。频率降低将造成它们的出力降低，造成水压、风力不足，从而使发电机降低发电能力，进一步导致频率下降，若不采取必要措施，系统频率将不能维持。频率变化对系统运行的影响–互联电力系统解列频率下降时，为了保证正常运行，互联的大电网有可能断开系统之间的联络线；–发电机解列频率下降到一定程度时，为保证发电厂设备的安全，发电厂有可能与系统解列。频率控制–频率的一次调整：由所有发电厂的调速器完成。–频率的二次调整：由调频厂的调频器完成。调频厂的选择–一般选水电厂担任调频任务–丰水季节，由效率居中的中温中压凝汽式火电厂担任调频任务–枯水季节，由水电厂和中温中压的火电厂作为调频厂。第五节汽轮机的调速装置离心飞锤式调速系统示意图