第四章电力系统有功功率和频率调整

1第三节电力系统有功功率平衡及频率调整1、频率变化的影响及和有功功率的关系2、电力系统负荷及电源的频率静态特性3、电力系统的频率调整对用户的影响（1）异步电机转速：纺织工业、造纸工业（2）异步电机功率下降（3）电子设备的准确度对发电厂和电力系统的影响（1）对发电厂厂用机械设备运行的影响（2）对汽轮机叶片的影响（3）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无功消耗。电力系统频率变化的影响60pnf频率—由发电机转速决定转速与其轴上的转矩平衡有关MT：原动机输入机械转矩ME：发电机输出电磁转矩ETETPPMM转矩平衡与功率平衡的关系频率与有功平衡的关系转矩不平衡发电机转速变化频率变化(+0.2HZ+0.5HZ)稳态时：MT=ME，f=0负荷变化MT：由于惯性大变化慢ME：有功负荷变化快产生瞬时不平衡频率与有功平衡的关系有功功率负荷的变化及其调整有功功率负荷的变化及调整系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷组成：（1）变动周期小于10s，变化幅度小:小操作、线路摇摆等（3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律（2）变动周期在（10s，180s），变化幅度较大：大电机、电炉启停调速器频率的一次调整调频器频率的二次调整根据预测负荷，在各机组间进行最优负荷分配电力系统的经济运行调度（发电计划）有功功率负荷的变化及调整备用容量：15%～20%定义：备用容量＝系统可用电源容量－发电负荷作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格有功功率平衡：GLGPPPP8760t(h)P(MW)发电负荷备用容量新增容量有功功率平衡及备用容量最大发电负荷：PM=PLmax+Pmax总装机容量备用容量负荷备用（2%--5%）—负荷波动、计划外负荷事故备用（5%--10%）—不影响供电，不少于一台最大机组的容量检修备用（4%--5%）—适时安排国民经济备用（3%--5%）—超产及新负荷出现一般总备用—（15%--20%）PM热备用负荷备用部分事故备用冷备用检修备用部分事故备用国民经济备用只有拥有适当的备用容量才能进行最优分配及频率调整有功功率平衡及备用容量9系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优分配问题，包括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配。有功电源的最优组合：系统中发电设备和发电厂的合理组合。包括：机组的最优组合顺序，机组的最优组合数量，机组的最优开停时间。有功负荷的最优分配：系统中的有功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。电力系统中有功功率的最优分配10承担急剧变化负荷时与投、退相似，额外耗能、费时一、各类发电厂的运行特点1火电厂电力系统中有功功率的最优分配支付燃料费用技术最小负荷锅炉25%—70%汽机10%—15%效率与蒸汽参数有关高温高压：效率高、调节范围小中温中压：较前者低、但调节范围大低温低压：指标最差、不用于调节热电厂：抽气供热，效率最高，有不可调节的强迫功率火电厂112水电厂（1）不需燃料费，但一次投资大（2）出力调节范围比火电机组大（3）启停费用低，且操作简单（4）出力受水头影响（5）抽水蓄能（6）必须释放水量－－强迫功率一、各类发电厂的运行特点§5.2电力系统中有功功率的最优分配123核电厂（1）最小技术负荷小，为额定负荷10～15％。（2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高；启停及急剧调节时，易于损坏设备。（3）一次投资大，运行费用小。一、各类发电厂的运行特点§5.2电力系统中有功功率的最优分配13原则（1）充分利用水源。（2）尽可能利用原子能。（3）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。（4）尽量降低火力发电成本，增加燃用当地煤等。二、各类发电厂的合理组合§5.2电力系统中有功功率的最优分配14枯水期丰水期抽水发电1、负荷的有功功率－频率静态特性1)、定义：负荷与用户的生产状态有关与频率无关—照明、电炉等与接入点系统电压有关与系统频率有关——仅考虑频率因素假设不变2)、负荷性质：与频率的一次方成正比—球磨机、卷扬机等与频率的二次方成正比—变压器的涡流损耗等与频率的三次方成正比—通风机、循环水泵等与频率的高次方成正比—静水头阻力大的给水泵电力系统的频率特性332210NDNNDNNDNDNDffPaffPaffPaPaP13210aaaa332210fafafaaPD的标幺值表达式为基准值和以DNNPf电力系统的频率特性当频率偏离额定值不大时，负荷有功－频率静态特性用一条近似直线来表示。fPtgKDDfPffPPKDNDNDD//负荷的频率调节效应系数或称为负荷的频率调节效应，表示负荷随频率的变化程度。电力系统的频率特性2、发电机组的有功功率－频率静态特性1)、定义：发电机组的有功功率与频率之间的关系2)、调速器的工作原理电力系统的频率特性1为转速测量元件—离心飞摆及其附件；2为放大元件—错油门(或称配压阀)；3为执行机构—油动机(或称接力器)；4为转速控制机构或称同步器(调频器)AA’’A’DB’B电力系统的频率特性（1）、正常运转PE=PTA-B-O（2）、PLPEPEPTA’-B-O’PE=PTA’’-B’-O（3）、有差调节BB’，AA’’3)、调频器的工作原理AA’’A’DB’B电力系统的频率特性4)、电源的有功功率—频率静态特性（1）、无调速系统时:PT=c1f-c2f2（2）、有调速系统时电力系统的频率特性（3）、有调频器时电力系统的频率特性23概念介绍1)发电机的单位调节功率：发电机组原动机或电源频率特性的斜率的负值。标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。GNNGGNNGGGGPfKfPfPKHzMWfPK//*电力系统的频率特性24电力系统的频率特性2)发电机的调差系数：单位调节功率的倒数。100100%0000NNGNNGNGNNGNNGfffPffPPffPffPf25电力系统的频率特性3)发电机的单位调节功率与调差系数的关系：一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：•汽轮发电机组=3~5或=33.3~20•水轮发电机组=2~4或=50~25NGNNGNGGGfPfPKKK100%11100%1**%*GK%*GKfPOP0PLf0PGPL´ΔPL0AP0'Bf0'O'B'A'1、频率的一次调整电力系统的频率调整由于负荷突增，发电机组功率不能及时变动而使机组减速，系统频率下降，同时，发电机组功率由于调速器的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身的调节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程，达到新的平衡。27'0oofff0LsGLPKKKf系统的单位调节功率：计及发电机和负荷的调节效应时，引起频率单位变化时的负荷变化量。fPOP0PLf0PGPL´ΔPL0AP0'Bf0'O'B'A'00LGLLGLGLSOAOBBAPOBBOKfBAABKfPAOOBBAKfKfKKfKf计算：281、频率的二次调整：通过操作调频器，使发电机组的频率特性平行的移动，从而使负荷变化引起的频率偏移在允许的波动范围内。电力系统的频率调整2、频率的二次调整292、频率调整图电力系统的频率调整303、当系统负荷增加时，由以下三方面提供•二次调频的发电机组增发的功率；0GP•发电机组执行一次调频，按有差特性的调差系数分配而增发的功率；fKG电力系统的频率调整fKL•由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率314、数学表达式如果，即发电机组如数增发了负荷功率的原始增量，则，即所谓的无差调节。对于N台机，且由第s台机组担负二次调整的任务，则：SLGGLLGGLKKKfPPfKKPP000000GLPP0fSLGGsLKKKfPP00电力系统的频率调整325、主调频厂的选择•调频厂：负有二次调频任务的电厂，分为主调频厂和辅助调频厂。•调频厂应满足的条件：1）足够的调整容量2）较快的调整速度3）调整范围内的经济性较好电力系统的频率调整33调整容量:水电厂火电厂中温中压电厂（75％）高温高压电厂（30％）调整速度：水电厂火电厂调频厂选择：首选：水电厂其次：中温中压电厂电力系统的频率调整34习题1：某系统有三台额定容量为100MW的发电机组并列运行，其调差系数σ1*=0.02，σ2*=0.06，σ3*=0.05，其运行情况为PG1=60MW,PG2=80MW,PG3=100MW,取KL*=1.5,PLN=240MW。当系统负荷增加50MW时，系统频率下降多少？（均不计频率调整器的作用）35*1202401.57.2(/)5010033.337.2140.53(/)500.356()140.53LNLLNSGGLLSPKKMWHzfKKKKMWHzPfHzK11122211100100/0.02501110033.33/0.0650GNGNGNGNPKMWHzfPKMWHzf解：因为PG3已经满载，所以只有机组1，2参加一次调频，系统的频率调节特性为：36习题2：某电力系统的装机容量为2000MW,额定频率为50Hz,发电机单位调节功率为KG*=30，负荷的单位调节功率为KL*=1.5，现在负荷增加，若调频器不动作，频率下降0.2Hz；若调频器动作，增发100MW功率，问频率下降多少？（KG*、KL*均以2000MW,50Hz为基准）37解：即频率下降0.121Hz)(121.01260100252)(252)2.0(1260)/(1260601200)/(605020005.1502000)/(120050200030502000000**HzKPPfMWfKPHzMWKKKHzMWKKHzMWKKSGLSLLGSLLGG