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1、第4章 电力系统的有功功率平衡 与频率调整,本章提示 4.1 概述 4.2 自动调速系统 4.3 电力系统的频率特性 4.4 电力系统的频率调整 小 结,本章提示,调频的意义及电力系统频率的允许波动范围； 频率一次调整的概念、原理及结果； 频率二次调整的概念、原理及结果； 电力系统的有功功率平衡及备用容量的概念。,4.1 概述,4.1.1 频率调整的必要性 4.1.2 频率调整的方法,频率变化的原因? 频率变化对负荷的影响 (1)异步机 ：纺织品产生毛疵、纸张薄厚不均 (2)电子设备：降低精度、产生误差 频率变化对电力系统的影响 (1) 水泵、风机：水压、风力不足 (2) 汽轮机的叶片：低压级
2、叶片因振动产生 裂纹 频率允许偏移的范围：50Hz(0.20.5)Hz,系统中负荷的变化,你答对了吗?,4.1.1 频率调整的必要性,有功功率负荷变动曲线,4.1.2 频率调整的方法,幅度小（0.1%0.5%），周期短（10s）,幅度较大（0.5%1.5%），周期较长（一般10s3min）,持续变动的负荷,4.1 概述,电力系统频率的变化是由有功负荷变化引起的。,图4.1 有功负荷的变化,第一种变化负荷引起的频率偏移由发电机组的调速器进行，称为频率的一次调整。,第二种变化负荷引起的频率偏移由发电机组的调频器进行，称为频率的二次调整。,第三种负荷的变化是可预测的，调度部门按经济调度的的原则事先给
3、各发电厂分配发电任务，各发电厂按给定的任务及时地满足系统负荷的需求，就可以维持频率的稳定。,4.1.2 频率调整的方法,4.2 自动调速系统,4.2.1 调速器的工作原理实现频率的 一次调整 4.2.2 调频器的工作原理实现频率的二次 调整,转速测量元件,放大元件,执行机构,转速控制机构,4.2 自动调速系统,离心飞摆式调速系统,图4.2离心飞摆式调速系统示意图,4.2 自动调速系统,PEPT,w w0,4.2.1 调速器的工作原理 实现频率的一次调整,发电机输出 功率增加,频率略低于原来值,负荷降低,发电机输出 功率减小,频率略高于原来值,负荷增大,有差调节,4.2 自动调速系统,图4.2离
4、心飞摆式调速系统示意图,4.2 自动调速系统,PEPT,w w0,4.2.2 调频器的工作原理 实现频率的二次调整,调频器完成二次调整,无差调节,4.2 自动调速系统,4.3 电力系统的频率特性,4.3.1 发电机组的有功功率频率静态特性 4.3.2 系统负荷的有功功率频率静态特性,4.3.1 发电机组的有功功率 频率静态特性,KG,PG,f,0,4.3 电力系统的频率特性,发电机的单位调节功率 （或发电机组功频静特性系数）,调差系数,调差系数的标么值,KG ,可以整定, 由调速器决定,4.3 电力系统的频率特性,功频静态特性的平移,4.3 电力系统的频率特性,调频器,若机组负荷升高使转速下降
5、，可以通过伺服电动机来提高转速，调整的结果使原来的功频静特性2平行右移为特性1。,若机组负荷降低使转速升高高，则可通过伺服电动机来降低机组转速，调整的结果使原来的功频静特性2平行左移为特性3.,4.3.2 系统负荷的有功功率 频率静态特性,4.3 电力系统的频率特性,根据所需的有功功率与频率的关系可将负荷分成以下几类：,不受频率影响的负荷 与频率成正比的负荷 与频率的二次方成比例的负荷 与频率的高次方成比例的负荷,系统的负荷功率与频率的关系：,4.3 电力系统的频率特性,有功负荷的频率静态特,连结容量，是指频率、电压等于额定值时，接在电网上的用电设备的实际容量。,4.3 电力系统的频率特性,根
6、据统计资料，系统负荷以第二类占多数，因此负荷的静态频率特性可近似表示为一条直线。,如果联结容量改变，静态特性曲线将上下移动。,有功负荷的频率静态特,4.3 电力系统的频率特性,负荷的频率调节效应系数 或简称为负荷的频率调节效应,(4.6),它反映了系统负荷对频率的自动调整作用。,例4.1 某电力系统中，与频率无关的负荷占35，与频率一次方成正比的负荷占45，与频率二次方成正比的负荷占10，与频率三次方成正比的负荷占10。求系统频率由50赫降到47赫时，相应的负荷变化百分值。,4.3 电力系统的频率特性,4.4 电力系统的频率调整,4.4.1 频率的一次调整 4.4.2 频率的二次调整 4.4.
7、3 主调频厂的选择 4.4.4 互联系统的频率调整,4.4.1 频率的一次调整,4.4 电力系统的频率调整,系统负荷增加时，在发电机组功频特性和负荷本身的调节效应共同作用下实现了新的功率平衡。,负荷的功频特性 与发电机组功频静特性 的交点a是系统的原始运行点，系统频率为f1,若系统负荷增加 ，其特性曲线变为 。,假定系统只有一台机组,一次调整方程式为,系统的单位调节功率,4.4 电力系统的频率调整,b点,负值,负荷功率的实际增量,4.4.2 频率的二次调整,4.4 电力系统的频率调整,二次调整是以手动或自动方式调节发电机组的调频器，使发电机组的功频特性平行移动来改变发电机的有功功率，以保持系统
8、的频率不变或使频率变化在允许范围内。,4.4.2 频率的二次调整,a是原始运行点,系统负荷增加PD0,4.4 电力系统的频率调整,由于进行了二次调整发电机组增发的功率 ；,由于调速器的调整作用而增加的发电机组功率（图中 ）,由于负荷本身的调节效应而减小的负荷功率（图中 ）,相似于式（4.9）可得,如果二次调整发电机组增发的功率能完全抵偿负荷的初始增量，则实现了无差调节，如图4.7中虚线所示。,或：,图4.7频率的二次调整,4.4.2 频率的二次调整,（4.10）,（4.11）,4.4.3 主调频厂的选择,按照是否承担二次调整可将电厂分为：,主调频厂 辅助调频厂 非调频厂（基载厂）,4.4 电力
9、系统的频率调整,主调频厂（一般12个电厂）负责全系统的频率调整（即二次调整）; 辅助调频厂是在系统频率超过某一规定的偏移范围时才参与频率调整，一般只有几个电厂; 非调频厂（也叫基载厂）则按预先给定的负荷曲线发电。,4.4.3 主调频厂的选择,按照频率调整的要求，主调频厂应具备以下条件：,机组要有足够的调整容量及范围; 调频机组具有能适应负荷变化需要的调整速度; 调整输出功率时符合安全及经济原则。,4.4 电力系统的频率调整,此外，调整频率时，还要考虑引起的联络线上功率的波动和某些中枢点的电压波动是否超出允许范围。,从调整容量和调整速度出发，系统中有水电厂时，应选择水电厂做调频厂。,4.4.4
10、互联系统的频率调整,对系统A相当于负荷增量，对系统B相当于发电功率增量。,A,B,KA,KB,PGA,PGB,PDA,PDB,PAB,对A系统：,对B系统：,若联合系统二次调频的发电功率增量 等于全系统负荷增量 时，可实现无差调节，即,全系统负荷增量,发电功率增量,功率缺额,4.4 电力系统的频率调整,4.4 电力系统的频率调整,如A系统没有功率缺额，即 ，联络线上由A流向B的功率增大；如B系统没有功率缺额，即 联络线上由A流向B的功率减少。,4.4 电力系统的频率调整,若B系统没有调频厂，即 ，其负荷变化量 将由A系统的二次调整来承担 。,若要保持 ，这时联络线上功率变化 ，即B系统的功率缺
11、额 全部通过联络线由A输送到B，这时联络线的功率增量最大。这也是调频厂远离负荷中心而且要实现无差调节的情况。,4.4.4 互联系统的频率调整,（4.12）,例4.2 A、B两系统由联络线相联， A系统： B系统： 求在下列情况下频率的变化量 和联络线功率的变化量 。 （1）当二系统机组都参加一次调频； （2）当A系统机组参加一次调频，而B系统机组不参加一次调频。 （3）两系统机组都不参加一次调频时。,4.4 电力系统的频率调整,4.5 电力系统中有功功率的平衡,4.5.1 有功功率平衡及备用 4.5.2 电力系统中各类发电厂的合理组合,包括所有用户的有功负荷 、网络的有功损耗 以及厂用电有功负
12、荷 ，即,在一般情况下，电力网中的有功功率损耗约占发电厂输出功率的78；火电厂厂用电约占发电厂出力的510%，水电厂一般只占1左右。,（4.16）,电力系统有功功率平衡是指运行中，所有发电厂发出的有功功率的总和 ，在任何时刻都等于该系统的总负荷 。,4.5.1 有功功率平衡及备用,4.5 电力系统中有功功率的平衡,系统备用容量按存在形式可分为热备用和冷备用。,热备用也叫旋转备用，是指运转中的发电设备可发最大功率与系统发电负荷之差。 冷备用则是指未运转但能随时启用的发电设备可发的最大功率。,为保证系统安全、优质、经济地运行，系统应具有一定的备用容量，,4.5.1 有功功率平衡及备用,4.5 电力
13、系统中有功功率的平衡,事故备用：系统的事故备用，是为了在电力系统中当发电设备发生偶然事故时，保证系统正常供电所需的备用。一般取最大负荷的510，但不能少于系统中一台最大机组容量。,负荷备用：是指调整系统中短时的负荷波动并担负计划外的负荷增加而设置的备用。一般取最大负荷的35。,系统备用容量按其作用可分为：,4.5.1 有功功率平衡及备用,4.5 电力系统中有功功率的平衡,检修备用：系统的检修备用，是使系统中的发电设备能定期检修而设置的备用。发电设备运转一段时间后必须进行检修，在这期间内，如不能完全安排所有机组的大小修时，才设置所需的检修备用容量。,国民经济备用：系统的国民经济备用，是指满足工农
14、业生产的超计划增长对电力的需求而设置的备用。,4.5.1 有功功率平衡及备用,4.5 电力系统中有功功率的平衡,4.5.2 电力系统中各类发电厂的合理组合,4.5 电力系统中有功功率的平衡,电力系统中的发电厂主要有三类: 火力发电厂 水力发电厂 核能发电厂,火电厂外景,火力发电厂的特点有：,火电厂运行时要消耗大量的燃料，需要支付燃料费用，但运行不受自然条件影响。,火电厂的锅炉和汽轮机都受最小技术负荷的限制。,火电厂机组的投入、退出或承担急剧变动的负荷时，既额 外耗费能量，又花费时间，且易损坏设备。,带有热负荷的火电厂称为热电厂,4.5 电力系统中有功功率的平衡,丰满水电厂外景,水力发电厂的特点
15、有：,水厂不需要支付燃料费用，且水能是可以再生的资源。,水电厂机组的投入、退出或承担急剧变动的负荷时，所需时间短，操作简单，无需额外的耗费。,水力枢纽往往兼有防洪、发电、航运、灌溉、养殖、供水和旅游等多方面的效益。,水电厂的水轮机没有严格的最小技术负荷要求，发电机出力的调整范围较宽。,4.5 电力系统中有功功率的平衡,秦山核电站外景,核能发电厂的特点有：,核电厂一次性投资大，运行费用低。,核电厂的反应堆和汽轮机投入、退出或承担急剧变动负荷时，需耗费能量，花费时间，且设备易损坏。,4.5 电力系统中有功功率的平衡,4.5.2 电力系统中各类发电厂的合理组合,图中： A水电厂的不可调功率； B水电厂的可调功率； C热电厂； D核电厂； E高温高压凝气式火电厂； F中温中压凝气式火电厂,图4.9各类发电厂组合顺序示意图,4.5 电力系统中有功功率的平衡,小 结,频率是衡量电能质量的重要指标，保证频率质量要求系统必须保持有功功率平衡，并具备一定
