电力系统的有功功率平衡和频率调整

1第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整电压是衡量电能质量的一个重要指标频率也是衡量电能质量的重要指标13.0概述13-1:频率调整的必要性13-2:电力系统的频率特性13-3:电力系统的频率调整13-4:有功功率平衡和系统负荷的合理分配频率调整的必要性13.11、有功功率的基本概念：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。2、电力系统的频率水平由有功功率平衡决定，在负荷变化时，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。频率调整的必要性13.13、频率的重要性①影响用户产品的质量（异步电动机的转速和输出功率均与频率有关）②影响电子设备的准确性③对电力系统运行的不良影响1）对发电机叶片的不良影响，振动2）f↓，降低给水泵、循环水泵、风机等的出力和效率（辅助效率和内能）3）f↓，异步电动机和变压器的励磁电流↑，QL↑，为Q平衡和电压调整增加困难。4）互联系统解列5）发电机解列频率调整的必要性13.14、允许的频率偏移严格保证频率不变是不可能的，fN=50HZ，允许的频率偏移（系统运行频率与额定频率之差）：△f=±0.2Hz~±0.5Hz(±0.4%fN~±1%fN)5、频率调整的分类①一次调整：调整变化幅度小、变化周期短（10s）的负荷变化引起的频率偏移，由发电机的调速器进行调整。②二次调整：调整变化幅度较大、变化周期较长（10s～3min）的负荷变化引起的频率偏移。调频器参与调整。③调度部门预先编制的日负荷曲线反映变化缓慢的持续变动负荷，在有功平衡的基础上，按最优化原则在发电厂之间分配。三、有功功率负荷的变化及其调整第一种负荷特点负荷变化频率变化幅值小频率高周期短原因小负荷小操作调整：一次调频(调速器)负荷性质调频方式负荷分解：P=P1+P2+P3第二种负荷特点：幅值较大、频率较低原因：冲击性、间歇性负荷调整：二次调频(调频器)第三种负荷特点：幅值很大、变化缓慢原因：生产、生活及气象等条件引起调整：经济分配四、有功功率电源及备用容量系统有功功率平衡：PG=PL+P总装机容量：所有发电机的额定容量之和系统电源容量：可投入发电设备的可发功率之和系统备用容量：系统电源容量大于发电负荷部分，一般占最大发电负荷的15%--20%第二节电力系统负荷及电源的频率静态特性一、负荷的频率静态特性与频率无关—照明、电炉等1、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13.21.负荷的P–f静态特性①负荷静态频率特性：系统处于运行稳态时，系统中有功负荷随频率的变化特性。各类负荷的频率特性：22*01*2*3**0123,1NfPaafafafffaaaa电力系统的频率特性13.21.负荷的P–f静态特性②当频率偏移不大时，用线性方程近似表示负荷静态频率特性*DDDDDDNNDDDNDNPKfPKfPPfKKffPKD(KD*)：负荷频率调节效应系数（频率调节效应）KD*=1~3（频率下降1%，负荷有功功率变化KD*%）fODPNfDNPKD*取决于全系统各类负荷的比重，不同系统或同一系统不同时刻的KD*都可能不同。KD*是调度部门必须掌握的一个数据，是考虑按频率减负荷方案和低频事故时用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。电力系统的频率特性13.22.发电机的P–f静态特性调速系统的工作原理：δ(δ*)：静态调差系数，调差率（功率变化1%，频率变化δ*%）调差系数越小，频率偏移越小！*GGGGPKfPKf电力系统的频率特性***GNNfPfPPf13.22.发电机的P–f静态特性发电机静态频率特性：系统处于运行稳态时发电机有功功率与频率的变化关系KG(KG*)：单位调节功率，f发生单位变化时，发电机组输出功率的变化量。111GNNGGGGNGNPffKKKfPP，发电机的δ(δ*)和KG(KG*)可以整定，而负荷的KD(KD*)则不行汽轮机：δ*=0.04~0.06，KG*=25~16.7水轮机：δ*=0.02~0.04，KG*=50~25PGfPGNfNo电力系统的频率特性P1PG(f)PD(f)fPof113.23.电力系统的P–f静态特性要确定电力系统的负荷变化引起的频率波动，需要同时考虑负荷及发电机两者的调节效应。考虑一台发电机和一个负荷的情况。假定系统的负荷增加ΔPD0。负荷的实际增量：0GDDPPP(负荷的实际增量应与发电机组的功率输出的增量相等)P1PG(f)P’D(f)PD(f)fPof1ΔPD0P1P2PG(f)P’D(f)PD(f)fPof1f2ΔPGΔPDΔPD0电力系统的频率特性13.23.电力系统的P–f静态特性P1P2PG(f)P’D(f)PD(f)fPof1f2ΔPGΔPDΔPD0K：系统的P–f静特性系数，或系统的单位调节功率，计及发电机和负荷的共同作用时，引起f单位变化的负荷变化量。0DGDGDPPPKfKfKfGDKKK根据K可以确定在允许的频率偏移范围内，系统所能承受的负荷变化量。0**DrGDPKKKKfGNDNPKrP备用系数，一般应满足：Kr1电力系统的频率特性13.24.复杂电力系统的频率特性11ggnnGiNGGiGiiiNPKKKf1ggnGiGiNNiGGnGNGiNiKPfKKPPGK1*KG(KG*)等值单位调节功率δ*等值调差系数电力系统的频率特性13.25.考虑二次调频的P–f分析02()DGGDPPKKf二次调频不改变系统的单位调节功率，但在同样的f偏移下，能承受更大的负荷变化。P1P2PG(f)P’D(f)PD(f)fPof1f2ΔPGΔPDΔPD0P1P2PG(f)P’D(f)PD(f)fPof1f2ΔPGΔPDΔPD0ΔPG2f'2P1P2PG(f)P’D(f)PD(f)fPof1f2ΔPGΔPDΔPD0P302DGPPfK第三节电力系统的频率调整只有一次调节时2、频率的二次调整f0f0’调频器动作后f0’f0”PL0-PG0=-ksf如PL0=PG0f=0无差调节电力系统的频率调整13.31.频率的一次调整调速器的有差调节特性，一次调频是有差调频所有发电机均装有调速器，均参加一次调频机械液压调速系统电气液压调速系统自动装置中详细介绍单靠一次调频不能使频率偏移保持在允许的范围之内发电机组的调速器，根据系统频率的偏移，改变机组的出力，使有功功率重新达到平衡，这就是频率的一次调整。电力系统的频率调整13.32.频率的二次调整二次调整也就是通常所说的频率调整同步器平行移动发电机的功频静特性来调节频率和分配机组间的有功功率由发电机组调速系统的转速控制机构（同步器）来实现的频率调整。P1P2PG(f)P’D(f)PD(f)fPof1f2ΔPGΔPDΔPD0P3电力系统的频率调整13.32.频率的二次调整发电机满载运行时的功频静态特性PGPGNfNofPGfPGN1fNoPGPGN1fNoPGNPGN2fPGfNoPGNPDfPGfNoPGNf1PDP'DfPGfNoPGNf1f2PDP'Df所以，系统有功电源的出力不能仅满足在额定功率下有功负荷的需求，应留有一定的备用容量。电力系统的频率调整13.33.发电机的分类有可调容量的机组均参加频率的一次调整只有一台或少数几个机组参加频率的二次调整主调频机组：参与二次调频的机组，条件：有足够大的调频容量和调节范围，出力调整速度应满足系统负荷变化速度的要求等。辅助调频机组：只有在系统频率超过某一规定的偏移范围时才参与频率调整非调频机组：按调度中心预先给定的负荷曲线运行，不参与频率的二次调整电力系统的频率调整13.34.主调频发电厂的选择条件：1)足够调整容量和范围2)调整速度3)安全经济原则，联络线功率波动和中枢点电压波动水电厂最适宜承担调频任务，但应兼顾经济性。（调整范围可以达到50%PN以上，速度快，一分钟可以由空载→满载。火电厂锅炉、汽机受最小技术负荷限制，锅炉25%(中温中压)~75%(高温高压)额定容量，汽机10~15%额定容量，每分钟仅能上升2~5%）电力系统的频率调整13.35.互联系统的频率调整频率调整可能引起网络潮流的重新分布DAABGAADBABGBBPPPKfPPPKfDADBGBGBDGABABPPPPPPfKKKKADBGBBDAGAABABKPPKPPPKKABΔPABΔPDAΔPGAKAΔPDBΔPGBKB=0,则:△f=0=0,则:△PAB=0二次调频功率增量负荷增量电力系统的频率调整13.35.互联系统的频率调整习题KGA=270MW/HZ，KDA=21MW/HZ，KGB=480MW/HZ，KDB=39MW/HZ，PAB=300MW，B系统增加负荷150MW（1）求A、B均仅进行一次调频时的系统频率：−(KGA+KDA+KGB+KDB)×△f=150−810×△f=150△f=−0.185HZf=50−0.185=49.815HZ联络线功率变化量（即A系统的负荷增加量）：△PAB=−(KGA+KDA)×△f=291×0.185=53.835MWABΔPABΔPDAΔPGAKAΔPDBΔPGBKB电力系统的频率调整13.35.互联系统的频率调整习题KGA=270MW/HZ，KDA=21MW/HZ，KGB=480MW/HZ，KDB=39MW/HZ，PAB=300MW，B系统增加负荷150MW（1）求A、B均仅进行一次调频时的系统频率：A、B发电机和负荷功率的变化量：ABΔPABΔPDAΔPGAKAΔPDBΔPGBKB2700.18549.95210.1853.885GAGADADAPKfMWPKfMW4800.18588.8390.1857.215GBGBDBDBPKfMWPKfMWABΔPABΔPDAΔPGAKAΔPDBΔPGBKB电力系统的频率调整13.35.互联系统的频率调整习题KGA=270MW/HZ，KDA=21MW/HZ，KGB=480MW/HZ，KDB=39MW/HZ，PAB=300MW，B系统增加负荷150MW（2）A、B均参加一次调频，但二次调频仅由A承担，PABmax=400MW，求系统频率的最小变化量应充分利用二次调频容量，则：△PAB=100−(KGB+KDB)×△f=50−519×△f=50△f=−0.098HZ△PAB=100并非全部是A的二次调频功率量100-△PGA=−(KGA+KDA)×△f△PGA=71.482电力系统的频率调整13.36.频率调整与电压调整的关系①频率下降将引起无功缺口扩大，电压下降f↓→Qg↓Qd↑→V↓△f↓1%→△V↓0.8～2%②电压下降使有功缺口减少③f、V偏低时，先解决f，再解决V④f、V的独立性⑤全网频率统一，调频涉及整个系统；无功功率平衡和电压调整可以按地区就地解决⑥当线路有功潮流不超过允许范围时，有功电源的任意分布不会妨碍频率的调整；无功平衡和调压则同无功电源的合理分布关系密切因f↑，Q缺额↓，对电压调整有利，若先V↑，扩大有功缺额，导致f↓有功功率平衡和系统负荷的合理分配13.41.有功功率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，有功调整范围小燃油火力发电厂燃汽火力发电厂燃煤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℃，