第五章 电力系统频率及有功功率

1、第二节电力系统频率与有功功率主讲教师：徐 箭所在单位：电气工程学院内容提要电力系统的频率偏移电力系统有功功率的平衡电力系统的频率调整电力系统中有功功率的最优分配1电力系统的频率偏移系统中负荷的变化频率变化的原因?频率变化对负荷的影响(1)异步机 (2)电子设备 (3)电钟频率变化对电力系统的影响(1) 水泵、风机、磨煤机(2) 汽轮机的叶片(3) 变压器的励磁频率允许偏移的范围：50Hz(0.20.5)Hz电气工程基础 主讲人：电气工程学院 徐箭2 电力系统有功功率的平衡P1变动幅度很小，周期又很短（秒级）变动有很大的偶然性P2变动幅度较大，周期也较长 （分钟级）2有功功率负荷变动曲线属于这一

2、种主要有电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷P3变动幅度最大，周期也最长（小时级）这一种是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动电气工程基础 主讲人：电气工程学院 徐箭据此,一次调整:由发电机组调速器进行的对第一种负荷变动引起频率偏移的调整频率调整二次调整:由发电机组调频器进行的对第二种负荷变动引起频率偏移的调整三次调整:按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，即责成各发电厂按事先给定的发电荷曲线发电。电气工程基础 主讲人：电气工程学院 徐箭3电力系统的频率调整一、调速系统的基本原理调速器的主要组成部分：测速组件、放大传动组件、反馈组件和调节对象等四部分。调频器的组成调频器由伺服电动机

3、、蜗轮、蜗杆等装置组成。电气工程基础 主讲人：电气工程学院 徐箭3 电力系统的频率调整一、调速系统的基本原理测量环节反馈环节放大环节调节对象离心飞锤式调速器原理示意图kG = = 二、发电机有功频率静态特性P G调频器作用发电机频率特性的斜率：P G P GN P G1f fN f12f1可以整定f1fNP G1P GN0fP G调速器作用发电机组的功率静态特性电气工程基础 主讲人：电气工程学院 徐箭1 f fN f1f fN f1该单位调节功率和机组的调差系数有互为倒数的关系。机组的调差系数 ： = = =kG P G P GN P G1单位调节功率的标么值为:P GNfN1kG =kGfN

4、 P GN =P Gf调差系数或与之对应的发电机的单位调节功率是可以整定；一般汽轮发电机组，单位调节功率在2516.7之间；水轮发电机单位调节功率在5025之间所以电力系统频率的一次调整问题主要就与调差系数或与之对应发电机的单位调节功率有关电气工程基础 主讲人：电气工程学院 徐箭三、负荷的有功频率静态特性负荷频率特性的斜率：P LDP LD1kLD=P LDfP LDP LDNfP 2P 1不能整定f10fN负荷的功率静态特性PLDNfNf实际系统： kLD =PLDf电力系统的一次调频（调速器作用）初始运行点O，当负荷增加一次调频为有 差则:调频AGP L =P L0OA = PLOOA=O

5、B+BA=BO+BABO=P G =KGf =KG(f0 f0)BA = PLD = K LDfPLO = (KG + KLD)ffP LO/ =K G+KLD=K S频率的一次调整图系统的单位调节功率电气工程基础 主讲人：电气工程学院 徐箭当发电机满载时，负荷功率增大，则 kG 相当于为0,但当负荷功率减小时， kG 0 ，所以仍可以参加调频。一次调频为有差调频。n台发电机：n台都参加一次调整：kG = kG1 +kG2 +kG3 +.+kGn只有m台参加一次调整：kGm = kG1 +kG2 +kG3 +.+kGmAB=K LDf =KLD(f0 f0)电力系统的二次调频: 手动或自动调节

6、调频器使发电机组的频率特性平行的上下移动初始运行点O ，当负荷增加P L =P L0OA = PLOOA=OC+CB+BABC=KGf =KG(f0 f0 )OC=P GOP LOP GO =(KG +KLD)f现无 差 调 频ABCO频率的二次调整图二次调频可实二次调整增发的功率系统的单位调节功率 K Sn台机组：第n台参加二次调频 ，n台全部参加一次调频:PLO P Gn0 = (kGn + kLD)f无差调频: 若 P LO =P GO ,PLO即发电机如数增发了负荷功率的原始增量 ,亦即实现了所谓的无差调节.如上图虚线所示。注意:以上公式中以功率增大和频率上升为正。多机系统的频率调整多

7、机系统在负荷变化时，带调速器的机组，只要有可调容量，都参加一次调整。二次调整由少数机组(厂)承担主调频厂，辅助调频厂，负荷增量主要由它们承担(AGC)主调频厂一般在负荷中心，要求：(1)有足够可调容量；(2)有一定调整速度；(3)调整时能符合安全、经济的要求；(4)电源联络线上的交换功率不过负荷；(5)调频引起的电压波动在允许偏移范围之内。电厂的分类厂:主调频厂 负责全系统的频率调整工作，一般由一个发电厂担任；辅助调频厂:协助主调频厂调频，一般由12 2个电厂承担；非调频厂：一般按负荷曲线发电，不参与调频。各电厂的调频职责我国300万以上大系统的调度规程规定 ：频率偏移不超过0.2Hz时由主调

8、频厂调频频率偏移超过0.2Hz时，辅助调频厂参加调频频率偏移超过0.5Hz时，系统内所有电厂参与调频（3）水火电厂并存系统中主调频厂选择枯水季节：水电厂为主调频厂；丰水季节：选择装有中温中压机组的火电厂作为主调频厂。（4）事故调频的措施与步骤投入旋转备用容量（或旋转备用机组），迅速起动备用发电机组；切除部分负荷；选取合适地点，将系统解列运行；分离厂用电，以确保发电厂能迅速恢复正常，与系统并列运行。4 电力系统中有功功率的最优分配有功功率电源的最优组合即指系统中发电设备或发电厂的合理组合,也就是所谓的机组组合.有功功率负荷的最优分配即指系统的有功功率负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理

9、分配.我国最大的火力发电厂（截至2011年）内蒙古大唐托克托电厂（装机容量：540万kW）各类发电厂的运行特点和合理组合(1)火电厂特点：需燃料及运输费用，但不受自然条件影响效率与蒸汽参数有关受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整范围较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄(高温高压30%，中温中压75%)机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能量，易损坏设备热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于热负荷，为强迫功率世界最大的水电站（截至2011年）长江三峡水电站（装机容量：2240万kW）(2)水电厂特点：不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条件影响。出力调节范围大，50%

10、以上, 增减负荷速度快，操作容易，可承担急剧变化的负荷决定发电量的除水量外还有水位差 保证出力抽水蓄能机组（湖北黄冈 白莲河 430万kW）必须与火电配合维持航运、灌溉、需一定水量，对应强迫功率我国第一座核电站浙江秦山核电站（装机容量：290万kW）(3) 核电厂特点：可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能量、时间，易损坏设备一次投资大，运行费低，尽量利用承担基本负荷应指出:枯水季节往往由系统中的大型水电厂承担调频任务;丰水季节这任务就转移给中温中压火电厂.抽水蓄能电厂在其发电期间也可参加调频.但低温低压火电厂则因容量不足,设备陈旧,不能担负调频任务.有功功率电源的最优组合各类发电厂组合顺序示意图枯水季节:蓄能发电丰水季节:蓄能发电有功功率平衡方程式及备用容量有功功率平衡方程式P G = P LD +P+Pp系统发电机容量之和负荷之和网损之和厂用电之和有功功率平衡方程式及备用容量（2）备用容量按作用形式分负荷备用(2-5%Plmax)检修备用(可能不安排)事故备用(5-10% Plmax或系统中最大一台单机容量）国民经济发展备用(3-5%Plmax ）（2）备用容量