电力系统分析孟祥萍课件第4章

1、电力系统分析电力系统分析本章提示本章提示4.1 概述概述4.2 自动调速系统自动调速系统4.3 电力系统的频率特性电力系统的频率特性4.4 电力系统的频率调整电力系统的频率调整小小 结结电力系统分析电力系统分析l调频的意义及电力系统频率的允许波动范围；调频的意义及电力系统频率的允许波动范围；l频率一次调整的概念、原理及结果；频率一次调整的概念、原理及结果；l频率二次调整的概念、原理及结果；频率二次调整的概念、原理及结果；l电力系统的有功功率平衡及备用容量的概念。电力系统的有功功率平衡及备用容量的概念。电力系统分析电力系统分析4.1.1 频率调整的必要性频率调整的必要性4.1.2 频率调整的方法

2、频率调整的方法电力系统分析电力系统分析 频率变化的原因频率变化的原因?频率变化对负荷的影响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：低压级叶片因振动产生 裂纹频率允许偏移的范围：频率允许偏移的范围：50Hz(0.20.5)Hz 系统中负系统中负荷的变荷的变化化你答对了吗你答对了吗?4.1.1 4.1.1 频率调整的必要性频率调整的必要性电力系统分析电力系统分析有功功率负荷变动曲线有功功率负荷变动曲线4.1.2 4.1.2 频率调整的

3、方法频率调整的方法幅度小幅度小（0.1%0.5%），），周期短周期短（10s）幅度较大幅度较大（0.5%1.5%），周期较长），周期较长（一般（一般10s3min）持续变动的负荷持续变动的负荷电力系统频率的变化是由有功负荷变化引起的。电力系统频率的变化是由有功负荷变化引起的。电力系统分析电力系统分析 图图4.1 有功负荷的变化有功负荷的变化 第一种变化负荷引起的频率第一种变化负荷引起的频率偏移由发电机组的偏移由发电机组的调速器调速器进行，进行，称为称为频率的一次调整频率的一次调整。 第二种变化负荷引起的频率第二种变化负荷引起的频率偏移由发电机组的偏移由发电机组的调频器调频器进行，进行，称为称为

4、频率的二次调整频率的二次调整。 第三种负荷的变化是可预测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的，调度部门按经济调度的的原则事先给各发电厂分配发电任务，则事先给各发电厂分配发电任务，各发电厂按给定的任务及时地满各发电厂按给定的任务及时地满足系统负荷的需求，就可以维持足系统负荷的需求，就可以维持频率的稳定。频率的稳定。 4.1.2 4.1.2 频率调整的方法频率调整的方法电力系统分析电力系统分析4.2.1 调速器的工作原理调速器的工作原理实现频率的实现频率的 一次一次调整调整 4.2.2 调频器的工作原理调频器的工作原理实现频率的二次实现频率的二次 调整调整电力系统分析电力系统分析

5、转速测转速测量元件量元件 放大元放大元件件 执行机执行机构构 转速控转速控制机构制机构 离心飞摆式调速系统离心飞摆式调速系统电力系统分析电力系统分析图图4.2离心飞摆式调速系统示意图离心飞摆式调速系统示意图PEPTw w0 电力系统分析电力系统分析发电机输出发电机输出 功率功率增加增加频率频率略低略低于原来值于原来值负荷负荷降低降低发电机输出发电机输出 功率功率减小减小频率频率略高略高于原来值于原来值负荷负荷增大增大 有差调节有差调节电力系统分析电力系统分析图图4.2离心飞摆式调速系统示意图离心飞摆式调速系统示意图PEPTw w0电力系统分析电力系统分析调频器完成二次调整调频器完成二次调整 无

6、差调节无差调节电力系统分析电力系统分析 4.3.1 发电机组的有功功率发电机组的有功功率频率静态频率静态特性特性 4.3.2 系统负荷的有功功率系统负荷的有功功率频率静态频率静态特性特性电力系统分析电力系统分析 4.3.1 4.3.1 发电机组的有功功率发电机组的有功功率 频率静态特性频率静态特性 10tan0ffPfPKNGNGGKGPGf0 发电机的单位调节功率发电机的单位调节功率（或（或发电机组功频静特性系数发电机组功频静特性系数）调差系数调差系数电力系统分析电力系统分析调差系数的标么值调差系数的标么值NGNGNNfPPPff/KG 可以整定可以整定,由调速器决定由调速器决定0.04 0

7、.06,25 16.7GK汽轮发电机组：汽轮发电机组：2550,04. 002. 0GK水轮发电机组：水轮发电机组：电力系统分析电力系统分析功频静态特性的平移功频静态特性的平移调频器调频器 若机组负荷升高使转速若机组负荷升高使转速下降，可以通过伺服电动下降，可以通过伺服电动机来提高转速，调整的结机来提高转速，调整的结果使原来的功频静特性果使原来的功频静特性2平行右移为特性平行右移为特性1。 若机组负荷降低使转速若机组负荷降低使转速升高高，则可通过伺服电升高高，则可通过伺服电动机来降低机组转速，调动机来降低机组转速，调整的结果使原来的功频静整的结果使原来的功频静特性特性2平行左移为特性平行左移为

8、特性3.电力系统分析电力系统分析 根据所需的有功功率与频率的关系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：可将负荷分成以下几类：v不受频率影响的负荷不受频率影响的负荷v与频率成正比的负荷与频率成正比的负荷v与频率的二次方成比例的负荷与频率的二次方成比例的负荷v与频率的高次方成比例的负荷与频率的高次方成比例的负荷电力系统分析电力系统分析系统的负荷功率与频率的关系：系统的负荷功率与频率的关系： 332210NDNNDNNDNDNDffPaffPaffPaPaP电力系统分析电力系统分析有功负荷的频率静态特有功负荷的频率静态特 连结容量连结容量，是指频率、，是指频率、电压等于额定值时，电压等

9、于额定值时，接在电网上的用电设接在电网上的用电设备的实际容量。备的实际容量。 根据统计资料，系根据统计资料，系统负荷以第二类占多统负荷以第二类占多数，因此负荷的静态数，因此负荷的静态频率特性可近似表示频率特性可近似表示为一条直线。为一条直线。如果联结容量改变，静态特性曲线将上下移动。如果联结容量改变，静态特性曲线将上下移动。 电力系统分析电力系统分析有功负荷的频率静态特有功负荷的频率静态特 负荷的频率调节效应系数负荷的频率调节效应系数或简称为或简称为负荷的频率调节效应负荷的频率调节效应tanDDPKf(4.6)(4.6) 用标幺值表示为：用标幺值表示为： DNNDNDNDDPfKffPPK(4

10、.7)(4.7) 它反映了系统负荷对频率的自动调整作用。它反映了系统负荷对频率的自动调整作用。电力系统分析电力系统分析 例例4.1 4.1 某电力系统中，与频率无关的负荷占某电力系统中，与频率无关的负荷占3535，与频率一次方成正比的负荷占与频率一次方成正比的负荷占4545，与频率二次方成，与频率二次方成正比的负荷占正比的负荷占1010，与频率三次方成正比的负荷占，与频率三次方成正比的负荷占1010。求系统频率由。求系统频率由5050赫降到赫降到4747赫时，相应的负荷变化赫时，相应的负荷变化百分值。百分值。电力系统分析电力系统分析4.4.1 频率的一次调整频率的一次调整4.4.2 频率的二次

11、调整频率的二次调整4.4.3 主调频厂的选择主调频厂的选择4.4.4 互联系统的频率调整互联系统的频率调整电力系统分析电力系统分析 系统负荷增加时，在发电机组系统负荷增加时，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应共同作用下实现了新的功率平衡。平衡。 负荷的功频特性负荷的功频特性 与发电与发电机组功频静特性机组功频静特性 的交点的交点a是系统的原始运行点，系统频是系统的原始运行点，系统频率为率为f1)( fPG( )DPf0DP)(fPD 若系统负荷增加若系统负荷增加 ，其特，其特性曲线变为性曲线变为 。 假定系统只有一台机组假定系统只有一台机

12、组 电力系统分析电力系统分析一次调整方程式为一次调整方程式为 fKfKKPPPDGDGD)(0GDDPPP0系统的单位调节功率系统的单位调节功率fKPGGfKPDDb点点负值负值负荷功率的实际增量负荷功率的实际增量fKPPPDDDD00电力系统分析电力系统分析 二次调整二次调整是以手动或自动方式调是以手动或自动方式调节发电机组的调频器，使发电机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，以保持系统的电机的有功功率，以保持系统的频率不变或使频率变化在允许范频率不变或使频率变化在允许范围内。围内。 电力系统分析电力系统分析a是原始运行点是原始

13、运行点系统负荷增加系统负荷增加PPD0D0 由于进行了二次调整发电机组由于进行了二次调整发电机组增发的功率增发的功率 ；0GP 由于调速器的调整作用而增由于调速器的调整作用而增加的发电机组功率（图加的发电机组功率（图中中 ）df 由于负荷本身的调节效应而由于负荷本身的调节效应而减小的负荷功率（图减小的负荷功率（图中中 ）efefdfadae电力系统分析电力系统分析相似于式（相似于式（4.94.9）可得）可得 如果二次调整发电机组增发如果二次调整发电机组增发的功率能完全抵偿负荷的初的功率能完全抵偿负荷的初始增量，则实现了无差调节，始增量，则实现了无差调节，如图如图4.74.7中虚线所示。中虚线所

14、示。00()DGGDGDPPKfKfKKfK f 或：或：KPPKKPPfGDDGGD0000图图4.7频率的二次调整频率的二次调整（4.104.10）（4.114.11）电力系统分析电力系统分析 按照是否承担二次调整可将电厂分为：按照是否承担二次调整可将电厂分为： 主调频厂主调频厂 辅助调频厂辅助调频厂 非调频厂非调频厂（基载厂基载厂） 主调频厂主调频厂（一般（一般12个电厂）负责全系统的频率个电厂）负责全系统的频率调整（即二次调整）调整（即二次调整）; 辅助调频厂辅助调频厂是在系统频率超过某一规定的偏移范围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，一般只有几个电厂时才参与频率调整

15、，一般只有几个电厂; 非调频厂非调频厂（也叫（也叫基载厂基载厂）则按预先给定的负荷曲线）则按预先给定的负荷曲线发电。发电。 电力系统分析电力系统分析 按照频率调整的要求，主调频厂应具备以下条件：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。调整输出功率时符合安全及经济原则。 此外，调整频率时，还要考虑引起的联络线上功率的此外，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。波动和某些

16、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。电厂时，应选择水电厂做调频厂。电力系统分析电力系统分析AAGAABDAfKPPPBBGBABDBfKPPP 对系统对系统A相当于相当于负荷增量，对系统负荷增量，对系统B相相当于发电功率增量。当于发电功率增量。ABPABKAKBPPGAGAPPGBGBPPDADAPPDBDBPPABAB 对对A A系统：系统：对对B B系统：系统：fffBA电力系统分析电力系统分析 BAGDBAGBDBGADAKKPPKKPPPPf)()(若联合系统二次调频的发电功率增量若联

17、合系统二次调频的发电功率增量 等于全等于全系统负荷增量系统负荷增量 时，可实现无差调节，即时，可实现无差调节，即GPDP0f全系统负荷增量全系统负荷增量发电功率增量发电功率增量功率缺额功率缺额BABAKKPPf联合系统频率的变化取决于这个系统总的功率缺额联合系统频率的变化取决于这个系统总的功率缺额和总的系统单位调节功率和总的系统单位调节功率电力系统分析电力系统分析()()ADBGBBDAGAABABKPPKPPPKK当当A、B两系统都进行二次调整，且两系统的功率缺额与两系统都进行二次调整，且两系统的功率缺额与其单位调节功率成比例时，即其单位调节功率成比例时，即 DAGADBGBABPPPPKK

18、联络线上的交换功率增量联络线上的交换功率增量 为为零零。ABP电力系统分析电力系统分析BAABBAABKKPKPKP 如如A系统没有功率缺额，即系统没有功率缺额，即 ，联络线上，联络线上由由A流向流向B的功率增大；如的功率增大；如B系统没有功率缺额，即系统没有功率缺额，即 联络线上由联络线上由A流向流向B的功率减少。的功率减少。0AP0BP电力系统分析电力系统分析 若若B系统没有调频厂，即系统没有调频厂，即 ，其负荷变化量，其负荷变化量 将由将由A系统的二次调整来承担系统的二次调整来承担 。 0GBPDBP若要保持若要保持 ，这时联络线上功率变化，这时联络线上功率变化 ，即，即B系统的功率缺额

19、系统的功率缺额 全部通过联络全部通过联络线由线由A输送到输送到B，这时联络线的功率增量最大。这也是调频，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。厂远离负荷中心而且要实现无差调节的情况。)(0BAPPfABABPPPBABAKKPPfBAABBAABKKPKPKP（4.14）（4.15） ()()ADBGBBDAGAABABKPPKPPPKK（4.124.12）电力系统分析电力系统分析例例4.2 A、B两系统由联络线相联，两系统由联络线相联， A系统：系统： B系统：系统： 求在下列情况下频率的变化量求在下列情况下频率的变化量 和联络线功率的变化和联络线功率的

20、变化量量 。 （1）当二系统机组都参加一次调频；）当二系统机组都参加一次调频； （2）当）当A系统机组参加一次调频，而系统机组参加一次调频，而B系统机组不参加一系统机组不参加一次调频。次调频。 （3）两系统机组都不参加一次调频时。）两系统机组都不参加一次调频时。;100,/50,/800MWPHZMWKHZMWKDADAGA 。MWPHZMWKHZMWKDBDBGB50,/40,/700 f ABP 电力系统分析电力系统分析4.5.1 4.5.1 有功功率平衡及备用有功功率平衡及备用4.5.2 4.5.2 电力系统中各类发电厂的合理组合电力系统中各类发电厂的合理组合电力系统分析电力系统分析GP

21、DP 包括所有用户的有功负荷包括所有用户的有功负荷 、网络的有功损耗、网络的有功损耗 以及厂用电有功负荷以及厂用电有功负荷 ，即，即DPLPPCP在一般情况下，电力网中的有功功率损耗约占发电厂输出在一般情况下，电力网中的有功功率损耗约占发电厂输出功率的功率的7 78 8；火电厂厂用电约占发电厂出力的；火电厂厂用电约占发电厂出力的5 510%10%，水电厂一般只占，水电厂一般只占1 1左右。左右。CLDGPPPPP（4.164.16） 电力系统有功功率平衡电力系统有功功率平衡是指运行中，所有发电厂发是指运行中，所有发电厂发出的有功功率的总和出的有功功率的总和 ，在任何时刻都等于该系统，在任何时刻

22、都等于该系统的总负荷的总负荷 。 电力系统分析电力系统分析 系统备用容量按存在形式可分为热备用和冷系统备用容量按存在形式可分为热备用和冷备用。备用。热备用热备用也叫旋转备用，是指运转中的发电也叫旋转备用，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。设备可发最大功率与系统发电负荷之差。冷备用冷备用则是指未运转但能随时启用的发电则是指未运转但能随时启用的发电设备可发的最大功率。设备可发的最大功率。 为保证系统安全、优质、经济地运行，系统为保证系统安全、优质、经济地运行，系统应具有一定的应具有一定的备用容量备用容量，电力系统分析电力系统分析事故备用事故备用：系统的事故备用，是为了在电力系统：

23、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。但不能少于系统中一台最大机组容量。负荷备用负荷备用：是指调整系统中短时的负荷波动并担：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。一般取最大负计划外的负荷增加而设置的备用。一般取最大负荷的负荷的35。系统备用容量按其作用可分为：系统备用容量按其作用可分为：电力系统分析电力系统分析检修备用检修备用：系统的检修备用，是使系统中的发电：系统的检修备用，是使系统中的发

24、电设备能定期检修而设置的备用。发电设备运转一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，才设置所需的检修全安排所有机组的大小修时，才设置所需的检修备用容量。备用容量。国民经济备用国民经济备用：系统的国民经济备用，是指满足：系统的国民经济备用，是指满足工农业生产的超计划增长对电力的需求而设置的工农业生产的超计划增长对电力的需求而设置的备用。备用。电力系统分析电力系统分析 电力系统中的发电厂主要有三类电力系统中的发电厂主要有三类: 火力发电厂火力发电厂 水力发电厂水力发电厂 核能发电厂核能发

25、电厂电力系统分析电力系统分析电力系统分析电力系统分析火力发电厂的特点有：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。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火电厂的锅炉和汽轮机都受最小技术负荷的限制。制。 火电厂机组的投入、退出或承担急剧变动的负火电厂机组的投入、退出或承担急剧变动的负荷时，既额荷时，既额 外耗费能量，又花费时间，且易损外耗费能量，又花费时间，且易损坏设备。坏设备。 带有热负荷的火电厂称为热电厂带有热负荷的火电厂称为热电厂电力系统分析电力系统分析电力系统分析电力系统分析 水力发电厂的特点有：水力发电厂的特点有： 水厂不需要支付燃料费用，且水能是可以再水厂不需要支付燃料费用，且水能是可以再生的资源。生的资源。 水电厂机组的投入、退出或承担急剧变动水电厂机组的投入、退出或承担急剧变动的负荷时，所需时间短，操作简单，无需的负荷时，所需时间短，操作简单，无需