【学习课件】第13章-电力系统的有功功率平衡及频率调整

1、第13章 电力系统的有功功率平衡及频率调整主要内容：频率调整的概念；电力系统频率特性及调整。13.1 频率调整的必要性1、电力系统频率控制的必要性频率对电力用户的影响(1)系统频率变化引起异步电动机转速变化，使得加工机械的转速发生变化，影响产品质量；(2)系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能；(3)系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动机械的转速和出力降低，影响电用户设备的正常运行。频率对电力系统的影响(1)频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹；(2)频率下降到47-48Hz时，火电厂由异步电动机驱动的辅机（如送风机）的

2、出力随之下降，从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。如果不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度导致频率雪崩。出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解；(3)在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时,冷却介质泵即自动跳开,使反应堆停止运行。(4)电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，使无功消耗增加，引起系统电压下降，频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电压水平降低。如果电力系统原来的电压水平偏低，在频率下降到一定值时，可能出现所谓电压雪崩现象，出现电压雪崩也会造成大面积停电，甚至使系统瓦解。

3、2、电力系统有功功率控制的必要性A.维持电力系统频率在允许范围之内 系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。但是电力系统的负荷是时刻变化的，从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内 ，就是要及时调节系统内并联运行机组有功功率。 B.提高电力系统运行的经济性 当系统频率在额定值附近时，虽频率满足要求，但没有说明哪些机组参与并联运行，并联运行的机组各应该发多少有功功率。电力系统有功功率控制的任务之一就是要解决这个问题。这就是电力系统经济调度问题。C.保证联合电力系统的协调运行 电力系统的规模在不

4、断地扩大，已经出现了将几个区域电力系统联在一起组成的联合电力系统，有的联合电力系统实行分区域控制，要求不同区域系统间交换的电功率和电量按事先约定的协议进行。这时电力系统有功功率控制要对不同区域系统之间联络线上通过的功率和电量实行控制。3、有功功率和频率基本概念电力系统的频率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；频率的一次调整：由发电机组的调速器进行调整负荷变化引起的频率偏移；频率的二次调整：由调频器进行调整负荷变化引起的频率偏移；频率额定频率：50Hz；频率偏移：系统运行频率与额定频率之差；频率偏差范围： 。电力系统的频率水平由有功功率平衡决定，如果有功电源充足

5、，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。频率一次调整负荷分量频率二次调整负荷分量实际负荷曲线按最优化原则在各发电厂进行分配的负荷分量13.2 电力系统的频率特性一、系统负荷的有功功率频率静态特性系统处于稳态运行时，系统中有功负荷随频率的变化特性。1.负荷的分类：与频率无关：照明、电炉、整流；与频率一次方成正比：球磨机、切削机床，卷扬机；与频率二次方成正比：铁损(涡流)；与频率三次方成正比：通风机、静水头阻力不大的循环水泵；与频率四次方成正比：阻力很大的水泵；注：主要成份为前二种，在额定值附近为一直线。2.负荷功率与频率的关系：标么

6、值：当 时，3.有功负荷的频率静态特性负荷的频率调节效应系数：标么值形式：取值范围：物理意义：频率变化1时，负荷有功功率相应变化(13)；作用：是调度部门考虑按频率减负荷方案和低频率事故时用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。二、发电机组的有功功率静态频率特性1.调速系统（四个部分）检测部件(离心飞摆)：转速位移放大部件(错 油 门)：位移油压(信号放大)执行部件(油 动 机)：油压 启闭阀门 (功率放大) 反馈位置信号转速控制部件：速度基准控制调速器：前三者组成，完成频率一次调整；调频器：加入转速控制部件，完成频率二次调整。2.自动调速系统3.调速器工作原理稳定在 发电机组的静态调差系数标么值

7、形式：物理意义：表明某台机组负荷改变时相应的转速(频率)偏移；发电机组功频特性系数：调差系数的倒数。物理意义：表示发生单位变化时，发电机组输出功率的变化量；负号的含义：表示频率下降时，发电机组的有功出力是增加的；注意：调差系数愈小(即单位调节功率愈大)，频率偏移愈小；取值范围：汽轮发电机：水轮发电机：调速器为有差调节，不可能使频率(转速)保持不变；负荷功率增加太多时，f大大下降，超出允许范围；当功率增加到其额定功率时，输出功率不随频率变化。3.电力系统的有功功率频率静态特性电力系统主要由发电机、输电网络和负荷组成。如果把输电网络的损耗看成负荷的一部分，则电力系统是由两个环节组成的闭环系统。发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性的交点就是电力系统的频率的稳定运行点。如图，当等效发电机运行在特性PG(f)，综合负荷特性为PD(f)时，系统运行在A点，系统频率为f1。当系统负荷增加，综合负荷特性为PD(f)时，如果不改变发电机调速系统的设定值，等效发电机特性仍然为PG(f), 系统运行在B点，系统频率为f2。负荷初始增量：PD0 系统频率变化：f =f2-f10；负荷调节效应：PD=KDf最大单机容量）；检修备用：为发电设备的定期检修