电力系统有功功率与频率调整

1、郑州电力职业技术学院毕业生论文题目：浅谈电力系统有功功率与频率调整系别 电力工程系专业 继电保护及自动化班级 15继电3班学号 姓名 张高原论文成绩指导教师答辩成绩主答辩教师综合成绩答辩委员会主任浅谈电力系统有功功率与频率调整摘要本文首先介绍了电力系统有功功率与频率调整的基本知识，有功功率的应用、意义及；频率调整的必要性，电压频率特性，频率的一二次调整，以及互联系统中的频率的一二次调整，调频与调压的关系，以及电力系统频率调整在个类 电厂中得作用。关键词：有功功率频率调整 互联系统目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark13 o Current Document

2、 1电力系统有功功率与频率调整的意义 1 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 2频率调整的必要性 1 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 2.1频率变化的危害1 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 2.2电力系统负荷变动规律1 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 3电力系统的频率特性 2 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 3.1负荷的有功功率一频率静态特性

3、 23.2电源的有功功率一频率静态特性 4同步发电机组的调试系统 4 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 调速系统框图4 HYPERLINK l bookmark69 o Current Document 同步发电机组的有功功率-频率静态特性4 HYPERLINK l bookmark130 o Current Document 4电力系统的频率调整 6 HYPERLINK l bookmark133 o Current Document 4.1频率的一次调整6 HYPERLINK l bookmark136 o Current Document

4、 基本原理6 HYPERLINK l bookmark139 o Current Document 基本关系6 HYPERLINK l bookmark150 o Current Document 多机系统的一次调频7 HYPERLINK l bookmark162 o Current Document 4.2频率的二次调整9基本原理9 HYPERLINK l bookmark165 o Current Document 基本关系： 10 HYPERLINK l bookmark171 o Current Document 基本理论：10 HYPERLINK l bookmark177 o C

5、urrent Document 4.3互联系统的（二次）频率调整 10 HYPERLINK l bookmark180 o Current Document 4.3.1 基本关系 10 HYPERLINK l bookmark186 o Current Document 注意要点： 104.4调频与调压的关系11频率变化对电压的影响 11 HYPERLINK l bookmark198 o Current Document 电压变化会频率的影响11 HYPERLINK l bookmark201 o Current Document 4.4.3 注意11 HYPERLINK l bookmar

6、k206 o Current Document 5电力系统的有功平衡与备用容量 12 HYPERLINK l bookmark209 o Current Document 5.1有功平衡关系12 HYPERLINK l bookmark212 o Current Document 5.2备用容量12 HYPERLINK l bookmark217 o Current Document 6电力系统负荷在各类发电厂的合理分配 12 HYPERLINK l bookmark220 o Current Document 6.1火力发电厂的主要特点 12 HYPERLINK l bookmark229

7、o Current Document 6.2水力发电厂的主要特点 13 HYPERLINK l bookmark237 o Current Document 6.3抽水蓄能水电厂的主要特点 13 HYPERLINK l bookmark240 o Current Document 6.4核能发电厂的主要特点 13 HYPERLINK l bookmark243 o Current Document 总结14 HYPERLINK l bookmark246 o Current Document 致谢15 HYPERLINK l bookmark249 o Current Document 参考书

8、籍161电力系统有功功率与频率调整的意义发电机的输出电压和输出电流是有限制的， 发电机的负荷是以伏安计算的(即电 流有效值乘以电压有效值，视在功率)，当负载的功率因数为 1时，发电机负荷可以 全部转换成有功功率输出。当负载的功率因数很低时，比如 0.5，这时，即使发电机 满负荷运行(输出电流达到其额定值)，实际只能输出一般的功率，发电机效率很低。 另一方面，功率因数很低时，电能不断地在负载和发电机之间交换，电流在线路上产 生损耗。发电机必须在一定频率下稳定运行，如果不对频率进行控制，会造成发电机 运行失速，造成电网频率崩溃。2频率调整的必要性2.1频率变化的危害对用户：IM出力，受f影响T影响

9、生产(产量、质量、安全)电子通信设备受f影响T可靠性、准确性和精度对系统：机组及辅机出力、效率受f影响一一f PG-、n PG-if ttf tt机组应力、受命；f 变压器、IM的Xm I0 fl I02Xm ff系统无功缺额f v；网损f频率要求：50 Hz (0.2 0.5)Hz f = (0.41.0)%2.2电力系统负荷变动规律运行中综合用电负荷PD变动特点：规律性+随机性任何负荷功率的变化t f变化t f变化特点：规律性+随机性三种负荷变动：第一种负荷变动P1:小幅随机波动，周期短(10s)T f微小随机波动；一次调频一机组调速器实现。第二种负荷变动P2:幅度较大，周期较长(10s3

10、min)T f偏移，二次调频，调频机组调频器一一随机性。由大容量冲击负荷。第三种负荷变动P3 :幅度大，周期长，变化缓慢电厂按给定发电计划曲线发 电，三次调频有规律。气候(季节性)、作息制度、生活规律。血荷变动幅度负荷变动频率,图2-2电力系统负荷规律变动图3电力系统的频率特性3.1负荷的有功功率一频率静态特性定义：稳态运行时的PD( f ) T有功一频率静态特性描述：玮=耳4 十 5(70)十叫(地!) 0反映机组的频率调节能力8 频率调节能力f反映机组每增发单位出力引起的转速变化若机组出力达到极限：8 =8机组已经不具有频率调节能力静态有功频率特性系数单位频率调节功率:定义:瓦Kq* (P

11、 W ffi) MW/Hz意义：(a) Kg反映机组的频率调节能力：Kg f调节能力“单位频率调节功率”Kg是机组本身的固有频率特性，可由实验确定若机组出力达到极限：K =0机组已经不具有频率调节能力GP G( f )与PD (f )之比较：K D = P D f 0 K G = - / Bg f 0K d不可调整，Kg可调整 K d、Kg均为f每变化一个单位所引起的PD或PG的变化量 F ( f v 0) PDOPGf二者综合作用，减小功 率缺额有利于频率稳定4电力系统的频率调整4.1频率的一次调整基本原理初始条件：A 点PG ( f )& PD( f )交点：f 1、PG(A) =PD(A

12、) =P1负荷扰动： PD0Pd(f)、B 点Pd=PD(A)+PD0PG=PG(A)基本关系 pg=-K G f . Pd=K DfPdo = Pg- Pd=-(K g+、)f =K S fKs=Kg+、=- Pdo/ f=- Pdo/K s注意：一次调整时机组与负荷共同作用、自动完成一次调频能减小 f，但 f乒0ks系统单位频率调节功率反映了系统的频率调节能力机组具备有功备用才能参与一次调频，当Kg=0时， P 更大的D0f ,如图4-1所示图4-1频率一次调整示意图KS的标幺值：Ks=Kg+、=Kg.P gnF n+Kp.P DN* n=- %(/ ，KG-PGN/PDN+KD=- PD

13、0Z AfKs=Kd+KxKg。Kx=Pgn，P dn=+Px/P dnpr:G的有功备用容量Kr :备用系数要求：Kr 1.0频率调节系数的基准：KlPdn； Pgn； Ks- Pgn多机系统的一次调频运行状态分析基本条件：机组数n,均有一次调频能力；含网损的总负荷：PDE0初始状态：PGZJ 0 =PDE：0、f = f 0负荷扰动： PDE0 一 PDEOf- PDE= PDEO + PDE 0频率变化：PDE(f 0) PG E(f 0) =PGE0 f f =f o + f ; f 0 (i =1,2, n)PGi (f) =PGiO + PG i出力总增量： E = EPGPGi

14、=-E (KGi Af) =- ( EKG i) Af系统总出力：PGE(f) = PGEO + PGE负荷响应： P D =KD Af 0系统总负荷： PD E (f) =PDE 0 + APDE 0 +A P DE频率f时的系统功率平衡方程：PDE(f) = PGE(f) PDI20+ APDEO + P DE= PGE 0 + PGEAPDE =0 E-PGP DEAPDE 0=- ( EKG i) A f - KD Af = - ( E KG i +KD) AfAPDE 0=- KS Af等值机组的单位频率调节功率和调差系数KGE： KG E = E KG i (MW / Hz)KGE

15、* : Let PGN. E = E PGN. i PG z大 *fz PvG izPGN.z f/fNpGiPc1.0注意功率基准：Kg】-Pgn】；Kd-Pdn；Ks-Pdn 多机系统一次调频应当注意的基本问题(i)一次调频计算的基本内容KG i、( 8 i )、 KD、 PDE0 一f、 P G i :KGE = E KG i KS =KGE+ KDf =- PDE0 / KS; P G i =KG i Af = f /Note：f / 8 i =P GN i ( f* /8 i* ) P G i / P GN i = f* /8 i*KG i、( 8 i )、KD、 f APDE、0P

16、 G i :APDE 0=- KS f = (KGE+ KD) f P G i =- KG i f(ii) 一次调频的基本特点系统必须具有足够的热备用容量，保证 Kr 1if PGi =PGNi then P Gr. i =0 ; KG i =0机组应有合理的8 i 8过大一 KGE小；8过小一 KGE小；各机组间功率分 配不稳定系统机组多、装机容量大-负荷扰动引起的 f小；一次调频有差，只能减小 f、但不能使 f = 0对小幅度、变动频繁的负 荷变化引起的频率偏移进行调整4.2频率的二次调整基本原理：如图4-2-1所示0GPD( f2(调频器) D fG 图4-2-1频率的二次调整基本原理图

17、基本关系:PD0 = Pg+Pg- %Pd0- Pg=-(K g+、)f =-K S ff=f L E %- %/ S基本理论：二次调频缩小了频率偏移： f -0f 实质强制G增加出力，减小了功率缺额： Pdo (P D0- Pg)二次调频可以实现无差调节：if(P D0 = Pg) then f =0系统中只有部分G参与二次调频一一调频机组4.3互联系统的(二次)频率调整基本关系SystemA/PDA+Pab- Pga=-K AFaSystemB/PDB- Pab- Pga=-K bFb PD_ Fa=Fb= f p + p ) - ( p + _p )ADB GA GB=BDB 笔)-bE

18、Pda - Pga)Ka + KApAB = KAK 肖APd= APw+AFdbAlKA+cAB APcbK=Ka+Kb注意要点：无差调节条件：联合系统无功率缺额 pda +Pdb =Pga+PgbKa、Kb影响交换功率 PAB=0的条件:（ PDA- PGA）/Ka=（ %，BPgb）/K PAB最大的条件：女口果 Pgb=0 则 PAB =PDB与此相对应 Pga =Pda + P tDBPab =Pdb-（ % Pga）K B/（K a+Kb）或者如果 pga=0 则 pab=- pda与此相对应 Pgb =PDA + P tDBPab=- Pda+（ % gb）K a/（K a+Kb

19、）4.4调频与调压的关系频率变化对电压的影响当f降低时，Qg降低，Qm（IM）（八V/X m）升高、（I X）升高、（Q cv ）降低2Qt.y 升高；系统无功缺额升高导致电压降低当f升高时，Qg升高，Qm（IM）（知V/X m）降低、（I X）降低、（Q cv ）升高2Qt.y 降低；系统无功缺额降低导致电压升高电压变化会频率的影响电压升高，无功功率升高，功率变化量下降使得系统有功需求升高从而使得频率降低，相反电压降低时，频率升高注意频率（有功平衡）全局的：调压（无功平衡）可以是局部的有功电源 的分布不影响频率调整：无功电源的分布会电压调整影响很大系统pg、Qg均不足，使得，V、f均偏低，导

20、致首先应解决有功平衡，最后有 利于电压的调整5电力系统的有功平衡与备用容量5.1有功平衡关系G广PLD + Pe+A PPlant =PDLf =0（要求：=f N）PGS P CE T M PG* PIE F t5.2备用容量基本要求：Pgn.E P DE t P gn.E PDE = Pr备用容量分类：备用方式：热备用（旋转备用）、冷备用备用功能：a负荷备用：适应负荷短时波动，一二次调频所必须，要求（25） %PDE Nb事故备用：保证运行中机组事故退出后的连续供电并维持，要求： （510）%PdE N&不小于运行中最大单机容量c检修备用：保证机组计划检修时的连续供电并维持，要求：不小于系

21、统中最大 单机容量d国民经济备用：满足国民经济和社会发展的负荷增长需求6电力系统负荷在各类发电厂的合理分配6.1火力发电厂的主要特点运行成本高（燃料、厂用电）；维护复杂；运行条件不受自然条件影响锅炉、汽轮机最小技术负荷限制T出力调整范围小锅炉中温中压：PG.min25%PGN ；高温高压：PG.min70%PGN汽机PG.min(1015)% PGN负荷增、减速度慢：PG? (0.51.0) PGN t爬坡速度(25)%PGN /min投入、退出运行：费时长、耗能多、设备易损坏效率与蒸汽参数有关T高温高压：最高；低温低压：最低热电厂因供热强迫功率(PG.min)大，出力调整范围更小；但效率较高

22、注意：蒸汽参数f -技术、经济综合指标f-效率f、出力调节范围-、负荷增减速度tt高温高压火电厂不宜带急剧变动负荷6.2水力发电厂的主要特点运行成本低；运行条件受自然条件影响T水库调节周期越长，影响越小最小技术负荷主要受下要求游供水量限制，出力调整范围大：N50%PGN负荷增、减速度快：PG=0f -PGN ,v 1min投入、退出运行：费时短、无需额外耗费；运行操作简便安全水利枢纽综合效益好6.3抽水蓄能水电厂的主要特点特殊水电厂：上、下两级水库，作用：调峰一一削锋填谷、调节峰谷差运行方式：日负荷低谷：作为负荷运行，从电网吸收有功；日负荷高峰：电源，向系统发出有功6.4核能发电厂的主要特点与常规火电厂比较，主要不同：一次能源转换(T蒸汽)系统；技术特点与火电厂 相同；容量大，经济、技术指标好；一次投资大，运行费用小，机组启、停：费时长、耗能多；不宜带急剧变动负荷。总结电力系统频率调整的结果与负荷变动的大致规律有关。 实际的负荷变动一般可分 解为三