第四章电力系统有功功率和频率调整课件

第三节电力系统有功功率平衡

及频率调整1、频率变化的影响及和有功功率的关系2、电力系统负荷及电源的频率静态特性3、电力系统的频率调整1第三节电力系统有功功率平衡

及频率调整1、频率变化的对用户的影响（1）异步电机转速：纺织工业、造纸工业（2）异步电机功率下降（3）电子设备的准确度对发电厂和电力系统的影响（1）对发电厂厂用机械设备运行的影响（2）对汽轮机叶片的影响（3）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无功消耗。电力系统频率变化的影响2电力系统频率变化的影响2频率—由发电机转速决定转速与其轴上的转矩平衡有关MT：原动机输入机械转矩ME：发电机输出电磁转矩转矩平衡与功率平衡的关系频率与有功平衡的关系3频率—由发电机转速决定转速与其轴上的转矩平衡有关MT：原动机转矩不平衡发电机转速变化频率变化(+0.2HZ+0.5HZ)稳态时：MT=ME，f=0负荷变化MT：由于惯性大变化慢ME：有功负荷变化快产生瞬时不平衡频率与有功平衡的关系4转矩不平衡发电机转速变化频率变化(+有

功

功

率

负

荷

的变化及其调整有功功率负荷的变化及调整5有

功

功

率

负

荷

的变化及其调整有功功率负荷的变

系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷组成：（1）变动周期小于10s，变化幅度小:小操作、线路摇摆等（3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律（2）变动周期在（10s，180s），变化幅度较大：大电机、电炉启停调速器频率的一次调整调频器频率的二次调整根据预测负荷，在各机组间进行最优负荷分配电力系统的经济运行调度（发电计划）有功功率负荷的变化及调整6系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷备用容量：15%～20%定义：备用容量＝系统可用电源容量－发电负荷作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格

有功功率平衡：8760t(h)P(MW)发电负荷备用容量新增容量有功功率平衡及备用容量7备用容量：15%～20%有功功率平衡：8760t(h)P(最大发电负荷：PM

=PLmax+Pmax总装机容量备用容量负荷备用（2%--5%）—负荷波动、计划外负荷事故备用（5%--10%）—不影响供电，不少于一 台最大机组的容量检修备用（4%--5%）—适时安排国民经济备用（3%--5%）—超产及新负荷出现一般总备用—（15%--20%）PM

热备用负荷备用部分事故备用冷备用检修备用部分事故备用国民经济备用只有拥有适当的备用容量才能进行最优分配及频率调整有功功率平衡及备用容量8最大发电负荷：PM=PLmax+Pmax总装系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优分配问题，包括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配。有功电源的最优组合：系统中发电设备和发电厂的合理组合。包括：机组的最优组合顺序，机组的最优组合数量，机组的最优开停时间。有功负荷的最优分配：系统中的有功负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配。电力系统中有功功率的最优分配9系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优分配问题，包括有功电承担急剧变化负荷时与投、退相似，额外耗能、费时一、各类发电厂的运行特点1火电厂电力系统中有功功率的最优分配支付燃料费用技术最小负荷锅炉25%—70%汽机10%—15%效率与蒸汽参数有关高温高压：效率高、调节范围小中温中压：较前者低、但调节范围大低温低压：指标最差、不用于调节热电厂：抽气供热，效率最高，有不可调节的强迫功率火电厂10承担急剧变化负荷时与投、退相似，额外耗能、费时一、各类发电2水电厂（1）不需燃料费，但一次投资大（2）出力调节范围比火电机组大（3）启停费用低，且操作简单（4）出力受水头影响（5）抽水蓄能（6）必须释放水量－－强迫功率一、各类发电厂的运行特点§5.2电力系统中有功功率的最优分配112水电厂一、各类发电厂的运行特点§5.2电力系统中有功功3核电厂（1）最小技术负荷小，为额定负荷10～15％。（2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高；启停及急剧调节时，易于损坏设备。（3）一次投资大，运行费用小。一、各类发电厂的运行特点§5.2电力系统中有功功率的最优分配123核电厂一、各类发电厂的运行特点§5.2电力系统中有功功原则（1）充分利用水源。（2）尽可能利用原子能。（3）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。（4）尽量降低火力发电成本，增加燃用当地煤等。二、各类发电厂的合理组合§5.2电力系统中有功功率的最优分配13原则二、各类发电厂的合理组合§5.2电力系统中有功功率的最枯水期丰水期抽水发电14枯水期丰水期抽水发电141、负荷的有功功率－频率静态特性1)、定义：负荷与用户的生产状态有关与频率无关 —照明、电炉等与接入点系统电压有关与系统频率有关——仅考虑频率因素假设不变2)、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151、负荷的有功功率－频率静态特性1)、定义：负荷与用户的生产电力系统的频率特性16电力系统的频率特性16当频率偏离额定值不大时，负荷有功－频率静态特性用一条近似直线来表示。负荷的频率调节效应系数或称为负荷的频率调节效应，表示负荷随频率的变化程度。电力系统的频率特性17当频率偏离额定值不大时，负荷有功－频率静态特性用一条近似直线2、发电机组的有功功率－频率静态特性1)、定义：发电机组的有功功率与频率之间的关系2)、调速器的工作原理电力系统的频率特性182、发电机组的有功功率－频率静态特性1)、定义：发电机组的有1为转速测量元件—离心飞摆及其附件；2为放大元件—错油门(或称配压阀)；3为执行机构—油动机(或称接力器)；4为转速控制机构或称同步器(调频器)AA’’A’DB’B电力系统的频率特性191为转速测量元件—离心飞摆及其附件；AA’’A’DB’B（1）、正常运转PE=PTA-B-O（2）、PLPEPEPTA’-B-O’PE=PTA’’-B’-O（3）、有差调节BB’，AA’’3)、调频器的工作原理AA’’A’DB’B电力系统的频率特性20（1）、正常运转PE=PTA-B-O（2）、P4)、电源的有功功率—频率静态特性（1）、无调速系统时:PT=c1f-c2f2（2）、有调速系统时电力系统的频率特性214)、电源的有功功率—频率静态特性（1）、无调速系统时:P（3）、有调频器时电力系统的频率特性22（3）、有调频器时电力系统的频率特性22概念介绍发电机的单位调节功率：发电机组原动机或电源频率特性的斜率的负值。

标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。电力系统的频率特性23概念介绍电力系统的频率特性23电力系统的频率特性发电机的调差系数：单位调节功率的倒数。24电力系统的频率特性发电机的调差系数：单位调节功率的倒数。2电力系统的频率特性发电机的单位调节功率与调差系数的关系：一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：汽轮发电机组=3~5或=33.3~20水轮发电机组=2~4或=50~2525电力系统的频率特性25fPOP0PLf0PGPL´ΔPL0AP0'Bf0'O'B'A'1、频率的一次调整电力系统的频率调整

由于负荷突增，发电机组功率不能及时变动而使机组减速，系统频率下降，同时，发电机组功率由于调速器的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身的调节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程，达到新的平衡。26fPOP0PLf0PGPL´ΔPL0AP0'Bf0'O'B系统的单位调节功率：计及发电机和负荷的调节效应时，引起频率单位变化时的负荷变化量。fPOP0PLf0PGPL´ΔPL0AP0'Bf0'O'B'A'计算：27系统的单位调节功率：计及发电机和负荷的调节效应时，引起频率单1、频率的二次调整：通过操作调频器，使发电机组的频率特性平行的移动，从而使负荷变化引起的频率偏移在允许的波动范围内。电力系统的频率调整2、频率的二次调整281、频率的二次调整：通过操作调频器，使发电机组的频率特性平行2、频率调整图电力系统的频率调整292、频率调整图电力系统的频率调整293、当系统负荷增加时，由以下三方面提供二次调频的发电机组增发的功率；发电机组执行一次调频，按有差特性的调差系数分配而增发的功率；电力系统的频率调整由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率303、当系统负荷增加时，由以下三方面提供二次调频的发电机4、数学表达式

如果，即发电机组如数增发了负荷功率的原始增量，则，即所谓的无差调节。

对于N台机，且由第s台机组担负二次调整的任务，则：电力系统的频率调整314、数学表达式电力系统的频率调整315、主调频厂的选择调频厂：负有二次调频任务的电厂，分为主调频厂和辅助调频厂。调频厂应满足的条件：1）足够的调整容量2）较快的调整速度3）调整范围内的经济性较好电力系统的频率调整325、主调频厂的选择电力系统的频率调整32调整容量:

水电厂>火电厂

中温中压电厂（75％）>高温高压电厂（30％）

调整速度：

水电厂>火电厂

调频厂选择：

首选：水电厂

其次：中温中压电厂

电力系统的频率调整33调整容量:

水电厂>火电厂

习题1：某系统有三台额定容量为100MW的发电机组并列运行，其调差系数σ1*=0.02，σ2*=0.06，σ3*=0.05，其运行情况为PG1=60MW,PG2=80MW,PG3=100MW,取KL*=1.5,PLN=240MW。当系统负荷增加50MW时，系统频率下降多少？（均不计频率调整器的作用）34习题1：某系统有三台额定容量为100MW的发电机组并列运行，解：因为PG3已经满载，所以只有机组1，2参加一次调频，系统的频率调节特性为：35解：因为PG3已经满载，所以只有机组1，2参加一次调频，系统习题2：某电力系统的装机容量为2000MW,额定频率为50Hz,发电机单位调节功率为KG*=30，负荷的单位调节功率为KL*=1.5，现在负荷增加，若调频器不动作，频率下降0.2Hz；若调频器动作，增发100MW功率，问频率下降多少？（KG*、KL*均以2000MW,50Hz为基准）36习题2：某电力系统的装机容量为2000MW,额定频率为50H解：即频率下降0.121Hz37解：37树立质量法制观念、提高全员质量意识。12月-2212月-22Friday,December30,2022人生得意须尽欢，莫使金樽空对月。17:22:4917:22:4917:2212/30/20225:22:49PM安全象只弓，不拉它就松，要想保安全，常把弓弦绷。12月-2217:22:4917:22Dec-2230-Dec-22加强交通建设管理，确保工程建设质量。17:22:4917:22:4917:22Friday,December30,2022安全在于心细，事故出在麻痹。12月-2212月-2217:22:4917:22:49December30,2022踏实肯干，努力奋斗。2022年12月30日5:22下午12月-2212月-22追求至善凭技术开拓市场，凭管理增创效益，凭服务树立形象。30十二月20225:22:49下午17:22:4912月-22严格把控质量关，让生产更加有保障。十二月225:22下午12月-2217:22December30,2022作业标准记得牢，驾轻就熟除烦恼。2022/12/3017:22:4917:22:4930December2022好的事情马上就会到来，一切都是最好的安排。5:22:49下午5:22下午17:22:4912月-22一马当先，全员举绩，梅开二度，业绩保底。12月-2212月-2217:2217:22:4917:22:49Dec-22牢记安全之责，善谋安全之策，力务安全之实。2022/12/3017:22:49Friday,December30,2022相信相信得力量。12月-222022/12/3017:22:4912月-22谢谢大家！树立质量法制观念、提高全员质量意识。12月-2212月-22第三节电力系统有功功率平衡

及频率调整1、频率变化的影响及和有功功率的关系2、电力系统负荷及电源的频率静态特性3、电力系统的频率调整39第三节电力系统有功功率平衡

及频率调整1、频率变化的对用户的影响（1）异步电机转速：纺织工业、造纸工业（2）异步电机功率下降（3）电子设备的准确度对发电厂和电力系统的影响（1）对发电厂厂用机械设备运行的影响（2）对汽轮机叶片的影响（3）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无功消耗。电力系统频率变化的影响40电力系统频率变化的影响2频率—由发电机转速决定转速与其轴上的转矩平衡有关MT：原动机输入机械转矩ME：发电机输出电磁转矩转矩平衡与功率平衡的关系频率与有功平衡的关系41频率—由发电机转速决定转速与其轴上的转矩平衡有关MT：原动机转矩不平衡发电机转速变化频率变化(+0.2HZ+0.5HZ)稳态时：MT=ME，f=0负荷变化MT：由于惯性大变化慢ME：有功负荷变化快产生瞬时不平衡频率与有功平衡的关系42转矩不平衡发电机转速变化频率变化(+有

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的变化及其调整有功功率负荷的变化及调整43有

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的变化及其调整有功功率负荷的变

系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷组成：（1）变动周期小于10s，变化幅度小:小操作、线路摇摆等（3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律（2）变动周期在（10s，180s），变化幅度较大：大电机、电炉启停调速器频率的一次调整调频器频率的二次调整根据预测负荷，在各机组间进行最优负荷分配电力系统的经济运行调度（发电计划）有功功率负荷的变化及调整44系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷备用容量：15%～20%定义：备用容量＝系统可用电源容量－发电负荷作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格

有功功率平衡：8760t(h)P(MW)发电负荷备用容量新增容量有功功率平衡及备用容量45备用容量：15%～20%有功功率平衡：8760t(h)P(最大发电负荷：PM

=PLmax+Pmax总装机容量备用容量负荷备用（2%--5%）—负荷波动、计划外负荷事故备用（5%--10%）—不影响供电，不少于一 台最大机组的容量检修备用（4%--5%）—适时安排国民经济备用（3%--5%）—超产及新负荷出现一般总备用—（15%--20%）PM

热备用负荷备用部分事故备用冷备用检修备用部分事故备用国民经济备用只有拥有适当的备用容量才能进行最优分配及频率调整有功功率平衡及备用容量46最大发电负荷：PM=PLmax+Pmax总装系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优分配问题，包括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配。有功电源的最优组合：系统中发电设备和发电厂的合理组合。包括：机组的最优组合顺序，机组的最优组合数量，机组的最优开停时间。有功负荷的最优分配：系统中的有功负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配。电力系统中有功功率的最优分配47系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优分配问题，包括有功电承担急剧变化负荷时与投、退相似，额外耗能、费时一、各类发电厂的运行特点1火电厂电力系统中有功功率的最优分配支付燃料费用技术最小负荷锅炉25%—70%汽机10%—15%效率与蒸汽参数有关高温高压：效率高、调节范围小中温中压：较前者低、但调节范围大低温低压：指标最差、不用于调节热电厂：抽气供热，效率最高，有不可调节的强迫功率火电厂48承担急剧变化负荷时与投、退相似，额外耗能、费时一、各类发电2水电厂（1）不需燃料费，但一次投资大（2）出力调节范围比火电机组大（3）启停费用低，且操作简单（4）出力受水头影响（5）抽水蓄能（6）必须释放水量－－强迫功率一、各类发电厂的运行特点§5.2电力系统中有功功率的最优分配492水电厂一、各类发电厂的运行特点§5.2电力系统中有功功3核电厂（1）最小技术负荷小，为额定负荷10～15％。（2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高；启停及急剧调节时，易于损坏设备。（3）一次投资大，运行费用小。一、各类发电厂的运行特点§5.2电力系统中有功功率的最优分配503核电厂一、各类发电厂的运行特点§5.2电力系统中有功功原则（1）充分利用水源。（2）尽可能利用原子能。（3）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。（4）尽量降低火力发电成本，增加燃用当地煤等。二、各类发电厂的合理组合§5.2电力系统中有功功率的最优分配51原则二、各类发电厂的合理组合§5.2电力系统中有功功率的最枯水期丰水期抽水发电52枯水期丰水期抽水发电141、负荷的有功功率－频率静态特性1)、定义：负荷与用户的生产状态有关与频率无关 —照明、电炉等与接入点系统电压有关与系统频率有关——仅考虑频率因素假设不变2)、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531、负荷的有功功率－频率静态特性1)、定义：负荷与用户的生产电力系统的频率特性54电力系统的频率特性16当频率偏离额定值不大时，负荷有功－频率静态特性用一条近似直线来表示。负荷的频率调节效应系数或称为负荷的频率调节效应，表示负荷随频率的变化程度。电力系统的频率特性55当频率偏离额定值不大时，负荷有功－频率静态特性用一条近似直线2、发电机组的有功功率－频率静态特性1)、定义：发电机组的有功功率与频率之间的关系2)、调速器的工作原理电力系统的频率特性562、发电机组的有功功率－频率静态特性1)、定义：发电机组的有1为转速测量元件—离心飞摆及其附件；2为放大元件—错油门(或称配压阀)；3为执行机构—油动机(或称接力器)；4为转速控制机构或称同步器(调频器)AA’’A’DB’B电力系统的频率特性571为转速测量元件—离心飞摆及其附件；AA’’A’DB’B（1）、正常运转PE=PTA-B-O（2）、PLPEPEPTA’-B-O’PE=PTA’’-B’-O（3）、有差调节BB’，AA’’3)、调频器的工作原理AA’’A’DB’B电力系统的频率特性58（1）、正常运转PE=PTA-B-O（2）、P4)、电源的有功功率—频率静态特性（1）、无调速系统时:PT=c1f-c2f2（2）、有调速系统时电力系统的频率特性594)、电源的有功功率—频率静态特性（1）、无调速系统时:P（3）、有调频器时电力系统的频率特性60（3）、有调频器时电力系统的频率特性22概念介绍发电机的单位调节功率：发电机组原动机或电源频率特性的斜率的负值。

标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。电力系统的频率特性61概念介绍电力系统的频率特性23电力系统的频率特性发电机的调差系数：单位调节功率的倒数。62电力系统的频率特性发电机的调差系数：单位调节功率的倒数。2电力系统的频率特性发电机的单位调节功率与调差系数的关系：一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：汽轮发电机组=3~5或=33.3~20水轮发电机组=2~4或=50~2563电力系统的频率特性25fPOP0PLf0PGPL´ΔPL0AP0'Bf0'O'B'A'1、频率的一次调整电力系统的频率调整

由于负荷突增，发电机组功率不能及时变动而使机组减速，系统频率下降，同时，发电机组功率由于调速器的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身的调节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程，达到新的平衡。64fPOP0PLf0PGPL´ΔPL0AP0'Bf0'O'B系统的单位调节功率：计及发电机和负荷的调节效应时，引起频率单位变化时的负荷变化量。fPOP0PLf0PGPL´ΔPL0AP0'Bf0'O'B'A'计算：65系统的单位调节功率：计及发电机和负荷的调节效应时，引起频率单1、频率的二次调整：通过操作调频器，使发电机组的频率特性平行的移动，从而使负荷变化引起的频率偏移在允许的波动范围内。电力系统的频率调整2、频率的二次调整661、频率的二次调整：通过操作调频器，使发电机组的频率特性平行2、频率调整图电力系统的频率调整672、频率调整图电力系统的频率调整293、当系统负荷增加时，由以下三方面提供二次调频的发电机组增发的功率；发电机组执行一次调频，按有差特性的调差系数分配而增发的功率；电力系统的频率调整由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率683、当系统负荷增加时，由以下三方面提供二次调频的发电机4、数学表达式

如果，即发电机组如数增发了负荷功率的原始增量，则，即所谓的无差调节。

对于N台机，且由第s台机组担负二次调整的任务，则：电力系统的频率调整694、数学表达式电力系统的频率调整315、主调频厂的选择调频厂：负有二次调频任务的电厂，分为主调频厂和辅助调频厂。调频厂应满足的条件：1）足够的调整容量2）较快的调整速度3）调整范围内的经济性较好电力系统的频率调整705、主调频厂的选择电力系统的频率调整32调整容量:

水电厂>火电厂

中温中压电厂（75％）>高温高压电厂（30％）

调整速度：

水电厂>火电厂

调频厂选择：

首选：水电厂

其次：中温中压电厂

电力系统的频率调整71调整容量:

水电厂>火电厂

习题1：某系统有三台额定容量为100MW的发电机组并列运行，其调差系数σ1*=0.02，σ2*=0.06，σ3*=0.05，其运行情况为PG1=60MW,PG2=80MW,PG3=100MW,取KL*=1.5,P