第四章电力系统的有功功率平衡与频率调整

4.1概述4.2自动调速系统4.3电力系统的频率特性4.4电力系统的频率调整第4章简单电力系统的潮流计算4.5电力系统中有功功率的平衡小结第4章

电力系统的有功功率平衡

与频率调整§4-1概述对电力系统的正常运行要有经济、技术要求：技术指标波形质量（畸变率）频率偏移电压偏移(CH5)经济指标----调压----调频----谐波管理(CH4)生产过程：减少消耗的一次能源量----有功功率的最优分配(CH6)传输过程：减少电能损耗（网损）----无功功率的最优分布(CH6)一.频率偏移的原因1.系统正常负荷的变动；2.系统出现故障：破坏了发电机转子上的一对平衡力矩。2.系统出现故障：破坏了发电机转子上的一对平衡力矩。二.频率偏移的影响1.对用户的影响①

f异步电动机出力所带机械装置出力生产效率②

f异步电动机转速所带机械装置转速产品质量③

f不稳定电子仪器、装置和电力计时器准确性2.对系统的影响①

f异步电动机出力电厂中的辅机出力发电机有功出力f，f崩溃②

f汽轮机低压缸末级叶片共振叶片断裂④

f变化影响系统的经济运行③

f变压器、异步机励磁电流无功损耗无功缺额系统电压波动3.我国对的规定三.频率调整的方法可将系统总负荷分为三种变动负荷：①毛刺状，周期很短，波幅很小，有明显的随机性；②周期较短，波幅不大，有明显的冲击性；③受气象、气候和生活变化影响的、缓慢持续变化的负荷，周期长，波幅大，有明显的统计规律（可预见性）。④系统总负荷:而决定整个系统总负荷的变化规律。对应这三种变动负荷有三种调频方法：①一次调频：消除变化引起的（由发电机的调速器完成）②

二次调频：消除变化引起的（由发电机组的调频器（同步器）完成）③

三次调频：消除变化引起的（让各发电厂按照有功功率最优分配的原则所确定的计划发电）注意：电力系统的调频特指二次调频，而所有电厂都能参与一次调频。第4章

电力系统的有功功率平衡

与频率调整§4-2自动调速系统放大元件执行机构转速测量元件转速控制机构自动调速系统：频率的一次调整：位置变化对应转速变化由调速器完成的调频过程的特点---对频率有所调整，但不能使之恢复到原水平。（一次调频，有差调频）二次调频：加入调频器调频后---可使频率恢复到原水平。

（二次调频，可以做到无差调频）第4章

电力系统的有功功率平衡

与频率调整§4-3电力系统的频率特性一.发电机组的有功功率-频率特性发电机组的功频特性曲线：点：，空载运行点系统负荷原动机调速系统出力增加（），机组进汽量增加发电机组的单位调节功率：>0一次调频：当外界负荷改变时，供电频率变化，使机组功率与外界负荷相平衡，以减小供电频率的改变。动作同时频率有所下降取则通常，由机组的调差系数计算：可人为整定，但受机组调速机构的限制，其整定范围是有限的。在整定范围内，单位调节功率越大，频率偏移也越小。汽轮机：水轮机：及同步器是通过平移静态特性曲线来改变机组转速或负荷，作用是：

机组孤立运行时，同步器可以保证在任何负荷下保持转速不变。二次调频：若机组负荷升高使转速下降，则为了维持频率保持不变，调整结果使原来曲线向上平移；反之则平行向下平移。二.负荷的有功功率-频率特性定义：系统稳定运行时，有功负荷随频率变化的特性。根据负荷的有功功率与频率的关系，可将有功负荷分为：与频率f

无关；与频率f

的一次方成正比；与频率f

的二次方成正比；与频率f的n

次方成正比.……因此，有：---负荷的功频静态表达式式中：---系统频率为f时系统总的有功负荷---系统频率为fN时系统总的有功负荷---与f

的i次方成正比的有功负荷在中所占的比例。通常只考虑到（及以上很小，可略去）。负荷功频静态特性曲线：附近，与f近似线性。降至时，负荷有功功率（自动调节）至。系统有功负荷有自我调节的效应！！负荷的单位调节功率：约定：一般：值不大，且不能人为整定。是当按照f减负荷或低频事故时计算一次性负荷的依据。注意：区分“负荷增减”、负荷调节效应引起的“负荷有功增减”的不同；负荷调节效应作用：减轻系统能量的不平衡状态（当负荷增大时，降低，此时随而减小）；与发电机组的功频特性曲线（原动机的单位调节功率）对应，但不带负号。例：某电力系统中与f无关的负荷占30%，与f一次方成正比的负荷占40%，与f二次方成正比的负荷占10%，与f三次方成正比的负荷占20%。求系统频率由50Hz降到48Hz时相应的负荷变化数。

解：原来为，即原负荷水平为第4章

电力系统的有功功率平衡

与频率调整§4-4电力系统的频率调整一.频率的一次调整初始运行点：a点，负荷突然增大，动态过程：瞬间时刻，f1

未变，将负荷和发电机的功频特性综合，得到系统的功频特性。各种功率全部平衡：则负荷曲线实际负荷变为c点对应的。发电机电磁功率为，但原动机机械功率未变（来不及），发电机输入输出之间出现了功率缺额：若无调速器：恒定，负荷调节效应使负荷功率减少，缺额逐渐减少，速度下降减慢；n下降导致f下降；经过动态过程后最终在e点达到新的平衡。功率不变但频率大幅度下降。有调速器：则调速器和负荷调节效应两方面同时消除功率缺额。调速器：增大发电机出力()，负荷调节效应：f减小使负荷有功减小()。发电机负荷电力系统的单位调节功率KS发电机负荷两方面的不断努力不断减小缺额，动态过程结束后，发电机组的输入输出功率缺额被全部消除，在新的运行点b达到新的平衡。b点频率为f2，功率为P2。一次调整结束，为有差调节。---一次调频计算公式二次调频:手动或自动调节调频器使发电机组的频率特性平行的上下移动．二.频率的二次调整1.单机系统初始运行点：a点，各种功率平衡。负荷突然增大，则负荷曲线，运行点至b点。若不满足要求，需进行二次调频。则。设此时发电机二次调频增发，则新运行点为c点，对应。---系统负荷净增加量---机组二次调频增发的有功功率---机组一次调频增发的有功功率---负荷自我调节减少的负荷有功---二次调频计算公式发电机一次负荷发电机二次2.多机系统（1）负荷增加引起频率偏移时，除满载机组之外的机组均参加一次调频；（2）参与二次调频的机组少，不允许电厂任意增减出力参加二次调频；（3）为解决上述问题，分级调频，将电厂分为：主调频厂、辅调频厂、非调频厂（基载厂）主调频厂具备的条件：机组具有足够的调整容量及范围能适应负荷变化需要的调整速度调整输出功率时负荷安全经济原则联络线上的潮流约束发电厂类型可调容量调整速度运行费用火电30%-70%慢高水电50%以上快低核电较大中中综合考虑容量、调整速度和经济性：枯水期：①水电作为主调频厂②机组效率较低的中温中压火电辅助调频丰水期：效率不高的中温中压火电作为主调频厂三.互联系统的频率调整B系统调节功率A系统调节功率B系统二次调频的发电功率变化量A系统二次调频的发电功率变化量A系统负荷变化量B系统负荷变化量互联系统调频时，要注意联络线上流动功率的变化，防止有功传输功率越限。求：（注意：）可看做A的负荷增量：可看做B二次调频增发的有功：A的功率缺额，记B的功率缺额，记实际互联系统中，各子系统必须同时保证其联络线功率和系统频率的相对稳定，当频率和联络线功率违反约束时，将根据违反电量的大小进行惩罚。第4章

电力系统的有功功率平衡

与频率调整§4-5电力系统有功功率的平衡一.电力系统的有功平衡及备用1.有功平衡电力系统运行中，在任何时刻，所有发电厂发出的有功功率的总和，总是等于该系统的总负荷。所有用户取用的有功负荷网络的有功损耗厂用电取用的有功负荷2.有功备用容量为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统电源容量必须大于发电负荷。备用容量：可供调度的系统电源容量大于发电负荷的部分。按存在形式分热备用:运转中发电设备可能发的最大功率与发电负荷之差(旋转备用)冷备用:未运转的、但能随时启动的发电设备可以发的最大功率(不含检修中的设备)负荷备用按作用分具备了备用容量，才可能谈及备用用量在各发电设备和发电厂之间的最优分配以及系统的频率调整问题。检修备用事故备用国民经济发展备用----热备用----冷、热备用----冷备用----冷备用二.各类发电厂的运行特点和组合（1）燃料及运输费用（2）有功出力最小限制（3）效率与蒸汽参数有关（4）启停时间长且启停费用高（5）热电厂总效率较高，但与热负荷相应的输出功率是不可调节的强迫功率。1.火电厂（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