第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整,电压是衡量电能质量的一个重要指标 频率也是衡量电能质量的重要指标,13.0,概述,13-1: 频率调整的必要性 13-2: 电力系统的频率特性 13-3: 电力系统的频率调整 13-4: 有功功率平衡和系统负荷的合理分配,频率调整的必要性,13.1,1、有功功率的基本概念：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。 2、电力系统的频率水平由有功功率平衡决定，在负荷变化时，如果有功电源充足，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。,频率调整的必要性,13.1,3、频率的重要性 影响用户产品的质量（异步电动机的转速和输出功率均与频率有关） 影响电子设备的准确性 对电力系统运行的不良影响 1）对发电机叶片的不良影响，振动 2）f，降低给水泵、循环水泵、风机等的出力和效率（辅助效率和内能） 3）f，异步电动机和变压器的励磁电流，QL，为Q平衡和电压调整增加困难。 4）互联系统解列 5）发电机解列,频率调整的必要性,13.1,4、允许的频率偏移 严格保证频率不变是不可能的，fN =50HZ，允许的频率偏 移（系统运行频率与额定频率之差）： f =0.2Hz0.5Hz ( 0.4%fN 1%fN ) 5、频率调整的分类 根据负荷变化，电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分为： 一次调频：由发电机调速器进行； 二次调频：由发电机调频器进行； 三次调频：由调度部门根据负荷曲线进行最优分配。 前两种是事后的，第三种是事前的。 一次调频是所有运行中的发电机组都可参加的，取决于发电机组是否已经满负荷发电。这类 发电厂称为负荷监视厂。 二次调频是由平衡节点来承担。,负荷曲线组成：有功负荷分为三种不同变化规律的变动负荷，如右图1、2、3所示； 第1种负荷分量：变化幅度小，变化周期短（一般10秒以内） （调速器：一次调频） 第2种负荷分量：变化幅度较大，变化周期一般在10s3min的负荷，如电炉、延压机械、电气机车，等；（调频器：二次调频） 第3种负荷分量：变化缓慢的持续变动负荷，由工厂作息制度、居民生活规律、气象条件等决定：（调度员：日运行方式）,有功功率电源及备用容量,系统有功功率平衡： PG = PL + P,总装机容量：所有发电机的额定容量之和,系统电源容量：可投入发电设备的可发功率之和,系统备用容量：系统电源容量大于发电负荷部分，一般占最大发电负荷的15%-20%,第二节 电力系统负荷及电源的频率静态特性,一、负荷的频率静态特性,与频率无关照明、电炉等,1、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,13.2,1. 负荷的 Pf 静态特性, 负荷静态频率特性：系统处于运行稳态时，系统中有功负荷随频率的变化特性。各类负荷的频率特性：,电力系统的频率特性,13.2,1. 负荷的 Pf 静态特性, 当频率偏移额定值不大时，用线性方程近似表示负荷静态频率特性,KD (KD*)：负荷频率调节效应系数（频率调节效应）KD* =13（频率下降1 %，负荷有功功率变化 KD* %）,KD* 取决于全系统各类负荷的比重，不同系统或同一系统不同时刻的KD* 都可能不同。 KD* 是调度部门必须掌握的一个数据，是考虑按频率减负荷方案和低频事故时用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。,例13-1,某电力系统中，与频率无关的负荷占30，与频率一次方、二次方、三次方成正比的负荷分别占40、10、20。求系统频率由50Hz降到48Hz和45Hz时，相应的负荷变化百分值。,1.频率降为48Hz时, f*=48/50=0.96, 系统的负荷,PD%=4.7,2. f降为45Hz时, f*=45/50=0.9, 类似计算可得,PD*=0.887 ， PD%=11.3,调速 系统的工作原理,二. 发电机的 Pf 静态特性,（离心式机械液压调速系统）,(*)：静态调差系数，调差率（负荷变化1%，频率变化*%） 调差系数越小，频率偏移越小！,电力系统的频率特性,13.2,二.发电机的 Pf 静态特性,发电机静态频率特性：系统处于运行稳态时发电机有功功率与频率的变化关系,KG ( KG* )：机组单位调节功率，f发生单位变化时，发电机组输出功率的变化量。,电力系统的频率特性,13.2,三.电力系统的 Pf 静态特性,要确定电力系统的负荷变化引起的频率波动，需要同时考虑负荷及发电机两者的调节效应。考虑一台发电机和一个负荷的情况。,假定系统的负荷增加PD0,负荷的实际增量：,( 负荷的实际增量应与发电机组的功率输出的增量相等 ),电力系统的频率特性,13.2,三.电力系统的 Pf 静态特性,K：系统的 Pf 静特性系数，或系统的单位调节功率，计及发电机和负荷的共同作用时，引起 f 单位变化的负荷变化量。,根据 K 可以确定在允许的频率偏移范围内，系统所能承受的负荷变化量。,备用系数，一般应满足：Kr 1,备用容量越大(kr1) ，系统单位调节功率越大 无备用容量(kr=1) ，发电机单位调节功率为零,机组满载时的功频静特性,有功功率电源应该有一定的备用容量,电力系统的频率特性,13-3 电力系统的频率调整,PG i = -KG i f (i=1,2,n),n台机组输出功率总增量,当系统频率变动时,第i台机组的输出功率增量,在PG相同的条件下，多台机组并列运行时的频率变化比一台机组运行时的要小。,等值单位调节功率,若把n台机组用一台等值机来代替,13-3 电力系统的频率调整,在计算KG或时，如第j台机组已满载运行，当负荷增加时应取KGj0或j= 。,等值调差系数,等值单位调节功率,对多台机组的情况：,PD0 f,13-3 电力系统的频率调整,24,Conclusion,13-3 电力系统的频率调整,系统单位调节功率K*愈大，频率就愈稳定。 备用容量较小时，K*亦较小。 以系统的功频静特性为基础的频率一次调整的作用是有限的，它只能适应变化幅度小、变化周期较短的变化负荷。,25,同步器二次调频,13-3 电力系统的频率调整,调速器,同步器,26,频率的二次调整过程,13-3 电力系统的频率调整,PD(f),A,P1,f1,PD0,PD(f),PG(f),B,f2,f,PG,-KDf,负荷功率的初始增量 PD0=PG -KGf -KDf,PD0 -PG= -(KG+KD) f = -Kf,系统的单位调节功率,PG(f),B,f2,-KGf,27,Conclusion,13-3 电力系统的频率调整,二次调频并不能改变系统的单位调节功率，但能减小系统频率的偏移。 二次调频可以实现无差调节，一次调频肯定是有差调节。 二次调频实现频率无差调节的前提是系统具有充足的备用容量。,28,系统调频,13-3 电力系统的频率调整,负荷变化时通常首先由主调频电厂进行二次调频力图恢复系统频率。 若仍有功率缺额则由配置了调速器的机组进行一次调频。,电力系统的频率调整,13.3,1. 频率的一次调整,调速器的有差调节特性，一次调频是有差调频 所有发电机均装有调速器，均参加一次调频 机械液压调速系统 电气液压调速系统 自动装置中详细介绍 单靠一次调频不能使频率偏移保持在允许的范围之内,发电机组的调速器，根据系统频率的偏移，改变机组的出力，使有功功率重新达到平衡，这就是频率的一次调整。,电力系统的频率调整,13.3,2. 频率的二次调整,二次调整也就是通常所说的频率调整 同步器平行移动发电机的功频静特性来调节频率和分配机组间的有功功率,由发电机组调速系统的转速控制机构（同步器）来实现的频率调整。,电力系统的频率调整,13.3,3. 发电机的分类,有可调容量的机组均参加频率的一次调整 只有一台或少数几个机组参加频率的二次调整,主调频机组：参与二次调频的机组，条件：有足够大的调频容量和调节范围，出力调整速度应满足系统负荷变化速度的要求等。 辅助调频机组：只有在系统频率超过某一规定的偏移范围时才参与频率调整 非调频机组：按调度中心预先给定的负荷曲线运行，不参与频率的二次调整,电力系统的频率调整,13.3,4. 主调频发电厂的选择,条件： 1) 足够调整容量和范围 2) 调整速度 3) 安全经济原则，联络线功率波动和中枢点电压波动 水电厂最适宜承担调频任务，但应兼顾经济性。 （调整范围可以达到 50%PN 以上，速度快，一分钟可以由空载满载。火电厂锅炉、汽机受最小技术负荷限制，锅炉25%(中温中压)75%(高温高压)额定容量，汽机10 15%额定容量，每分钟仅能上升2 5%）,电力系统的频率调整,13.3,5. 互联系统的频率调整,频率调整可能引起网络潮流的重新分布,= 0, 则: f = 0,= 0, 则: PAB = 0,电力系统的频率调整,13.3,5. 互联系统的频率调整,习题 KGA = 270 MW/HZ，KDA = 21 MW/HZ， KGB = 480 MW/HZ，KDB = 39 MW/HZ， PAB = 300 MW，B 系统增加负荷150MW,（1）求 A、B均仅进行一次调频时的系统频率：, ( KGA + KDA + KGB + KDB ) f = 150 810 f = 150 f = 0.185 HZ f = 50 0.185 = 49.815HZ 联络线功率变化量（即A系统的负荷增加量）： PAB = ( KGA + KDA ) f = 291 0.185 = 53.835 MW,电力系统的频率调整,13.3,5. 互联系统的频率调整,习题 KGA = 270 MW/HZ，KDA = 21 MW/HZ， KGB = 480 MW/HZ，KDB = 39 MW/HZ， PAB = 300 MW，B 系统增加负荷150MW,（1）求 A、B均仅进行一次调频时的系统频率：,A、B发电机和负荷功率的变化量：,电力系统的频率调整,13.3,5. 互联系统的频率调整,习题 KGA = 270 MW/HZ，KDA = 21 MW/HZ， KGB = 480 MW/HZ，KDB = 39 MW/HZ， PAB = 300 MW，B 系统增加负荷150MW,（2）A、B均参加一次调频，但二次调频仅由A承担，PABmax = 400MW，求系统频率的最小变化量,应充分利用二次调频容量，则： PAB = 100 ( KGB + KDB ) f = 50 519 f = 50 f = 0.098 HZ,电力系统的频率调整,13.3,6. 频率调整与电压调整的关系, 频率下降将引起无功缺口扩大，电压下降 f Qg Qd V f 1% V 0.82% 电压下降使有功缺口减少 f、V 偏低时，先解决 f ，再解决 V f、V 的独立性 全网频率统一，调频涉及整个系统；无功功率平衡和电压调整可以按地区就地解决 当线路有功潮流不超过允许范围时，有功电源的任意分布不会妨碍频率的调整；无功平衡和调压则同无功电源的合理分布关系密切,有功功率平衡和系统负荷的合理分配,13.4,1. 有功功率电源,发电厂是目前电力系统唯一的有功功率电源 火力发电厂：总容量一半以上，有功调整范围小 燃油火力发电厂 燃汽火力发电厂 燃煤火力发电厂效率高容量大 低温低压（450，35大气压） 中温中压（520，100大气压） 高温高压（550，180大气压） 超临界机组（575，200以上大气压）,有功功率平衡和系统负荷的合理分配,13.4,1. 有功功率电源, 热力发电厂：发电+供热 强迫出力：为保证供热而必须发出的有功功率 水力发电厂：有功调整范围大 多年调节库容水力发电厂 日、季、年调节库容水力发电厂 径流式水力发电厂：无调节水