电力系统中的有功、无功平衡问题(电力市场第2讲).ppt

电力系统中有功功率和频率 电力系统中有功功率的平衡 一、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响 系统频率的变化将引起工业用户的电动机转速的变 化，这将影响产品的质量；此外，频率的不稳定， 还会影响电子设备的准确性。 频率的变化，对发电机及电力系统本身也十分有害 。发电厂的厂用机械多使用异步电动机带动，系统 频率降低使电动机出力降低，若频率降低过多，将 使电动机停止运转，会引起严重后果。 频率为什么会变化？ 二、电力系统中有功功率的平衡和备用容量二、电力系统中有功功率的平衡和备用容量 负荷可以看作是由三种具有 不同变化规律的变动负荷所 组成：第一种视变化幅度很 小，变化周期短，负荷变动 有很大的偶然性；第二种是 变化幅度大，变化周期较长 ；第三种是变化缓慢的持续 变动负荷。 频率的一次调整（或称为一次调频）指由发电机组的调 速器进行的，是对第一种负荷变动引起的频率偏移作调 整。 频率的二次调整（或称为二次调频）指由发电机组的调 频器进行的，是对第二种负荷变动引起的频率偏移作调 整。 频率的三次调整（或称为三次调频）是对第三种负荷变 动引起的频率偏移作调整。将在有功功率平衡的基础上 ，按照最优化的原则在各发电厂之间进行分配。 有功功率平衡： 为保证可靠供电和良好的电能质量，电力系统的有功功 率平衡额定运行参数下确定。而且，还应具有一定的备 用容量，也就是在系统最大负荷情况下，系统电源容量 大于发电负荷的部分称系统的备用容量。 系统备用容量一般分负荷备用、事故备用、检修备用和 国民经济备用等。 备用容量： （1）负荷备用：是指调整系统中短时的负荷波动并担负 计划外的负荷增加而设置的备用。负荷备用容量的大小应 根据系统负荷的大小、运行经验并考虑系统中各类用电的 比重确定。一般为最大负荷的2一5，大系统采用较小 数值，小系统采用较大数值 （2）事故备用：是使电力用户在发电设备发生偶然性事 故时不受严重影响，维持系统正常供电所需的备用。事故 备用容量的大小应根据系统容量、发电机台数、单位机组 容量、机组的事故概率、系统的可靠性指标等确定，般 约为最大负荷的5一10 ，但不得小于系统中最大机组 的容量。 （3）检修备用：为保证系统的发电设备进行定期检修时 ，不致影响供电而在系统中留有的备用容量。 （4）国民经济备用：是考虑到工农业用户的超计划生产 ，新用户的出现等而设置的备用容量，其值根据国民经 济的增长情况而确定，一般约为系统最大负荷的3%5% 负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用归纳起 来以热备用和冷备用的形式存在于系统中。而不难想见 ，热备用中至少应包括全部负荷备用和一部分事故备用 电力系统的频率调整 一、电力系统负荷的有功功率频率静态特性 当频率变化时，电力系统中的有功功率负荷也将 发生变化。当电力系统处于稳态运行时，系统中有 功负荷随频率的变化特性称为负荷的有功功率-频 率静态特性 二、发电机组的有功功率二、发电机组的有功功率频率静态特性频率静态特性 1、自动调速系统 如右图所示：调速 系统由四个部分组成 ：1为转速测量元件 （飞摆）；2为放大 元件（错油门）；3 为执行机构（油动机 ）；4为转速控制机 构（调频器）。 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 2、发电机组的有功功率频率静态特性 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。 发电机是调差系数：单位调节功率的倒数 发电机的单位调节功率与调差系数的关系： 负荷的单位调节功率：综合负荷的静态频率 特性的斜率。 一般而言： 三、 频率的一次调整 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。 注意： 取功率的增大或频率的上升为正； 为保证调速系统本身运行的稳定，不能采用 过大的单位调节功率； 对于满载机组，不再参加调整。 对于系统有若干台机参加一次调频： 具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其 调差系数即下降特性自然分配。 四、频率的二次调整 当负荷变动幅度较大（0.5%1.5%），周期较长（几 分钟），仅靠一次调频作用不能使频率的变化保持在 允许范围内，这时需要籍调速系统中的调频器动作， 以使发电机组的功频特性平行移动，从而改变发电机 的有功功率以保持系统频率不变或在允许范围内。 此时，当系统负荷增加时，由以下三方面提供 ： v二次调频的发电机组增发的功率 ； v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 ； v由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功 率 。 1.频率调整图 五、 调频厂的选择 调频厂须满足的条件： v调整的容量应足够大； v调整的速度应足够快； v调整范围内的经济性能应该好； v注意系统内及互联系统的协调问题。 通过分析各种电厂的特点，调频厂的选择原则为： v系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂； v当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂 做调频厂。 电力系统无功功率和电压 电力系统中无功功率平衡 一、无功功率负荷和无功功率损耗 1、无功功率负荷 无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设 备（主要是异步电动机）所吸收的无功功率。 一般综合负荷的功率因数为0.6-0.9 2、电力系统的无功损耗 （1）变压器的无功损耗 变压器中的无功功率损耗分两部分，即励磁支 路损耗和绕组漏抗中损耗。其中励磁支路损耗 的百分值基本上等于空载电流的百分值，约为1 一2；绕组漏抗中损耗，在变压器满载时， 基本上等于短路电压Uk的百分值，约为10。 （2）电力线路的无功损耗 电力线路的无功损耗也分两部分，即并联电纳和串联电 抗中的无功功率损耗。并联电纳中的无功损耗与电力线 路电压的平方成正比，呈容性；串联电抗中的无功功率 与电流平方成正比，呈感性。 对线路不长，长度不超过100km，电压等级为220kV电 力线路，线路将消耗感性无功功率； 对线路较长，其长度为300km左右时，对220kV电力线 路，线路基本上既不消耗感性无功功率也不消耗容性 无功功率，呈电阻性； 线路大于300km时，线路为电容性的。 二、无功功率电源 电力系统的无功功率电源包括同步发电机、同期调相机 、并联电容器和静止补偿器等。 1、同步发电机 发电机在额定状态下运行时，可发出无功功率： 当系统中无功电源不足，而有功备用容量又较充足时，可利 用靠近负荷中心的发电机降低功率因数运行，多发无功功率 以提高电力系统的电压水平。 2、同期调相机 调相机实际上就是只能发无功功率的发电 机。它在过激运行时向电力系统供给感性 无功功率，欠激运行时从电力系统吸取感 性无功功率。欠激运行时的容量约为过激 运行时容量的50%-60%：这些也就是作为 无功功率电源的调相机的运行极限。 3、并联电容器及静止补偿器 静电电容器可按三角形和星形接法连接在变 电所母线上。它供给的无功功率与所在节点电压的 平方成正比，即： 缺点：电容器的无功功率调节性能比较差。 优点：静电电容器的装设容量可大可小，既可集中使用， 又可以分散安装。且电容器