电气运行技术与管理-PPT课件

1 第一章电力系统及运行 电气运行技术与管理 黄河水院自动化工程系 1 3电力系统频率及其调整 2 1 1电力系统概述1 2电力系统稳定1 3电力系统频率及其调整1 4电力系统电压及其调整1 5电力系统调度 电气运行技术与管理 第一章电力系统及运行 3 1 3电力系统频率及其调整 一 频率调整的必要性二 电力系统有功功率的平衡三 电力系统的频率调整四 电力系统的有功功率 频率静态特性五 调频电厂的选择 电气运行技术与管理 第一章电力系统及运行 4 1 3电力系统频率及其调整 电能质量标准频率 电压 电压的不对称性 非正弦性频率标准 整个电力系统统一的标准频率 50Hz 频偏规定 300万kW以上系统 0 2Hz300万kW以下系统 0 5Hz 频率与有功平衡的关系频率与转速相关转矩不平衡时 转子转速变化 引起频率变化要保持电力系统在某一频率下运行 就必须保证在该频率下电力系统的有功率功率平衡 有功不足 频率下降 有功过剩则频率升高 5 1 3电力系统频率及其调整 电力系统频率变化的影响1 对用户的影响 1 异步电机转速 影响纺织工业 造纸工业等产品质量 2 频率下降会造成异步电机输出功率下降 3 电子设备的准确度2 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 低频时 容易引起汽轮机叶片的共振 3 对异步电机及变压器励磁的影响 增加无功消耗 一 频率调整的必要性 6 1 3电力系统频率及其调整 二 电力系统有功功率的平衡1 有功功率负荷的变动分类 三种负荷的变动规律的综合 P1 一类负荷波动幅值小 周期短 10s以内 由用电设备的投入和退出引起 不可预测 P2 二类负荷波动周期较长 幅值较大 由大容量用电设备的投入和退出引起 不可预测 P3 三类负荷波动周期最长 幅值最大 由生产生活规律和气象条件变化引起 可以预测 7 1 3电力系统频率及其调整 要实现电力系统的功率平衡必须具备以下条件 充足的供电能力 并留有一定的备用容量 充足的发电调节能力 能够及时增加或减少发电机的出力 适应负荷高峰和低谷的变化 充足的电力传输能力 保证所发电力能可靠地送到各处 合理的配电网布局 保证每个用户都能得到充足和质量合格的电能 完善的自动频率调整 自动低频减负荷等监控手段 二 电力系统有功功率的平衡2 有功功率的平衡和备用容量 8 1 3电力系统频率及其调整 电力系统中 在任何时刻 所有发电厂发出的有功功率总和 也称发电负荷 都是与系统的总负荷在某一频率下相平衡 为了保证良好的电能质量 电力系统的有功功率应该在频率允许变化范围内保持平衡 因此 为了实现系统有功功率的平衡 系统应有一定的备用容量 备用容量是指在最大负荷情况下 系统的可用电源容量大于发电负荷的部分 所有用户的有功负荷 所有发电厂厂用电有功负荷 网络的全部有功损耗 二 电力系统有功功率的平衡2 有功功率的平衡和备用容量 9 1 3电力系统频率及其调整 二 电力系统有功功率的平衡2 有功功率的平衡和备用容量 备用容量是指在最大负荷情况下 系统的可用电源容量大于用电负荷的部分 10 1 3电力系统频率及其调整 备用容量 电源容量大于发电负荷的部分 二 电力系统有功功率的平衡2 有功功率的平衡和备用容量 热备用 系统中运行的机组所具有的备用容量 冷备用 系统可运行而未运行机组的可发容量 11 1 3电力系统频率及其调整 备用容量 电源容量大于发电负荷的部分最大负荷PM备用 负荷备用 2 5 PM事故备用 5 10 PM检修备用 4 5 PM国民经济备用 3 5 PM总备用 15 20 PM 热备用 冷备用 二 电力系统有功功率的平衡2 有功功率的平衡和备用容量 且不小于系统最大一台机组的额定容量 12 要求系统频率稳定 也就是要求系统中所有发电机的转速都保持稳定 这种平衡只能是动态的平衡 因为电力系统的负荷是随时变化的 因此 保持这种平衡唯一的方法就是不断地调节发电机组的输入功率 即不断调整进汽量或进水量 使发电机组的原动机功率紧紧跟踪系统负荷的变化而变化 始终保持系统有功功率的供需平衡 因此 频率调整问题就是系统中所有发电厂有功出力的调整问题 频率是全系统统一的 1 3电力系统频率及其调整 三 电力系统的频率调整 13 1 3电力系统频率及其调整 针对系统有功负荷变动种类 电力系统的频率调整分为一次 二次 三次调整 频率的一次调整是由发电机组的调速器实现的 主要针对第一种负荷变动引起的频率偏移所引起的调整 频率的二次调整是由发电机的调频器 同步器 实现的 针对第二种负荷变动引起的频率偏移所引起的调整 频率的三次调整是由调度中心针对第三种负荷变化进行预测 并按照最优化原则向各发电厂下达的发电计划 三 电力系统的频率调整1 系统的频率调整分类 14 1 3电力系统频率及其调整 三 电力系统的频率调整2 系统频率的静态特性负荷的有功功率 频率静态特性曲线 负荷的有功功率 频率静态特性曲线 当系统频率下降时 有功负荷也自动减小 这种有助于系统频率恢复的现象称为负荷的频率调节效应 15 1 3电力系统频率及其调整 三 电力系统的频率调整2 系统频率的静态特性 2 发电机的有功功率 频率静态特性 发电机组的有功功率 频率静态特性曲线 频率下降时 发电机组的有功出力则增加 16 四 电力系统的有功功率 频率静态特性 1 3电力系统频率及其调整 要确定电力系统的负荷变化引起的频率波动 需要同时考虑负荷的频率静态特性和机组的功频静态特性两者的调节效应 为简单起见 先只考虑一台机组和一个负荷的情况进行讨论 在原始运行状态下 负荷的工频特性为PD f 它与发电机组静态特性PG f 的交点1确定了系统的频率为f1 发电机组的功率为P1 也就是说 在频率为f1时达到了发电机组有功功率与系统的有功需求之间的平衡 17 四 电力系统的有功功率 频率静态特性 1 3电力系统频率及其调整 假定系统的负荷增加了 PD0 其特性曲线变为 发电机组仍是原来的特性 那么新的静态运行点将变为点2 与此相应的系统频率为f2 频率的变化量为 发电机组的功率输出的增量为 根据负荷频率调节效应所产生的负荷功率变化为 当频率下降时 PD是负的 故负荷功率的实际增量为 它应和发电机组的功率增量相平衡 即 负荷和发电机组的静态特性 18 四 电力系统的有功功率 频率静态特性 1 3电力系统频率及其调整 系统负荷增加时 在发电机组工频特性特性和负荷自身的调节效应共同作用下能够达到新的功率平衡 一方面 负荷增加 频率下降 发电机按有差调整特性增加输出 另一方面负荷实际取用的功率也因频率的下降而有所减小 负荷和发电机组的静态特性 但是频率不能回到原来值 一次调频为有差调节 19 发电机在A点已满载运行 在A点以左 发电机组的静态特性是一条与横轴平行的直线 当系统的负荷再增加时 发电机已不能再增加输出了 只能靠频率下降后负荷本身的调节效应决定 1 3电力系统频率及其调整 发电机满载时的功频静态特性 发电机满载时负荷增加所引起的频率下降就相当严重了 所以为了适应负荷的增长 系统中应有一定的备用容量 此外 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得多 四 电力系统的有功功率 频率静态特性 20 1 3电力系统频率及其调整 四 电力系统的有功功率 频率静态特性 2 系统频率的二次调整 当电力系统由于负荷变化引起的频率变化 依靠频率的一次调整作用已不能使频率保持在允许范围内时 就需要发电机的调频器 同步器 动作 使发电机的功率 频率特性平移来改变发电机的有功功率 以保证电力系统频率不变或在允许范围内变化 21 假设系统中只有一台发电机组向负荷供电 原始运行点为A 系统频率为f1 系统负荷增加后 在还未进行二次调整之前 运行点移至B点 系统频率下降到f2 在同步器的作用下 机组的静态特性上移为运行点移至B 此时系统频率为f2 频率偏移值为 1 3电力系统频率及其调整 四 电力系统的有功功率 频率静态特性 2 系统频率的二次调整 频率的二次调整特性曲线 22 1 3电力系统频率及其调整 四 电力系统的有功功率 频率静态特性 在相同的负荷变化量下 系统频率的偏移减小了 当二次调整所得到的发电机组功率增量能完全抵偿负荷的初始增量 即时 频率将维持不变 即 f 0 这样就实现了无差调整 2 系统频率的二次调整 23 1 3电力系统频率及其调整 四 电力系统的有功功率 频率静态特性 在有许多台机组并联运行的电力系统中 当负荷变化时 配置了调速器的机组 只要还有可调容量 均按各自的静态特性参加频率的一次调整 频率的二次调整一般只是由一台或少数几台发电机组 一个或几个厂 承担 这些机组 厂 称为主调频机组 厂 如果参与二次调频的所有机组仍不足以承担系统负荷变化的需求时 则应进行频率的三次调整 即系统调峰 它由调度中心下达预定的日发电计划 使有关发电机组在某一段时间内增大或减少机组出力 以维持系统有功功率的大体平衡 确保二次调频机组能够承担负荷变化的需求 使系统频率变化在允许范围内 24 1 3电力系统频率及其调整 五 调频电厂的选择 在大型电力系统中 调频过程很复杂 为了避免在调频过程中出现过调或频率较长时间不能稳定的现象 调频工作必须进行分工和分级调整 全系统有调频能力的发电机组都参加一次调频 然后由几个电厂或机组承担二次调频 称为主调频电厂 以负责全系统的二次调频工作 另外还要选少数几个电厂作为辅助调频电厂 它们只在电力系统频率偏移超过某一规定的范围时 才参加调频 25 主调频厂的选择 参加一次调频 具有 装有调速器 有备用容量的发电机组参加二次调频 主调频厂 辅助调频厂发电机组装有调频器 同步器 主调频厂具备的条件 机组具有足够的调频容量及范围能适应负荷变化需要的调整速度有功功率的调整时应符合安全及经济运行的原则联络线上的潮流约束 不出现过载或不稳定 1 3电力系统频率及其调整 26 主调频厂的选择 综合考虑容量 调整速度和经济性 枯水期 水电作为主调频厂 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 1 3电力系统频率及其调整 27 1 3电力系统频率及其调整 频率是衡量电能质量的重要指标 实现系统有功平衡 是以保证额定频率的为前提 频率是全系统统一的 负荷的变化将引起系统频率的波动 所以系统必须要有一定的备用容量 以保证随时调用 频率调整必须是整个系统协同进行 所以根据各电源在系统中的地位和作用将频率调整分为一次 二次和三次调整 小结 28 1 3电力系统频率及其调整 小结 针对系统有功负荷变动种类