电力系统自动化电力系统频率调一PPT课件

电力系统分析 第四章电力系统有功功率和频率调整 1 精品课件 第四章电力系统的有功功率和频率控制 2 精品课件 4 1电力系统有功功率的平衡 引言 3 精品课件 4 1电力系统有功功率的平衡 2 频率与有功平衡的关系 1 转矩平衡与功率平衡 2 转矩不平衡时 转子转速变化 引起频率变化 1 频率偏差的概念 实际频率与额定频率之间的差值 我国频率额定值是50Hz 偏移范围为 0 2 0 5 Hz 一 频率偏差及频率调整的必要性 4 精品课件 4 1电力系统有功功率的平衡 3 频率调整的必要性 频率变化的影响 对用户的影响 1 异步电机转速 纺织工业 造纸工业 产品残次 2 异步电机功率下降 输出功率与系统频率之间的正相关性 3 电子设备的准确度 以系统频率为时钟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 输煤 水泵 风机 2 对汽轮机叶片的影响 低频共振 3 对异步电机及变压器励磁的影响 增加无功消耗 5 精品课件 4 1电力系统有功功率的平衡 根据有功负荷随时间不规则变化按其变化幅度和周期 将负荷变动分为三类 1 变动幅度很小 变化周期很短 这种负荷变动有很大的偶然性 属随机负荷变动 2 变动幅度较大 变化周期较长 属于这种负荷的主要有 电炉 电气机车等带有冲击性的负荷变动 3 变动幅度最大 变化周期最长 其变动基本上可以预计 是由生产 生活 气象等变化引起的负荷变动 二 有功功率负荷的变化及调整 1 有功负荷变动的分类 6 精品课件 4 1电力系统有功功率的平衡 有功功率负荷的变化及调整 这三种负荷变动都将使电力系统的频率发生一定的变化 有功功率电源的输出功率也发生变化 7 精品课件 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 180s 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 8 精品课件 4 1电力系统有功功率的平衡 根据负荷变动的分类 有功平衡和频率调整也相应分为三类 a 一次调频 由发电机调速器进行 b 二次调频 由发电机调频器进行 c 三次调频 由调度部门根据负荷预测曲线进行最优分配 前两种是事后的 第三种是事前的 一次调频时所有运行中的发电机组都可以参加 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 三次调频则属于电力系统经济运行调度的范畴 2 有功平衡和频率调整 9 精品课件 4 1电力系统有功功率的平衡 1 有功功率平衡 有功功率电源 电力系统各类发电厂的发电机 系统电源容量 系统装机容量 系统中所有发电厂机组额定容量的总和 备用容量 系统电源容量大于发电负荷的部分 三 有功功率平衡和备用容量 即保证有功功率电源发出有功与系统发电负荷相平衡 2 相关的一些基本概念 10 精品课件 备用容量 系统可用电源容量 发电负荷 4 1电力系统有功功率的平衡 11 精品课件 4 1电力系统有功功率的平衡 作用 为了保证供电可靠性及电能质量合格 系统电源容量必须大于发电负荷 分类 按存在形式分为 热备用和冷备用 按作用分为 负荷备用 事故备用 检修备用 国民经济备用等 3 备用容量的分类 负荷备用 调整负荷波动或超计划负荷增加 事故备用 发电设备发生偶然事故时 维持系统正常供电所需的备用 检修备用 使系统中发电设备能定期检修而设置 国民经济备用 着眼未来 12 精品课件 4 1电力系统有功功率的平衡 3 备用容量的分类 负荷备用 2 5 事故备用 5 10 检修备用 一般不设 国民经济备用 3 5 热备用 抵偿随机事件引起的功率缺额 包括负荷备用和事故备用 一般为8 10 冷备用 抵偿随机事件引起的 可用于检修备用 国民经济备用和一部分事故备用 一般而言 系统总的备用容量为最大发电负荷的15 20 13 精品课件 4 3电力系统的频率特性 频率是电力系统运行的一个重要的质量指标 直接影响着负荷的正常运行 要维持频率在正常的范围内 其必要的条件是系统必须具有充裕的可调有功电源 电力系统频率调整 一次调频和二次调频 引言 14 精品课件 电力系统的频率特性 1 负荷的有功功率 频率静态特性 一般只取到这部分 15 精品课件 4 3电力系统的频率调整 1 综合负荷的有功静态频率特性 负荷吸收有功的大小随系统频率变化的静态特性 在实际中 用直线表示 综合负荷的单位调节功率 一 电力系统频率特性 负荷的频率调节效应系数 标幺值形式 近似计算时 取其标幺值大小为1 5 16 精品课件 4 3电力系统的频率调整 例4 1 例4 2补充例题 某电力系统总有功负荷为4000MW时系统频率为50Hz 负荷的频率调节效应系数标幺值KLD 1 5 计算负荷单位调节功率 解 根据定义 17 精品课件 4 3电力系统的频率调整 2 发电机组的有功静态频率特性 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 1 调速器 调频器工作原理 A C B 18 精品课件 有功负荷增加 系统频率下降 调速器作用 发电机有功输出增加有功负荷减少 系统频率上升 调速器作用 发电机有功输出减少 斜率的负数 发电机的调速器调整 一次调频 是一个有差调节的过程 而调频器调整 二次调频 则可以实现无差调节 静态调差系数 某台机组出力改变时相应的频率偏移 19 精品课件 单位调节功率 调差系数的倒数 表示频率变化时发电机组输出功率的变化量 小结 调差系数越小 单位调节功率越大 频率偏移越小 调差系数是可以整定的 通常 汽轮机 水轮机 20 精品课件 4 3电力系统的频率调整 频率一次调整的有差调节性质反映在功频静特性直线的负斜率上 即负荷变动时原动机的转速或频率随负荷增加而降低 二次调频既可做到有差调节 也可做到无差调节 反映在平移的一组特性曲线上 21 精品课件 4 3电力系统的频率调整 补充例题2 某一容量为100MW的发电机 调差系数整定为4 当系统频率为50Hz时 发电机出力为60MW 若系统频率下降为49 5Hz时 发电机的出力是多少 根据定义 解 根据发电机的单位调节功率与调差系数的关系 22 精品课件 负荷突增 PLD 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 PG1 PG2 f1 f2 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由3 2 达到新的平衡 即整个过程为从平衡点1 新的平衡点2 4 3电力系统的频率调整 假设系统只有一台发电机组 一个综合负荷 23 精品课件 4 3电力系统的频率调整 KS称为系统的单位调节功率 单位MW Hz 表示负荷增加或减少时 在原动机调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频率下降或上升的多少 2 数学表达式 发电机输出有功增量与负荷实际增量相平衡 24 精品课件 4 3电力系统的频率调整 3 对于系统有若干台发电机组参加一次调频 系统的单位调节功率 25 精品课件 4 3电力系统的频率调整 例题4 3 某系统发电机组的总容量为3475MW 系统总负荷3300MW 负荷的频率调节效应系数KLD 1 5 各发电机组的容量和调差系数分别为 水轮发电机组100MW5台 2 5 75MW5台 2 75汽轮发电机组100MW6台 3 5 50MW20台 4 0较小容量汽轮机组合计1000MW 4 0试分别计算下述四种情况系统单位调节功率KS MW Hz 1 全部机组都参加一次调整 2 全部机组都不参加一次调整 3 仅水轮机组参加一次调整 4 仅水轮机组和20台50MW的汽轮机组参加一次调整 26 精品课件 4 3电力系统的频率调整 各发电机组的单位调节功率 5 75MW水轮机组 6 100MW汽轮机组 20 50MW汽轮机组 1000MW小容量汽轮机组 负荷 解 首先分别计算负荷和各发电机组的单位调节功率 5 100MW水轮机组 27 精品课件 4 3电力系统的频率调整 1 全部机组都参加一次调整 2 全部机组都不参加一次调整 3 仅水轮机组参加一次调整 4 仅水轮机组和20台50MW的汽轮机组参加一次调整 然后根据不同情况计算KS 28 精品课件 4 3电力系统的频率调整 补充1 计算 3 系统单位调节功率的标幺值 方法一 根据标幺值定义 方法二 KS的标幺值是以负荷的额定容量为基准值 以此进行换算 29 精品课件 4 3电力系统的频率调整 1 全部机组都参加一次调整 3 仅水轮机组参加一次调整 补充2 负荷突然减少300MW时 1 3 系统频率 参加一次调频的发电机组越多 频率偏移越少 30 精品课件 4 3电力系统的频率调整 1 基本原理 将发电机组的功频静特性曲线平行移动 从而改变发电机的有功功率使负荷变动引起的频率偏差保持在允许范围内 即二次调整使频率偏差减小或为0 三 电力系统频率的二次调整 2 频率调整图 一次调整后 f2可能会超出频率偏差允许范围 此时调频器进行二次调整 即 使功频静特性曲线平行移动由PG P G或P G 到3点可有效缩小频率变化范围 到1 点可实现频率无差调节 31 精品课件 4 3电力系统的频率调整 3 由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率 3 数学表达式 当系统负荷增加时 由以下三方面提供 1 二次调频的发电机组增发的功率 2 发电机组执行一次调频 按有差特性调差系数分配而增发的功率 32 精品课件 4 3电力系统的频率调整 发电机输出有功增量与负荷实际增量相平衡 则 当二次调整发电机组增发的功率 PG0与负荷功率的原始增量 PLD相等时 f 0 实现了无差调节 在有n台发电机组的电力系统中 当综合负荷发生变动时 所有机组都参与一次调频 而二次调频一般仅由一台机组 s 承担 则有 33 精品课件 4 3电力系统的频率调整 当负荷增加300MW时 分别计算 1 全部机组都参加一次调整 二次调整机组增发功率为100MW时 系统频率变为多少 3 仅水轮机组参加一次调整 系统频率不低于49 8Hz时 二次调整机组应增发多少功率 例题4 3 补充 某系统发电机组的总容量为3475MW 系统总负荷3300MW 负荷的频率调节效应系数KLD 1 5 各发电机组的容量和调差系数分别为 水轮发电机组100