电力系统第5章

1、第5章 电力系统的有功功率 平衡和频率调整授课人：高晓芝 email： 5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整一、负荷的功频特性一、负荷的功频特性二、发电机组的功频特性二、发电机组的功频特性三、频率的一次调整三、频率的一次调整四、频率的二次调整四、频率的二次调整五、互联系统的频率调整五、互联系统的频率调整一. 系统负荷的有功功率频率静态特性5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整nNLNnNLNNLNLNLffPaffPaffPaPaP2210LNP 有功负荷随频率的变化特性称为负荷的频率特性，稳态下称静态频率特性。综合负荷与频率的关系： ：频率为额定值时的总有功负荷 ； PL：频率

2、为 f 时的总有功负荷； ai ：与频率成 I 次方的各有功负荷所占的份额 13210aaaa在额定频率附近，负荷的静态频率特性近似为直线，如图5-6所示。 5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整nnLfafafaaP*2*2*10*fPtgKLL*fPffPPKLNLNLL若以标幺值表示，则 负荷的静态频率特性曲线的斜率称为负荷负荷的静态频率特性曲线的斜率称为负荷的的频率调节效应系数频率调节效应系数或或单位调节功率单位调节功率，即：，即： 用标么值表示为：*fPffPPKLNLNLL5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整 关于关于KL*的的几点说明：几点说明：负荷的频率调节效应系

3、数表征负荷的频率调节特性，即表征随着频率负荷的频率调节效应系数表征负荷的频率调节特性，即表征随着频率的升高或降低负荷消耗功率增加或减少的多少。的升高或降低负荷消耗功率增加或减少的多少。负荷的频率调节效应系数是不可整定的，其大小取决于全系统各类负负荷的频率调节效应系数是不可整定的，其大小取决于全系统各类负荷所占的比重，不同系统或同一系统不同时刻的荷所占的比重，不同系统或同一系统不同时刻的 KL*值可能不同。在实际值可能不同。在实际系统中，系统中， 一般取一般取13。负荷的频率调节效应系数调度部门按频率减负载方案和低频率事故时负荷的频率调节效应系数调度部门按频率减负载方案和低频率事故时减载恢复频率

4、的计算依据。减载恢复频率的计算依据。5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整二. 发电机组的有功功率频率静态特性 即即发电机组转速的调整是由原动机的调速系统来实现的。通常把由于频率变化而引起发电机组输出功率变化的关系称为发电机组的有功功率频率静态特性。 频率由发电机的转速决定的，当系统的有功功率变化时，系统的频率就跟着变化，原动机的调速系统测出这种变化后将自动改变原动机的进汽(水)量，从而改变发电机的出力，达到新的稳态运行点。 LogoLogo5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整1 发电机的调速系统 (离心式机械液压调速系统) 一次调频一次调频 转速测量元件：离心飞摆； 放大元件：

5、错油门； 执行机构：油动机（接力器）； 转速控制机构：同步器（调频器） 一次调频一次调频LogoLogo工作原理：5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整 当发电机转速下降时，离心飞摆转速变慢，弹簧拉紧，B点下降到B点(A点不动)，O下降到O，E点下降到E点，带动F点下降到F点，两个活塞下移，油路打通，油动机活塞上移，进汽(水)阀门开大，发电机转速增加，A点到点A ，O点到O点，由于A点到了A点，故点B不能回到B点，而是到点B ，这个位置相应的转速略低于原来的值。 这就是频率的一次调整，为有差调节，频率不能回到原来的值。LogoLogo5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整 转速测量

6、元件：离心飞摆； 放大元件：错油门； 执行机构：油动机（接力器）； 转速控制机构：同步器（调频器） 二次调频二次调频LogoLogo工作原理：5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整 为使转速仍能维持原来转速，在外界信号的作用下，同步器动作，令D点上移，这时由于E点不动，使得F点下降，错油门打开，油动机动作，再次抬高活塞，开大进汽门，可使转速回到初始值。这就是频率的二次调整。 LogoLogo5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整2 发电机组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 由以上分析可见，Pf， PG，f低于初始值，反之Pf，PG，f高于初始值。 发电机输出功率

7、和频率关系的曲线称为发电机组的功频静特性。在额定频率附近可近似为一条直线。发电机的单位调节功率：发电机的单位调节功率：指发电机组的功率频率静态特性的斜率，即 tgffPfPKNGNGG0 用标么值表示为：用标么值表示为：GNNGGNGNGGPfKfPffPPK*当取当取 时，其标么值为：时，其标么值为： LogoLogo5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整%100%0NNfff它与发电机的单位调节功率的关系如下：%100%0NGNNGNGGfPffPfPK%100%1*GKNGNGBfPK上式说明：标幺值情况下，调差系数的倒数就是机组的单位调节功率。上式说明：标幺值情况下，调差系数的倒

8、数就是机组的单位调节功率。发电机的调差系数发电机的调差系数：指发电机由空载运行到额定运行时频率偏移的大小，即 LogoLogo5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整说明：说明：发电机组的调差系数或与之对应的单位调节功率是可以整定的。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，调差系数越小（即单位调节功率越大），频率偏移也越小。汽轮发电机组：汽轮发电机组：水轮发电机组：水轮发电机组：%5%3% 205 .33*GK或或 %4%2%2550*GK或或LogoLogo5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整三、频率的一次调整以系统中只有一台发电机带一个综合负荷为例发电机组将减

9、速系统频率将下降发电机出力因调速器动作而增大负荷有功因本身调节效应而减少沿发电机的特性曲线上升沿负荷曲线下降交于 点负荷增加 O频率变化为:00fff发电机的功率增量为： fKPGG负荷本身的调节作用： fKPLL（f为负值）fKKPPABOBBAOBOAPLGLGL)(0LogoLogo5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整fPKKKLLGS0其中，其中，KS称为系统的单位调节功率，单位称为系统的单位调节功率，单位Mw/Hz。用标幺值表示为：用标幺值表示为：NLLSffPPK/0*LogoLogo5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整系统的单位调节功率标志了系统负荷增加或减少时，

10、在原动机调速器系统的单位调节功率标志了系统负荷增加或减少时，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。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。几点说明：几点说明：在上述推导过程中，取功率的增大或频率的上升为正，因此，上式等在上述推导过程中，取功率的增大或频率的上升为正，因此，上式等号右侧的负号表示，随着负荷的增大，系统的频率将下降。号右侧的负号表示，随着负荷的增大，系统的频率将下降。由由KS=KG+KL可见：系统的单位调节功率取决于发电机的单位调节功率可见：系统的单位调节功率取决于发电机的单位调节功率和负荷的单位调节功率。由于负荷的单位调节功率和负荷

11、的单位调节功率。由于负荷的单位调节功率KL不可调，因此，系不可调，因此，系统的单位调节功率统的单位调节功率KS的调整只能通过调整发电机的单位调节功率的调整只能通过调整发电机的单位调节功率KG或调或调速器的调差系数来实现。速器的调差系数来实现。电力系统中多台发电机组时，其单位调节功率不能过大电力系统中多台发电机组时，其单位调节功率不能过大(原因：原因：1保持各保持各发电机组调速系统运行的稳定性；发电机组调速系统运行的稳定性；2 某些机组满载时会使得总得发电机某些机组满载时会使得总得发电机单位调节功率下降单位调节功率下降)。LogoLogo 如果发电机已经满载运行，负荷再增加时，由于发电机有功出力

12、已达最大，不能再增加，那么负荷的增量只能全部由负荷本身的调节效应来解决，即K * = KL* ，由于KL* 很小，因而频率下降的很厉害。在这种情况下，实际系统中就需切负荷，以此维持频率的合格。 频率的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。这是由于 KG不能过大（即不能过小）。所以对于较大的负荷变化，频率的一次调整不能保证频率的偏差在允许范围内。5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整例5-1另外，总结：LogoLogo5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整例5-1 n台机组并联运行时，可根据各机组的调差系数和单位调节功率算出总的等值调差系数(*)或单位

13、调节功率KG(KG*)当频率变化f 时，第i台机组输出功率增量GiGiPKf ), 2 , 1(nin台机组的功率总增量GGGG11nniiiiPPKfKf 所以n台机组的等值单位调节功率为G NGGG *11NnniiiiiPKKKf 当系统负荷增加当系统负荷增加 时，如时，如不进行二次调整，运行点转为不进行二次调整，运行点转为 ，系统频率为系统频率为 ，频率变化为，频率变化为 LogoLogo5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整四、频率的二次调整 当机组负荷变动引起频率变化时，利用同步器平行移动机组功频静特性来调节系统频率和分配机组间的有功功率，就是频率的二次调整。O0f00fff

14、0LP 二次调频通过调频器的作用将发二次调频通过调频器的作用将发电机的功频静特性移到电机的功频静特性移到 ，运行点，运行点移到移到 ，系统频率为，系统频率为 ，频率变化，频率变化 GPO 0f 00fff LogoLogo5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整由图可知，系统负荷增量 由三部分组成：0LP由于调速器的调整作用而增大的发电机组功率： fKCBG 由于调频器的调整作用而增大的发电机组功率： 0GPOC由于负荷负荷本身的调节作用而减少的负荷功率： fKBAL （一次调整）（二次调整）fKfKPBACBOCOAPLGGL 00LogoLogofPPKKKGLLGS 00fKKPPL

15、GGL )(00 当时，即二次调频增发的功率与系统的负荷增量相等时，则，频率将始终不变，亦即实现了无差调节。无差调节如图5-10中虚线所示。00GLPP0f若系统中有n台机组且由第n台机组担负二次调整任务，即只有一台机组进行二次调整、n台机组进行一次调整，则有：fPPKKKKKGLLGNLGS 00 经比较可见，由于n台机组的单位调节功率KGN远大于一台机组的单位调节功率KG，因此，在同样的功率盈亏 下，系统的频率变化要比仅有一台机组时小得多。 )(GLPP5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整LogoLogo5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整需要指出：电力系统中各发电机均装有

16、调速器，因此每台机组都参与一次调频（除机组满载）；而二次调频只有极少数的发电厂（调频厂）参与。实际中，调整时也是一台先调，依次2台，不是n 台同时调v调频厂应满足的条件：调频厂应满足的条件：调整的容量应足够大；调整的速度应足够快；调整范围内的经济性能应该好；注意系统内及互联系统的协调问题。v调频厂的选择原则：调频厂的选择原则：系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂；当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调频厂。LogoLogo5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整五、互联系统的频率调整 A、B两个系统互联，图中 为两系统负荷变化（增加）； 为两系统二次调整增发的功率， 为两系统的单位

17、调节功率； 为联络线交换的功率（由流向）。LBLAPP,GBGAPP,BAKK ，abP对系统对系统A， 相当于一个负荷：相当于一个负荷： abPfKPPPAGAabLA对系统对系统B， 相当于一个电源：相当于一个电源： abPfKPPPBGBabLBBABABAGBLBGALAKKPPKKPPPPf)()( BAABBABAGALABGBLBAabKKPKPKKKPPKPPKP)()(BAPP、式中，式中， 分别称为分别称为A、B两两系统系统的功率缺额。的功率缺额。LogoLogo5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整当有一个系统不进行二次调频，例如 ，则B系统的负荷变化量将由A系统的二次调频来承担，并由通过联络线送来的 来抵偿，此时联络线的交换功率为0GBPabPBAGALBLABLBBAGALABLBAabKKPPPKPKKPPKPKP)()( 若整个系统的功率能够平衡，即 时，则 ，此时联络线上的交换功率