电力系统稳态PPT课件

1、第五章 电力系统的有功功率和频率调整第一节 电力系统中有功功率的平衡第二节 电力系统有功功率的最优分配第三节 电力系统的频率调整第1页/共79页概述电力系统运行的电能质量和运行经济性指标，由正常、稳态运行状况下优化和调整来保证。电能质量指标，含频率、电压和波形质量，以频率偏移、电压偏移和波形畸变率表示。运行经济性主要指标是比耗量和线损率。线损率或网损率已介绍。比耗量：为生产单位电能所消耗一次能源，如火电厂指g/(kW.h)表示煤耗率。第2页/共79页概述-1 除波形指标外，直接与系统有功、无功功率分配及频率、电压调整有关。是电力系统正常、稳态运行状况的优化和调整。 波形质量涉及电力系统谐波及抑

2、制，不介绍。 电力系统频率与系统有功功率有很大关系。 电力系统有功功率和频率调整问题是电力系统正常、稳态运行状况优化和调整问题之一。 本章主要介绍电力系统频率调整和电力系统有功功率最优分配两方面问题。 第3页/共79页第一节 电力系统中有功功率的平衡一、电力系统的频率偏差及调整频率的必要性二、有功功率负荷的变动及其调整控制三、有功功率平衡和备用容量四、有功功率负荷曲线的预测第4页/共79页一、电力系统的频率偏差及调整频率的必要性 （一）电力系统的频率偏差 电机学，同步发电机感应电势频率与转速关系 当同步发电机原动机输入功率和发电机输出电磁功率、原动机与发电机内各种有功功率损耗平衡时，同步发电机

3、转速维持某定值。 在电力系统并列运行的同步发电机稳态时保持同步运行，电力系统频率是一个数值。 同步发电机输出电能不能储存，而电力系统负荷时刻变化，导致系统发电机输出电磁功率变化，使同步发电机转速变化，从而电力系统频率也变化。60pnf 第一节 电力系统有功功率的平衡 第5页/共79页（一）电力系统的频率偏差-1电力系统频率偏差：频率与额定频率差值，限制在较小范围。我国额定频率50Hz，中国电力工业技术管理法规规定允许频率偏差0.20.5Hz，大容量系统频率偏差不超0.2Hz。工业发达国家规定频率偏差不得大于0.1Hz。第一节 电力系统有功功率的平衡 第6页/共79页（二）调整频率的必要性 电力

4、系统发电和用电设备，按额定频率设计和制造，额定值附近运行，能发挥最好功能。系统频率过大变动，对用户和发电厂运行将产生不利影响。 1.电力系统频率变化对用户的不利影响 电力用户的用电设备与频率有密切关系：异步电动机，转速与频率有关，频率变化引起转速变化，驱动的纺织、造纸等机械产品质量受影响，甚至出现残、次品；频率降低使电动机转速和功率降低，传动机械输出功率降低；测量、控制等电子设备，受频率波动而影响准确性和工作性能，频率过低甚至无法工作。第一节 电力系统有功功率的平衡 第7页/共79页2.电力系统频率降低时对发电厂和电力系统的影响 （1）火电厂风机、泵和磨煤机等，异步机驱动，频率降低发电机有功下

5、降，频率进一步下降。到46-47Hz以下，火电厂正常运行受破坏，频率崩溃； （2）频率降低引起汽轮机叶片振动变大，影响寿命，产生裂纹而断裂； （3）频率降低，异步电机和变压器励磁增加，消耗无功增大，备用无功不足系统电压下降。到45-46Hz时，发电机及励磁机转速显著下降，电势下降，电压大降。如原电压水平低，出现电压崩溃。频率崩溃和电压崩溃，使电力系统瓦解，大面积停电。 （4）发电机低频运行，通风减少，为维持发电机正常电压需增加励磁，定子和转子温升增加。为不超过温升限额，降低发电机功率。第一节 电力系统有功功率的平衡 第8页/共79页二、有功功率负荷的变动及其调整控制 实际电力系统，有功功率负荷

6、时刻变化，随机、不可控 负荷随时间变动规律分三种 第一种：变化周期很短、变动幅度很小，很大偶然性，随机负荷 第二种：变化周期较长、变动幅度较大，大，有工业电炉、压延机械、电气机车等冲击性负荷 第三种：变化慢、幅度大生产、生活、气象引起。可预测，阶梯形负荷曲线第一节 电力系统有功功率的平衡 第9页/共79页二、有功功率负荷的变动及其调整控制-1 第三种负荷变动频率偏差，根据预测负荷曲线按最优化准则对发电机有功功率经济分配，各发电厂按给定发电负荷曲线发电，潮流计算时除平衡节点外其它节点注入有功给定，是电力系统多数发电厂按调度计划发电，平衡节点指二次调整发电厂母线。 三次调整不常用，由电力系统经济调

7、度解决。第一节 电力系统有功功率的平衡 三种负荷变动使频率发生偏差， 有功电源相应变化。 第一种负荷变动频率偏差，由发 电机调速器调整，称一次调整。 第二种负荷变动频率偏差，由发 电机调频器调整，称二次调整。第10页/共79页三、有功功率平衡和备用容量有功功率电源是各类发电机。有功电源功率与电力系统发电负荷平衡PG = PLD + P (4-1) PG：有功电源发出功率 PLD：负荷消耗功率 P：有功功率损耗。电力系统各类发电厂机组额定容量总和，称电力系统容量，也称系统装机容量或系统发电设备容量。第一节 电力系统有功功率的平衡 第11页/共79页三、有功功率平衡和备用容量-1 不是所有发电设备

8、不间断运行，也不是所有设备按额定容量发电。例：定期停机检修；某些水电厂因水头降低不按额定容量运行等。 电力系统调度部门须掌握各发电厂预计可发功率，可发功率之和是供统一调度分配的系统电源容量，不小于系统发电负荷。 为保证电力系统运行安全可靠、不间断供电和良好电能质量，系统电源容量应大于发电负荷，称系统备用容量。 备用容量与发电负荷之和称电力系统必需容量第一节 电力系统有功功率的平衡 第12页/共79页三、有功功率平衡和备用容量-2 电力系统备用容量：分负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用等。 还可分热备用或冷备用： 热备用：运转中发电设备能发的最大功率与系统发电负荷之差，也称运转备用或旋转

9、备用。 冷备用：未运转、能随时起动发电设备可能发出最大功率。检修中发电设备不能随时调用，不属于冷备用。 负荷备用：旋转备用，调节系统短时间负荷波动和负荷预测误差，使系统在额定频率运行，取系统最大发电负荷2%-5%，大系统取小值。第一节 电力系统有功功率的平衡 第13页/共79页三、有功功率平衡和备用容量-3 事故备用：发电设备偶然事故停运，在规定时间内保证用户供电可靠性所需备用。 事故备用与系统容量、发电机台数、单机容量、机组强迫停运率及对供电可靠性等要求有关，根据可靠性计算确定。 电力不足概率取值各国不同，发达国家0.1d/a（即十年中有一天电力不足），有的国家0.4d/a。当电力不足概率没

10、有规定，机组强迫停运率缺资料时，事故备用容量取系统最大发电负荷5%-10%，但不得小于系统中最大一台机组容量。事故备用既可以是热备用，也可以是冷备用。第一节 电力系统有功功率的平衡 第14页/共79页三、有功功率平衡和备用容量-4 检修备用：为系统中发电设备定期检修设定。与系统负荷大小关系不密切，按规定，结合系统负荷特性、发电机台数、检修时间的长短、水电容量比重、水电调节性能等因素确定。只在系统负荷季节性低落期间或节假日不能安排所有设备大小修时，才需设置检修备用。 国民经济备用：为满足国家发展需要而设置。第一节 电力系统有功功率的平衡 第15页/共79页三、有功功率平衡和备用容量-5只有具备备

11、用容量，才有可能保证电力系统优质、安全、经济运行，讨论电力系统中各发电厂间、发电机组间的最优分配以及频率调整的问题。如某电力系统所在地区严重缺电，不仅无法考虑国民经济备用，甚至事故备用也难以保证时，不能讨论电力系统有功功率最优分配问题。第一节 电力系统有功功率的平衡 第16页/共79页四、有功功率负荷曲线的预测 为保持电力系统有功功率平衡，有功功率日负荷曲线预测非常重要。 预测电力系统日有功功率负荷曲线方法很多，一般用累积运行记录。 电力系统实际编制预测的有功功率日负荷曲线时，根据各大用电量用户申报未来几天用电计划，调度部门参照长期累积实测数据对用户用电进行调整和汇总，加入网络损耗。 编制预测

12、日负荷曲线的同时，调度部门必须掌握各发电厂预计可投发电设备和容量，扣除厂用电后是可承担系统负荷的容量。第一节 电力系统有功功率的平衡 第17页/共79页四、有功功率负荷曲线的预测-1 预测日负荷曲线时，必须确定网络损耗和厂用电。 网络损耗：变压器和线路电阻有功功率损耗，约为系统总负荷6%-10%。 厂用电：水电厂厂用电约为电厂最大负荷0.1%-1%；火电厂约为5%-8%；原子能电厂约为4%-5%。 特别注意气象条件变化。如：高温时空调负荷上升；阴晦时照明负荷上升等，估计准确度与编制人员工作经验有关。第一节 电力系统有功功率的平衡 第18页/共79页四、有功功率负荷曲线的预测-2 有足够资料和经

13、验，预测的日负荷曲线有一定精确度。 还可利用日负荷特点，例: 除特殊节假日之外相近日期或同一周日负荷曲线形状基本相同、每日对应时刻负荷值变化不大等，还可对预测日负荷曲线进一步修正。 编制预测日负荷曲线误差不超过2%-3%。 近年来已用科学统计分析方法进行负荷预测，如“回归分析法”、“时间序列分析法”等，用累积运行记录在计算程序中推算未来负荷，代替凭经验作直觉判断预测日负荷曲线方法。第一节 电力系统有功功率的平衡 第19页/共79页第二节电力系统有功功率的最优分配一、各类发电厂的运行特点和合理组合二、有功功率负荷的最优分配第20页/共79页第二节 电力系统有功功率的最优分配 有功功率最优分配主要

14、内容： 有功功率电源最优组合；有功功率负荷在已运行机组间最优分配 。 有功功率电源最优组合：发电机组或发电厂合理组合，称机组经济组合，即确保电力系统安全稳定运行，合理选择运行机组和安排开停计划，使运行周期内运行费用(或燃料耗量)最少 机组经济组合主要任务：确定机组最优组合顺序、最优组合数量和最优开停时间等。 有功功率电源最优组合：冷备用容量合理分配 机组经济组合方法：优先顺序法、动态规划法、整数规划法等。第21页/共79页第二节 电力系统有功功率的最优分配-1 有功功率负荷最优分配：有功功率负荷在各运行发电机组或发电厂间合理分配。 电力系统经济调度也是这个问题，即满足安全和电能质量，合理利用能

15、源和设备，以最低发电成本(或燃料费用)保证对用户可靠供电。 有功功率负荷最优分配与机组经济组合问题相对，涉及热备用容量合理分配。 电力系统经典经济调度，最常用按等耗量微增率准则分配负荷。 1980年代以来现代经济调度涉及面广，含经济调度模型、短期调度计划、长期运行计划和实时发电控制等。第22页/共79页一、各类发电厂的运行特点和合理组合 有功功率电源最优组合不详细讨论，仅针对各类发电厂运行特点，简介承担负荷的合理顺序 （一）各类发电厂的运行特点 1火力发电厂的主要特点 （1）火电厂受锅炉、汽轮机技术最小负荷限制：锅炉技术最小负荷取决于燃烧稳定性，约为额定负荷25%-70%，汽轮机约为额定负荷1

16、0%-15%，即约束条件Pmin，有功出力调节范围小。 高温高压设备效率高、可灵活调节范围小，中温中压设备效率差、但调节范围稍大，低温低压设备效率最低，一般不用于调频；第二节 电力系统有功功率的最优分配 第23页/共79页1火力发电厂的主要特点-1 （2）锅炉和汽轮机退出和再投入、承担急剧变动负荷时，需较长时间，消耗较多能量，容易损坏设备；（3）带热负荷的热电厂抽汽供热，总效率高于凝汽式火电厂，技术最小负荷取决于热负荷，相应输出功率是不可调节的“强迫功率”。第二节 电力系统有功功率的最优分配 第24页/共79页 2核能发电厂的主要特点（1）反应堆取代火电厂的锅炉，反应堆基本上没有技术最小负荷限

17、制，主要取决于汽轮机；（2）反应堆、汽轮机在退出和再投入、承担急剧变化负荷时与火电厂类似，需多花时间、多耗能量，易于损坏设备；（3）一次投资大、运行费用小。第二节 电力系统有功功率的最优分配 第25页/共79页 3水力发电厂的主要特点 （1）水库兼防洪、发电、航运、灌溉、养殖、供水等功能，必须向下游释放的水量发出功率是强迫功率 （2）水轮机有技术最小负荷，水轮机调节范围较大。 根据水库调节方式分无调节、日调节、年调节、多年调节和抽水蓄能等。 无调节水库水电厂发出功率由河流天然流量决定。有调节水库水电厂由水库调度给定耗水量确定，洪水季节为避免弃水满负荷，枯水季节耗水量少，承担急剧变动负荷。抽水蓄

18、能电厂在上下方水库进行蓄能、发电循环过程。第二节 电力系统有功功率的最优分配 第26页/共79页3水力发电厂的主要特点-1（3）水轮机退出和再投入、承担急剧变动负荷时，不需花费多少时间，不需耗费多少能量，操作简单。 水电厂主要优点之一。（4）水头过分低落，水轮机可发功率降低，不一定能承担额定容量范围内负荷。第二节 电力系统有功功率的最优分配 第27页/共79页（二）各类发电厂的合理组合第二节 电力系统有功功率的最优分配 第28页/共79页二、有功功率负荷的最优分配 （一）耗量特性 耗量特性：各种发电设备或几种设备组合在单位时间内能量输入、输出关系 如：火电厂锅炉输入燃料(吨标准煤/小时)，输出

19、蒸汽(吨/小时)；汽轮发电机输入蒸汽(吨/小时)，输出电功率(kW或MW)。 水电厂水轮发电机输入水量(立方米/秒)，输出电功率(kW或MW)。第二节 电力系统有功功率的最优分配 第29页/共79页（一）耗量特性-1 F：火电厂单位时间内消耗燃料，单位用每小时多少吨含热量为29.31MJ/kg标准煤表示；W：水电厂单位时间内消耗水量，立方米/秒；PG：kW或MW。 火电厂和水电厂耗量特性曲线输入量换算为成本费用亦可，曲线形状可能发生变化。第二节 电力系统有功功率的最优分配 第30页/共79页（一）耗量特性-2耗量特性曲线上某点纵坐标与横坐标比值，即单位时间内能量输入与输出之比，称比耗量=F/P

20、或=W/P倒数=P/F或=P/W表示发电厂效率。第二节 电力系统有功功率的最优分配 第31页/共79页（一）耗量特性-3耗量特性曲线上某点切线斜率称该点耗量微增率：单位时间内输入、输出增量之比 第二节 电力系统有功功率的最优分配 dPdWPWdPdFPF第32页/共79页比耗量和耗量微增率的区别： 比耗量与耗量微增率单位相同，t/(MW.h)，但概念不同，只在某特殊点相等，如m点。该点为最小值min，称最小比耗量。 机组经济组合可用最小比耗量组合发电设备，按最小比耗量由小到大，负荷增加，逐套投入发电设备；随负荷由大到小，逐套退出发电设备。 第二节 电力系统有功功率的最优分配 第33页/共79页

21、比耗量和耗量微增率变化 第二节 电力系统有功功率的最优分配 第34页/共79页（二）有功功率负荷最优分配的目标函数和约束条件 1目标函数电力系统有功功率负荷最优分配目的：在确保系统有功功率平衡条件下，合理分配各机组出力，使总能源消耗或成本最少，即目标函数是总能源消耗或总成本。发电生产成本包括职工工资、机组维修和设备更新等固定成本，还包括燃料、运输费用等可变成本，计算复杂本书仍用能源总耗量为例讨论。第二节 电力系统有功功率的最优分配 第35页/共79页 1目标函数-1电力系统n个发电厂总耗量与系统所有变量有关，不考虑各发电厂耗量互相影响，则总耗量只是各发电设备所发有功功率的函数，即目标函数： F

22、i(PGi)：第i台发电设备发出有功功率PGi时，单位时间内消耗能源。第二节 电力系统有功功率的最优分配 )34(12211niGiiGnnGGPFPFPFPFF第36页/共79页 1目标函数-2 能源消耗受限的水电厂，一昼夜消耗水量由水库调度确定，目标函数不再是单位时间内消耗能源，是一定运行周期内消耗能源。仍用F表示总耗量，目标函数应为 m：火电厂数，顺序编号1,2,m， 其余m+1,m+2,n为水电厂 ：指定运行周期，如24h。第二节 电力系统有功功率的最优分配 )44(10miGiidtPFF第37页/共79页2约束条件 （1）等式约束条件有功功率平衡：忽略网络总损耗P，改写为水电厂用水

23、量约束 Wj：第j台水电设备发PGj时，单位时间消耗水量；C：总用水量，水库调度约束。第二节 电力系统有功功率的最优分配 )54(011PPPniLDiniGi)64(011niLDiniGiPP)74(0CdtPWGjj第38页/共79页（2）不等式约束条件 变量约束条件 PGiminPGiPGimax QGiminQGiQGimax (4-8) UiminUiUimax PGimin：发电设备技术最小负荷；PGimax：发电设备额定有功功率 QGimin：取决于发电机并列运行稳定性和定子端部允许温升等，QGimax取决于发电机定子或转子绕组允许温升 Uimin、Uimax：对电能质量要求第

24、二节 电力系统有功功率的最优分配 第39页/共79页（三）等耗量微增率准则 用并列运行两套发电设备负荷分配为例，说明等耗量微增率准则基本概念： 耗量特性已知，总负荷功率为PLD。设机组能源消耗、输出功率不受限制，要求确定负荷功率在两套设备间分配，使总能源消耗最小，目标函数：F = F1(PG1) + F2(PG2) min (4-9) 约束条件： PG1 + PG2 - PLD = 0 (4-10) 暂不考虑不等式约束， 这是数学中多元函数 求条件极值问题。 第二节 电力系统有功功率的最优分配 第40页/共79页（三）等耗量微增率准则-1根据目标函数和等式约束条件用拉格朗日乘数法求解。构造拉格

25、朗日函数作目标函数L = F1(PG1) + F2(PG2) - (PG1 + PG2 - PLD) min ：拉格朗日乘子。求L最小值条件第二节 电力系统有功功率的最优分配 0;0;021LPLPLGG第41页/共79页（三）等耗量微增率准则-2 各设备耗量特性独立，特定PGi求偏导变求导 为发电设备耗量微增率1、2，得1 = 2 = (4-13) 等耗量微增率准则，也称等微增率准则。 按耗量微增率相等分配两套设备负荷，总能源消耗最少。第二节 电力系统有功功率的最优分配 )124(0002122221111LDGGGGGGGGPPPdPPdFPLdPPdFPL111GGdPPdF222GGd

26、PPdF第42页/共79页（四）火力发电厂间有功功率负荷的经济分配 设n个火电厂，耗量特性已知，Fi(PGi)，i=1,2,n，系统负荷PLDi,i=1,2,n， 目标函数 约束条件 构造拉格朗日函数 最小值条件第二节 电力系统有功功率的最优分配 min1niGiiPFF011niLDiniGiPPniLDiniGiniGiiPPPFL111)154(0; 011niLDiniGiGiGiiPPdPPdF)164(222111GnGnnGGGGdPPdFdPPdFdPPdF第43页/共79页（四）火力发电厂间有功功率负荷的经济分配 -1 简写 1 = 2 = = n = (4-17) 数学上解

27、不等式约束目标函数最小值时，用库恩-吐克尔(Kuhn-Tucker)乘数法等。 用等微增率法则负荷分配时，暂时忽略不等式约束，初步计算完成后，再校验。 如等微增率分配，某设备应发功率越限，低于下限或高于上限时，应发功率固定PGimin或PGimax，剩余系统负荷由不越限设备重新分配 QGi或Ui越限，用其它方法补偿，下一章介绍 简化处理不等式约束方法。第二节 电力系统有功功率的最优分配 )164(222111GnGnnGGGGdPPdFdPPdFdPPdF第44页/共79页（四）火力发电厂间有功功率负荷的经济分配 -2 迭代求解非线性方程，基本步骤： 设耗量微增率的初值(0)； (0)代入式(

28、4-15)，计算PGi(0)，i=1,2,n； 校验有功功率平衡； 不满足，如PGiPLDi时，取(1)(0)。修正自第步重复计算； 满足有功功率平衡等式约束条件时结束。第二节 电力系统有功功率的最优分配 例 4-1 第45页/共79页（五）计及网损时有功功率负荷的经济分配 了解PPPPFLniLDiniGiniGii111niPPdPPdFPLGiGiGiiGi,2, 1;01niPPdPPdFGiGiGii, 2 , 1;/11GiPP/1/ 1GiPP/GiPP/：网损修正系数；网损修正后等微增率准则，称n个火力发电厂间负荷经济分配协调方程式。计算非常复杂。不仅与网络结构、参数有关，还和

29、：网损微增率。各类变量有关。第二节 电力系统有功功率的最优分配 第46页/共79页（六）水、火电混合系统中有功功率负荷的经济分配了解 水、火电混合系统中有功功率负荷经济分配目的：使某一调度时段内全系统总的发电费用或燃料消耗最低。 能源消耗受限制时有功功率负荷最优分配问题，主要是水电厂在某一时间段内发电消耗水量为给定值。 假定电力系统仅一个火电厂、一个水电厂，并忽略网络损耗，不计水电厂水头变化。第二节 电力系统有功功率的最优分配 第47页/共79页（六）水、火电混合系统中有功功率负荷的经济分配-1 火电厂PT1，水电厂PH2。 目标函数 等式约束 功率平衡 PT1 + PH2 - PLD = 0

30、 不等式约束 PT1minPT1PT1max ; PH2minPH2PH2max QT1minQT1QT1max ; QH2minQH2QH2max U1minU1U1max ; U2minU2U2max 目标函数、约束条件以时间t形式出现，两个等式约束。dtPFFT0112022CdtPWH第二节 电力系统有功功率的最优分配 第48页/共79页（六）水、火电混合系统中有功功率负荷的经济分配-2Tkkt1TkkkTktPFF1. 1. 1TkkkHkCtPW12.2.2 运行周期分T个很短时间段 设任一时段tk，负荷PLD.k、水电厂PH2.k、火电厂PT1.k不变，积分改求和PT1.k +

31、PH2.k - PLD.k = 0 ,k=1,2,T 等式约束变为T+1个。第49页/共79页（六）水、火电混合系统中有功功率负荷的经济分配-3第二节 电力系统有功功率的最优分配 新拉格朗日函数为21. 2. 221. 2. 11. 1. 1CtPWtPPPtPFLTkkkHkTkkkLDkHkTkTkkkTkk,k=1,2,T、2是拉格朗日乘数，2是水电厂约束条件增加的。TkdPPdWdPPdFkkHkHkkTkTk, 2, 1;.2.2.22.1.1.1T1 = 2H2 = (4-32)2：水煤转换系数。表示发同样数值有功，水电厂水量替代火电厂标准煤量。（以后略）（以后略）例例 4-24-

32、2（略）（略） 第50页/共79页第三节 电力系统的频率调整一、电力系统的频率特性二、电力系统频率的一次调整三、电力系统频率的二次调整四、互联电力系统的频率调整五、频率调整厂的选择第51页/共79页第三节 电力系统的频率调整 电力系统频率调整：一次调整和二次调整。 由发电机调速系统调节发电机有功出力。 一、电力系统的频率特性 （一）电力系统综合负荷的有功功率静态频率特性 电力系统综合负荷有功功率静态频率特性，由各种负荷特性组合而成。 一些负荷与频率变化关系不大，也有一些负荷有功功率随频率变化特性用幂函数形式表示，组合频率特性用幂函数表示。第52页/共79页（一）电力系统综合负荷的有功功率静态频

33、率特性-1 实际电力系统运行允许频率偏差小，幂函数近似用直线表示 斜率)374( fPKLDLDKLD：综合负荷单位调节功率，MW/Hz或MW/(0.1HZ)。)384(*LDNNLDLDNNLDLDPfKfPfPK KLD标幺值第三节 电力系统的频率调整第53页/共79页（一）电力系统综合负荷的有功功率静态频率特性-2 负荷单位调节功率，反映负荷有功功率在一定频率下随频率变化变化率，称负荷频率调节效应，KLD0。数值取决电力系统负荷，标幺值1-3近似计算取KLD*1.5。第三节 电力系统的频率调整第54页/共79页（二）发电机组的有功功率静态频率特性 电力系统频率调整由发电机组原动机自动调节

34、转速系统(简称自动调速系统)实现，发电机组有功功率静态频率特性取决发电机组调速系统 1.自动调速系统原理简介 发电机组调速系统种类多，用离心飞摆调速系统为例。 这种调速系统是原始、很直观的机械调速系统，调节机理与电液调速系统相同。 离心飞摆式调速系统第三节 电力系统的频率调整第55页/共79页 1.自动调速系统原理简介-1机械调速系统：离心飞摆式调速系统。关键在于利用杠杆作用调整汽轮机或水轮机导向叶片，使开度增大，增加进汽量或进水量。频率一次调整与二次调整原理：一次调整：调速过程，调速器自动完成。有差调节二次调整：调频过程或同步过程，外界信号使调频器动作实现。无差调节。第三节 电力系统的频率调

35、整第56页/共79页2.发电机组有功功率的静态频率特性 同步发电机有功功率静态频率特性是原动机机械功率静态频率特性。 原动机配自动调速系统后，调速器随转速变动改变进汽或进水量，一次调整有功静态频率特性近似用图4-11(a) 直线1-2表示，频率一次调整有差调节性质反映在直线负斜率上，即负荷变动时原动机转速或频率随负荷增大而降低。第三节 电力系统的频率调整第57页/共79页2.发电机组有功功率的静态频率特性-1 调频器二次调整时，有功静态频率特性是将一次调整时特性曲线平移。二次调整既可有差调节，也可无差调节，反映平移一组特性。 例：某系统原频率f0，负荷由PG0增加到PG1，调速器一次调整后频率

36、为f1，运行点由a变为b；如手动或自动操纵调频器二次调整，特性曲线由1平移到4，运行点由a变为c，实现频率无差调节第三节 电力系统的频率调整第58页/共79页2.发电机组有功功率的静态频率特性-2第三节 电力系统的频率调整)394(0NGNGGffPfPK)404(*GNNGGNNGGPfKfPfPK 有功功率静态频率特性斜率KG：发电机单位调节功率，MW/Hz或MW/(0.1HZ) 发电机单位调节功率：发电机组随频率升降 发出功率减少或增加数量，有名值中负号表 示频率下降时，发电机输出功率增加 KG0 KG标幺值：第59页/共79页2.发电机组有功功率的静态频率特性-3第三节 电力系统的频率

37、调整GPf100100%0NNNGGNffffPfP)414(100%1NGNGfPK)424(100%1*GK 发电机单位调节功率与调差系数互为倒数：百分数表示 得或 机组调差系数%由调速器决定，一般整定为 汽轮发电机组 % = 3-5, KG* = 33.3-20 水轮发电机组 % = 2-4, KG* = 50 -25第60页/共79页二、电力系统频率的一次调整 负荷、发电机频率特性结合 设一台发电机、综合负荷 PG：原动机频率特性 PLD：综合负荷频率特性 1是系统原始运行点。 设负荷突增PLD，负荷特性上移PLD，发电机一次调整，运行点1变2。 因发电机减速使系统频率下降，发电机功率

38、由调速器自动一次调整增大，沿PG增加，负荷功率因调节效应PLD减少，衰减振荡达新平衡点2第三节 电力系统的频率调整第61页/共79页二、电力系统频率的一次调整-1 设f=f2-f1 PG=-KGf=PG2-PG1 KLDf0 则PLD+KLDf与PG平衡 PG = - KGf = PLD + KLDf 得 PLD = -(KG + KLD)f (4-43) 或 KS：电力系统单位调节功率MW/Hz或MW/(0.1Hz) KS：系统负荷增加或减少，在调速器和负荷本身调节效应作用下系统频率下降或上升多少，可求允许频率范围内能够承受的负荷增减。第三节 电力系统的频率调整)444( SLDGLDKKK

39、fP第62页/共79页二、电力系统频率的一次调整-2 KS取决于KG和KLD。 KLD不可调，只能控制调节KG，从而控制调节KS。 如将KG整定大或机组调差系数整定小，在一台机和综合负荷，一次调整可保证频率质量。 电力系统不止一台发电机，调差系数不能整定太小。如整定为零，即KG无限大，负荷变动不会引起频率变动，但负荷变化量在各台发电机组间无法固定，调速系统不能稳定工作。 为保证调速系统本身运行稳定性，不能采用过小调差系数或过大单位调节功率。第三节 电力系统的频率调整第63页/共79页n 台机组一次调频问题： 满载机组不再参加一次调整。 系统n台机都参加一次调频： 系统仅前m台机参加一次调频：

40、KGE、KS不可能很大，仅靠发电机组调速器进行的一次调整只能调整第一种负荷变动引起的频率偏差，对变动幅度较大、变化周期较长的第二种负荷变动引起的频率偏差，必须进行频率的二次调整。第三节 电力系统的频率调整niGiGEKK1miGiGEKK1例 4-3 第64页/共79页三、电力系统频率的二次调整 电力系统频率二次调整：将频率特性平行移动，使负荷变动引起的频率偏差保持在允许范围。一次调整PLD时，运行点1变2，功率PG2，频率f2，可能出允许范围。二次调整，操作调频器增加发电机功率，平移到PG。调频器动作增发功率PG0，运行点2移到3，功率PG3、频率f3，频率偏差由f减为f，发电机功率到PG3

41、。第三节 电力系统的频率调整第65页/共79页三、电力系统频率的二次调整-1第三节 电力系统的频率调整设f=f3-f10；负荷调节效应变化量KLDf0；二次调整增发PG0。一次调整和二次调整增发功率之和与负荷实际增量平衡，得 PG0-KGf =PLD+KLDf整理 PLD-PG0=-(KG+KLD)f (4-47) 或)484(0SLDGGLDKKKfPP当二次调整增发PG0与负荷原始增量PLD相等时，频率变化f=0，无差调节，PG位置。第66页/共79页三、电力系统频率的二次调整-2第三节 电力系统的频率调整二次调整仅比一次调整多操作调频器增发PG0对PLD，二次调整使频率偏差减小或为零。n

42、台发电机电力系统中，热备用机组都一次调整，二次调整由一个发电厂或一台机组承担。设n台机组全部一次调整，只有编号n一台机二次调整，直接列出)494(0SLDGEGnLDKKKfPPn台机KGE大于一台机，同样功率差时频率变化小二次调整时，其它机组一次调整有限，负荷增减量由一台主调频机组或一个主调频厂承担。如不足以承担全部负荷变化量时，增主调频机组。第67页/共79页四、互联电力系统的频率调整 现代电力系统由若干互相联系子系统组成，某子系统频率调整，引起潮流分布改变，子系统之间联络线流通功率可能超过允许值。 调整频率时需要控制联络线输送功率。 联合前，二次调整关系 PLDA-PGA=-KSAfA

43、PLDB-PGB=-KSBfB 互联后，频率变化量一致。Pab在A中为负荷功率，B中为发电机组增发功率，得 PLDA+Pab-PGA=-KSAf PLDB-Pab-PGB =-KSBf (4-50)第三节 电力系统的频率调整第68页/共79页四、互联电力系统的频率调整-1 解出第三节 电力系统的频率调整 )514( SBSAGBLDBGALDAKKPPPPf)524( SBSAGALDASBGBLDBSAabKKPPKPPKP令PA=PLDA-PGA，PB=PLDB-PGB，为功率缺额，改写 PA +Pab=- KSAf ; PB-Pab=- KSBf)534( SBSAASBBSAabSBSABAKKPKPKPKKPPf第69页/共79页四、互联电力系统的频率调整-1 互联电力系统频率变化取决于系统总功率缺额和总单位调节功率。 联络线交换功率增量Pab取决子系统单位调节功率、二次调整能力及负荷变化。 当Pab超过允许范围，即使互联系统具有足够二次调整能力，由于联络线交换功率限制，不能使系统频率保持不变。 如子系统超过两个，参照式(4-50)列关系式，解多元联立线性方程组即可。第三