电力系统频率控制课件

1、2021-11-221 5-1 5-1 频率调整必要性频率调整必要性 5-2 5-2 电力系统频率特性电力系统频率特性 5-3 5-3 电力系统频率调整电力系统频率调整 第五章第五章 电力系统的有功功率和频率调整电力系统的有功功率和频率调整2021-11-2225-1 5-1 频率调整必要性频率调整必要性 A A 频率对电力用户的影响频率对电力用户的影响 (1)(1)电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化, , 出现次出现次品和废品。品和废品。 （2 2）电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备）电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备

2、的准确性和性能的准确性和性能, ,频率过低时有些设备甚至无法工作。频率过低时有些设备甚至无法工作。 （3 3）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低, ,导导致其所带动机械的转速和出力降低致其所带动机械的转速和出力降低, ,影响电力用户设备的正常影响电力用户设备的正常运行。运行。1 1、电力系统频率控制的必要性、电力系统频率控制的必要性2021-11-223 B B 频率对电力系统的影响频率对电力系统的影响n频率下降时频率下降时, ,汽轮机叶片的振动会变大。汽轮机叶片的振动会变大。频率下降到频率下降到47-48Hz47-48Hz时时, ,

3、火电厂由异步电动机驱动的辅机火电厂由异步电动机驱动的辅机（如送风机）的出力随之下降（如送风机）的出力随之下降, ,从而使火电厂发电机发出从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。不能及时制止的有功功率下降。不能及时制止, , 出现频率雪崩会造成出现频率雪崩会造成大面积停电大面积停电, ,甚至使整个系统瓦解。甚至使整个系统瓦解。2021-11-224n发电厂的厂用机械多使用异步电动机带动的，系统频率发电厂的厂用机械多使用异步电动机带动的，系统频率降低将使电动机功率降低，影响电厂正常运行。降低将使电动机功率降低，影响电厂正常运行。n电力系统频率下降时电力系统频率下降时, ,异步电动机和变压器的励磁电流

4、增异步电动机和变压器的励磁电流增加加, ,使无功消耗增加使无功消耗增加, ,引起系统电压下降。引起系统电压下降。电压崩溃不变:=VQIVffEVmmPn2ff2021-11-225A A 维持电力系统频率在允许范围之内维持电力系统频率在允许范围之内 电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗( (包括网损包括网损) )的有功功率总和之间的平衡来维持的。但是电力系统的负的有功功率总和之间的平衡来维持的。但是电力系统的负荷是时刻变化的荷是时刻变化的, ,从而导致系统频率

5、变化。为了保证电力从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内，就是要及时调节系统内并联运系统频率在允许范围之内，就是要及时调节系统内并联运行机组有功功率。行机组有功功率。 2 2、电力系统有功功率控制的必要性、电力系统有功功率控制的必要性2021-11-226 当系统频率在额定值附近时，虽然频率满足要求，但当系统频率在额定值附近时，虽然频率满足要求，但没有说明哪些机组参与并联运行，并联运行的机组各应该没有说明哪些机组参与并联运行，并联运行的机组各应该发多少有功功率。电力系统有功功率控制的任务之一就是发多少有功功率。电力系统有功功率控制的任务之一就是要解决这个问题。这就是电力系统经

6、济调度问题。要解决这个问题。这就是电力系统经济调度问题。 B B 提高电力系统运行的经济性提高电力系统运行的经济性 2021-11-227 电力系统的规模在不断地扩大电力系统的规模在不断地扩大, ,已经出现了将几个区域电已经出现了将几个区域电力系统联在一起组成的联合电力系统，有的联合电力系统实力系统联在一起组成的联合电力系统，有的联合电力系统实行分区域控制，要求不同区域系统间交换的电功率和电量按行分区域控制，要求不同区域系统间交换的电功率和电量按事先约定的协议进行。这时电力系统有功功率控制要对不同事先约定的协议进行。这时电力系统有功功率控制要对不同区域系统之间联络线上通过的功率和电量实行控制。

7、区域系统之间联络线上通过的功率和电量实行控制。 C C 保证联合电力系统的协调运行保证联合电力系统的协调运行2021-11-228 为什么为什么P P和和f f联系起来联系起来 有功功率平衡有功功率平衡 调频原理调频原理 调频方法和措施调频方法和措施3 3、本章的主要内容、本章的主要内容2021-11-229事故分析19721972年年7 7月月2020日，浙江电网因常湖线输送功率日，浙江电网因常湖线输送功率过大，导致发热弛度增大，而对低压线放电，过大，导致发热弛度增大，而对低压线放电，继电保护动作跳闸造成系统稳定破坏，频率急继电保护动作跳闸造成系统稳定破坏，频率急剧下降，结果造成浙江电网全面

8、瓦解，全省约剧下降，结果造成浙江电网全面瓦解，全省约71.571.5的用户停电的用户停电 19721972年年7 7月月2727日，湖北电网因继电保护误动作，日，湖北电网因继电保护误动作，武汉电网频率急剧下降，迫使青山、黄石两个武汉电网频率急剧下降，迫使青山、黄石两个电厂全停。电厂全停。 瑞典南部系统，于瑞典南部系统，于19831983年年1212月月2727日因斯德哥尔日因斯德哥尔摩西北部的海尔迈变电所进行倒闸操作时设备摩西北部的海尔迈变电所进行倒闸操作时设备损坏造成单相接地故障，使几条线路切除造成损坏造成单相接地故障，使几条线路切除造成电压大幅度降低。后来甚至发展到南北电网解电压大幅度降低

9、。后来甚至发展到南北电网解列，频率和电压急剧下降，南部电网完全崩溃列，频率和电压急剧下降，南部电网完全崩溃而大面积停电，事故损失达而大面积停电，事故损失达50005000万美元万美元 2021-11-2210 5-2 5-2 电力系统频率特性电力系统频率特性 一、电力系统综合负荷的静态频率特性一、电力系统综合负荷的静态频率特性二、发电机组和电力系统等效发电机组的二、发电机组和电力系统等效发电机组的 功率频率静态特性功率频率静态特性三、电力系统的频率特性三、电力系统的频率特性2021-11-2211系统负荷组成系统负荷组成图图13-1 13-1 有功功率负荷的变化有功功率负荷的变化1 1第一种负

10、荷分量；第一种负荷分量；2 2第二种负荷分量第二种负荷分量3 3第三种负荷分量第三种负荷分量4 4实际的负荷变化曲线实际的负荷变化曲线 变化幅度很小，变化周期较短（一变化幅度很小，变化周期较短（一般为般为10s10s以内）的负荷分量；以内）的负荷分量； 变化幅度较大，变化周期较长（一变化幅度较大，变化周期较长（一般为般为10s10s3min3min）的负荷分量，属）的负荷分量，属于这类负荷的主要有电炉，延压机于这类负荷的主要有电炉，延压机械，电气机车等；械，电气机车等； 变化缓慢的持续变动负荷，引起负变化缓慢的持续变动负荷，引起负荷变化的原因主要是工厂的作息制荷变化的原因主要是工厂的作息制度，

11、人民的生活规律，气象条件的度，人民的生活规律，气象条件的变化等。变化等。2021-11-2212频率的调整频率的调整n负荷的变化将引起频率的相应变化。第一种变化负荷负荷的变化将引起频率的相应变化。第一种变化负荷引起的频率偏移将由发电机组的调速器进行调整。这引起的频率偏移将由发电机组的调速器进行调整。这种调整通常称为种调整通常称为频率的一次调整频率的一次调整。n第二种变化负荷引起的频率变动仅靠调速器的作用往第二种变化负荷引起的频率变动仅靠调速器的作用往往不能将频率偏移限制在容许的范围之内，这时必须往不能将频率偏移限制在容许的范围之内，这时必须有调频器参与频率调整，这种调整通常称为有调频器参与频率

12、调整，这种调整通常称为频率的二频率的二次调整次调整。2021-11-22131 1、负荷分类（有功功率与频率的关系）、负荷分类（有功功率与频率的关系）n与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉和整与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉和整流负荷等。流负荷等。n与频率的一次方成正比的负荷，负荷的阻力矩等于常数与频率的一次方成正比的负荷，负荷的阻力矩等于常数的属于此类，如球磨机、切削机床、往复式水泵、压缩的属于此类，如球磨机、切削机床、往复式水泵、压缩机和卷扬机等。机和卷扬机等。n与频率的二次方成正比的负荷，如变压器中的涡流损耗。与频率的二次方成正比的负荷，如变压器中的涡流损耗。n与频率

13、的三次方成正比的负荷，如通风机、静水头阻力与频率的三次方成正比的负荷，如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等。不大的循环水泵等。n与频率的更高次方成正比的负荷，如静水头阻力很大的与频率的更高次方成正比的负荷，如静水头阻力很大的给水泵。给水泵。一、电力系统综合负荷的静态频率特性一、电力系统综合负荷的静态频率特性2021-11-22142.2.电力系统负荷与频率的关系：电力系统负荷与频率的关系：2210)()(NDNNDNDNDffPaffPaPaP1210naaaa 电力系统综合负荷由各种各样的负荷组成。这些负电力系统综合负荷由各种各样的负荷组成。这些负荷吸取的有功功率有的与频率无关，有的与频率的

14、一次荷吸取的有功功率有的与频率无关，有的与频率的一次方成正比，有的与频率的二次方成正比，有的与频率的方成正比，有的与频率的二次方成正比，有的与频率的更高次方成正比。但有：更高次方成正比。但有：2021-11-2215用标么值表示为（用标么值表示为（P PDNDN、f fN N）NDNDDnnDfffPPPfafafaaP*2*2*102021-11-22163 3、负荷有功频率的静态频率特性、负荷有功频率的静态频率特性 在额定频率附近，负荷的静态频率特性近似为直线在额定频率附近，负荷的静态频率特性近似为直线 负荷的静态频率特性曲线的斜率称为负荷的频率负荷的静态频率特性曲线的斜率称为负荷的频率调

15、节效应系数调节效应系数K KD D。P PD DO Of fP PDNDNf fN NDNNDNDNDDDDDPfKffPPfPKfPtgK/*2021-11-2217n实际系统中实际系统中K KD D* *1 13 3u频率变化频率变化1 1，负荷有功功率相应变化（，负荷有功功率相应变化（1 13 3）n调度部门必须掌握的一个数据，考虑按频率减负荷方调度部门必须掌握的一个数据，考虑按频率减负荷方案和低频率事故时用一次切除负荷来恢复频率的计算案和低频率事故时用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。依据。u低频减载是电力系统抑制频率下降、维持系统频率稳定的有效方低频减载是电力系统抑制频率下降、维持系

16、统频率稳定的有效方法，控制电力系统一般故障及大面积复杂故障重要而有效的手段。法，控制电力系统一般故障及大面积复杂故障重要而有效的手段。合理而快速地切除负荷或解列，可以使整个电网在最短的时间内合理而快速地切除负荷或解列，可以使整个电网在最短的时间内恢复至稳定运行状态。恢复至稳定运行状态。 不同电力系统或同一电力系统不同时刻的不同电力系统或同一电力系统不同时刻的K KD D、K KD D* *都可都可能不同，是不能控制的。能不同，是不能控制的。DNNDNDNDDDPfKffPPfPK=/=*2021-11-2218二、发电机组的功率频率静态特性二、发电机组的功率频率静态特性n 发电机的频率是由原动

17、机的调速系统来实现的。当发电机的频率是由原动机的调速系统来实现的。当系统有功功率平衡遭到破坏，引起频率变化时，原动系统有功功率平衡遭到破坏，引起频率变化时，原动机的调速系统将自动改变原动机的进汽机的调速系统将自动改变原动机的进汽( (水水) )量，相应量，相应增加或减少发电机的出力。当调速器的调节过程结束，增加或减少发电机的出力。当调速器的调节过程结束，建立新的稳态时，发电机的有功功率与频率之间的关建立新的稳态时，发电机的有功功率与频率之间的关系，称为发电机组的有功功率频率静态特性。系，称为发电机组的有功功率频率静态特性。2021-11-2219测转速元件测转速元件离心飞摆及其附件；离心飞摆及

18、其附件；放大元件一错油门；放大元件一错油门；执行机构一油动机；执行机构一油动机；转速控制机构或称同步器转速控制机构或称同步器图图原动机调速系统示意图原动机调速系统示意图1.自动调速系统原理简介自动调速系统原理简介2021-11-2220 xC E D C B A PC、xA 调频器 齿轮组 原动机轴 油动 机主 活塞 油缸 错油门 高压油 汽门 蒸汽 飞球 1.自动调速系统原理简介自动调速系统原理简介2021-11-2221n频率一次调整：变化幅度很小，变化周期比较短的负荷分频率一次调整：变化幅度很小，变化周期比较短的负荷分量，它所引起的频率偏移可以由发电机组调速器调整。量，它所引起的频率偏移

19、可以由发电机组调速器调整。n当频率一次调整结束后，所得发电机的输出功率与频率关当频率一次调整结束后，所得发电机的输出功率与频率关系系机组有功功率与频率静特性。机组有功功率与频率静特性。2021-11-2222图图 发电机组的发电机组的功率功率- -频率静态特性频率静态特性o oP PG GP PGNGNf ff f0 0f fN N1 12 22.2.发电机组静态调差系数发电机组静态调差系数2021-11-2223 由此可见，发电机组和等效发电机组的功率频率静由此可见，发电机组和等效发电机组的功率频率静态特性都是向下倾斜的，其程度用调差系数表示：态特性都是向下倾斜的，其程度用调差系数表示： N

20、GNNNfPPPffPfPPff/1212n* *表征机组负荷变化后相应转速（表征机组负荷变化后相应转速（f f）偏移的程度。）偏移的程度。调差系数也叫调差率调差系数也叫调差率。n* *0.050.05，如负荷改变如负荷改变1 1，频率将偏移频率将偏移0.050.05；如负；如负荷改变荷改变2020，则频率偏移则频率偏移1 1。2021-11-2224n调差系数的倒数就是机组的单位调节功率调差系数的倒数就是机组的单位调节功率nK KG G* *机组单位调节功率机组单位调节功率表征频率发生单位变化后，表征频率发生单位变化后，机组输出功率的变化量。机组输出功率的变化量。n* *、K KG G* *

21、可控的（可整定的）可控的（可整定的）*111GGGNNGGGNGNPKfPffKKfPP负号表示频率下降时，发电机组的有功出力增加。负号表示频率下降时，发电机组的有功出力增加。2021-11-2225n电力系统主要由发电机、输电网络和负荷组成。电力系统主要由发电机、输电网络和负荷组成。n把输电网络的损耗看成负荷的一部分，则电力系统是把输电网络的损耗看成负荷的一部分，则电力系统是由两个环节组成的闭环系统。发电机组的功率频率特由两个环节组成的闭环系统。发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性的交点就是电力系统的频率性和负荷的功率频率特性的交点就是电力系统的频率的稳定运行点。的稳定运行点。三、电力

22、系统的频率特性三、电力系统的频率特性2021-11-2226OPPG(f)P1ff2f1abP2PD(f)PD(f)cPD0PGPDn原始运行状态原始运行状态P PD D(f)(f)，和发电机组静特性交点，和发电机组静特性交点a a。n负荷增加负荷增加P PD0D0，特性曲线变为，特性曲线变为P P D D(f)(f)，新的运行点，新的运行点b b。012ffffKPGGfKPDD发电机组的功率输出的增量：发电机组的功率输出的增量：负荷的频率调节效应产负荷的频率调节效应产生的负荷功率变化：生的负荷功率变化：频率变化：频率变化：2021-11-2227OPPG(f)P1ff2f1abP2PD(f

23、)PD(f)cPD0PGPDfKPPPDDD0D0频率下降时频率下降时GD0PPPD负荷功率的实际增量：负荷功率的实际增量：一台机组的单位调节功率。一台机组的单位调节功率。l在输出功率变动值在输出功率变动值PG相同的条件下，多台机组并列运行时相同的条件下，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。的频率变化比一台机组运行时的要小得多。2021-11-2232 求出了求出了n n台机组的等值调差系数和等值单位调节功率台机组的等值调差系数和等值单位调节功率后，就可像一台机和等值单位调节功率组时一样来分析后，就可像一台机和等值单位调节功率组时一样来分析频率的一次调整。频率的一次调整。算

24、出负荷功率初始变化量算出负荷功率初始变化量P PD0D0引起的频率偏差。而各台引起的频率偏差。而各台机组所承担的功率增量则为机组所承担的功率增量则为或或由上式可见，调差系数越小的机组增加的有功出力（相由上式可见，调差系数越小的机组增加的有功出力（相对于本身的额定值）就越多。对于本身的额定值）就越多。2021-11-22332021-11-22342021-11-22352021-11-2236二、电力系统频率二次调整二、电力系统频率二次调整n为什么要进行频率的二次调整？为什么要进行频率的二次调整？DGKKK*DGrKKkK 所以系统的功频特性为基础的频率一次调整的作用是有所以系统的功频特性为基础的频率一次调整的作用是有限的，只适用于负荷变化幅度很小、变换周期较短的变化负限的，只适用于负荷变化幅度很小、变换周期较短的变化负荷。因此，必须进行频率的二次调整，以实现频率的无差调荷。因此，必