chapter3-1电力系统的频率特性

1、第三章电力系统频率及有功功率的调节,一、电力系统的频率特性 二、调频与调频方程式 三、电力系统的经济调度与自动调频 四、电力系统低频减载,目的要求：,了解电力系统调频的实质和重要性； 了解负荷的静态频率特性及负荷调节效应； 了解调速器的工作原理及其静态调节特性、配有调速器的发电机组的功率频率特性.,重点：,负荷的静态频率特性及负荷调节效应,难点：,电力系统的功率-频率特性分析,1、频率对电力用户的影响 (1)电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化,这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化,转速不稳定会影响产品质量,甚至会出现次品和废品。,（2）电力系统频率波动会影响某些测量和控

2、制用的电子设备的准确性和性能，频率过低时有些设备甚至无法工作。这对一些重要工业和国防是不能允许的。,1、频率对电力用户的影响 （3）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低,导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运行。,2、频率对电力系统的影响 （1）频率下降时,汽轮机叶片的振动会变大,轻则影响使用寿命,重则可能产生裂纹。对于额定频率为50Hz的电力系统,当频率低到45Hz附近时,某些汽轮机的叶片可能因发生共振而断裂,造成重大事故。,2、频率对电力系统的影响 （2）频率下降到47-48Hz时,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,从而使火电厂发电机发出

3、的有功功率下降。这种趋势如果不能及时制止,就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度。这种现象称为频率雪山崩。出现频率雪崩会造成大面积停电,甚至使整个系统瓦解。,2、频率对电力系统的影响 （3）在核电厂中,反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时,冷却介质泵即自动跳开,使反应堆停止运行。,2、频率对电力系统的影响 （4）电力系统频率下降时,异步电动机和变压器的励磁电流增加,使无功消耗增加,引起系统电压下降,频率下降还会引起励磁机出力下降,并使发电机电势下降,导致全系统电压水平降低。如果电力系统原来的电压水平偏低,在频率下降到一定值时,可能出现所谓电压雪崩现象,出现电压雪

4、崩也会造成大面积停电,甚至使系统瓦解。,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组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。但是电力系统的负荷是时刻变化的,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行机组有功功率。,电力系统频率控制的必要性：,提高电力系统运行的经济性 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。这就是电力系统经济调度问题。,电力系统频率控

5、制的必要性：,保证联合电力系统的协调运行 电力系统的规模在不断地扩大,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区域系统之间联络线上通过的功率和电量实行控制。,电力系统频率控制的必要性：,第一节 电力系统的频率特性,2) 电力系统频率一致。 3)任一时刻，发供平衡。 4)负荷增加时，系统出现了功率缺额，机组的转速下降，整个系统的频率降低。 5) 调频与有功功率调节是不可分开的。 6)调频是一个要有整个系统来统筹调度与协调的问题，不允许任何电厂有一点“各自为政”

6、的趋向。 7)调频与运行费用的关系也十分密切。 8)力求使系统负荷在发电机组之间实现经济分配。,第一节 电力系统的频率特性,第一节 电力系统的频率特性,9）负荷的变动情况可以分成几种不同的分量： 一是变化周期一般小于10s的随机分量； 二是变化周期在10s3min之间的脉动分量； 三是变化周期在3min以上的持续分量，负荷预测预报这一部分。 10）第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来调整原动机的输入功率，这称为频率的一次调整。 11）第二种负荷变化引起的频率偏移较大，必须由调频器参与控制和调整，这称为频率的二次调整。 12）第三种负荷变化，调度部门的计划内负荷，这称为频率的三次调整。,第

7、一节 电力系统的频率特性,二、电力系统负荷的调节效应 1）当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变，即 这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率频率特性，是负荷的静态频率特性，也称作负荷的调节效应。,第一节 电力系统的频率特性,2）电力系统中各种有功负荷与频率的关系： 与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等； 与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、往复式水泵、压缩机、卷扬机等； 与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的涡流损耗，但这种损耗在电网有功损耗中所占比重较小； 与频率的三次方成比例的负荷，如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等； 与频率的更高次方成比例的负

8、荷，如静水头阻力很大的给水泵等。,第一节 电力系统的频率特性,第一节 电力系统的频率特性,第一节 电力系统的频率特性,第一节 电力系统的频率特性,第一节 电力系统的频率特性,例3-1 某电力系统中，与频率无关的负荷占30，与频率一次方成比例的负荷占40，与频率二次方成比例的负荷占10，与频率三次方成比例的负荷占20。求系统频率由50Hz下降到47Hz时，负荷功率变化的百分数及其相应的值。,第一节 电力系统的频率特性,第一节 电力系统的频率特性,第一节 电力系统的频率特性,三、发电机组的功率频率特性 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

9、关系称为发电机组的功率频率特性或调节特性。 发电机组的功率频率特性取决于调速系统的特性。,第一节 电力系统的频率特性,（一）发电机的功率频率特性,第一节 电力系统的频率特性,假定发电机组未配置调速器的功率频率特性。 发电机组转矩方程近似表示为:,功率方程为:,未配调速器的发电机组功率频率特,第一节 电力系统的频率特性,当发电机组配有调速系统时，随着机组转速的变动，调速器动作不断地改变进汽量(或进水量)，使原动机的运行点不断地从一条静态特性向另一条静态特性过渡,即图中虚线 为有调速器时的静态功率频率特性。一般近似地以直线段来代替。,第一节 电力系统的频率特性,发电机组的功率频率特性,第一节 电力系统的频率特性,发电机组的功率频率特性,第一节 电力系统的频率特性,第一节 电力系统的频率特性,第一节 电力系统的频率特性,第一节 电力系统的频率特性,第一节 电力系统的频率特性,四、电力系统的频率特性 发电机组的功率频率特性与负荷的功率、频率特性曲线的交点就是电力系统频率的稳定运行点。,第一节 电力系统的频率特性,第一节