作業(yè)答案有功平衡頻率調整已修訂

1、第四章 有功功率平衡和頻率調整4-1 電力系統(tǒng)頻率偏離額定值對用電設備和電力系統(tǒng)都十分有害。1、 頻率變化對用電設備的影響工業(yè)中大量應用異步電動機，其轉速和輸出功率均與頻率有關。頻率變化時，電動機的轉速和輸出功率隨之變化，因而嚴重地影響到所拖動機械設備的正常工作和產品的質量。現(xiàn)代工業(yè)、國防和科學研究部門廣泛應用各種電子設備，當頻率變化時，電子設備的精確性會受到影響。2、 頻率變化對發(fā)電機組和電力系統(tǒng)的影響汽輪發(fā)電機組在額定頻率下運行時效率最佳，頻率偏高或偏低對葉片都有不良的影響。頻率過高，旋轉設備的離心力過大，影響其機械強度；頻率過低，容易引起汽輪機葉片振動，造成其壽命縮短或葉片斷裂。電廠用的

2、許多機械（如給水泵、循環(huán)水泵、風機等）在頻率降低時都要減小出力、降低效率，因而影響發(fā)電設備的正常運行，是整個發(fā)電廠的有功出力減小，從而導致系統(tǒng)頻率的進一步下降。若頻率下降過多，還會導致機組解列停運。頻率降低時，異步電動機和變壓器的勵磁電流增大，無功功率損耗增加，這些都會使電力系統(tǒng)無功功率和電壓調整增加困難。4-2 頻率的變化與電力系統(tǒng)的有功功率平衡之間有密切的關系。因為頻率與發(fā)電機組的轉速之間為線性關系，轉速的變化取決于作用于發(fā)電機轉子上的驅動轉矩與制動轉矩的平衡，而轉矩的平衡受發(fā)電機輸入機械功率與輸出電磁功率的平衡關系的影響。發(fā)電機輸入的功率減去勵磁損耗和各種機械損耗后，如果能與發(fā)電機輸出的

3、電磁功率嚴格地保持平衡，則發(fā)電機的轉速就能保持恒定不變，系統(tǒng)的頻率就能保持恒定不變。當發(fā)電機組的輸入有功功率大于負荷的有功功率需求時，頻率將升高；反之，則頻率下降。因此，需要動態(tài)的調整的發(fā)電機輸入機械功率，保持有功功率的動態(tài)平衡，從而使頻率不超出允許偏差范圍。4-3 有功負荷有三種分量：第一種是變化幅度很小、變化周期較短（一般10s以內）的負荷分量；第二種是變化幅度較大、變化周期較長（一般為10s3min）的負荷分量；第三種是變化緩慢的持續(xù)變動負荷。 第一種變化負荷引起的頻率偏移將由發(fā)電機組的調速器進行調整，稱為頻率的一次調頻；第二種變化負荷引起的頻率變動僅靠調速器的作用往往不能將頻率偏移限制

4、在容許的范圍之內，這是必須有調頻器參與頻率調整，稱為頻率的二次調頻。第三種變化負荷將在有功功率平衡的基礎上，按照最優(yōu)化原則在各發(fā)電廠之間進行分配。4-4 電力系統(tǒng)運行中，在任何時刻，所有發(fā)電廠發(fā)出的有功功率的總和都與系統(tǒng)的總負荷相平衡。包括用戶的有功負荷、廠用電有功負荷以及網(wǎng)絡的有功損耗，即 為保證供電可靠性和電能質量，電力系統(tǒng)的有功功率平衡必須在額定運行參數(shù)下確立，而且還應具有一定的備用容量。備用容量是指系統(tǒng)電源總額定容量大于系統(tǒng)最大負荷的部分。4-5 備用容量按其作用分類：（1） 負荷備用。為滿足一日中計劃外的負荷增加和適應系統(tǒng)中的短時負荷波動而留有的備用稱為負荷備用。負荷備用容量的大小應

5、根據(jù)系統(tǒng)總負荷大小、運行經驗以及系統(tǒng)中各類用戶的比重來確定，一般為系統(tǒng)最大負荷的2%5%。（2） 事故備用。當系統(tǒng)的發(fā)電機組由于偶然性事故退出運行時，為保證連續(xù)供電所需要的備用稱為事故備用。事故備用容量的大小可根據(jù)系統(tǒng)中機組的臺數(shù)、機組容量的大小、機組的故障率以及系統(tǒng)的可靠性指標等來確定，一般為系統(tǒng)最大負荷的5%10%，但不應小于運轉中最大一臺發(fā)電機組的容量。（3） 檢修備用。當系統(tǒng)中發(fā)電設備計劃檢修時，為保證對用戶供電而留有的備用稱為檢修備用。（4） 國民經濟備用。為滿足工農業(yè)生產超計劃增長對電力的需求而設置的備用稱為國民經濟備用。備用容量按其存在形式分類：（1） 熱備用。在任何時刻，運轉中

6、的所有發(fā)電機組的最大可能出力之和都應大于該時刻的總負荷，這兩者的差值通常稱為熱備用容量。（2） 冷備用。系統(tǒng)中處于停機狀態(tài)，但可隨時待命啟動的發(fā)電設備可能發(fā)出的最大功率稱為冷備用容量。4-6解：在豐水期，水量充足，為了充分利用水力資源，水電廠應帶基本負荷，其輸出電功率基本上屬于不可調功率。凝氣式發(fā)電廠應帶尖峰負荷。如圖1 所示。在枯水期，來水較少，水電廠的不可調功率明顯減少，仍帶基本點和，水電廠的可調功率應安排在日負荷曲線的尖鋒部分，其余各類電廠的安排水需不變。如圖2 所示。A CDEFB A BCDEF 豐水期 枯水期 A：水電廠的不可調功率； B：水電廠的可調功率；C：熱電廠； D：核電廠

7、E：高溫高壓凝汽式火電廠； F：中溫中壓凝汽式火電廠；4-7 電力系統(tǒng)綜合負荷的有功功率與頻率的關系可表示為：式中，為頻率為時系統(tǒng)的綜合負荷，為頻率為時系統(tǒng)的綜合負荷，為各類負荷的權重，且因與頻率的更高次方成正比的負荷所占比重很小，可以忽略，當頻率偏離額定值不大時，負荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性常用一條直線近似表示。稱為負荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性。圖中直線的斜率稱為負荷的頻率調節(jié)效應系數(shù)或簡稱為負荷的頻率調節(jié)效應。4-8 反應調整過程結束后發(fā)電機組輸出有功功率與頻率之間的關系的曲線稱為發(fā)電機組的有功功率-頻率靜態(tài)特性。發(fā)電機組有功功率-頻率靜態(tài)特性曲線的斜率稱為發(fā)電機組的單位調節(jié)功率。 發(fā)電機

8、組的靜態(tài)調差系數(shù)為4-9解：頻率的一次調整：離心式機械液壓調速系統(tǒng)示意圖 當負荷增加時，發(fā)電機組的有功功率輸出也隨之增加，原動機的轉速降低，而是飛擺的離心力減小。在彈簧力和重力的作用下，飛白靠攏到新的位置才能重新達到受力平衡，于是套筒從B點下移到點。此時，油動機還未動作，故杠桿ACB的A點讓在原處不動，整個杠桿便以A點為支點轉動，使C點下降到點。杠桿DEF的D點是固定的，于是F點下移，錯油門的活塞隨之向下移動，打開了通向油動機的油孔，壓力油便進入油動機活塞的下部，將活塞上推，增大調速氣門的開度，增加進汽量，是原動機的輸入功率增加，機組的轉速便開始回升。隨著轉速的上升，套筒開始從點回升，與此同時

9、油動機活塞上移，使杠桿ACB的A點也跟著上升，于是整個杠桿ACB便向上移動，并帶動杠桿DEF以D為支點逆時針方向轉動。當C點及杠桿DFE恢復到原來位置時，錯油門活塞重新堵住兩個油孔，抽動及活塞的上下兩側油壓相互平衡，它就在一個新的位置穩(wěn)定下來，調整過程結束。這時，杠桿ACB的A點由于汽門已開大而略有上升，到達點，而C點仍將保持原來位置，相應的，B點將略有下降，到達點位置，與這個位置相對應的轉速將略低于原來的轉速，這就是頻率的一次調整。4-10原始運行點為負荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性與發(fā)電機組的有功功率-頻率靜態(tài)特性的交點，系統(tǒng)的頻率為。假定系統(tǒng)的負荷增加了，僅經過頻率的一次調整，運行點將移到點，系統(tǒng)的頻率為。由于不滿足對系統(tǒng)頻率的要求，需要進行頻率的二次調頻。在同步器作用下，發(fā)電機組輸出的有功功率增加，發(fā)電機組有功功率-頻率靜態(tài)特性上移為，運行點也隨之轉移到負荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性與發(fā)電機組有功功率-頻率靜態(tài)特性的交點。此