電力系統(tǒng)分析：第13章 電力系統(tǒng)的有功功率平衡和頻率調(diào)整

頻率調(diào)整的必要性電力系統(tǒng)的頻率特性系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率—頻率靜態(tài)特性發(fā)電機(jī)組的有功功率—頻率靜態(tài)特性電力系統(tǒng)的有功功率—頻率靜態(tài)特性電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率一次調(diào)整、頻率二次調(diào)整、互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整有功功率平衡和系統(tǒng)負(fù)荷在各類發(fā)電廠間的合理分配CH13電力系統(tǒng)的有功功率平衡和頻率調(diào)整13.1頻率調(diào)整的必要性頻率調(diào)整的必要性：f是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)頻率的基本概念：由發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速?zèng)Q定，

相聯(lián)系統(tǒng)只有一個(gè)頻率，是一個(gè)全局問(wèn)題，

與電壓不同。電力系統(tǒng)的頻率水平由有功功率平衡決定，

在負(fù)荷變化時(shí)，如果有功電源充足，能保證

用戶需要，且具有及時(shí)進(jìn)行調(diào)整的能力，則

能保證頻率在合理的范圍之內(nèi)，反之，則將

出現(xiàn)較大的頻率偏移。頻率調(diào)整的必要性：f是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)頻率偏移對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響異步電動(dòng)機(jī)：轉(zhuǎn)速和輸出功率降低汽輪發(fā)電機(jī)：葉片脈振發(fā)電廠輔機(jī)：f↓，給水泵、風(fēng)機(jī)、給煤機(jī)出力

下降，嚴(yán)重情況下可導(dǎo)致系統(tǒng)頻率崩潰電機(jī)變壓器：f↓，無(wú)功損耗增加，調(diào)壓?jiǎn)栴}電網(wǎng)頻率總在波動(dòng)：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子功率平衡頻率允許偏移：

fN=50Hz;±(0.2~0.5)Hz;±(0.4~1)%13.1頻率調(diào)整的必要性負(fù)荷曲線組成：有功負(fù)荷分為三種不同變化規(guī)律的變動(dòng)負(fù)荷，如右圖1、2、3所示；第1種負(fù)荷分量：變化幅度小，變化周期短（一般10秒以內(nèi)）（調(diào)速器：一次調(diào)頻）第2種負(fù)荷分量：變化幅度較大，變化周期一般在10s~3min的負(fù)荷，如電爐、延壓機(jī)械、電氣機(jī)車(chē)，等；（調(diào)頻器：二次調(diào)頻）第3種負(fù)荷分量：變化緩慢的持續(xù)變動(dòng)負(fù)荷，由工廠作息制度、居民生活規(guī)律、氣象條件等決定；（調(diào)度員：日運(yùn)行方式）13.1頻率調(diào)整的必要性13.2電力系統(tǒng)的頻率特性系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性：系統(tǒng)處于運(yùn)行穩(wěn)態(tài)時(shí)，系統(tǒng)中有功負(fù)荷隨頻率的變化特性與頻率無(wú)關(guān)：照明、電弧爐、電阻爐、整流負(fù)荷，等與頻率一次方成正比：阻力矩為常數(shù)的負(fù)荷，如球磨機(jī)、切削機(jī)床、往復(fù)式水泵、壓縮機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)，等與頻率的二次方成正比：變壓器渦流損耗與頻率的三次方成正比：通風(fēng)機(jī)、凈水頭阻力不大的循環(huán)水泵與頻率更高次方成正比：凈水頭阻力很大的給水泵；KD：負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)KD*=1~3調(diào)度部門(mén)必須掌握的數(shù)據(jù)確定低頻減載切除負(fù)荷數(shù)量發(fā)電機(jī)組的有功功率-頻率靜態(tài)特性：系統(tǒng)處于運(yùn)行穩(wěn)態(tài)時(shí)發(fā)電機(jī)有功功率與頻率的變化關(guān)系調(diào)速系統(tǒng)的工作原理（離心式機(jī)械液壓調(diào)速系統(tǒng)）發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)差系數(shù)δ、單位調(diào)節(jié)功率KG13.2電力系統(tǒng)的頻率特性轉(zhuǎn)速測(cè)量元件放大元件執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)

(同步器)油動(dòng)機(jī)KG可以整定KD

不能整定電力系統(tǒng)的有功功率-頻率靜態(tài)特性考慮一臺(tái)機(jī)組和一個(gè)負(fù)荷，計(jì)及

兩者的頻率靜態(tài)特性13.2電力系統(tǒng)的頻率特性假定系統(tǒng)的負(fù)荷增加ΔPD0。負(fù)荷的實(shí)際增量：(負(fù)荷的實(shí)際增量應(yīng)與發(fā)電機(jī)組功率輸出的增量相等)電力系統(tǒng)的有功功率-頻率靜態(tài)特性考慮一臺(tái)機(jī)組和一個(gè)負(fù)荷，計(jì)及

兩者的頻率靜態(tài)特性采用標(biāo)幺值形式無(wú)備用容量(kr=1)，f0=fN，發(fā)電機(jī)單位調(diào)節(jié)功率為零13.2電力系統(tǒng)的頻率特性備用系數(shù)13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率的一次調(diào)整：發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器，根據(jù)系統(tǒng)頻率的偏移，改變機(jī)組的出力，使有功功率重新達(dá)到平衡，這就是頻率的一次調(diào)整。調(diào)速器的有差調(diào)節(jié)特性，一次調(diào)頻是有差調(diào)頻所有發(fā)電機(jī)均裝有調(diào)速器，均參加一次調(diào)頻機(jī)械液壓調(diào)速系統(tǒng)電氣液壓調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)裝置中詳細(xì)介紹單靠一次調(diào)頻不能使頻率偏移保持在允許的范圍之內(nèi)13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率的一次調(diào)整n臺(tái)機(jī)組的等值單位調(diào)節(jié)功率單臺(tái)等值機(jī)組和系統(tǒng)負(fù)荷的一次調(diào)頻計(jì)算等值單位調(diào)節(jié)功率時(shí)，如第j臺(tái)機(jī)組滿載運(yùn)行，則KGj

=0，或δj

=∞

調(diào)差系數(shù)越小，機(jī)組增加有功輸出越多（相對(duì)于自身額定值）頻率的一次調(diào)整—Ex13-2某電力系統(tǒng)中，一半機(jī)組的容量已經(jīng)完全利用，其余25%為火電廠，有10%備用容量，單位調(diào)節(jié)功率為16.6；25%為水電廠，有20%備用容量，單位調(diào)節(jié)功率為25；系統(tǒng)有功負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)KD*=1.5。（1）求系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率（2）求負(fù)荷增加5%時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率；（3）若允許頻率降低0.2Hz，系統(tǒng)能夠承受的負(fù)荷增量13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率的一次調(diào)整—Ex13-3某電力系統(tǒng)中，一半機(jī)組的容量已經(jīng)完全利用，其余25%為火電廠，無(wú)備用容量，單位調(diào)節(jié)功率為16.6；25%為水電廠，有10%備用容量，單位調(diào)節(jié)功率為25；系統(tǒng)有功負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)KD*=1.5。（1）求系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率（2）求負(fù)荷增加5%時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率，由于備用容量?jī)H為2.6%，余下部分由負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)來(lái)補(bǔ)償；13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率的一次調(diào)整—Ex13-3某電力系統(tǒng)中，一半機(jī)組的容量已經(jīng)完全利用，其余25%為火電廠，無(wú)備用容量，單位調(diào)節(jié)功率為16.6；25%為水電廠，有10%備用容量，單位調(diào)節(jié)功率為25；系統(tǒng)有功負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)KD*=1.5。（3）若允許頻率降低0.2Hz，系統(tǒng)能夠承受的負(fù)荷增量；13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整（1）求系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率思考：若允許?f=-0.3Hz，系統(tǒng)能夠承受的負(fù)荷增量?同步器的不同位置，對(duì)應(yīng)于一組平行的機(jī)組功頻靜態(tài)特性直線；維持機(jī)組轉(zhuǎn)速恒定，同步器位置越高，機(jī)組輸出功率越大；同步器位置對(duì)應(yīng)的額定頻率下的機(jī)組輸出功率同步器位置對(duì)應(yīng)的機(jī)組空載轉(zhuǎn)速13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率的二次調(diào)整——通常所說(shuō)的“頻率調(diào)整”同步器的工作原理—功頻靜態(tài)特性的平移利用同步器平移機(jī)組功頻靜態(tài)特性，調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率和分配機(jī)組間的有功功率，就是頻率的二次調(diào)整13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率的二次調(diào)整——通常所說(shuō)的“頻率調(diào)整”同步器的工作原理—功頻靜態(tài)特性的平移頻率的二次調(diào)整——通常所說(shuō)的“頻率調(diào)整”負(fù)荷增加，所有具有備用容量的機(jī)組

調(diào)速器動(dòng)作，系統(tǒng)頻率下降同步器動(dòng)作，增大機(jī)組輸出功率，系統(tǒng)功頻靜態(tài)特性平移，系統(tǒng)頻率一定程度上恢復(fù)13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整FF頻率的二次調(diào)整——通常所說(shuō)的“頻率調(diào)整”由于頻率的二次調(diào)整，系統(tǒng)增加的

發(fā)電功率，由少數(shù)電廠或機(jī)組承擔(dān)剩余負(fù)荷增量，由全網(wǎng)具有調(diào)節(jié)容量的機(jī)組，通過(guò)調(diào)速器動(dòng)作，按照功頻靜態(tài)調(diào)節(jié)特性平衡；主調(diào)頻電廠輸出功率增量按經(jīng)濟(jì)調(diào)度原則在主調(diào)頻廠間分配13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率的二次調(diào)整——通常所說(shuō)的“頻率調(diào)整”二次調(diào)整可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率的無(wú)差調(diào)節(jié)13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整：頻率調(diào)整可能引起網(wǎng)絡(luò)潮流的重新分布，頻率調(diào)整時(shí)，往往需要注意互聯(lián)多區(qū)域電網(wǎng)間的聯(lián)絡(luò)線交換功率控制問(wèn)題13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整二次調(diào)頻功率增量負(fù)荷增量=0,則:△f=0=0,則:△PAB=0當(dāng)一個(gè)子系統(tǒng)的負(fù)荷增量全部由另一個(gè)子系統(tǒng)的二次調(diào)頻來(lái)承擔(dān)時(shí)，聯(lián)絡(luò)線功率增量最大。互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整習(xí)題13－7KGA

=270MW/HZ，KDA

=21MW/HZ，KGB

=480MW/HZ，

KDB

=39MW/HZ，PAB

=300MW，B

系統(tǒng)增加負(fù)荷150MW

（1）求A、B均僅進(jìn)行一次調(diào)頻時(shí)的系統(tǒng)頻率

?(KGA

+KDA

+KGB

+KDB

)×△f=150?810×△f=150△f=?0.185HZf=50?0.185=49.815HZ聯(lián)絡(luò)線功率變化量（即A系統(tǒng)的負(fù)荷增加量）△PAB

=?(KGA

+KDA)×△f=291×0.185=53.835MW

互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整習(xí)題13－7KGA

=270MW/HZ，KDA

=21MW/HZ，KGB

=480MW/HZ，

KDB

=39MW/HZ，PAB

=300MW，B

系統(tǒng)增加負(fù)荷150MW

（1）求A、B均僅進(jìn)行一次調(diào)頻時(shí)的系統(tǒng)頻率

聯(lián)絡(luò)線功率變化量（即A系統(tǒng)的負(fù)荷增加量）

A、B發(fā)電機(jī)和負(fù)荷功率的變化量△PAB

=100MW并非全部是A的二次調(diào)頻功率100-△PGA=?(KGA

+KDA

)×△f

△PGA=71.482應(yīng)充分利用二次調(diào)頻容量，則：△PAB=100MW?(KGB

+KDB

)×△f=50?519×△f=50△f=?0.098HZ

互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整習(xí)題13－7KGA

=270MW/HZ，KDA

=21MW/HZ，KGB

=480MW/HZ，

KDB

=39MW/HZ，PAB

=300MW，B

系統(tǒng)增加負(fù)荷150MW

（2）A、B均參加一次調(diào)頻，但二次調(diào)頻僅由

A承擔(dān)，PABmax=400MW，求系統(tǒng)頻率的最小變化量思考：△PAB

=100MW全部是A的二次調(diào)頻功率嗎？主調(diào)頻電廠的選擇主調(diào)頻電廠：負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的頻率調(diào)整，即頻率的二次調(diào)整，一般選1-2個(gè)電廠輔助調(diào)頻電廠：系統(tǒng)頻率超過(guò)某一規(guī)定的偏移范圍時(shí)才參與頻率調(diào)整，一般也只有少數(shù)電廠非調(diào)頻電廠：系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，按照預(yù)先給定的負(fù)荷曲線運(yùn)行選擇主調(diào)頻電廠時(shí)，主要應(yīng)考慮：（1）機(jī)組具有足夠的調(diào)節(jié)容量及調(diào)整范圍（2）調(diào)頻機(jī)組具有與負(fù)荷變化速度相適應(yīng)的調(diào)整速度（3）調(diào)整出力時(shí)符合安全及經(jīng)濟(jì)的原則（4）調(diào)頻引起的聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)、中樞點(diǎn)電壓波動(dòng)是否越限13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整各類電廠調(diào)節(jié)能力對(duì)比機(jī)組類型出力調(diào)整

范圍負(fù)荷增減速度調(diào)頻能力評(píng)價(jià)水輪發(fā)電機(jī)組>50%PN0→100%PN,1min☆☆☆汽輪發(fā)電機(jī)組中溫中壓<75%PN(50%-100%)PN范圍內(nèi)，(2%~5%)PN/min☆☆高溫高壓<30%PN☆枯水期：水電廠—主調(diào)頻電廠，效率較低的火電機(jī)組—輔助調(diào)頻豐水期：水電廠帶穩(wěn)定負(fù)荷，避免棄水；中溫中壓凝汽式火電廠—主調(diào)頻

（兼顧經(jīng)濟(jì)性）13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率調(diào)整與電壓調(diào)整的關(guān)系13.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率下降將引起無(wú)功缺口擴(kuò)大，電壓下降

f↓→Qg↓Qd↑→V↓

△f↓1%→△V↓0.8～2%電壓下降使有功缺口減少，有助于阻止f

急劇下降f、V

偏低時(shí)，先解決f，再解決Vf、V

的獨(dú)立性全網(wǎng)頻率統(tǒng)一，調(diào)頻涉及整個(gè)系統(tǒng)；無(wú)功功率平衡和電壓調(diào)整可以按地區(qū)就地解決當(dāng)線路有功潮流不超過(guò)允許范圍時(shí)，有功電源的任意分布不會(huì)妨礙頻率的調(diào)整；無(wú)功平衡和調(diào)壓則同無(wú)功電源的合理分布關(guān)系密切因f↑，Q

缺額↓，對(duì)電壓調(diào)整有利。若先V↑，擴(kuò)大有功缺額，加劇

f↓13.4有功功率平衡和系統(tǒng)負(fù)荷在各類發(fā)電廠間的合理分配有功功率平衡&備用容量實(shí)現(xiàn)額定頻率下的有功平衡，并具有備用容量備用容量—按作用分負(fù)荷備用：2%~5%Pmax事故備用：5%~10%Pmax

>PGmax檢修備用國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用熱備用—旋轉(zhuǎn)備用（Spinning

Reserve）擔(dān)負(fù)頻率調(diào)整任務(wù)：短時(shí)間負(fù)荷波動(dòng)；日負(fù)荷曲線的預(yù)測(cè)誤差；發(fā)電機(jī)組因偶然事故退出運(yùn)行；包含負(fù)荷備用和部分事故備用冷備用停運(yùn)待命機(jī)組，作為檢修備用、國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用、部分事故備用熱備用不足：低頻減載水電機(jī)組低頻自啟動(dòng)有功功率電源13.4有功功率平衡和系統(tǒng)負(fù)荷在各類發(fā)電廠間的合理分配分類容量（萬(wàn)kW）總裝機(jī)容量105,576水電23,051火電76,546核電1,257風(fēng)電4,505其它217數(shù)據(jù)來(lái)源：

/news/201202/02/91447_97.shtml

有功功率電源13.4有功功率平衡和系統(tǒng)負(fù)荷在各類發(fā)電廠間的合理分配發(fā)電廠是目前電力系統(tǒng)唯一的有功功率電源①火力發(fā)電廠：總?cè)萘恳话胍陨希泄φ{(diào)整范圍小燃油火力發(fā)電廠燃汽火力發(fā)電廠燃煤火力發(fā)電廠低溫低壓（450℃，35大氣壓）中溫中壓（520℃，100大氣壓）高溫高壓（550℃，180大氣壓）超臨界機(jī)組（575℃，200以上大氣壓）效率容量高大有功功率電源13.4有功功率平衡和系統(tǒng)負(fù)荷在各類發(fā)電廠間的合理分配②熱力發(fā)電廠：發(fā)電+供熱強(qiáng)迫出力：為保證供熱而必須發(fā)出的有功功率，不可調(diào)節(jié)③水力發(fā)電廠：有功調(diào)整范圍大多年調(diào)節(jié)庫(kù)容水力發(fā)電廠日、季、年調(diào)節(jié)庫(kù)容水力發(fā)電廠抽水蓄能庫(kù)容水力發(fā)電廠，兩級(jí)水庫(kù)水電廠徑流式水力發(fā)電廠：無(wú)調(diào)節(jié)水庫(kù)④核能發(fā)電廠：不宜帶急劇變動(dòng)的負(fù)荷⑤風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)：波動(dòng)性大有功功率負(fù)荷13.4有功功率平衡和系統(tǒng)負(fù)荷在各類發(fā)電廠間的合理分配有功功率負(fù)荷隨天氣、季節(jié)、每天的時(shí)間、天氣、人們的生活工作習(xí)慣等變化，以各種負(fù)荷曲線來(lái)反映，是電力調(diào)度部門(mén)的重要依據(jù)。右