第四章電力系統(tǒng)的有功功率平衡與頻率調(diào)整

4.1概述4.2自動調(diào)速系統(tǒng)4.3電力系統(tǒng)的頻率特性4.4電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整第4章簡單電力系統(tǒng)的潮流計算4.5電力系統(tǒng)中有功功率的平衡小結(jié)第4章

電力系統(tǒng)的有功功率平衡

與頻率調(diào)整§4-1概述對電力系統(tǒng)的正常運行要有經(jīng)濟、技術(shù)要求：技術(shù)指標(biāo)波形質(zhì)量（畸變率）頻率偏移電壓偏移(CH5)經(jīng)濟指標(biāo)----調(diào)壓----調(diào)頻----諧波管理(CH4)生產(chǎn)過程：減少消耗的一次能源量----有功功率的最優(yōu)分配(CH6)傳輸過程：減少電能損耗（網(wǎng)損）----無功功率的最優(yōu)分布(CH6)一.頻率偏移的原因1.系統(tǒng)正常負(fù)荷的變動；2.系統(tǒng)出現(xiàn)故障：破壞了發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的一對平衡力矩。2.系統(tǒng)出現(xiàn)故障：破壞了發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的一對平衡力矩。二.頻率偏移的影響1.對用戶的影響①

f異步電動機出力所帶機械裝置出力生產(chǎn)效率②

f異步電動機轉(zhuǎn)速所帶機械裝置轉(zhuǎn)速產(chǎn)品質(zhì)量③

f不穩(wěn)定電子儀器、裝置和電力計時器準(zhǔn)確性2.對系統(tǒng)的影響①

f異步電動機出力電廠中的輔機出力發(fā)電機有功出力f，f崩潰②

f汽輪機低壓缸末級葉片共振葉片斷裂④

f變化影響系統(tǒng)的經(jīng)濟運行③

f變壓器、異步機勵磁電流無功損耗無功缺額系統(tǒng)電壓波動3.我國對的規(guī)定三.頻率調(diào)整的方法可將系統(tǒng)總負(fù)荷分為三種變動負(fù)荷：①毛刺狀，周期很短，波幅很小，有明顯的隨機性；②周期較短，波幅不大，有明顯的沖擊性；③受氣象、氣候和生活變化影響的、緩慢持續(xù)變化的負(fù)荷，周期長，波幅大，有明顯的統(tǒng)計規(guī)律（可預(yù)見性）。④系統(tǒng)總負(fù)荷:而決定整個系統(tǒng)總負(fù)荷的變化規(guī)律。對應(yīng)這三種變動負(fù)荷有三種調(diào)頻方法：①一次調(diào)頻：消除變化引起的（由發(fā)電機的調(diào)速器完成）②

二次調(diào)頻：消除變化引起的（由發(fā)電機組的調(diào)頻器（同步器）完成）③

三次調(diào)頻：消除變化引起的（讓各發(fā)電廠按照有功功率最優(yōu)分配的原則所確定的計劃發(fā)電）注意：電力系統(tǒng)的調(diào)頻特指二次調(diào)頻，而所有電廠都能參與一次調(diào)頻。第4章

電力系統(tǒng)的有功功率平衡

與頻率調(diào)整§4-2自動調(diào)速系統(tǒng)放大元件執(zhí)行機構(gòu)轉(zhuǎn)速測量元件轉(zhuǎn)速控制機構(gòu)自動調(diào)速系統(tǒng)：頻率的一次調(diào)整：位置變化對應(yīng)轉(zhuǎn)速變化由調(diào)速器完成的調(diào)頻過程的特點---對頻率有所調(diào)整，但不能使之恢復(fù)到原水平。（一次調(diào)頻，有差調(diào)頻）二次調(diào)頻：加入調(diào)頻器調(diào)頻后---可使頻率恢復(fù)到原水平。

（二次調(diào)頻，可以做到無差調(diào)頻）第4章

電力系統(tǒng)的有功功率平衡

與頻率調(diào)整§4-3電力系統(tǒng)的頻率特性一.發(fā)電機組的有功功率-頻率特性發(fā)電機組的功頻特性曲線：點：，空載運行點系統(tǒng)負(fù)荷原動機調(diào)速系統(tǒng)出力增加（），機組進(jìn)汽量增加發(fā)電機組的單位調(diào)節(jié)功率：>0一次調(diào)頻：當(dāng)外界負(fù)荷改變時，供電頻率變化，使機組功率與外界負(fù)荷相平衡，以減小供電頻率的改變。動作同時頻率有所下降取則通常，由機組的調(diào)差系數(shù)計算：可人為整定，但受機組調(diào)速機構(gòu)的限制，其整定范圍是有限的。在整定范圍內(nèi)，單位調(diào)節(jié)功率越大，頻率偏移也越小。汽輪機：水輪機：及同步器是通過平移靜態(tài)特性曲線來改變機組轉(zhuǎn)速或負(fù)荷，作用是：

機組孤立運行時，同步器可以保證在任何負(fù)荷下保持轉(zhuǎn)速不變。二次調(diào)頻：若機組負(fù)荷升高使轉(zhuǎn)速下降，則為了維持頻率保持不變，調(diào)整結(jié)果使原來曲線向上平移；反之則平行向下平移。二.負(fù)荷的有功功率-頻率特性定義：系統(tǒng)穩(wěn)定運行時，有功負(fù)荷隨頻率變化的特性。根據(jù)負(fù)荷的有功功率與頻率的關(guān)系，可將有功負(fù)荷分為：與頻率f

無關(guān)；與頻率f

的一次方成正比；與頻率f

的二次方成正比；與頻率f的n

次方成正比.……因此，有：---負(fù)荷的功頻靜態(tài)表達(dá)式式中：---系統(tǒng)頻率為f時系統(tǒng)總的有功負(fù)荷---系統(tǒng)頻率為fN時系統(tǒng)總的有功負(fù)荷---與f

的i次方成正比的有功負(fù)荷在中所占的比例。通常只考慮到（及以上很小，可略去）。負(fù)荷功頻靜態(tài)特性曲線：附近，與f近似線性。降至?xí)r，負(fù)荷有功功率（自動調(diào)節(jié)）至。系統(tǒng)有功負(fù)荷有自我調(diào)節(jié)的效應(yīng)??！負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率：約定：一般：值不大，且不能人為整定。是當(dāng)按照f減負(fù)荷或低頻事故時計算一次性負(fù)荷的依據(jù)。注意：區(qū)分“負(fù)荷增減”、負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)引起的“負(fù)荷有功增減”的不同；負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)作用：減輕系統(tǒng)能量的不平衡狀態(tài)（當(dāng)負(fù)荷增大時，降低，此時隨而減?。?；與發(fā)電機組的功頻特性曲線（原動機的單位調(diào)節(jié)功率）對應(yīng)，但不帶負(fù)號。例：某電力系統(tǒng)中與f無關(guān)的負(fù)荷占30%，與f一次方成正比的負(fù)荷占40%，與f二次方成正比的負(fù)荷占10%，與f三次方成正比的負(fù)荷占20%。求系統(tǒng)頻率由50Hz降到48Hz時相應(yīng)的負(fù)荷變化數(shù)。

解：原來為，即原負(fù)荷水平為第4章

電力系統(tǒng)的有功功率平衡

與頻率調(diào)整§4-4電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整一.頻率的一次調(diào)整初始運行點：a點，負(fù)荷突然增大，動態(tài)過程：瞬間時刻，f1

未變，將負(fù)荷和發(fā)電機的功頻特性綜合，得到系統(tǒng)的功頻特性。各種功率全部平衡：則負(fù)荷曲線實際負(fù)荷變?yōu)閏點對應(yīng)的。發(fā)電機電磁功率為，但原動機機械功率未變（來不及），發(fā)電機輸入輸出之間出現(xiàn)了功率缺額：若無調(diào)速器：恒定，負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)使負(fù)荷功率減少，缺額逐漸減少，速度下降減慢；n下降導(dǎo)致f下降；經(jīng)過動態(tài)過程后最終在e點達(dá)到新的平衡。功率不變但頻率大幅度下降。有調(diào)速器：則調(diào)速器和負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)兩方面同時消除功率缺額。調(diào)速器：增大發(fā)電機出力()，負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)：f減小使負(fù)荷有功減小()。發(fā)電機負(fù)荷電力系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率KS發(fā)電機負(fù)荷兩方面的不斷努力不斷減小缺額，動態(tài)過程結(jié)束后，發(fā)電機組的輸入輸出功率缺額被全部消除，在新的運行點b達(dá)到新的平衡。b點頻率為f2，功率為P2。一次調(diào)整結(jié)束，為有差調(diào)節(jié)。---一次調(diào)頻計算公式二次調(diào)頻:手動或自動調(diào)節(jié)調(diào)頻器使發(fā)電機組的頻率特性平行的上下移動．二.頻率的二次調(diào)整1.單機系統(tǒng)初始運行點：a點，各種功率平衡。負(fù)荷突然增大，則負(fù)荷曲線，運行點至b點。若不滿足要求，需進(jìn)行二次調(diào)頻。則。設(shè)此時發(fā)電機二次調(diào)頻增發(fā)，則新運行點為c點，對應(yīng)。---系統(tǒng)負(fù)荷凈增加量---機組二次調(diào)頻增發(fā)的有功功率---機組一次調(diào)頻增發(fā)的有功功率---負(fù)荷自我調(diào)節(jié)減少的負(fù)荷有功---二次調(diào)頻計算公式發(fā)電機一次負(fù)荷發(fā)電機二次2.多機系統(tǒng)（1）負(fù)荷增加引起頻率偏移時，除滿載機組之外的機組均參加一次調(diào)頻；（2）參與二次調(diào)頻的機組少，不允許電廠任意增減出力參加二次調(diào)頻；（3）為解決上述問題，分級調(diào)頻，將電廠分為：主調(diào)頻廠、輔調(diào)頻廠、非調(diào)頻廠（基載廠）主調(diào)頻廠具備的條件：機組具有足夠的調(diào)整容量及范圍能適應(yīng)負(fù)荷變化需要的調(diào)整速度調(diào)整輸出功率時負(fù)荷安全經(jīng)濟原則聯(lián)絡(luò)線上的潮流約束發(fā)電廠類型可調(diào)容量調(diào)整速度運行費用火電30%-70%慢高水電50%以上快低核電較大中中綜合考慮容量、調(diào)整速度和經(jīng)濟性：枯水期：①水電作為主調(diào)頻廠②機組效率較低的中溫中壓火電輔助調(diào)頻豐水期：效率不高的中溫中壓火電作為主調(diào)頻廠三.互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整B系統(tǒng)調(diào)節(jié)功率A系統(tǒng)調(diào)節(jié)功率B系統(tǒng)二次調(diào)頻的發(fā)電功率變化量A系統(tǒng)二次調(diào)頻的發(fā)電功率變化量A系統(tǒng)負(fù)荷變化量B系統(tǒng)負(fù)荷變化量互聯(lián)系統(tǒng)調(diào)頻時，要注意聯(lián)絡(luò)線上流動功率的變化，防止有功傳輸功率越限。求：（注意：）可看做A的負(fù)荷增量：可看做B二次調(diào)頻增發(fā)的有功：A的功率缺額，記B的功率缺額，記實際互聯(lián)系統(tǒng)中，各子系統(tǒng)必須同時保證其聯(lián)絡(luò)線功率和系統(tǒng)頻率的相對穩(wěn)定，當(dāng)頻率和聯(lián)絡(luò)線功率違反約束時，將根據(jù)違反電量的大小進(jìn)行懲罰。第4章

電力系統(tǒng)的有功功率平衡

與頻率調(diào)整§4-5電力系統(tǒng)有功功率的平衡一.電力系統(tǒng)的有功平衡及備用1.有功平衡電力系統(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，總是等于該系統(tǒng)的總負(fù)荷。所有用戶取用的有功負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)的有功損耗廠用電取用的有功負(fù)荷2.有功備用容量為了保證可靠供電和良好的電能質(zhì)量，系統(tǒng)電源容量必須大于發(fā)電負(fù)荷。備用容量：可供調(diào)度的系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電負(fù)荷的部分。按存在形式分熱備用:運轉(zhuǎn)中發(fā)電設(shè)備可能發(fā)的最大功率與發(fā)電負(fù)荷之差(旋轉(zhuǎn)備用)冷備用:未運轉(zhuǎn)的、但能隨時啟動的發(fā)電設(shè)備可以發(fā)的最大功率(不含檢修中的設(shè)備)負(fù)荷備用按作用分具備了備用容量，才可能談及備用用量在各發(fā)電設(shè)備和發(fā)電廠之間的最優(yōu)分配以及系統(tǒng)的頻率調(diào)整問題。檢修備用事故備用國民經(jīng)濟發(fā)展備用----熱備用----冷、熱備用----冷備用----冷備用二.各類發(fā)電廠的運行特點和組合（1）燃料及運輸費用（2）有功出力最小限制（3）效率與蒸汽參數(shù)有關(guān)（4）啟停時間長且啟停費用高（5）熱電廠總效率較高，但與熱負(fù)荷相應(yīng)的輸出功率是不可調(diào)節(jié)的強迫功率。1.火電廠（1）不需燃料費，但一次投資大（2）出力調(diào)節(jié)范圍比火電機組大