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1、电力系统基础,湖南大学电气与信息工程学院刘光晔2008年2月,华中科技大学何仰赞 温增银编,第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整,13-1 频率调整的必要性13-2 电力系统的频率特性13-3 电力系统的频率调整13-4 有功功率平衡和系统负荷在各类发电厂 间的合理分配,有功功率负荷的变化,13-1 频率调整的必要性,频率允许偏差范围50Hz 0.2 0.5Hz，或50Hz 0.4%1%。,负荷变化将引起频率偏移。,对第一种变化负荷1引起的频率偏移：（负荷波动，随机）频率的一次调整调速器调整，只能实现有差调整。,对第二种变化负荷2引起的频率偏移：（冲击负荷，随机）频率的二次调整调速器和调
2、频器共同参与调整。可以做到无差调节。,对第三种变化负荷3：（与时间、季节、气象、活动等因素有关，可以预测）频率的三次调整指定发电负荷曲线。按照最优化的原则在各发电厂间进行分配。,为什么要进行频率调整？,1影响用户电动机转速和输出功率，影响电子设备的精确工作。,2影响汽轮机的效率，损坏汽轮机叶片；影响电厂动力设备出力，减小有功输出，导致频率进一步下降。,如果频率偏差较大,3增大异步电动机与变压器无功损耗，导致系统电压水平下降。,负荷曲线分解：,13-2 电力系统的频率特性,一、系统负荷的有功功率频率的静态特性,负荷的有功功率静态频率特性,负荷功率与频率的关系：（近似用多项式拟合曲线）,因为频率离
3、额定值偏差不大(允许偏移非常小)，在局部可以线性化。,有功负荷的频率静态特性,图中直线斜率,标幺值为,称为负荷的频率调节效应。,（简要解释各项的物理意义）,KD的物理意义：,频率增大1HZ，负荷多吸收的功率（MW)。大于零。,系统处于运行稳态时，系统中有功 负荷随频率的变化特性。,二、发电机组的有功功率-频率静态特性,1.调速系统的工作原理 经典系统，简单直观,2.发电机组的有功功率静态频率特性,调速器动作，沿直线变化，只能实现频率有差调节，称频率的一次调整。,调频器动作，直线平移，能实现频率的无差调节，称频率的二次调整。,2.发电机组的有功功率静态频率特性,标幺值表示,汽轮发电机组：,水轮发
4、电机组：,单位调节功率,KG的物理意义：,频率减小1Hz，发电机多发出的功率(MW)。大于零。KG越大，频率越稳定(产生频率偏移越小)。,调差系数,*的物理意义：,标幺值表示,（与KD互为倒数）,发电机从输出额定功率到空载，频率升高的标么值(或百分数）。*越小，频率越稳定(产生频率偏移越小)。,发电机组的功频静特性,系统输出总功率,三、电力系统的有功功率-频率静态特性 综合考虑发电机与负荷,电力系统的有功功率-频率静态特性,由示意图可知,频率的增量为:,发电机增发功率:,负荷少吸收功率:,设初始运行点为A，PG=P1，f=f1,突然投入负荷,系统单位调节功率,K 值越大，负荷增减引起的频率变化
5、就越小，频率也就越稳定。,采用标么制时，标么值相加，必须归算到同一基准容量下。,取负荷的容量PDN为系统的基准容量，便得:,将发电机标么值基准容量归算到系统负荷容量,为备用系数。,令,投入负荷频率下降,频率下降增发功率,频率下降少吸功率,投入负荷,PDN与PGN中，取哪个为系统基准容量更合理？,讨论：备用系数大于1。,13-3 电力系统的频率调整,一、频率的一次调整,n台装有调速器的机组并联运行，等值机的单位调节功率为,若只有m台机组参加一次频率调整，其余机组输出功率已达到上限，则,式中,各发电机标么值基准容量归算到发电机总容量,及,或,结论：单位调节功率越大，调差系数越小的机组增加的有功出力
6、就越多。,如果已知系统的频率偏差f，则各台机组的功率增量为,调频器增发功率,二、频率的二次调整,同步器动作，发电机功频特性的平移。,1同步器作用增发功率PG0（频率不变）,负荷增加PD0时，可分解为三个部分。,2调速器作用增发功率PG KG f(频率下降),3负荷调节效应减耗功率PD KD f(频率下降),若PG0 PD0，则f=0，可以实现无差调节。否则将出现频率偏差。,如果PD0 PG0，频率下降,由示意图可知,填空举例:,如图系统，已知1*=4%，2*=5%，PG1N=PG2N=100MW，PG1=PG2=70MW。当PD0=20MW时，要求两台机组平均分担负荷。问哪台机组应该进行二次调
7、频_。,调速器增发功率,负荷少吸收功率,投入负荷,另外，如果不计负荷调节效应，二次调频的功率是多少？系统频率下降多少？,三、互联系统的频率调,设两个系统的功率缺额分别为,如图表示系统A和B通过联络线组成互联系统。,有,填空举例：如果系统B的功率缺额等于零，系统A的功率缺额大于零，则联络线上的功率方向是从_流向_。,系统总的功率缺额比总的单位调节功率,四、主调频厂的选择,主调频厂、辅助调频厂、非调频厂。,选择主调频厂主要考虑：,（1）应拥有足够的调整容量及调整范围,（2）调频机组具有与负荷变化速度相适应的调整速度,（3）调整出力时符合安全及经济原则,水电厂最适宜承担调频任务（满足以上3个条件）。
8、再考虑系统（季节）运行的经济性,在枯水季节，宜选水电厂作为主调频厂，火电厂中效率较低的机组则承担辅助调频任务；在丰水季节，水电厂宜带稳定负荷，由效率不高的中温中压凝汽式火电厂承担调频任务。,全系统有调整能力的发电机组都参与频率的一次调整，但只少数厂(机组)承担频率的二次调整。按照能否承担二次调整可将所有电厂分为:,得到f后，再分析系统A（或B）有,也可解释物理意义。,五、频率调整和电压调整的关系,当系统由于有功不足和无功不足因而频率和电压都偏低时，应首先解决有功功率平衡的问题，因为频率的提高能减少无功功率的缺额，这对于调整电压是有利的。,频率下降，系统无功需求略有增加，若系统无功电源不足，则电
9、压下降,电压水平提高时系统总的有功需求增加，若有功电源不足，频率将下降,频率增高，系统无功需求略有减少，系统电压将要上升,电压水平降低时系统总的有功需求减少，从而导致频率升高,集中频率调整，分散补偿调压。,例一：两台发电机组并联运行，PG1N=PG2N=100MW，机组调差系数：1*=0.04,2*=0.05。负荷调节效应：KD*=2.0。运行情况：PG1=60MW，PG2=100MW。系统增加负荷PD0=30MW。问：（1）不计调频器动作系统频率下降多少？。（2）如果调频器动作，测得系统频率下降0.355Hz，计算二次调频的功率是多少？,例二：上题中，如果运行情况：PG1=PG2=80MW。
10、系统增加负荷PD0=30MW。要求两台机组平均分担负荷。问哪台机组必须进行二次调频，并计算：（1）系统频率下降多少？。（2）二次调频的功率是多少？,例三：两台发电机组并联运行，PG1N=560MW，PG2N=500MW，机组调差系数：1*=4%,2*=5%。负荷调节效应：KD*=1.5。运行情况：PG1=560MW，PG2=240MW，fN=50Hz。计算：（1）增加负荷50MW时，系统频率和发电机出力各为多少？（2）切除负荷50MW时，系统频率和发电机出力各为多少？。,填空举例：,丰水期电力系统担任调频的机组应优先安排；枯水期应优先安排。a.水电机组 b.高温高压火电机组 c.中温中压火电机
11、组 d.核电机组,13-4 有功功律平衡和系统负荷在各类发 电厂间的合理分配,一、有功功率平衡和备用容量,按作用分：,按存在状态分：,系统的有功 功率平衡方程,备用容量:,电源容量负荷容量备用容量,热备用（已启动）,冷备用（待启动）,热备用25%,冷备用,热、冷备用510%,冷备用,（用户负荷，厂用负荷，网损耗）,了解以下几个备用容量名词：,二、各类发电厂负荷的合理分配,发电厂主要有火力发电厂、水力发电厂和核能发电厂三类。,在进行各类电厂的负荷分配时，应根据各类电厂的技术经济特点，力求做到合理利用国家的动力资源，尽量降低发电能耗和发电成本。,A水电厂的不可调功率B水电厂的可调功率C热电厂D核电厂E高温高压凝汽式火电厂F中温中压凝汽式火电厂,各类发电厂在日负荷曲线上的负荷分配示例（a）丰水期；（b）)枯水期,
