電力系統(tǒng)頻率及有功功率的調(diào)節(jié).ppt

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1、電力系統(tǒng)頻率及有功功率的調(diào)節(jié),一、電力系統(tǒng)的頻率特性 二、調(diào)頻與調(diào)頻方法 三、電力系統(tǒng)低頻減載,P發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子極對(duì)數(shù) n發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)數(shù)（r/min） f電力系統(tǒng)頻率（Hz） 顯然，電力系統(tǒng)的頻率控制實(shí)際上就是調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速。,一、電力系統(tǒng)的頻率特性,1)電力系統(tǒng)頻率一致；任一時(shí)刻，發(fā)供平衡。 2)調(diào)頻與有功功率調(diào)節(jié)是不可分開的；負(fù)荷增加時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)了功率缺額，機(jī)組的轉(zhuǎn)速下降，整個(gè)系統(tǒng)的頻率降低。 3)調(diào)頻是一個(gè)要由整個(gè)系統(tǒng)來統(tǒng)籌調(diào)度與協(xié)調(diào)的問題，不允許任何電廠有一點(diǎn)“各自為政”的趨向。 4)調(diào)頻與運(yùn)行費(fèi)用的關(guān)系也十分密切；力求使系統(tǒng)負(fù)荷在發(fā)電機(jī)組之間實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配。,負(fù)荷的變動(dòng)情況可以分成幾

2、種不同的分量： （1）變化周期一般小于10s的隨機(jī)分量； （2）變化周期在10s3min之間的脈動(dòng)分量； （3）變化周期在3min以上的持續(xù)分量，負(fù)荷預(yù)測預(yù)報(bào)這一部分。,第一種負(fù)荷變化引起的頻率偏移，利用調(diào)速器來調(diào)整原動(dòng)機(jī)的輸入功率，這稱為頻率的一次調(diào)整。 第二種負(fù)荷變化引起的頻率偏移較大，必須由調(diào)頻器參與控制和調(diào)整，這稱為頻率的二次調(diào)整。 第三種負(fù)荷變化，調(diào)度部門的計(jì)劃內(nèi)負(fù)荷，這稱為頻率的三次調(diào)整。,電力系統(tǒng)中各種有功負(fù)荷與頻率的關(guān)系,負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù),1）負(fù)荷的頻率效應(yīng)起到減輕系統(tǒng)能量不平衡的作用。 2）電力系統(tǒng)允許頻率變化的范圍很小，為此負(fù)荷功率與頻率的關(guān)系曲線可近似地視為具有不變斜率

3、的直線。這斜率即為調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)。 3）對(duì)于不同的電力系統(tǒng)，調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)的值也不相同。一般為13。即使是同一系統(tǒng)的 ，也隨季度及晝夜交替導(dǎo)致負(fù)荷組成的改變而變化。,例1 某電力系統(tǒng)中，與頻率無關(guān)的負(fù)荷占30，與頻率一次方成比例的負(fù)荷占40，與頻率二次方成比例的負(fù)荷占10，與頻率三次方成比例的負(fù)荷占20。求系統(tǒng)頻率由50Hz下降到47Hz時(shí)，負(fù)荷功率變化的百分?jǐn)?shù)及其相應(yīng)的值。,二、調(diào)頻與調(diào)頻方法,1、發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù),負(fù)號(hào)表示發(fā)電機(jī)輸出功率的變化和頻率的變化符號(hào)相反。,上式稱為發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)節(jié)方程。,在計(jì)算功率與頻率的關(guān)系時(shí)，常常采用調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)， KG*發(fā)電機(jī)的功率-頻率特性系數(shù)，或原動(dòng)機(jī)的

4、單位調(diào)節(jié)功率。 一般發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)或單位調(diào)節(jié)功率，可采用下列數(shù)值： 對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組 R *=(4-6)%或KG* =16.6-25 ； 對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組 R *=(2-4)%或KG* =25-50 ；,若系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在f1： 1號(hào)機(jī)組的負(fù)荷增加了P1 2號(hào)機(jī)組的負(fù)荷增加了P2 兩臺(tái)機(jī)組增量之和等于PL,2、電力系統(tǒng)的功率頻率特性,3、調(diào)頻方法,有差調(diào)頻法 調(diào)頻方程式： 有差調(diào)頻法指用有差調(diào)頻器進(jìn)行并聯(lián)運(yùn)行，達(dá)到系統(tǒng)調(diào)頻的目的的方法。有差調(diào)頻器的穩(wěn)態(tài)工作特性可以用下式表示， 即 f+RPc = 0 式中f 、Pc調(diào)頻過程結(jié)束時(shí)系統(tǒng)頻率的增量與調(diào)頻機(jī)組有功功率的增量 R 有差調(diào)頻器的調(diào)差系數(shù),機(jī)

5、組間有功功率的分配： 當(dāng)系統(tǒng)中有 n 臺(tái)機(jī)組參加調(diào)頻 式中 f系統(tǒng)的頻率增量 Ri 第 i 臺(tái)機(jī)組的調(diào)差特性 PCi第 i 臺(tái)機(jī)組的有功功率增量（調(diào)頻功率),設(shè)系統(tǒng)的負(fù)荷增量（即計(jì)劃外的負(fù)荷）為PL，則調(diào)節(jié)過程結(jié)束時(shí)，必有 上式也可以寫為 其中 是系統(tǒng)的等值調(diào)節(jié)系數(shù) 則每臺(tái)調(diào)頻機(jī)組所承擔(dān)的計(jì)劃外負(fù)荷為,主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法 調(diào)頻方程式： 式中 Pci第 i 調(diào)頻發(fā)電機(jī)的有功增量 Ki 功率分配系數(shù),調(diào)頻過程： 設(shè)系統(tǒng)負(fù)荷有了新的增量P ，主導(dǎo)發(fā)電機(jī)調(diào)頻器的調(diào)節(jié)方程的原有平衡狀態(tài)被首先打破，無差調(diào)頻器向著滿足其調(diào)節(jié)方程的方向?qū)C(jī)組的有功出力進(jìn)行調(diào)整，隨之出現(xiàn)了新的P 1 值，

6、于是其余 n1 個(gè)調(diào)頻機(jī)組的功率分配。方程式的原有平衡狀態(tài)跟著均被打破，它們都會(huì)向著滿足其功率分方程的方向?qū)Ω髯詸C(jī)組的有功出力進(jìn)行調(diào)節(jié)，即出現(xiàn)了“成組調(diào)頻” 的狀態(tài)。調(diào)頻過程一直要到PC1不再出現(xiàn)新值才告結(jié)束。,機(jī)組間有功功率的分配： 調(diào)頻結(jié)束時(shí)必有 而各調(diào)頻機(jī)組分擔(dān)的功率為 上式說明各調(diào)頻機(jī)組間的出力也是按照一定的比例分配的。,積差調(diào)頻法（同步時(shí)間法） 調(diào)頻方程式： 積差調(diào)頻法（或稱同步時(shí)間法）是根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差的累積值進(jìn)行工作的。單機(jī)積差調(diào)節(jié)的調(diào)頻方程式為： 式中 K-調(diào)頻功率比例系數(shù),調(diào)頻方程,每臺(tái)調(diào)頻機(jī)組分擔(dān)的計(jì)劃外負(fù)荷為,多臺(tái)機(jī)組用積差法實(shí)現(xiàn)調(diào)頻時(shí)，可采用集中制、 分散制兩種方式

7、,三、電力系統(tǒng)低頻減載,a)事故情況下，系統(tǒng)可能產(chǎn)生嚴(yán)重的有功缺額，因而導(dǎo)致系統(tǒng)頻率大幅度下降。 b)所缺功率已經(jīng)大大超過系統(tǒng)熱備用容量，只能在系統(tǒng)頻率降到某值以下，采取切除相應(yīng)用戶的辦法來減少系統(tǒng)的有功缺額，使系統(tǒng)頻率保持在事故允許的限額之內(nèi)。,系統(tǒng)頻率的事故限額 （1）系統(tǒng)頻率降低使廠用機(jī)械的出力大為下降，有時(shí)可能形成惡性循環(huán)，直至頻率雪崩。 （2）系統(tǒng)頻率降低使勵(lì)磁機(jī)等的轉(zhuǎn)速也相應(yīng)降低，當(dāng)勵(lì)磁電流一定時(shí)，發(fā)送的無功功率會(huì)隨著頻率的降低而減少，可能造成系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞。 （3）電力系統(tǒng)頻率變化對(duì)用戶的不利影響： 頻率變化將引起異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化。 系統(tǒng)頻率降低將使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率降低。

8、（4）汽輪機(jī)對(duì)頻率的限制。 （5）頻率升高對(duì)大機(jī)組的影響。 （6）頻率對(duì)核能電廠的影響。,系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性 系統(tǒng)頻率變化不是瞬間完成的，而是按指數(shù)規(guī)律變化，其表示式為 式中 -由功率缺額引起的另一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行頻率 -系統(tǒng)頻率變化的時(shí)間常數(shù)，它與系統(tǒng)等值機(jī)組慣性常數(shù)以及負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)LK有關(guān)，一般在（410）間。大系統(tǒng)Tf較大，小系統(tǒng)Tf較小。,自動(dòng)低頻減載（按頻率自動(dòng)減負(fù)荷裝置“ZPJH”）的工作原理,“輪” ：計(jì)算點(diǎn)f1、f2,fn 點(diǎn)1：系統(tǒng)發(fā)生了大量的有功功率缺額 點(diǎn)2：頻率下降到f1，第一輪繼電器起動(dòng)，經(jīng)一定時(shí)間t1 點(diǎn)3：斷開一部分用戶，這就是第一次對(duì)功率缺額進(jìn)行的計(jì)算。 點(diǎn)

9、3-4：如果功率缺額比較大，第一次計(jì)算不能求到系統(tǒng)有功功率缺額的數(shù)值，那么頻率還會(huì)繼續(xù)下降，很顯然由于切除了一部分負(fù)荷，功率缺額已經(jīng)減小，所有頻率將按3-4的曲線而不是3-3曲線繼續(xù)下降。,點(diǎn)4：當(dāng)頻率下降到f2時(shí)，ZPJH的第二輪頻率繼電器啟動(dòng)，經(jīng)一定時(shí)間t2后 點(diǎn)5：又?jǐn)嚅_了接于第二輪頻率繼電器上的用戶。 點(diǎn)5-6：系統(tǒng)有功功率缺額得到補(bǔ)償。頻率開始沿56曲線回升，最后穩(wěn)定在f(2) 。 逐次逼近：進(jìn)行一次次的計(jì)算，直到找到系統(tǒng)功 率缺額的數(shù)值（同時(shí)也斷開了相應(yīng)的用戶）。即 系統(tǒng)頻率重新穩(wěn)定下來或出現(xiàn)回升時(shí)，這個(gè)過程才會(huì)結(jié)束。,最大功率缺額的確定 1）保證在系統(tǒng)發(fā)生最大可能的功率缺額時(shí)，也

10、能斷開相應(yīng)的用戶，避免系統(tǒng)的瓦解，使頻率趨于穩(wěn)定。 2）對(duì)系統(tǒng)中可能發(fā)生的最大功率缺額應(yīng)作具體分析：有的按系統(tǒng)中斷開最大容量的機(jī)組來考慮；有的要按斷開發(fā)電廠高壓母線來考慮等。 3）系統(tǒng)功率最大缺額確定以后，就可以考慮接于減負(fù)荷裝置上的負(fù)荷的總數(shù)。要求恢復(fù)頻率fhf可以低于額定頻率。 4）考慮到負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)，接于減負(fù)荷裝置上的負(fù)荷總功率PJH可以比最大功率缺額Pqe小些。,例 某系統(tǒng)的用戶總功率為Pfhe = 2800MW，系統(tǒng)最大的功率缺額Pqe=900MW，負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)LK=2，自動(dòng)減負(fù)荷動(dòng)作后，希望恢復(fù)頻率值fhf = 48Hz，求接入減負(fù)荷裝置的負(fù)荷總功率PJH。 解 減負(fù)荷動(dòng)作后，

11、殘留的 頻率偏差相對(duì)值,各輪動(dòng)作功率的選擇 1）第一級(jí)動(dòng)作頻率 一般的一級(jí)啟動(dòng)頻率整定在49Hz。 2）最后一輪的動(dòng)作頻率 自動(dòng)減負(fù)荷裝置最后一輪的動(dòng)作頻率最好不低于4646.5Hz 3）前后兩級(jí)動(dòng)作的頻率間隔 前后兩級(jí)動(dòng)作的時(shí)間間隔是受頻率測量元件的動(dòng)作誤差和開關(guān)固有跳閘時(shí)間限制的。,各輪最佳斷開功率的計(jì)算 1) 系統(tǒng)頻率的最后穩(wěn)定值在最大恢復(fù)頻率ffh.max.i與最小恢復(fù)頻率ffh.min.i之間 2) （ffh.max.i ffh.min.i ）是正比于ZPJH第i次的計(jì)算誤差的 3) 當(dāng)ZPJH動(dòng)作后，可能出現(xiàn)的最大誤差為最小時(shí)，ZPJH就具有最高的選擇性。 4) ffh.min.事

12、實(shí)上等于特殊輪的動(dòng)作頻率fdzts,5) 一般情況下，各輪的ffh.max.i是不同的，而ZPJH的最終計(jì)算誤差則應(yīng)按其中最大的計(jì)算。根據(jù)極值原理，顯而易見，要使ZPJH裝置的誤差為最小的條件是： ffh.max.1 = ffh.max.2 == ffh.max.n =fhf0 6) 各輪恢復(fù)頻率的最大值fhf0可考慮如下：當(dāng)系統(tǒng)頻率緩慢下降，并正好穩(wěn)定在第i輪繼電器的動(dòng)作頻率fdzi時(shí)，第i輪繼電器動(dòng)作，并斷開了相應(yīng)的用戶功率Pi，于是頻率回升到這一輪的最大恢復(fù)頻率fhf.max.i。,特殊輪的功用與斷開功率的選擇 1） 第i輪動(dòng)作后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在低于恢復(fù)頻率的低 限fhf.min.i但又不足使i+1輪減負(fù)荷裝置動(dòng)作 2） 特殊輪的動(dòng)作頻率fdzts=fhf.min 3） 它是在系統(tǒng)頻率已比較穩(wěn)定時(shí)動(dòng)作的，因此其動(dòng)作時(shí)限可以取系統(tǒng)頻率時(shí)間常數(shù)Tf的23倍，一般為1525s,