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1、電力系統(tǒng)基礎(chǔ),湖南大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院 劉光曄 2008年2月,華中科技大學(xué)何仰贊 溫增銀編,第十三章 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 13-2 電力系統(tǒng)的頻率特性 13-3 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整 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)荷的變化,13-1 頻率調(diào)整的必要性,頻率允許偏差范圍50Hz 0.2 0.5Hz，或50Hz 0.4% 1%。,負(fù)荷變化將引起頻率偏移。,對(duì)第一種變化負(fù)荷1引起的頻率偏移：（負(fù)荷波動(dòng)，隨機(jī)） 頻率的一次調(diào)整調(diào)速器調(diào)整，只能實(shí)現(xiàn)有差調(diào)整。,對(duì)第二種變化負(fù)荷2引起的頻率偏移： （沖擊負(fù)荷，隨機(jī)）
2、頻率的二次調(diào)整調(diào)速器和調(diào)頻器共同參與調(diào)整?？梢宰龅綗o差調(diào)節(jié)。,對(duì)第三種變化負(fù)荷3：（與時(shí)間、季節(jié)、氣象、活動(dòng)等因素有關(guān)，可以預(yù)測(cè)） 頻率的三次調(diào)整指定發(fā)電負(fù)荷曲線。按照最優(yōu)化的原則在各發(fā)電廠間進(jìn)行分配。,為什么要進(jìn)行頻率調(diào)整？,1影響用戶電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和輸出功率，影響電子設(shè)備的精確工作。,2影響汽輪機(jī)的效率，損壞汽輪機(jī)葉片；影響電廠動(dòng)力設(shè)備出力，減小有功輸出，導(dǎo)致頻率進(jìn)一步下降。,如果頻率偏差較大,3增大異步電動(dòng)機(jī)與變壓器無功損耗，導(dǎo)致系統(tǒng)電壓水平下降。,負(fù)荷曲線分解：,13-2 電力系統(tǒng)的頻率特性,一、系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率頻率的靜態(tài)特性,負(fù)荷的有功功率靜態(tài)頻率特性,負(fù)荷功率與頻率的關(guān)系：（近似用多
3、項(xiàng)式擬合曲線）,因?yàn)轭l率離額定值偏差不大(允許偏移非常小)，在局部可以線性化。,有功負(fù)荷的頻率靜態(tài)特性,圖中直線斜率,標(biāo)幺值為,稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)。,（簡(jiǎn)要解釋各項(xiàng)的物理意義）,KD的物理意義：,頻率增大1HZ，負(fù)荷多吸收的功率（MW)。大于零。,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。,二、發(fā)電機(jī)組的有功功率-頻率靜態(tài)特性,1.調(diào)速系統(tǒng)的工作原理 經(jīng)典系統(tǒng)，簡(jiǎn)單直觀,2.發(fā)電機(jī)組的有功功率靜態(tài)頻率特性,調(diào)速器動(dòng)作，沿直線變化，只能實(shí)現(xiàn)頻率有差調(diào)節(jié)，稱頻率的一次調(diào)整。,調(diào)頻器動(dòng)作，直線平移，能實(shí)現(xiàn)頻率的無差調(diào)節(jié)，稱頻率的二次調(diào)整。,,,,,2.發(fā)電機(jī)組的有功功率靜態(tài)頻率特
4、性,標(biāo)幺值表示,汽輪發(fā)電機(jī)組：,水輪發(fā)電機(jī)組：,單位調(diào)節(jié)功率,KG的物理意義：,頻率減小1Hz，發(fā)電機(jī)多發(fā)出的功率(MW)。大于零。 KG越大，頻率越穩(wěn)定(產(chǎn)生頻率偏移越小) 。,調(diào)差系數(shù),*的物理意義：,標(biāo)幺值表示,（ 與KD互為倒數(shù)）,發(fā)電機(jī)從輸出額定功率到空載，頻率升高的標(biāo)么值(或百分?jǐn)?shù)）。*越小，頻率越穩(wěn)定(產(chǎn)生頻率偏移越小)。,發(fā)電機(jī)組的功頻靜特性,系統(tǒng)輸出總功率,三、電力系統(tǒng)的有功功率-頻率靜態(tài)特性 綜合考慮發(fā)電機(jī)與負(fù)荷,電力系統(tǒng)的有功功率-頻率靜態(tài)特性,由示意圖可知,頻率的增量為:,發(fā)電機(jī)增發(fā)功率:,負(fù)荷少吸收功率:,設(shè)初始運(yùn)行點(diǎn)為A，PG= P1 ，f = f1,突然投入負(fù)荷,
5、,,系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率,K 值越大，負(fù)荷增減引起的頻率變化就越小，頻率也就越穩(wěn)定。,采用標(biāo)么制時(shí)，標(biāo)么值相加，必須歸算到同一基準(zhǔn)容量下。,取負(fù)荷的容量PDN為系統(tǒng)的基準(zhǔn)容量，便得:,將發(fā)電機(jī)標(biāo)么值基準(zhǔn)容量歸算到系統(tǒng)負(fù)荷容量,,為備用系數(shù)。,令,投入負(fù)荷頻率下降,頻率下降增發(fā)功率,頻率下降少吸功率,投入負(fù)荷,,PDN與PGN中，取哪個(gè)為系統(tǒng)基準(zhǔn)容量更合理？,討論：備用系數(shù)大于1。,13-3 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整,一、頻率的一次調(diào)整,n臺(tái)裝有調(diào)速器的機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，等值機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率為,若只有m臺(tái)機(jī)組參加一次頻率調(diào)整，其余機(jī)組輸出功率已達(dá)到上限，則,式中,,各發(fā)電機(jī)標(biāo)么值基準(zhǔn)容量歸算到發(fā)電機(jī)總?cè)萘?及
6、,或,結(jié)論：?jiǎn)挝徽{(diào)節(jié)功率越大，調(diào)差系數(shù)越小的機(jī)組增加的有功出力就越多。,如果已知系統(tǒng)的頻率偏差f，則各臺(tái)機(jī)組的功率增量為,調(diào)頻器增發(fā)功率,,二、頻率的二次調(diào)整,同步器動(dòng)作，發(fā)電機(jī)功頻特性的平移。,,1同步器作用增發(fā)功率PG0 （頻率不變）,負(fù)荷增加PD0時(shí)，可分解為三個(gè)部分。,2調(diào)速器作用增發(fā)功率PG KG f(頻率下降),3負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)減耗功率PD KD f (頻率下降),若PG0 PD0 ，則f =0 ，可以實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。 否則將出現(xiàn)頻率偏差。,,,如果PD0 PG0 ，頻率下降,由示意圖可知,填空舉例:,如圖系統(tǒng)， 已知1*=4% ，2*=5%， PG1N=PG2N=100MW ， P
7、G1=PG2=70MW。 當(dāng)PD0=20MW時(shí)，要求兩臺(tái)機(jī)組平均分擔(dān)負(fù)荷。問哪臺(tái)機(jī)組應(yīng)該進(jìn)行二次調(diào)頻_____。,調(diào)速器增發(fā)功率,負(fù)荷少吸收功率,投入負(fù)荷,另外，如果不計(jì)負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)，二次調(diào)頻的功率是多少？系統(tǒng)頻率下降多少？,三、互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào),設(shè)兩個(gè)系統(tǒng)的功率缺額分別為,如圖表示系統(tǒng)A和B通過聯(lián)絡(luò)線組成互聯(lián)系統(tǒng)。,有,,填空舉例： 如果系統(tǒng)B的功率缺額等于零，系統(tǒng)A的功率缺額大于零，則聯(lián)絡(luò)線上的功率方向是從_____流向_____。,系統(tǒng)總的功率缺額比總的單位調(diào)節(jié)功率,四、主調(diào)頻廠的選擇,主調(diào)頻廠、輔助調(diào)頻廠、非調(diào)頻廠。,選擇主調(diào)頻廠主要考慮：,（1）應(yīng)擁有足夠的調(diào)整容量及調(diào)整范圍,（2
8、）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)原則,水電廠最適宜承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)（滿足以上3個(gè)條件）。再考慮系統(tǒng)（季節(jié)）運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,在枯水季節(jié)，宜選水電廠作為主調(diào)頻廠，火電廠中效率較低的機(jī)組則承擔(dān)輔助調(diào)頻任務(wù)；在豐水季節(jié)，水電廠宜帶穩(wěn)定負(fù)荷，由效率不高的中溫中壓凝汽式火電廠承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)。,全系統(tǒng)有調(diào)整能力的發(fā)電機(jī)組都參與頻率的一次調(diào)整，但只少數(shù)廠(機(jī)組)承擔(dān)頻率的二次調(diào)整。按照能否承擔(dān)二次調(diào)整可將所有電廠分為:,得到f后，再分析系統(tǒng)A（或B）有,也可解釋物理意義。,五、頻率調(diào)整和電壓調(diào)整的關(guān)系,當(dāng)系統(tǒng)由于有功不足和無功不足因而頻率和電壓都偏低時(shí)，應(yīng)首先解決有功功率平
9、衡的問題，因?yàn)轭l率的提高能減少無功功率的缺額，這對(duì)于調(diào)整電壓是有利的。,頻率下降，系統(tǒng)無功需求略有增加，若系統(tǒng)無功電源不足，則電壓下降,電壓水平提高時(shí)系統(tǒng)總的有功需求增加，若有功電源不足，頻率將下降,頻率增高，系統(tǒng)無功需求略有減少，系統(tǒng)電壓將要上升,電壓水平降低時(shí)系統(tǒng)總的有功需求減少，從而導(dǎo)致頻率升高,集中頻率調(diào)整，分散補(bǔ)償調(diào)壓。,例一：兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，PG1N= PG2N =100MW，機(jī)組調(diào)差系數(shù)：1*=0.04, 2*=0.05。負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)：KD*=2.0。運(yùn)行情況： PG1= 60MW， PG2= 100MW。系統(tǒng)增加負(fù)荷PD0= 30MW。問：（1）不計(jì)調(diào)頻器動(dòng)作系統(tǒng)頻率下降
10、多少？。 （2）如果調(diào)頻器動(dòng)作，測(cè)得系統(tǒng)頻率下降0.355Hz，計(jì)算二次調(diào)頻的功率是多少？,例二：上題中，如果運(yùn)行情況： PG1= PG2= 80MW。系統(tǒng)增加負(fù)荷PD0= 30MW。要求兩臺(tái)機(jī)組平均分擔(dān)負(fù)荷。問哪臺(tái)機(jī)組必須進(jìn)行二次調(diào)頻，并計(jì)算：（1）系統(tǒng)頻率下降多少？。 （2）二次調(diào)頻的功率是多少？,例三：兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，PG1N=560MW， PG2N =500MW，機(jī)組調(diào)差系數(shù)：1*=4%, 2*=5%。負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)：KD*=1.5。運(yùn)行情況： PG1=560MW， PG2=240MW，fN=50Hz。計(jì)算：（1）增加負(fù)荷50MW時(shí)，系統(tǒng)頻率和發(fā)電機(jī)出力各為多少？（2）切除負(fù)荷50
11、MW時(shí)，系統(tǒng)頻率和發(fā)電機(jī)出力各為多少？。,填空舉例：,豐水期電力系統(tǒng)擔(dān)任調(diào)頻的機(jī)組應(yīng)優(yōu)先安排；枯水期應(yīng)優(yōu)先安排。 a. 水電機(jī)組 b. 高溫高壓火電機(jī)組 c. 中溫中壓火電機(jī)組 d. 核電機(jī)組,13-4 有功功律平衡和系統(tǒng)負(fù)荷在各類發(fā) 電廠間的合理分配,一、有功功率平衡和備用容量,按作用分：,按存在狀態(tài)分：,系統(tǒng)的有功 功率平衡方程,備用容量:,電源容量負(fù)荷容量備用容量,熱備用（已啟動(dòng)）,冷備用（待啟動(dòng)）,,熱備用25%,冷備用,熱、冷備用510%,冷備用,（用戶負(fù)荷，廠用負(fù)荷，網(wǎng)損耗）,了解以下幾個(gè)備用容量名詞：,二、各類發(fā)電廠負(fù)荷的合理分配,發(fā)電廠主要有火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠和核能發(fā)電廠三類。,在進(jìn)行各類電廠的負(fù)荷分配時(shí)，應(yīng)根據(jù)各類電廠的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)，力求做到合理利用國(guó)家的動(dòng)力資源，盡量降低發(fā)電能耗和發(fā)電成本。,A水電廠的不可調(diào)功率 B水電廠的可調(diào)功率 C熱電廠 D核電廠 E高溫高壓凝汽式火電廠 F中溫中壓凝汽式火電廠,各類發(fā)電廠在日負(fù)荷曲線上的負(fù)荷分配示例 （a）豐水期；（b）)枯水期,
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