电力系统分析课件教案第五章电力系统的有功功率及频率调整

l 电力系统频率偏移如何定义？l 电力系统有功功率如何平衡？l 电力系统的频率特性如何？第五章 电力系统的有功功率及频率调整1. 电力系统的频率偏移1.1 频率变化对负荷的影响(1)异步机 (2)电子设备 (3)电钟1.2 频率变化对电力系统的影响(1) 火电厂的主要设备：水泵、风机、磨煤机(2) 汽轮机的叶片(3) 变压器的励磁1.3 频率偏移的范围：50Hz(0.20.5)Hz2. 电力系统的有功功率平衡2.1 系统的有功功率平衡(1) 运行中： 电源 负荷 损耗(2) 规划、设计： 设备 备用2.2 备用容量(1) 按投入时间分 热备用：运转中的发电设备可能发的最大功率与发电负荷之差(旋转备用)； 冷备用：未运转的、但能随时启动的发电设备可以发的最大功率(不含检修中的设备)； 冷热备用须有合理比例。(2) 按用途分： 负荷备用：适应负荷短时波动、一日内计划外的负荷增加，一般为最大负荷的05%。 事故备用：适应发电设备发生偶然事故时备用，一为般最大负荷的510%，分冷、热备用。 检修备用：满足检修需要而设的(有时不设)备用。 国民经济备用：计及负荷超计划增长而设，一般为最大负荷的35%2.3 电力系统的负荷变化与调整 负荷变化（P234图6-1） 第一种变化：周期短、幅度小，偶然性极大(10） 第二种变化：周期较长、幅度较大(103） 第三种变化：周期长、幅度大(3），由负荷曲线反映。 调整方式：实质上调整发电机输出功率 频率的一次调整：调速器 频率的二次调整：调频器 频率的三次调整：依负荷曲线，在厂、机组间经济合理地分配2.4 各发电厂间负荷的合理分配(1)火电厂特点： 需燃料及运输费用，但不受自然条件影响 效率与蒸汽参数有关 受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整范围较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄(高温高压30%，中温中压75%)电厂类型汽压(大汽压)汽温()电厂(机组)容量范围(万千瓦)锅炉汽机锅炉汽机低温低压电厂14133503401万千瓦以下小电厂(0.150.3)中温中压电厂4035450435120万千瓦中小电厂(0.65)高温高压电厂100905405351060万千瓦大、中电厂(2.510)超高压力电厂14013554053525万千瓦以上大电厂(12.520)亚临界压力电厂17016557056560万千瓦以上大电厂(30)超临界压力电厂250240570535100万千瓦以上大电厂(5060)临界压力：225大气压，临界温度374效率：中温中压 24.5% 高温高压 30.5% 超高压力 37.0% 超临界压力 40.0% 热电厂 50% 联合循环 机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能量，易损坏设备 热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于热负荷，为强迫功率(2)水电厂特点： 不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条件影响。 出力调节范围大，50%以上, 增减负荷速度快，操作容易，可承担急剧变化的负荷 决定发电量的除水量外还有水位差 保证出力 抽水蓄能机组（天荒坪630万千瓦） 水利枢纽兼顾发电、航运、防洪、灌溉、渔业、旅游，不一定与电力负荷适应，所以必须与火电配合 维持航运、灌溉、需一定水量，对应强迫功率(3) 核电厂特点： 可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能量、时间，易损坏设备 一次投资大，运行费低，尽量利用承担基本负荷(4) 分配原则（P235图6-2） 充分利用水力资源，避免弃水 降低火电煤耗，发挥高产机组作用 减少火电成本，多烧劣质煤、本地煤、少烧油 考虑发电成本(燃料价格、管理水平、机组效率等)，充分利用资源3. 电力系统的频率特性3.1 负荷的频率特性标么值：当f=fN、PD=PDN时a0+a1+a2+a3+=1 与频率无关：照明、电炉、整流 与频率一次方成正比：球磨机、切削机床，卷扬机 与频率二次方成正比：铁损(涡流) 与频率三次方成正比：通风机、静水头阻力不大的循环水泵 与频率四次方成正比：阻力很大的水泵 主要成份为前二种，在额定值附近为一直线 MW/HZf*1.0PD*f*1.0 有功负荷频率调节效应系数 (频率调节效应) KD*：13l 发电机的频率特性如何？l 如何进行频率调整？4. 发电机的频率特性4.1 调速系统（四个部分）（P238图6-4） 检测部件(离心飞摆)：转速位移 放大部件(错 油 门)：位移油压(信号放大) 执行部件(油 动 机)：油压 启闭阀门 (功率放大) 反馈位置信号 转速控制部件：速度基准控制 调速器：前三者组成，完成频率一次调整； 调频器：加入转速控制部件，完成频率二次调整。4.2 调速器工作原理 1.01.0PG*f*fo*21稳定在4.3 有差调节静态调差系数MW/HZ 发电机的功频静特性 KG、KG*：发电机组的功频特性系数； (机组单位调节功率) 负号“”表示f、PG变化方向相反； KG、由调速器整定 一般汽轮机 * =0.040.06 KG*=2516.6 水轮机* =0.020.04 KG*=5025 调速器为有差调节，不可能使频率(转速)保持不变 负荷功率增加太多时，f大大下降，超出允许范围4.4 调频器工作原理 如D合适，最后可稳定在B(B、A、O、E、F)反映在曲线的上、下平移上1.0f1*4.5 多机系统213KGE、KGE*机组等值功频 特性系数 (等值单位调节功率)PG*1.0P1*PG=-KGEfE=机组等值调差系数5. 电力系统的频率调整5.1 频率的一次调整PD(f)PG(f)f1f2P1P2PNPD(f)fPD0PDPGf 负荷初始增量：PD0 系统频率变化：f =f2f10 负荷调节效应：PD=KDf0 负荷实际增量： PDf =PD0+PD =PD0+KDf 发电机功率增量：PG=KGf=P2P1PG = PDf，PD0+ KDf = KGf PD0 =(KD+KG) fK=KG+KD=：电力系统功频静特性系数 (系统单位调节功率) 系统负荷增加，f，在发电机增加输出的同时，负荷由其本身调节效应，减少功率消耗，达到新的平衡态P2、f2(而不是P1+PD0)。：系统备用系数 K*大, PD0*引起的f*变化小 增大K*的措施：加大KG* (*变小) 加大 K*的增加受限制，PD0太大时，仅靠一次调整不能使f在一定范围内。5.2 频率的二次调整（P244图6-9） 负荷初始增量：PD0系统频率变化：f=f2f1负荷调节效应：PD=KDf负荷实际增量：PDf =PD0+KDf发电机二次调整功率增量：PGS发电机一次调整功率增量：PG =KGfPGS +PG =PDf PGSKGf =PD0KDf PD0PGS =(KGK D)f =Kf PD0PGS f = K结论： 二次调整(调频器动作)时，系统单位调节功率为K=KG+KD 由于二次调整的作用，发电机增发PGS，对同样允许的f，使PD0可加大；反言之，对同样的PD0，二次调整的PGS使f变小 若调整适当，使PGS=PD0，则f = 0，实现无差调节 若PGS PD0，则f 0, f，此时功率平衡点为：P1 + PD0 + KDf=P1+PGSKGf ()5.3 多机系统的频率调整 多机系统在负荷变化时，带调速器的机组，只要有可调容量，都参加一次调整。 二次调整由少数机组(厂)承担主调频机组(厂)，负荷增量主要由它们承担，可依次分为第一、第二、调频机(厂) 主调频厂一般在负荷中心，要求： 有足够可调容量； 有一定调整速度； 调整时能符合安全、经济的要求； 一般选水电厂、中温中压火电厂。 主调频厂起全系统功率平衡的作用，可作平衡节点13-20