电力系统频率及有功功率的调节

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力系统频率及有功功率的调节,一、电力系统的频率特性,二、调频与调频方法,三、电力系统低频减载,P,发电机组转子极对数,n,发电机组的转数（r/min）,f,电力系统频率（Hz）,显然，电力系统的频率控制实际上就是调节发电机组的转速。,一、电力系统的频率特性,1)电力系统频率一致；任一时刻，发供平衡。,2)调频与有功功率调节是不可分开的；负荷增加时，系统出现了功率缺额，机组的转速下降，整个系统的频率降低。,3)调频是一个要由整个系统来统筹调度与协调的问题，不允许任何电厂有一点“各自为政”的趋向。,4)调频与运行费用的关系也十分密切；力求使系统负荷在发电机组之间实现经济分配。,负荷的变动情况可以分成几种不同的分量：,（1）变化周期一般小于10s的随机分量；,（2）变化周期在10s3min之间的脉动分量；,（3）变化周期在3min以上的持续分量，负荷预测预报这一部分。,第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来调整原动机的输入功率，这称为频率的一次调整。,第二种负荷变化引起的频率偏移较大，必须由调频器参与控制和调整，这称为频率的二次调整。,第三种负荷变化，调度部门的计划内负荷，这称为频率的三次调整。,电力系统中各种有功负荷与频率的关系,负荷的调节效应系数,1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。,2）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与频率的关系曲线可近似地视为具有不变斜率的直线。这斜率即为调节效应系数。,3）对于不同的电力系统，调节效应系数的值也不相同。一般为13。即使是同一系统的 ，也随季度及昼夜交替导致负荷组成的改变而变化。,例1 某电力系统中，与频率无关的负荷占30，与频率一次方成比例的负荷占40，与频率二次方成比例的负荷占10，与频率三次方成比例的负荷占20。求系统频率由50Hz下降到47Hz时，负荷功率变化的百分数及其相应的值。,二、调频与调频方法,1、发电机的调差系数,负号表示发电机输出功率的变化和频率的变化符号相反。,上式,称为发电机组的静态调节方程。,在计算功率与频率的关系时，常常采用调差系数的倒数，,K,G,*发电机的功率-频率特性系数，或原动机的单位调节功率。,一般发电机的调差系数或单位调节功率，可采用下列数值：,对汽轮发电机组,R,*=(4-6)%或,K,G,*=16.6-25,；,对水轮发电机组,R,*=(2-4)%或,K,G,*=25-50,；,若系统频率稳定在,f,1：,1号机组的负荷增加了,P,1,2号机组的负荷增加了,P,2,两台机组增量之和等于,PL,2、电力系统的功率频率特性,3、调频方法,有差调频法,调频方程式：,有差调频法指用有差调频器进行并联运行，达到系统调频的目的的方法。有差调频器的稳态工作特性可以用下式表示，即,f,+,R,P,c,=0,式中,f,、,P,c,调频过程结束时系统频率的增量与调频机组有功功率的增量,R,有差调频器的调差系数,机组间有功功率的分配：,当系统中有 n 台机组参加调频,式中,f,系统的频率增量,R,i,第 i 台机组的调差特性,P,Ci,第 i 台机组的有功功率增量（调频功率),设系统的负荷增量（即计划外的负荷）为,P,L,，则调节过程结束时，必有,上式也可以写为,其中 是系统的等值调节系数,则每台调频机组所承担的计划外负荷为,主导发电机法,调频方程式：,式中,Pci,第 i 调频发电机的有功增量,Ki,功率分配系数,调频过程：,设系统负荷有了新的增量,P,，主导发电机调频器的调节方程的原有平衡状态被首先打破，无差调频器向着满足其调节方程的方向对机组的有功出力进行调整，随之出现了新的,P,1,值，于是其余 n1 个调频机组的功率分配。方程式的原有平衡状态跟着均被打破，它们都会向着满足其功率分方程的方向对各自机组的有功出力进行调节，即出现了“成组调频”的状态。调频过程一直要到,P,C,1,不再出现新值才告结束。,机组间有功功率的分配：,调频结束时必有,而各调频机组分担的功率为,上式,说明各调频机组间的出力也是按照一定的比例分配的。,积差调频法（同步时间法）,调频方程式：积差调频法（或称同步时间法）是根据系统频率偏差的累积值进行工作的。单机积差调节的调频方程式为：,式中 K-调频功率比例系数,调频方程,每台调频机组分担的计划外负荷为,多台机组用积差法实现调频时，可采用集中制、,分散制两种方式,三、电力系统低频减载,a)事故情况下，系统可能产生严重的有功缺额，因而导致系统频率大幅度下降。,b)所缺功率已经大大超过系统热备用容量，只能在系统频率降到某值以下，采取切除相应用户的办法来减少系统的有功缺额，使系统频率保持在事故允许的限额之内。,系统频率的事故限额,（1）系统频率降低使厂用机械的出力大为下降，有时可能形成恶性循环，直至频率雪崩。,（2）系统频率降低使励磁机等的转速也相应降低，当励磁电流一定时，发送的无功功率会随着频率的降低而减少，可能造成系统稳定的破坏。,（3）电力系统频率变化对用户的不利影响：,频率变化将引起异步电动机转速的变化。,系统频率降低将使电动机的转速和功率降低。,（4）汽轮机对频率的限制。,（5）频率升高对大机组的影响。,（6）频率对核能电厂的影响。,系统频率的动态特性,系统频率变化不是瞬间完成的，而是按指数规律变化，其表示式为,式中,-由功率缺额引起的另一个稳定运行频率,-,系统频率变化的时间常数，它与系统等值机组惯性常数以及负荷调节效应系数,L,K,有关，一般在（410）间。大系统,T,f,较大，小系统,T,f,较小。,自动低频减载（按频率自动减负荷装置“ZPJH”）的工作原理,“轮”：计算点,f,1,、,f,2,f,n,点1：系统发生了大量的有功功率缺额,点2：频率下降到,f,1,，第一轮继电器起动，经一定时间,t,1,点3：断开一部分用户，这就是第一次对功率缺额进行的计算。,点3-4：如果功率缺额比较大，第一次计算不能求到系统有功功率缺额的数值，那么频率还会继续下降，很显然由于切除了一部分负荷，功率缺额已经减小，所有频率将按3-4的曲线而不是3-3曲线继续下降。,点4：当频率下降到,f,2,时，ZPJH的第二轮频率继电器启动，经一定时间,t,2,后,点5：又断开了接于第二轮频率继电器上的用户。,点5-6：系统有功功率缺额得到补偿。频率开始沿56曲线回升，最后稳定在,f,(2),。,逐次逼近：进行一次次的计算，直到找到系统功,率缺额的数值（同时也断开了相应的用户）。即,系统频率重新稳定下来或出现回升时，这个过程才会结束。,最大功率缺额的确定,1）保证在系统发生最大可能的功率缺额时，也能断开相应的用户，避免系统的瓦解，使频率趋于稳定。,2）对系统中可能发生的最大功率缺额应作具体分析：有的按系统中断开最大容量的机组来考虑；有的要按断开发电厂高压母线来考虑等。,3）系统功率最大缺额确定以后，就可以考虑接于减负荷装置上的负荷的总数。要求恢复频率,f,hf,可以低于额定频率。,4）考虑到负荷调节效应，接于减负荷装置上的负荷总功率,P,JH,可以比最大功率缺额,P,qe,小些。,例 某系统的用户总功率为,P,fhe,=,2800,MW,，系统最大的功率缺额,P,qe,=900,MW,，负荷调节效应系数,L,K,=2，自动减负荷动作后，希望恢复频率值,f,hf,=,48,Hz,，求接入减负荷装置的负荷总功率,P,JH,。,解 减负荷动作后，残留的,频率偏差相对值,各轮动作功率的选择,1）第一级动作频率,一般的一级启动频率整定在49Hz。,2）最后一轮的动作频率,自动减负荷装置最后一轮的动作频率最好不低于4646.5Hz,3）前后两级动作的频率间隔,前后两级动作的时间间隔是受频率测量元件的动作误差和开关固有跳闸时间限制的。,各轮最佳断开功率的计算,1)系统频率的最后稳定值在最大恢复频率,f,fh.,max.i,与最小恢复频率,f,fh.,min.i,之间,2)（,f,fh.,max.i,f,fh.,min.i,）是正比于ZPJH第,i,次的计算误差的,3)当ZPJH动作后，可能出现的最大误差为最小时，ZPJH就具有最高的选择性。,4),f,fh.,min.,事实上等于特殊轮的动作频率,f,dzts,5)一般情况下，各轮的,f,fh.,max.i,是不同的，而ZPJH的最终计算误差则应按其中最大的计算。根据极值原理，显而易见，要使ZPJH装置的误差为最小的条件是：,f,fh.,max.1,=,f,fh.,max.2,=,f,fh.,max.n,=,f,hf,0,6)各轮恢复频率的最大值,f,hf,0,可考虑如下：当系统频率缓慢下降，并正好稳定在第,i,轮继电器的动作频率,f,dzi,时，第,i,轮继电器动作，并断开了相应的用户功率,P,i,，于是频率回升到这一轮的最大恢复频率,f,hf.,max.,i,。,特殊轮的功用与断开功率的选择,1）第,i,轮动作后，系统频率稳定在低于恢复频率的低 限,f,hf.,min.,i,但又不足使,i,+1轮减负荷装置动作,2）特殊轮的动作频率,f,dzts,=f,hf.,min,3）它是在系统频率已比较稳定时动作的，因此其动作时限可以取系统频率时间常数,T,f,的23倍，一般为1525s,