第十三章_电力系统有功功率平衡和频率[1]

第13章 电力系统有功功率平衡和频率调整13.1 13.2 13.3 13.4

频率调整的必要性 电力系统的频率特性 电力系统的频率调整 有功功率平衡和系统负荷在 各类发电厂间的合理分配

13.1 频率调整的重要性

频率是电能质量的一个重要指标。 频率变化对用电设备及电力系统本身产生不良影响。 为什么要调频？

频率是由发电机转速决定；发电机转速由转子上的转 矩平衡决定；发电机转子转矩平衡受发电机输出功率的影 响；发电机输出功率由负荷决定；系统负荷是时时刻刻变 化的，因此频率也是时时刻刻变化的。

13.1 频率调整的重要性电力系统负荷变化 1—变化幅度很小，变化周期很短 (10S以内)负荷分量 2—变化幅度较大，变化周期较长 (10S~3min)负荷分量 3—变化缓慢的持续变化负荷(作息 制度、生活方式、季节等)。

13.2 电力系统的频率特性13.2.1 系统负荷的有功功率—频率静态特性 负荷的静态频率特性：系统稳态运行时，有功功率负荷随频 率的变化特性。 负荷和频率的关系(负荷的静态频率特性的数学表达式)

PD a0 PDN

a0 a1 a2 a3 1

f f 2 f 3 a1 PDN ( ) a 2 PDN ( ) a3 PDN ( ) fN fN fN

以PDN和fN作为功率和频率的基准值，可得标幺值表示的的负 荷静态频率特性(上式两端同除以PDN)

PD a0 a1 f a2 f 2 a3 f 3

13.2 电力系统的频率特性

当频率偏离额定值不大时，负荷的静态频率特性常表示为一 条直线

节负 效荷 应的 系频 数率 调

PD K D tg fK D PD PDN fN KD f f N PDN

1、KD*的数值取决于全系统各类负荷的比重，不 同系统或同一系统不同时刻， KD*都可能不同。 KD*一般为1~3。

2、KD*的数值通常由试验或计算求得，是调度部门必须掌握的数据。 3、 KD*是无法控制的量(因为负荷是无法控制的)。

例13-1.doc

13.2 电力系统的频率特性13.2.2 发电机的有功功率--频率静态特性 1、调速系统的工作原理 调速：当有功平衡遭到破坏，引起频率变化时，原动机的调 速系统自动改变进汽(水)量，增加或减少发电机的出力。

发电机组有功—频率静态特性：稳态运行时，发电机组有功 出力与频率的关系。 调速器：根据测量环节的工作原理分为机械液压调速系统和 电气液压调速系统。

13.2 电力系统的频率特性

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离心式机械液压调速系统 转速测量元件 放大元件 执行机构 转速控制机构或称同步器 工作原理 有差调节

13.2 电力系统的频率特性

2、发电机组的静态调差系数

f 2 f1 f P2 P P 1 f f N PGN

P PGN fN调差系数也称调差率，可定量 表明某台机组负荷改变时，相应 的转速(频率)偏移。

13.2 电力系统的频率特性

如果2电位额定运行点：P2=PGNf2=fN;点1为空载运行点：P1=0 f1=f0,可得：

f N f0 f0 f N 或 *= PGN fN

13.2 电力系统的频率特性

单位调节功率：调差系数的倒数(或称发电机的功频静特 性系数),表示频率发生单位变化时，发电机输出功率的 变化量。 P

KG

1

1

G

f

K G

fN 1 fN KG PGN PGN*和相应的单位调节功率KG*是可以

1、发电机的调差系数δ 整定的。

2、单位调节功率越大，频率偏移越小。

13.2 电力系统的频率特性13.2.3 电力系统的有功功率—频率静态特性 A点为原始平衡点 假定负荷增加，特性曲线 变化，新的稳定运行点为B。 频率变化量为

f f 2 f1 0

发电机功率输出增量为：

PG KG f

由于负荷的频率调节效应所 产生的负荷功率变化量为

PD K D f

13.2 电力系统的频率特性

负荷功率的实际增量

PD0 PD PD0 K D f频率下降时为负值

实际增量与发电机组的功率增量相平衡

PD0 PD PG

PD0 PG PD ( K G K D ) f K f系统的单位调节功率

13.2 电力系统的频率特性

上式说明：系统负荷增加时，在发电机组功频特性和负荷本 身的调节效应共同作用下达到新的功率平衡。

系统的功率--频率静特性系数(系统的单位调节功率):计 及发电机组和负荷的调节效应时，引起频率单位变化的负荷 变化量。根据K的大小可以确定在允许的频率偏移范围内， 系统所能承受的负荷变化量。

K K G K D PD0 f

13.2 电力系统的频率特性

采用标幺值

K G

PGN PDN PD 0 K D fN fN f

两边同除以 PDN/fN PGN PD 0 PDN PD 0 K G K D PDN f f N f PD 0 K k r K G K D f 备用系数

kr P GN / P DN

13.3 电力系统的频率调整13.2.1 频率的一次调整(一次调频) 假设有n台有调速器的机组并列运行 当系统频率变化Δf时，第i台机组输出功率增量为： PGi K Gi f , (i 1,2, , n)

n台机组输出功率总增量为： PG PGi K Gi f K G fi 1 i 1 n n

n台机组的等值单位调节功率为：K G K Gi K Gi i 1 i 1 n n

PGiN fN

结论：n台机组的单位调节 功率远大于一台机组的单位 调节功率；在输出功率变动 值相同的情况下，多台机组 并列运行时的频率变化比单 台机组独立运行小得多。

1

3.3 电力系统的频率调整

若把n台机组用一台等值机来代表，可求得等值机单位调 节功率标幺值K G

Ki 1

n

Gi GiN

P

PGNn

1 K G

PGN PGiNi 1

i 1

PGN n PGiNi

注意：当某台机组满载运行时，当负荷增加时其单位调 节功率取0。

13.3 电力系统的频率调整

系统频率的一次调整分析K G K Gi K Gi i 1 i 1 n n

PGiN fN

K K G K D PD0 f

PGi f PGiN i

PGiN PGi K Gi f f i i f N 1

f

结论：调差系数越小(单位调节功率越大),机组 增加的有功功率(相对于自身额定值)就越多。

例13-2 例13-3

13.3 电力系统的频率调整13.3.2 频率的二次调 整(二次调频) 1、同步器的工作原理

13.3 电力系统的频率调整2 工频静态特性的平移