第十三章_电力系统的有功功率平衡和频率调整

第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整

13.0

概述

电压是衡量电能质量的一个重要指标 频率也是衡量电能质量的重要指标

13-1: 频率调整的必要性13-2: 电力系统的频率特性 13-3: 电力系统的频率调整 13-4: 有功功率平衡和系统负荷的合理分配

13.1

频率调整的必要性

1、有功功率的基本概念：由发电机的转速决定，相联系统只有一个频率，是一个全局问题，与电压不同。 2、电力系统的频率水平由有功功率平衡决定，在负荷变化时， 如果有功电源充足，能保证用户需要，且具有及时进行调整的 能力，则能保证频率在合理的范围之内，反之，则将出现较大 的频率偏移。

13.1

频率调整的必要性

3、频率的重要性 ① 影响用户产品的质量(异步电动机的转速和输出功率均 与频率有关) ② 影响电子设备的准确性 ③ 对电力系统运行的不良影响 1)对发电机叶片的不良影响，振动 2)f↓,降低给水泵、循环水泵、风机等的出力和效率 (辅助效率和内能) 3)f↓,异步电动机和变压器的励磁电流↑,QL↑,为 Q平衡和电压调整增加困难。 4)互联系统解列 5)发电机解列

13.1

频率调整的必要性

4、允许的频率偏移 严格保证频率不变是不可能的，fN =50HZ,允许的频率偏

移(系统运行频率与额定频率之差):△f =±0.2Hz~±0.5Hz ( ±0.4%fN ~±1%fN ) 5、频率调整的分类 根据负荷变化，电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分为： 一次调频：由发电机调速器进行； 二次调频：由发电机调频器进行； 三次调频：由调度部门根据负荷曲线进行最优分配。 前两种是事后的，第三种是事前的。 一次调频是所有运行中的发电机组都可参加的，取决于发电机组是否 已经满负荷发电。这类 发电厂称为负荷监视厂。 二次调频是由平衡节点来承担。

负荷曲线组成：有功负荷分为三种不同变

化规律的变动负荷，如右图1、2、3所示； 第1种负荷分量：变化幅度小，变化周期短 (一般10秒以内) (调速器：一次调频) 第2种负荷分量：变化幅度较大，变化周期 一般在10s~3min的负荷，如电炉、延压机 械、电气机车，等；(调频器：二次调频) 第3种负荷分量：变化缓慢的持续变动负荷， 由工厂作息制度、居民生活规律、气象条

件等决定：(调度员：日运行方式)

有功功率电源及备用容量 系统有功功率平衡： PG = PL + P 总装机容量：所有发电机的额定 容量之和 系统电源容量：可投入发电设备 的可发功率之和 系统备用容量：系统电源容量大 于发电负荷部分，一般占 最大发电负荷的15%--20%

第二节 电力系统负荷及电源的频率静

态特性一、负荷的频率静态特性 1、负荷性质： 与频率无关 与频率的一次方成正比 与频率的二次方成正比 与频率的三次方成正比 与频率的高次方成正比 —照明、电炉等 —球磨机、卷扬机等 —变压器的涡流损耗等 —通风机、循环水泵等 —静水头阻力大的给水泵

13.2

电力系统的频率特性

1. 负荷的 P–f 静态特性① 负荷静态频率特性：系统处于运行稳态时，系统中有功负荷 随频率的变化特性。各类负荷的频率特性：

f f 2 f 3 PD a0 PDN a1PDN ( ) a2 PDN ( ) a3 PDN ( ) fN fN fN

P a0 a1 f* a f a f , *2 2 * 2 3 *

f f*

fN

a0 a1 a2 a3 1 P PD PDN

13.2

电力系统的频率特性

1. 负荷的 P–f 静态特性② 当频率偏移额定值不大时，用线性方程近似表示负荷静态频 率特性 PD PD K D f

PD K D* f PD PDN fN K D KD f D f N PDN

PDN

KD (KD*):负荷频率调节效应系数(频率调节效应) KD* =1~3(频率下降1 %,负荷有功功率变化 KD* %)

O

fN

f

KD* 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的KD* 都可能不同。 KD* 是调度部门必须掌握的一个数据，是考虑按频率减负荷方案和低频事故时用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。

例13-1

某电力系统中，与频率无关的负荷占30%, 与频率一次方、二次方、三次方成正比的负 荷分别占40%、10%、20%。求系统频率由 50Hz降到48Hz和45Hz时，相应的负荷变化 百分值。

1.频率降为48Hz时, f*=48/50=0.96, 系统的负荷

PD* a0 a1 f* a f a f2 2 *

3 3 * 2 3

0.3 0.4 0.96 0.1 0.96 0.2 0.96 0.953 ΔPD%=4.72. f降为45Hz时, f*=45/50=0.9, 类似计算可得 PD*=0.887 , ΔPD%=11.3

二. 发电机的 P–f 静态特性调速 系统的工作原理

(离心式机械液压调速系统)

转速测量元件

调速器

错油门 油动机 同步器

13.2

电力系统的频率特性 静态特性

二.发电机的 P–f

发电机静态频率特性：系统处于运行稳态时发电机有功功率与 频率的变化关系

PG KG f PG KG f*

f P f P * * GN P* fN

KG ( KG* ):机组单位调节功率，f发生单位变 化时，发电机组输出功率的变化量。 δ(δ*):静态调差系数，调差率(负荷变化1%,频率变化δ*%) 调差系数越小，频率偏移越小！ 发电机的δ(δ*)和KG ( KG* )可以整定，而负荷的KD ( KD* )则不行 P f 1 1 1 fN KG * = 0.04~0.06,KG* = 25 N 16.7 KG ~ 汽轮机：δ G , KG f PGN 水轮机：δ = 0.02 ~ PGN 0.04,K = 50 ~ 25*

G*

13.2

电力系统的频率特性 P–f 静态特性P PG ( f ) ΔPD0 P2 P1 Δ

PD ΔPG PD ( f ) P’D ( f )

三.电力系统的

要确定电力系统的负荷变化引起的频率波动，需要同时考虑负荷 及发电机两者的调节效应。考虑 一台发电机和一个负荷的情况。

假定系统的负荷增加ΔPD0

负荷的实际增量： P PD0 PD G

o

f2

f1

f

( 负荷的实际增量应与发电机组的功率输出的增量相等 )

13.2

电力系统的频率特性 P–f 静态特性K G* K G* PGN P P K D* DN D 0 fN fN f PDN fN

三.电力系统的 PD 0 PG PD

KG f K D f K fK KG K D PD 0 f

PGN PD 0 PDN PD 0* K D* PDN f f N f* PD 0* f* kr PGN PDN

K:系统的 P–f 静特性系数，或系统的单位调节功率，计及发电机 和负荷的共同作用时，引起 f 单位 变化的负荷变化量。

K* KG*kr K D*

备用系数，一般应满足： Kr >1

根据 K 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。 备用容量越大(kr>1) ,系统单位调节功率越大 无备用容量(kr=1) ,发电机单位调节功率为零

电力系统的频率特性

机组满载时的功频静特性P P'D PD PGN A

0

f2

f1

f

有功功率电源应该有一定的备用容量

13-3 电力系统的频率调整

当系统频率变动时,第i台机组的输出功率增量

ΔPG i = -KG i Δf (i=1,2,…,n)n台机组输出功率总增量n n

等值单位调节功率

ΔPG ΔPGi K Gi Δf K G Δfi 1 i 1

在ΔPG相同的条件下，多台机组并列运行时 的频率变化比一台机组运行时的要小。

13-3 电力系统的频率调整 若把n台机组用一台等值机来代替

等值单位调节功率

等值调差系数 …… 此处隐藏：1610字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……