电力系统分析第13章

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1、第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整 13.1 概述概述 13.2 有功功率和频率有功功率和频率 13.3 电力系统频率特性电力系统频率特性 13.4 电力系统频率控制电力系统频率控制 13.5 有功功率平衡有功功率平衡 13.6 小结小结 第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1 概述概述1 1、电力系统频率控制的必要性、电力系统频率控制的必要性 A A 频率对电力用户的影响频率对电力用户的影响 (1)(1) 电力系

2、统频率变化会引起异步电动机电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化转速变化, ,这会使得电动机所驱动的加工这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化工业产品的机械的转速发生变化, ,转速不转速不稳定会影响产品质量稳定会影响产品质量,甚至会出现次品和甚至会出现次品和废品。废品。 第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1 概述概述1 1、电力系统频率控制的必要性、电力系统频率控制的必要性 A A 频率对电力用户的影响频率对电力用户的影响 （2 2）电力系统频率波动会影响某些测量）电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和

3、性能和控制用的电子设备的准确性和性能, ,频频率过低时有些设备甚至无法工作。这对一率过低时有些设备甚至无法工作。这对一些重要工业和国防是不能允许的。些重要工业和国防是不能允许的。 第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1 概述概述1 1、电力系统频率控制的必要性、电力系统频率控制的必要性 A A 频率对电力用户的影响频率对电力用户的影响 （3 3）电力系统频率降低将使电动机的转电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低速和输出功率降低, ,导致其所带动机械的导致其所带动机械的转速和出力降低转速和出力降低, ,影响电力用户设备的正影响电力用户

4、设备的正常运行常运行。 第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1 概述概述1 1、电力系统频率控制的必要性、电力系统频率控制的必要性 A A 频率对电力系统的影响频率对电力系统的影响 （1 1）频率下降时频率下降时, ,汽轮机叶片的振动会汽轮机叶片的振动会变大变大, ,轻则影响使用寿命轻则影响使用寿命, ,重则可能产生裂重则可能产生裂纹。对于额定频率为纹。对于额定频率为50Hz50Hz的电力系统的电力系统, ,当当频率低到频率低到45Hz45Hz附近时附近时, ,某些汽轮机的叶片某些汽轮机的叶片可能因发生共振而断裂可能因发生共振而断裂, ,造成

5、重大事故。造成重大事故。 第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1 概述概述1 1、电力系统频率控制的必要性、电力系统频率控制的必要性 A A 频率对电力系统的影响频率对电力系统的影响 （2 2）频率下降到频率下降到47-48Hz47-48Hz时时, ,火电厂由异步电火电厂由异步电动机驱动的辅机（如送风机）的出力随之下降动机驱动的辅机（如送风机）的出力随之下降, ,从从而使火电厂发电机发出的有功功率下降而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种趋这种趋势如果不能及时制止势如果不能及时制止, ,就会在短时间内使电力系统就会在短时间内使电力系统频率下

6、降到不能允许的程度频率下降到不能允许的程度。这种现象称为频率这种现象称为频率雪山崩雪山崩。出现频率雪崩会造成大面积停电出现频率雪崩会造成大面积停电, ,甚至使甚至使整个系统瓦解整个系统瓦解。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1 概述概述1 1、电力系统频率控制的必要性、电力系统频率控制的必要性 A A 频率对电力系统的影响频率对电力系统的影响 （3 3）在核电厂中在核电厂中, ,反应堆冷却介质泵对反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求供电频率有严格要求。当频率降到一定数当频率降到一定数值时值时, ,冷却介质泵即自动跳开冷却介质泵即自动跳开,

7、,使反应堆停使反应堆停止运行止运行。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1 概述概述1 1、电力系统频率控制的必要性、电力系统频率控制的必要性 A A 频率对电力系统的影响频率对电力系统的影响 （4 4）电力系统频率下降时电力系统频率下降时, ,异步电动机和变压异步电动机和变压器的励磁电流增加器的励磁电流增加, ,使无功消耗增加使无功消耗增加, ,引起系统电引起系统电压下降压下降, ,频率下降还会引起励磁机出力下降频率下降还会引起励磁机出力下降, ,并使并使发电机电势下降发电机电势下降, ,导致全系统电压水平降低。如果导致全系统电压水平降低。

8、如果电力系统原来的电压水平偏低电力系统原来的电压水平偏低, ,在频率下降到一定在频率下降到一定值时值时, ,可能出现所谓电压雪崩现象可能出现所谓电压雪崩现象, ,出现电压雪崩出现电压雪崩也会造成大面积停电也会造成大面积停电, ,甚至使系统瓦解。甚至使系统瓦解。 第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1 概述概述2 2、电力系统有功功率控制的必要性电力系统有功功率控制的必要性 A 维持电力系统频率在允许范围之内维持电力系统频率在允许范围之内 电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机组发出的有功功率总和与

9、系统内所有负有发电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗荷消耗(包括网损包括网损)的有功功率总和之间的平衡来的有功功率总和之间的平衡来维持的。但是电力系统的负荷是时刻变化的维持的。但是电力系统的负荷是时刻变化的,从而从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内许范围之内 ，就是要及时调节系统内并联运行机，就是要及时调节系统内并联运行机组有功功率。组有功功率。 第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1 概述概述2 2、电力系统有功功率控制的必要性电力系统有功功率控制的必要性 B 提高电力系

10、统运行的经济性提高电力系统运行的经济性 当系统频率在额定值附近时，虽然频率当系统频率在额定值附近时，虽然频率满足要求，但没有说明哪些机组参与并联满足要求，但没有说明哪些机组参与并联运行，并联运行的机组各应该发多少有功运行，并联运行的机组各应该发多少有功功率。电力系统有功功率控制的任务之一功率。电力系统有功功率控制的任务之一就是要解决这个问题。这就是电力系统经就是要解决这个问题。这就是电力系统经济调度问题。济调度问题。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1 概述概述2 2、电力系统有功功率控制的必要性电力系统有功功率控制的必要性 C 保证联合电

11、力系统的协调运行保证联合电力系统的协调运行 电力系统的规模在不断地扩大电力系统的规模在不断地扩大,已经出现已经出现了将几个区域电力系统联在一起组成的联合了将几个区域电力系统联在一起组成的联合电力系统，有的联合电力系统实行分区域控电力系统，有的联合电力系统实行分区域控制，要求不同区域系统间交换的电功率和电制，要求不同区域系统间交换的电功率和电量按事先约定的协议进行。这时电力系统有量按事先约定的协议进行。这时电力系统有功功率控制要对不同区域系统之间联络线上功功率控制要对不同区域系统之间联络线上通过的功率和电量实行控制。通过的功率和电量实行控制。 第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电

12、力系统的有功功率平衡和频率调整13.1 概述概述3 3、本章的主要内容、本章的主要内容 为什么P和f联系起来 有功功率平衡 调频原理 调频方法和措施第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.2 有功功率和频率有功功率和频率1 1、基本概念、基本概念 电力系统的频率由发电机的转速电力系统的频率由发电机的转速决定，相联系统只有一个频率，决定，相联系统只有一个频率，是一个全局问题，与电压不同。是一个全局问题，与电压不同。 第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.2 有功功率和频率有功功率和频率2 2、频率、

13、频率n额定频率：额定频率：50Hzn频率偏移：系统运行频率与额定频率偏移：系统运行频率与额定频率之差。频率之差。 第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.2 有功功率和频率有功功率和频率 3、 电力系统的频率水平由有功功率平电力系统的频率水平由有功功率平衡决定，如果有功电源充足，能保证用衡决定，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，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。则将出现较大的频率偏移。 第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡

14、和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3 电力系统频率特性电力系统频率特性 1 1、发电机组和电力系统等效发电机组的、发电机组和电力系统等效发电机组的 功率频率静态特性功率频率静态特性 OPGPG2PG1ff1f212发电机组的发电机组的功功率频率静态特率频率静态特性如右图，当性如右图，当功率增加到其功率增加到其额定功率时，额定功率时，输出功率不随输出功率不随频率变化。频率变化。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3 电力系统频率特性电力系统频率特性1 1、发电机组和电力系统等效发电机组的、发电机组和电力系统等效发电机组的 功率频率

15、静态特性功率频率静态特性 OPGPG2PG1ff1f212等效发电机组等效发电机组的的功率频率静功率频率静态特性如右图态特性如右图所示，它跟所示，它跟发发电机组的电机组的功率功率频率静态特性频率静态特性相似。相似。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3 电力系统频率特性电力系统频率特性1 1、发电机组和电力系统等效发电机组的、发电机组和电力系统等效发电机组的 功率频率静态特性功率频率静态特性 由此可见，由此可见，发电机组和等效发电机组的发电机组和等效发电机组的功率频率功率频率静态特性都是向下倾斜的，其程度用调差系数表示：静态特性都是向下倾斜的

16、，其程度用调差系数表示： fPKfPKPfGGGGG11第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3 电力系统频率特性电力系统频率特性2 2、电力系统综合负荷的静态频率特性、电力系统综合负荷的静态频率特性 电力系统综合负荷由各种各样的负荷组电力系统综合负荷由各种各样的负荷组成。这些负荷吸取的有功功率有的与频率无成。这些负荷吸取的有功功率有的与频率无关，有的与频率的一次方成正比，有的与频关，有的与频率的一次方成正比，有的与频率的二次方成正比，有的与频率的更高次方率的二次方成正比，有的与频率的更高次方成正比。成正比。 第十三章第十三章 电力系统的有功功

17、率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3 电力系统频率特性电力系统频率特性综合负荷与频率的关系可表示成：综合负荷与频率的关系可表示成： 1210*2*2*102210neLeLLnnLneLeneLeeLeLeLaaaafffPPPfafafaaPffPaffPaffPaPaP第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3 电力系统频率特性电力系统频率特性2 2、电力系统综合负荷的静态频率特性、电力系统综合负荷的静态频率特性 在额定频率附近，负荷的静态频率特性近在额定频率附近，负荷的静态频率特性近似为直线似为直线PLOfPL1f1负荷

18、的静态频率特负荷的静态频率特性曲线的斜率称为性曲线的斜率称为负荷的频率调节效负荷的频率调节效应系数。应系数。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3 电力系统频率特性电力系统频率特性负荷的频率调节效应系数记为负荷的频率调节效应系数记为K KL L*fPKfPKLLLL第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3 电力系统频率特性电力系统频率特性3 3、电力系统的频率特性、电力系统的频率特性 电力系统主要由发电机、输电网络和负荷组成。电力系统主要由发电机、输电网络和负荷组成。如果把输电网络的损耗看成负

19、荷的一部分，则电力如果把输电网络的损耗看成负荷的一部分，则电力系统是由两个环节组成的闭环系统。发电机组的功系统是由两个环节组成的闭环系统。发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性的交点就是电力率频率特性和负荷的功率频率特性的交点就是电力系统的频率的稳定运行点。系统的频率的稳定运行点。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3 电力系统频率特性电力系统频率特性3 3、电力系统的频率特性、电力系统的频率特性 OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2如图，当等效发如图，当等效发电机运行在特性电机运行在特性G1，综合负荷特，综合负荷特性为

20、性为L1时，系统时，系统运行在运行在a点，系点，系统频率为统频率为f1。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.3 电力系统频率特性电力系统频率特性3 3、电力系统的频率特性、电力系统的频率特性 OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2当系统负荷增加，综当系统负荷增加，综合负荷特性为合负荷特性为L2时，时，如果不改变发电机调如果不改变发电机调速系统的设定值，等速系统的设定值，等效发电机特性仍然为效发电机特性仍然为G1, 系统运行在系统运行在b点，点，系统频率为系统频率为f2。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统

21、的有功功率平衡和频率调整13.3 电力系统频率特性电力系统频率特性3 3、电力系统的频率特性、电力系统的频率特性 OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2如果当系统负荷增加，综如果当系统负荷增加，综合负荷特性变为合负荷特性变为L2时，改时，改变发电机调速系统的设定变发电机调速系统的设定值，等效发电机特性变为值，等效发电机特性变为G2, 则系统运行在则系统运行在c点，系点，系统频率回到统频率回到f1。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4 电力系统频率调整电力系统频率调整 1 1、电力系统频率的一次调整、电力系统频率的一次调整 O

22、PPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2当系统负荷增加，综合负荷当系统负荷增加，综合负荷特性为特性为L2时，发电机调速时，发电机调速系统的设定值不变，等效发系统的设定值不变，等效发电机特性仍然为电机特性仍然为G1, 系统运系统运行在行在b点，系统频率为点，系统频率为f2。这种由发电机特性和负荷调这种由发电机特性和负荷调节效应共同承担系统负荷变节效应共同承担系统负荷变化使系统运行在另一频率的化使系统运行在另一频率的频率调整称为频率的一次调频率调整称为频率的一次调整。整。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4 电力系统频率调整电力系统

23、频率调整1 1、电力系统频率一次调整、电力系统频率一次调整 OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2 对于右图，频率一次对于右图，频率一次调整的结果：调整的结果：发电机有功功率增加了发电机有功功率增加了PL2-PL1，负荷调节效应，负荷调节效应是负荷少吸收有功功率是负荷少吸收有功功率为为PL3-PL2，系统频率降，系统频率降低到低到f2。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4 电力系统频率调整电力系统频率调整1 1、电力系统频率一次调整、电力系统频率一次调整 当系统负荷减少时，频率的一次调整过当系统负荷减少时，频率的一次调整过程

24、与上述相反。即系统频率升高，发电机有程与上述相反。即系统频率升高，发电机有功功率减少，负荷调节效应使负荷吸取的有功功率减少，负荷调节效应使负荷吸取的有功功率相对于原频率下的功率有所增加。功功率相对于原频率下的功率有所增加。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4 电力系统频率调整电力系统频率调整2 2、电力系统频率二次调整、电力系统频率二次调整 OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2当系统负荷变化较大，当系统负荷变化较大，频率的一次调整结果，频率的一次调整结果，系统频率过高或过低时系统频率过高或过低时，需要改变发电机调速，需要改

25、变发电机调速系统的设定值，使系统系统的设定值，使系统频率恢复到规定范围内频率恢复到规定范围内。对于右图，等效发电。对于右图，等效发电机特性变为机特性变为G2, 系统频系统频率回到率回到f1。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4 电力系统频率调整电力系统频率调整2 2、电力系统频率二次调整、电力系统频率二次调整 当系统负荷变化较大，通过改变当系统负荷变化较大，通过改变发电机调速系统的设定值使系统频率发电机调速系统的设定值使系统频率恢复到规定范围内的频率调整称为频恢复到规定范围内的频率调整称为频率的二次调整。率的二次调整。第十三章第十三章 电力

26、系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4 电力系统频率调整电力系统频率调整2 2、电力系统频率二次调整、电力系统频率二次调整 电力系统频率的二次调整任务是电力系统频率的二次调整任务是由调频发电厂中的发电机组承担的。由调频发电厂中的发电机组承担的。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4 电力系统频率调整电力系统频率调整3 3、电力系统有功功率调整（频率的三次调整）、电力系统有功功率调整（频率的三次调整） 在频率的三次调整之前，让我们在频率的三次调整之前，让我们先看看电力系统负荷的变化情况。先看看电力系统负荷的变化情况

27、。 见下图见下图第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4 电力系统频率调整电力系统频率调整3 3、电力系统有功功率调整、电力系统有功功率调整 （频率的三次调整）（频率的三次调整）负荷总的变化情况负荷总的变化情况 随机分量随机分量 脉冲分量脉冲分量 持续分量持续分量第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4 电力系统频率调整电力系统频率调整3 3、电力系统有功功率调整（频率的三次调整）、电力系统有功功率调整（频率的三次调整） 由上图可见，总的负荷可分成三个部分：由上图可见，总的负荷可分成三个部分：

28、随机分量随机分量 脉冲分量脉冲分量 持续分量持续分量一次调频一次调频一、二次调频一、二次调频发电计划加二次调频发电计划加二次调频第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4 电力系统频率调整电力系统频率调整3 3、电力系统有功功率调整（频率的三次调整）、电力系统有功功率调整（频率的三次调整） 负荷的持续分量，调度部门用日负荷曲负荷的持续分量，调度部门用日负荷曲线来描述。日负荷曲线示例如下：线来描述。日负荷曲线示例如下：GieiGieGGeGGeeGGeGGGGGGGGPfPPfPPfPfffffPPPPPPPPPP*2*221*1112*222*1

29、11222111111第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4 电力系统频率调整电力系统频率调整3 3、电力系统有功功率调整（频率的三次调整）、电力系统有功功率调整（频率的三次调整） 从以上日负荷曲线可看到，把负荷分成从以上日负荷曲线可看到，把负荷分成基荷和峰荷。相应地，调度部门把发电厂分基荷和峰荷。相应地，调度部门把发电厂分为三类：为三类： 带基荷发电厂带基荷发电厂 调峰发电厂调峰发电厂 调频发电厂调频发电厂第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4 电力系统频率调整电力系统频率调整3 3、电力

30、系统有功功率调整（频率的三次调整）、电力系统有功功率调整（频率的三次调整） 调度部门按日负荷曲线把发电计划下发到调度部门按日负荷曲线把发电计划下发到各类发电厂，计划发电计划与实际负荷不可各类发电厂，计划发电计划与实际负荷不可能完全一致，其差值称为计划外负荷。计划能完全一致，其差值称为计划外负荷。计划外负荷由调频厂承担。外负荷由调频厂承担。 第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.4 电力系统频率调整电力系统频率调整3 3、电力系统有功功率调整（频率的三次调、电力系统有功功率调整（频率的三次调整）整） 由此可见，调度部门使用发电计划来由此可见，调度

31、部门使用发电计划来解决大部分有功功率平衡问题的。解决大部分有功功率平衡问题的。 第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.5 电力系统有功功率平衡及负荷电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配的合理分配1 1、有功电源、有功电源 发电厂是目前电力系统唯一的有功功率电源。发电厂是目前电力系统唯一的有功功率电源。 （1）火力发电厂：总容量一半以上。）火力发电厂：总容量一半以上。l燃油火力发电厂燃油火力发电厂l燃汽火力发电厂燃汽火力发电厂l燃烧火力发电厂效率高容量大燃烧火力发电厂效率高容量大l低温低压（低温低压（450，35大气压）大气压）l中温中压（中温中

32、压（520，100大气压）大气压）l高温高压（高温高压（550，180大气压）大气压）l超临界机组超临界机组 (575，200以上以上)（2）热力发电厂：发电）热力发电厂：发电+供热供热 强迫出力：为保证供热而必须发出的有强迫出力：为保证供热而必须发出的有功功率。功功率。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.5 电力系统有功功率平衡及电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配负荷的合理分配（3） 水力发电厂水力发电厂l多年调节库容水力发电厂多年调节库容水力发电厂l日调节库容水力发电厂日调节库容水力发电厂l径流式库容水力发电厂径流式库容水力发电厂l抽水

33、蓄能库容水力发电厂抽水蓄能库容水力发电厂（4） 核能发电厂核能发电厂第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.5 电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配水电厂强迫出力Fig 13.1热电厂强迫出力核电厂高效率大机组火电厂中温中压凝气式火电厂中温中压火电厂水电厂可调功率抽头蓄能基荷峰荷第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.5 电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配2、 有功功率负荷有功功率负荷 有功功率负荷随天气、季节、每天的时间、天

34、有功功率负荷随天气、季节、每天的时间、天气气,人们的生活工作习惯等变化，以各种负荷曲人们的生活工作习惯等变化，以各种负荷曲线来反映，是电力调度部门的重要依据。线来反映，是电力调度部门的重要依据。 Fig13.1中中基荷：日负荷曲线最低点以下部分，基荷：日负荷曲线最低点以下部分，峰荷：基荷与最大负荷之间的部分。峰荷：基荷与最大负荷之间的部分。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.5 电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配2、 有功功率负荷有功功率负荷 实际负荷变化的特点实际负荷变化的特点 实际负荷变化由三种成分构

35、成：实际负荷变化由三种成分构成：n变化幅度很小，变化周期最短（一般为变化幅度很小，变化周期最短（一般为10S以内），以内），一般由中小型用电设备的投入切除引起，带有很大的一般由中小型用电设备的投入切除引起，带有很大的随机性。随机性。n变化幅度较大，变化周期较短（变化幅度较大，变化周期较短（10S-3m），一般为），一般为轧钢机等的较大的间断性负荷；轧钢机等的较大的间断性负荷；n变化缓慢权的持续变化部分，由人们的作息制度、生变化缓慢权的持续变化部分，由人们的作息制度、生活习惯、天气等决定。活习惯、天气等决定。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整3、两

36、并联机组的有功功率分配见Fig13.1基本原则：l基荷由具有强迫功率，不可调功率或高效率的热力发电厂，电力发电厂，核能发电厂，迳流式水力发电厂，泄洪灌溉等水力发电厂等承担。l峰荷由有调节水库的水力发电厂，燃气轮机发电厂和中温中压火力发电厂等承担。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整3、两并联机组的有功功率分配f1f2PG1 PG2PG1 PG2PG1 PG1 PG2 PG2GieiGieGGeGGeeGGeGGGGGGGGPfPPfPPfPfffffPPPPPPPPPP*2*221*1112*222*111222111111并联运行机组所调节的有功

37、功率与频率变化和机组额定容量成正比，与机组调差系数成反比第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整如何求解f*miGiemiGieGimiGiemiiGieDGDmiiGiemiGieDmiGieGDemiiGiemiGiGDGDeGDGDGDDPPKPPKPPPPPfPPPPPPf11*11*1*1*11*1*1注意：若某台机组已经没有调节容量，则取i*=, KGi0第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整如何求解f*)(fPKKKKPPKKKKKfKfKKfKfKPPPLLrGDLLeGDeGDSLGDSSL

38、GDLGDLGDL为系统的单位调节功率 第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.5 电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配4、 有功功率电源的备用有功功率电源的备用 为满足预计外的负荷需求和负荷变化，需要以下几种备用：为满足预计外的负荷需求和负荷变化，需要以下几种备用：负荷备用：为满足负荷波动和计划外增加的负荷而设置的备负荷备用：为满足负荷波动和计划外增加的负荷而设置的备用（最大负荷的用（最大负荷的3-5%）。）。事故备用：在电力系统中发电设备发生偶然故障时，为保证事故备用：在电力系统中发电设备发生偶然故障时，为

39、保证向用户正常供电而设置的备用。（向用户正常供电而设置的备用。（5%10%，最大单最大单机容量）机容量）检修备用：为发电设备的定期检修及设置的备用。检修备用：为发电设备的定期检修及设置的备用。国民经济备用：考虑到国民经济超计划增长而设置的备用。国民经济备用：考虑到国民经济超计划增长而设置的备用。l热备用：所有发电机组最大可能出力之和与该时刻总负热备用：所有发电机组最大可能出力之和与该时刻总负荷的差值，（根据需要随时可以投入的备用）荷的差值，（根据需要随时可以投入的备用） 热备用包括部分事故备用和全部负荷备用。热备用包括部分事故备用和全部负荷备用。l冷备用：处于待机状态，但设备完好，随时可以启动

40、的冷备用：处于待机状态，但设备完好，随时可以启动的发电设备。发电设备。第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整13.6 小结小结第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整选讲内容1：AGC（Automation Generation Control）n目的是使电力系统的出力与负荷相适应，保持频率额定和通过联络线的交换功率等于计划值，并尽可能实现机组（电厂）间负荷的经济分配第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整AGC的基本目标n使全系统的出力与负荷相匹配n将电力系统的频率

41、偏差调节到0，保持系统频率为额定值n控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，实现各区域内有功功率的平衡n在区域各个电厂间进行负荷的经济分配 第二、三个目标也称为LFC第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整AGC的一般过程跟踪控制调节控制机组控制发电计划调速器气轮机负荷预测机组组合水电计划交换计划电力系统发电计划区域控制误差机组分组dfPG第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整区域控制误差区域控制误差 ACEi=b bidf+dPT,I联络线和频率偏差控制（联络线和频率偏差控制（TBC）恒定功率控制（恒定功率

42、控制（CFC）恒定净交换功率控制（恒定净交换功率控制（CNIC）第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整AGC对机组功率的分配对机组功率的分配nAGC对机组公里的分配包括两个部分：n按经济调度原则分配计划负荷和计划外负荷，送出基点功率值；n将消除误差式区域控制误差所需要的调节功率PR分配给机组第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整AGC与其他应用软件的关系与其他应用软件的关系机组组合发电计划水电计划负荷预测AGC交换计划安全约束调度状态估计最优潮流计划限制潮流网损修正第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和

43、频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整自学内容1： 自动低频减负荷概述 电力系统频率控制是关系电力系统全局的控制问题.在电力系统事故情况下,当采取各种措施之后仍然不能制止频率下降时,则由低频减载装置自动的切除一部分负荷来达到目的,这就是自动低频减负荷,也称自动低频减载.第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统频率的动态特性 电力系统频率动态特性主要由系统所有的转动机械决定.由于旋转机械的转动惯量及其距离故障点的电气距离的不同,在系统故障时,系统中各结点(母线)的频率动态特性是不同的. 各结点的频率fi将在系统平均频率fx附近变化,但偏离的数值

44、不大.因此,可以用fx代替fi并将系统看成一台等值发电机组来研究fx随时间的变化.第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统频率的动态特性 系统中每台发电机组的转子运动方程: 经验表明,虽然电力系统中电动机的数量远比发电机多,但它们的等效转动惯量却远小于发动机组.故可以只考虑发电机组的转动惯量. 现在取系统所有的发电机的额定功率总和PGe为功率的基准值,则有*LiTiiJiPPdtdTniGeieLiniGeieTiiniGeieJiPSPPSPdtdPST1*1*1第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调

45、整电力系统频率的动态特性考虑到可以近似认为fi=fx,上式中i*可以用X*代替,则 *LXXPPdtdTTieniJiGeXSTPT11ieniTGeTSPPP1*1ieniLGeLSPPP1*1niGieGePP1第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统频率的动态特性由于有 以上即系统等值机的频率变化方程式。该方程式没有考虑负荷的频率调节效应dtfddtddtddtdXeXeX*)(*LTXPPdtfdT第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统频率的动态特性若考虑负荷的频率调节效应：将功率基准

46、换算成为PLe：fKPLL*1)(1qeLXTLeTLLLeGeXLeTLLeGeXLLeGeLeLeGeTLeGeXPKfdtfdTPPKfdtfdKPPTPPfKdtfdPPTPPPPPPPdtfdPPT第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统频率的动态特性电力系统频率的动态特性如图所示.该特性为一指数下降曲线,频率下降的稳态值与功率缺额成正比.第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整自动低频减负荷的基本原理第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整自动低频减

47、负荷装置 自动低频减负荷装置控制的是整个系统的频率,而不是系统内某一台发电机组的运行参数,因此ZDPJ装置分散安装在电力系统的各个变电站之中,由它们共同作用来阻止系统频率下降.第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整自动低频减负荷装置第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整自动低频减负荷装置的整定计算(一)确定最大功率缺额Pqe 发生严重事故时,为了保证系ZDPJ装置动作切除负荷后能使得系统频率恢复到允许值,在计算接入ZDPJ装置的负荷功率之前,必须先确定系统发生故障时功率缺额的最大值.确定最大功率缺额应该考虑

48、系统最不利运行方式下出现最严重故障时的情况.第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整自动低频减负荷装置的整定计算(二)确定接入ZDPJ装置的负荷中功率PJH当系统出现Pqe时,如果ZDPJ不动作,系统频率会稳定在f ;如果切除的负荷功率等于Pqe,则系统的频率会恢复到fe.为了尽量少的切除负荷.并不要求ZDPJ动作使系统频率恢复到fe,只要恢复到允许频率fy.即fy fe.*fPPPPfPKJHLeJHqeLL*1fKPfKPPLLeLqeJHeyefffF*第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整确定接入ZD

49、PJ装置的负荷中功率PJH例13-1 某系统的负荷额定功率PLe=1000MW系统可能出现的最大功率缺额为218MW,设负荷调节效应系数为KL*=2,自动低频减负荷装置动作后,希望频率恢复到fY=48Hz.求接入自动低频减负荷装置的负荷总功率PJH.解:04. 0504850*eyefffFMWfKPfKPPLLeLqeJH15004. 021100004. 022181*第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整(三)确定各级(轮)的动作频率 目前自动低频减负荷均采用按系统频率由高到低顺序切除负荷的方法.根据启动频率的不同,将自动低频减负荷装置的动作分

50、为若干级. 为了确定ZDPJ装置的级数,应确定装置的第一级动作频率、最末一级动作频率和相邻两级的动作频率的级差.第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整确定各级(轮)的动作频率n确定第一级动作频率f1 一般第一级动作频率整定在48.549.0Hz.n确定末级动作频率fn 末级动作频率以不低于4646.5Hz为宜n确定频率级差 f 对于电磁式频率继电器, f可取0.5Hz.对于数字式频率继电器,可取0.3Hz.第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整确定各级(轮)的动作频率 缩小级差,增加级数,减少每级切除负荷功

51、率的方法已成为自动低频减负荷的一种趋势.(四)确定动作级数N 在确定首、末级动作频率f1、fn和频率级差f之后,动作级数N由下式确定:11fffNn第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整(五)确定每级切除的负荷功率 pi 右图是ZDPJ装置第i-1级动作切除负荷之后系统频率继续下降时的频率动态特性曲线.第i-1级动作切除负荷后频率继续下降可能有三种情况.第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整确定每级切除的负荷功率 pi当第i-1级动作切除负荷之后,由负荷的频率调节效应调节的功率为 Pi+ Phi,根据负荷频

52、率调节效应系数KL*的定义,有: 将上式的功率写成以系统总负荷功率PLe为基准值的标么值,有 *11fKffKPPPPLeiLikkLehii)1 (11*ikkiLhiiPfKPP第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整确定每级切除的负荷功率 pi当第i级切除负荷Pi以后,系统频率稳定在fh,这时由负荷频率调节效应调节的功率为Phi.根据负荷频率调节效应系数KL*的定义,有:将上式中的功率PLe换成以为基准值的标么值,有 *1hLehLikkLehifKffKPPP)1 (1*ikkhLhiPfKP第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电

53、力系统的有功功率平衡和频率调整确定每级切除的负荷功率 pi)1 ()1 (11*1*ikkiLikkhLiPfKPfKP)1 ()1 (11*11*ikkiLikikhLiPfKPPfKP*11*1)()1 (hLhiLikkifKffKPPeieiffff/ )(*ehehffff/ )(*第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整(六)确定延时 t 为了尽快制止频率下降,在系统频率下降到ZDPJ装置的动作值时应尽快切除负荷.但考虑到电力系统电压急剧下降期间有可能引起频率继电器误动作,造成误切负荷,所以在ZDPJ装置的基本级中增加了一个延时 t,以躲过暂态过程可能出现的误动作. t一般取0.5s以下.第十三章第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整电力系统的有功功率平衡和频率调整(七)确定特殊级的有关参数 特殊级的动作频率通常只有一个,其整定值ft应大于或者等于第一级的动作频率. 特殊级时通过动作延时实现与基本级间动作的选择性.只有在基本级动作不能使系统频率恢复到希望的频率时,特殊级的执行继电器才能动作. 对特殊级的总功率应按最不利的情况来考虑,即ZDPJ装置切除负荷后系统频率稳定在允许的最低值.