電力系統(tǒng)分析5.2

1、第五章第五章 電力系統(tǒng)有功功率平衡和頻率調(diào)整電力系統(tǒng)有功功率平衡和頻率調(diào)整 v5.1 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡 v5.2 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整 頻率調(diào)整的必要性頻率調(diào)整的必要性 互聯(lián)交流電力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時具有互聯(lián)交流電力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時具有同一頻率同一頻率。當(dāng)系。當(dāng)系 統(tǒng)中出現(xiàn)有功功率不平衡時統(tǒng)中出現(xiàn)有功功率不平衡時, ,如有功功率電源不足或負(fù)如有功功率電源不足或負(fù) 荷增大時荷增大時, ,將會引起系統(tǒng)頻率下降將會引起系統(tǒng)頻率下降, ,反之反之, ,將造成頻率升將造成頻率升 高。高。 電力系統(tǒng)許多電力系統(tǒng)許多用電設(shè)備的運(yùn)行狀況與頻率關(guān)系密切用電設(shè)備的運(yùn)行狀況與頻率關(guān)系密切, ,頻頻 率變化率變化

2、對發(fā)電廠和電力系統(tǒng)本身對發(fā)電廠和電力系統(tǒng)本身的正常運(yùn)行也有影響。的正常運(yùn)行也有影響。 由于電力負(fù)荷的不確定性和多變性由于電力負(fù)荷的不確定性和多變性, ,為了保證頻率偏移為了保證頻率偏移 在規(guī)定范圍內(nèi)在規(guī)定范圍內(nèi), ,必須不斷調(diào)節(jié)有功功率電源的輸出。這必須不斷調(diào)節(jié)有功功率電源的輸出。這 就是就是頻率調(diào)整頻率調(diào)整的內(nèi)容的內(nèi)容 。 保證頻率質(zhì)量的保證頻率質(zhì)量的首要條件首要條件: :系統(tǒng)中有充足的有功備用。系統(tǒng)中有充足的有功備用。 5.2 5.2 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整 1 1、定義、定義: : 負(fù)荷負(fù)荷 與用戶的生產(chǎn)狀態(tài)有關(guān)與用戶的生產(chǎn)狀態(tài)有關(guān) 與頻率無關(guān)與頻率無關(guān)照明、電爐等照明、電

3、爐等 與接入點(diǎn)系統(tǒng)電壓有關(guān)與接入點(diǎn)系統(tǒng)電壓有關(guān) 與系統(tǒng)頻率有關(guān)與系統(tǒng)頻率有關(guān)僅考慮頻率因素僅考慮頻率因素 假設(shè)不變假設(shè)不變 2 2、負(fù)荷性質(zhì)、負(fù)荷性質(zhì): : 與頻率的一次方成正比與頻率的一次方成正比球磨機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等球磨機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等 與頻率的二次方成正比與頻率的二次方成正比變壓器的渦流損耗等變壓器的渦流損耗等 與頻率的三次方成正比與頻率的三次方成正比通風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵等通風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵等 與頻率的高次方成正比與頻率的高次方成正比靜水頭阻力大的給水泵靜水頭阻力大的給水泵 一、負(fù)荷的有功功率一、負(fù)荷的有功功率頻率靜特性頻率靜特性 綜合負(fù)荷的頻率特性取決負(fù)荷的性質(zhì)綜合負(fù)荷的頻率特性取決負(fù)荷的性質(zhì) 負(fù)荷的

4、頻率特性負(fù)荷的頻率特性不可整定不可整定 通常在通常在額定頻率額定頻率處將負(fù)荷特性處將負(fù)荷特性線性化線性化 v負(fù)荷的頻率特性負(fù)荷的頻率特性 f L P N f LN P 綜合負(fù)荷的額定功率綜合負(fù)荷的額定功率 負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率 物理意義: :反映系統(tǒng)頻率變反映系統(tǒng)頻率變 化時負(fù)荷吸收功率的變化化時負(fù)荷吸收功率的變化, , 表征了負(fù)荷對頻率的自然表征了負(fù)荷對頻率的自然 調(diào)節(jié)作用。調(diào)節(jié)作用。 LN P fKPP LLL 0 時負(fù)荷吸收的有功功率 NLN fP def tg f P K L L 標(biāo)幺值負(fù)荷單位調(diào)節(jié)功率標(biāo)幺值負(fù)荷單位調(diào)節(jié)功率 v 不能整定不能整定, ,當(dāng)負(fù)載的性質(zhì)相同時

5、當(dāng)負(fù)載的性質(zhì)相同時 , , 與負(fù)荷容量無與負(fù)荷容量無 關(guān)關(guān) v綜合負(fù)荷綜合負(fù)荷 LN N L N LNLL L P f K ff PP f P K / / * * * *L K *L K 5 . 1 * L K f L P N f 1LN P 2LN P )( 2 fPL )( 1 fPL 1 2 1 2 1 LN LN L L P P K K 若負(fù)荷性質(zhì)不變?nèi)糌?fù)荷性質(zhì)不變 關(guān)于關(guān)于KL*的的幾點(diǎn)說明幾點(diǎn)說明: 負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)表征負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)特性負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)表征負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)特性,即即 表征隨著頻率的升高或降低負(fù)荷消耗功率增加或減少的表征隨著頻率的升高或降低負(fù)荷消耗功率增加

6、或減少的 多少。多少。 負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)是不能控制的負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)是不能控制的,其大小取決于其大小取決于 全系統(tǒng)各類負(fù)荷所占的比重全系統(tǒng)各類負(fù)荷所占的比重,不同系統(tǒng)或同一系統(tǒng)不同時不同系統(tǒng)或同一系統(tǒng)不同時 刻的刻的KL*值可能不同。在實(shí)際系統(tǒng)中值可能不同。在實(shí)際系統(tǒng)中, 一般取一般取13。 負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)是反映系統(tǒng)進(jìn)行一次調(diào)整性負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)是反映系統(tǒng)進(jìn)行一次調(diào)整性 能的一個重要數(shù)據(jù)能的一個重要數(shù)據(jù),它是調(diào)度部門確定按頻率減負(fù)荷方案它是調(diào)度部門確定按頻率減負(fù)荷方案 以及低頻事故切負(fù)荷來恢復(fù)頻率的計算依據(jù)。以及低頻事故切負(fù)荷來恢復(fù)頻率的計算依據(jù)。 二、發(fā)電機(jī)組的有功

7、功率二、發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜特性頻率靜特性 發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的調(diào)整是由原動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的調(diào)整是由原動機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn) 的。的。 通常把由于頻率變化而引起發(fā)電機(jī)組輸出功率變化通常把由于頻率變化而引起發(fā)電機(jī)組輸出功率變化 的關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)組的功率的關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性或調(diào)節(jié)特性。頻率特性或調(diào)節(jié)特性。 1. 自動調(diào)速系統(tǒng)自動調(diào)速系統(tǒng) 檢測部件檢測部件（離心飛擺）（離心飛擺） 放大部件放大部件（錯油門）（錯油門） 執(zhí)行部件執(zhí)行部件（油動機(jī)）（油動機(jī)） 轉(zhuǎn)速控制部件轉(zhuǎn)速控制部件（調(diào)頻器）（調(diào)頻器） 說明說明:調(diào)速器由前三者組成調(diào)速器由前三者組成,完成頻完成頻 率的一次調(diào)整率

8、的一次調(diào)整;調(diào)頻器加入轉(zhuǎn)速控制調(diào)頻器加入轉(zhuǎn)速控制 部件部件,完成頻率的二次調(diào)整。完成頻率的二次調(diào)整。 圖圖5-7 離心飛擺式調(diào)速系統(tǒng)示意圖離心飛擺式調(diào)速系統(tǒng)示意圖 v頻率的頻率的“一次調(diào)整一次調(diào)整”作用作用 原動機(jī)主軸帶動套筒原動機(jī)主軸帶動套筒, ,套筒帶動飛擺轉(zhuǎn)動套筒帶動飛擺轉(zhuǎn)動 機(jī)組負(fù)荷增大機(jī)組負(fù)荷增大, ,轉(zhuǎn)速下降轉(zhuǎn)速下降, ,飛擺向轉(zhuǎn)軸靠攏飛擺向轉(zhuǎn)軸靠攏, , A點(diǎn)點(diǎn) 下移到下移到A 點(diǎn) 點(diǎn) 油動機(jī)活塞兩邊油壓相等油動機(jī)活塞兩邊油壓相等, ,B B點(diǎn)不動點(diǎn)不動, ,杠桿杠桿ABAB 繞繞B 點(diǎn)逆時針轉(zhuǎn)動到點(diǎn)逆時針轉(zhuǎn)動到A B 調(diào)頻器不動時調(diào)頻器不動時,D點(diǎn)不動點(diǎn)不動, ,杠桿杠桿DE繞

9、繞D點(diǎn)順時點(diǎn)順時 針針 轉(zhuǎn)動到轉(zhuǎn)動到DE 錯油門活塞下移使油管錯油門活塞下移使油管a、b的小孔開啟的小孔開啟, ,壓力油壓力油 經(jīng)經(jīng)b進(jìn)入油動機(jī)活塞下部進(jìn)入油動機(jī)活塞下部, ,活塞上部的油經(jīng)活塞上部的油經(jīng)a流入流入 錯油門上部錯油門上部 油動機(jī)活塞向上移動油動機(jī)活塞向上移動, ,使汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)汽門或水使汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)汽門或水 輪機(jī)的導(dǎo)向葉片開度增大輪機(jī)的導(dǎo)向葉片開度增大, ,增加進(jìn)汽量或進(jìn)水量。增加進(jìn)汽量或進(jìn)水量。 同時同時, ,杠桿杠桿AB繞繞A逆時針轉(zhuǎn)動逆時針轉(zhuǎn)動, ,提升提升C點(diǎn)使油管點(diǎn)使油管a、 b的小孔重新堵住的小孔重新堵住, ,油動機(jī)活塞停止移動。油動機(jī)活塞停止移動。 進(jìn)汽或進(jìn)水量增

10、加進(jìn)汽或進(jìn)水量增加, ,機(jī)組轉(zhuǎn)速上升機(jī)組轉(zhuǎn)速上升, ,A點(diǎn)回升到點(diǎn)回升到 A點(diǎn)。點(diǎn)。 調(diào)節(jié)過程結(jié)束調(diào)節(jié)過程結(jié)束時時, ,杠桿杠桿AB的位置為的位置為ACB 。相。相 應(yīng)的進(jìn)汽量或進(jìn)水量較原來多應(yīng)的進(jìn)汽量或進(jìn)水量較原來多, ,機(jī)組轉(zhuǎn)速較原來機(jī)組轉(zhuǎn)速較原來 略低。略低。 v頻率的頻率的“二次調(diào)整二次調(diào)整”作用作用 調(diào)頻器轉(zhuǎn)動蝸輪、蝸桿調(diào)頻器轉(zhuǎn)動蝸輪、蝸桿, ,抬高抬高D點(diǎn)點(diǎn), ,杠桿杠桿DE繞繞F點(diǎn)點(diǎn) 順時針轉(zhuǎn)動順時針轉(zhuǎn)動 錯油門活塞再次下移開啟小孔錯油門活塞再次下移開啟小孔, ,在油壓作用下在油壓作用下, ,油油 動機(jī)活塞再次向上移動動機(jī)活塞再次向上移動, ,進(jìn)一步增加進(jìn)汽或進(jìn)水進(jìn)一步增加進(jìn)汽或

11、進(jìn)水 量。機(jī)組轉(zhuǎn)速上升量。機(jī)組轉(zhuǎn)速上升, ,飛擺使飛擺使A點(diǎn)由點(diǎn)點(diǎn)由點(diǎn)A上升上升。 油動機(jī)活塞向上移動時油動機(jī)活塞向上移動時, ,杠桿杠桿AB繞繞A A逆時針轉(zhuǎn)動逆時針轉(zhuǎn)動, , 帶動帶動C、F、E點(diǎn)上移點(diǎn)上移, ,再次堵塞錯油門小孔再次堵塞錯油門小孔, ,結(jié)束結(jié)束 調(diào)節(jié)過程。調(diào)節(jié)過程。 D點(diǎn)位移選擇恰當(dāng)點(diǎn)位移選擇恰當(dāng), ,A點(diǎn)可能回到原來位置點(diǎn)可能回到原來位置 v有差調(diào)節(jié)有差調(diào)節(jié):負(fù)荷變動時負(fù)荷變動時,原動機(jī)的轉(zhuǎn)速或頻率將有所原動機(jī)的轉(zhuǎn)速或頻率將有所 變動變動隨負(fù)荷增大而降低隨負(fù)荷增大而降低 v無差調(diào)節(jié)無差調(diào)節(jié):負(fù)荷變動時負(fù)荷變動時,原動機(jī)的轉(zhuǎn)速或頻率保持不原動機(jī)的轉(zhuǎn)速或頻率保持不 變變 v

12、一次調(diào)頻總是有差的一次調(diào)頻總是有差的,二次調(diào)頻可實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。二次調(diào)頻可實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)。 調(diào)速系統(tǒng)的工作原理調(diào)速系統(tǒng)的工作原理:利用杠桿的作用調(diào)整汽輪機(jī)或水利用杠桿的作用調(diào)整汽輪機(jī)或水 輪機(jī)的導(dǎo)向葉片輪機(jī)的導(dǎo)向葉片,使其開度增大使其開度增大,增加進(jìn)汽量或進(jìn)水量。增加進(jìn)汽量或進(jìn)水量。 一次調(diào)頻一次調(diào)頻： 的位置較的位置較B高，高， 的位置較的位置較A略低，相略低，相 應(yīng)的機(jī)組轉(zhuǎn)速較原來略低應(yīng)的機(jī)組轉(zhuǎn)速較原來略低有差調(diào)節(jié)有差調(diào)節(jié)。 B A 二次調(diào)頻二次調(diào)頻：在外界信號作用下，調(diào)頻器動作將：在外界信號作用下，調(diào)頻器動作將D點(diǎn)抬點(diǎn)抬 高，最后使高，最后使 回到位置回到位置A，頻率恢復(fù)到額定頻率，頻率恢復(fù)

13、到額定頻率無無 差調(diào)節(jié)差調(diào)節(jié)。 A 2. 發(fā)電機(jī)組的有功功率發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜特性頻率靜特性 根據(jù)發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理根據(jù)發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理,即負(fù)荷增大時即負(fù)荷增大時,發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 出力增加出力增加,頻率降低頻率降低;負(fù)荷減少時負(fù)荷減少時,發(fā)電機(jī)出力減少發(fā)電機(jī)出力減少,頻率增加頻率增加,可可 得到發(fā)電機(jī)組的有功功率得到發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜態(tài)特性如圖頻率靜態(tài)特性如圖5-8所示。所示。 發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率:指發(fā)電機(jī)組的功率指發(fā)電機(jī)組的功率頻率靜頻率靜 態(tài)特性的斜率態(tài)特性的斜率,即即 tg ff P f P K N GNG G 0 GN N G G N GN

14、G G P f K f P ff PP K * * * 用標(biāo)么值表示為用標(biāo)么值表示為: 發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率表征隨著頻率的升高或降低發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率表征隨著頻率的升高或降低 發(fā)電機(jī)組有功出力減少或增加的多少。發(fā)電機(jī)組有功出力減少或增加的多少。 圖圖5-8 發(fā)電機(jī)組的功頻率靜特性發(fā)電機(jī)組的功頻率靜特性 對應(yīng)于進(jìn)汽量或進(jìn)水量達(dá)到最大值后對應(yīng)于進(jìn)汽量或進(jìn)水量達(dá)到最大值后,發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī) 的出力的出力 maxG P %100% 0 N N f ff 它與發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率的關(guān)系如下它與發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率的關(guān)系如下: %100 % 0 N GN N GNG G f P ff P f P K %10

15、0 % 1 * G K NGNGB fPK 當(dāng)取當(dāng)取 時，其標(biāo)么值為：時，其標(biāo)么值為： 上式說明上式說明:調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)就是機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率。調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)就是機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率。 發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù):指發(fā)電機(jī)由空載運(yùn)行到額定運(yùn)行時指發(fā)電機(jī)由空載運(yùn)行到額定運(yùn)行時 頻率偏移的大小頻率偏移的大小,即即 說明說明:發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)或與之對應(yīng)的單位調(diào)節(jié)功率是發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)或與之對應(yīng)的單位調(diào)節(jié)功率是 可以整定的。但受機(jī)組調(diào)速機(jī)構(gòu)的限制可以整定的。但受機(jī)組調(diào)速機(jī)構(gòu)的限制,其整定范圍是有其整定范圍是有 限的。在整定范圍內(nèi)限的。在整定范圍內(nèi),調(diào)差系數(shù)越?。磫挝徽{(diào)節(jié)功率越調(diào)差系數(shù)越小（即

16、單位調(diào)節(jié)功率越 大）大）,頻率偏移也越小。頻率偏移也越小。 汽輪發(fā)電機(jī)組汽輪發(fā)電機(jī)組: 水輪發(fā)電機(jī)組水輪發(fā)電機(jī)組: %5%3% 205 .33 * G K 或或 %4%2%2550 * G K 或或 三、頻率的一次調(diào)整三、頻率的一次調(diào)整 以系統(tǒng)中只有一臺發(fā)電機(jī)帶一個綜合負(fù)荷為例進(jìn)行以系統(tǒng)中只有一臺發(fā)電機(jī)帶一個綜合負(fù)荷為例進(jìn)行 分析。圖分析。圖5-9為頻率的一次調(diào)整示意圖。為頻率的一次調(diào)整示意圖。 發(fā)電機(jī)的功率增量為發(fā)電機(jī)的功率增量為: fKP GG 負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)作用負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)作用下降下降了了: fKP LL fKKPPABOBBAOBOAP LGLGL )( 0 O 當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加當(dāng)系統(tǒng)

17、負(fù)荷增加 時，負(fù)荷的功時，負(fù)荷的功 頻靜特性向上移至頻靜特性向上移至 ，一方面發(fā)電機(jī)，一方面發(fā)電機(jī) 組轉(zhuǎn)速變化引起頻率下降，調(diào)速器動作，組轉(zhuǎn)速變化引起頻率下降，調(diào)速器動作， 發(fā)電機(jī)出力增加發(fā)電機(jī)出力增加 ，另一方面由于負(fù)，另一方面由于負(fù) 荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)減少荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)減少 ，經(jīng)過一個，經(jīng)過一個 過程，達(dá)到新的平衡點(diǎn)過程，達(dá)到新的平衡點(diǎn) 。 L P 0L P G P L P 頻率變化為頻率變化為: 00 fff （f為負(fù)值）為負(fù)值） 圖圖5-9 頻率的一次調(diào)整頻率的一次調(diào)整 f P KKK L LGS 0 其中其中,KS稱為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率稱為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率,單位單位Mw/Hz。 用

18、標(biāo)幺值表示為用標(biāo)幺值表示為: N LL S ff PP K / / 0 * 幾點(diǎn)說明幾點(diǎn)說明: 系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率標(biāo)志了系統(tǒng)負(fù)荷增加或減少時系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率標(biāo)志了系統(tǒng)負(fù)荷增加或減少時,在在 原動機(jī)調(diào)速器和負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作用下系統(tǒng)頻原動機(jī)調(diào)速器和負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作用下系統(tǒng)頻 率下降或上升的多少。因此率下降或上升的多少。因此,當(dāng)當(dāng)KS已知時已知時,可以根據(jù)允許可以根據(jù)允許 的頻率變化范圍求取系統(tǒng)能夠承受多大的負(fù)荷增減。即的頻率變化范圍求取系統(tǒng)能夠承受多大的負(fù)荷增減。即 KS越大越大,系統(tǒng)承受負(fù)荷的變化越大。系統(tǒng)承受負(fù)荷的變化越大。 在上述推導(dǎo)過程中在上述推導(dǎo)過程中,取取功率的增大或

19、頻率的上升為正功率的增大或頻率的上升為正,因因 此此,上式等號右側(cè)的負(fù)號表示上式等號右側(cè)的負(fù)號表示,隨著負(fù)荷的增大隨著負(fù)荷的增大,系統(tǒng)的頻系統(tǒng)的頻 率將下降。率將下降。 由由KS=KG+KL可見可見:系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率取決于發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率取決于發(fā)電機(jī) 的單位調(diào)節(jié)功率和負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率。由于負(fù)荷的單的單位調(diào)節(jié)功率和負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率。由于負(fù)荷的單 位調(diào)節(jié)功率位調(diào)節(jié)功率KL不可調(diào)不可調(diào),因此因此,系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率KS的調(diào)的調(diào) 整只能通過調(diào)整發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率整只能通過調(diào)整發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率KG或調(diào)速器的調(diào)或調(diào)速器的調(diào) 差系數(shù)來實(shí)現(xiàn)。差系數(shù)來實(shí)現(xiàn)。 電力系統(tǒng)的單位

20、調(diào)節(jié)功率不能過大。電力系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率不能過大。 若若KS過大過大 KG過大過大,即調(diào)差系數(shù)過小即調(diào)差系數(shù)過小,將不能保證各發(fā)將不能保證各發(fā) 電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。 使系統(tǒng)中總的發(fā)電機(jī)單位調(diào)節(jié)功率下降。使系統(tǒng)中總的發(fā)電機(jī)單位調(diào)節(jié)功率下降。 當(dāng)系統(tǒng)中有多臺發(fā)電機(jī)組時當(dāng)系統(tǒng)中有多臺發(fā)電機(jī)組時,發(fā)電機(jī)組滿載后發(fā)電機(jī)組滿載后,受調(diào)受調(diào) 速機(jī)構(gòu)的限制速機(jī)構(gòu)的限制,發(fā)電機(jī)組不再具有調(diào)頻能力發(fā)電機(jī)組不再具有調(diào)頻能力,即此時它們即此時它們 的單位調(diào)節(jié)功率為零的單位調(diào)節(jié)功率為零,調(diào)差系數(shù)為無限大調(diào)差系數(shù)為無限大,從而使全系統(tǒng)從而使全系統(tǒng) 發(fā)電機(jī)組的等值調(diào)差系數(shù)增大。發(fā)電機(jī)組的

21、等值調(diào)差系數(shù)增大。 假設(shè)調(diào)差系數(shù)整定為零假設(shè)調(diào)差系數(shù)整定為零,這時這時,雖然負(fù)荷的變動不會雖然負(fù)荷的變動不會 引起頻率的變動引起頻率的變動,似乎可確保頻率恒定似乎可確保頻率恒定,但這樣將會出現(xiàn)但這樣將會出現(xiàn) 負(fù)荷變化量在各發(fā)電機(jī)組間的分配無法固定負(fù)荷變化量在各發(fā)電機(jī)組間的分配無法固定,從而出現(xiàn)各從而出現(xiàn)各 發(fā)電機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作的問題。發(fā)電機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作的問題。 例如例如,設(shè)系統(tǒng)中有設(shè)系統(tǒng)中有n臺發(fā)電機(jī)組臺發(fā)電機(jī)組,n臺機(jī)組都參加調(diào)整時有臺機(jī)組都參加調(diào)整時有: n i GiGnGGG KKKKK 1 21 當(dāng)當(dāng)n臺機(jī)組中只有臺機(jī)組中只有m臺機(jī)組都參加調(diào)整臺機(jī)組都參加調(diào)整,即

22、即m+1、m+2、 n臺機(jī)組不參加調(diào)整時有臺機(jī)組不參加調(diào)整時有 m i GiGmGGG KKKKK 1 21 顯然顯然 GG KK 即系統(tǒng)中總的發(fā)電機(jī)單位調(diào)節(jié)功率下降了。即系統(tǒng)中總的發(fā)電機(jī)單位調(diào)節(jié)功率下降了。 可見可見,頻率的一次調(diào)整是有差調(diào)整頻率的一次調(diào)整是有差調(diào)整,即調(diào)整后的頻率即調(diào)整后的頻率 不可能回到原來的值。因此不可能回到原來的值。因此,一次調(diào)頻只能適應(yīng)負(fù)荷變化一次調(diào)頻只能適應(yīng)負(fù)荷變化 幅度小、周期短的不規(guī)則變化情況。幅度小、周期短的不規(guī)則變化情況。 例例5-1 設(shè)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組的容量和它們的調(diào)差系數(shù)分別設(shè)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組的容量和它們的調(diào)差系數(shù)分別 為為: 水輪機(jī)組水輪機(jī)組: 100M

23、W/臺臺5=500MW %=2.5% 75MW/臺臺5=375MW %=2.75% 汽輪機(jī)組汽輪機(jī)組: 100MW/臺臺6=600MW %=3.5% 50MW/臺臺20=1000MW %=4.0% 較小容量汽輪機(jī)組合計較小容量汽輪機(jī)組合計 1000MW %=4.0% 系統(tǒng)總負(fù)荷為系統(tǒng)總負(fù)荷為3300MW,負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率KL*=1.5, 試計算下列各種情況下系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率試計算下列各種情況下系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率KS,計算結(jié)果計算結(jié)果 分別以分別以MW/Hz和標(biāo)幺值表示。和標(biāo)幺值表示。 全部機(jī)組都參加調(diào)頻全部機(jī)組都參加調(diào)頻;全部機(jī)組都不參加調(diào)頻全部機(jī)組都不參加調(diào)頻;僅水僅水

24、 輪機(jī)組參加調(diào)頻輪機(jī)組參加調(diào)頻;僅水輪機(jī)組參加調(diào)頻和僅水輪機(jī)組參加調(diào)頻和20臺臺50MW汽汽 輪機(jī)組參加調(diào)頻。輪機(jī)組參加調(diào)頻。 解解:（1）按按 計算各類發(fā)電機(jī)組的計算各類發(fā)電機(jī)組的KG:%100 % N GN G f P K 5100MW水輪機(jī)組水輪機(jī)組: )(400100 5 . 250 500 MW/Hz G K 575MW水輪機(jī)組水輪機(jī)組: )(273100 75. 250 375 MW/Hz G K 6100MW汽輪機(jī)組汽輪機(jī)組: )(343100 5 . 350 600 MW/Hz G K 2050MW汽輪機(jī)組汽輪機(jī)組:)(500100 450 1000 MW/Hz G K 100

25、0MW小容量汽輪機(jī)組小容量汽輪機(jī)組: )(500100 450 1000 MW/Hz G K 系統(tǒng)負(fù)荷系統(tǒng)負(fù)荷: )(99 50 3300 5 . 1 * MW/Hz N LN LL f P KK 全部機(jī)組都參加調(diào)頻全部機(jī)組都參加調(diào)頻: )(211599)500500343273400(MW/Hz LGS KKK 全部機(jī)組都不參加調(diào)頻全部機(jī)組都不參加調(diào)頻: )(99 MW/Hz LS KK 僅水輪機(jī)組參加調(diào)頻僅水輪機(jī)組參加調(diào)頻: )(77299)273400(MW/Hz S K 僅水輪機(jī)組和僅水輪機(jī)組和20臺臺50MW汽輪機(jī)組參加調(diào)頻汽輪機(jī)組參加調(diào)頻: )(127299)500273400(M

26、W/Hz S K （2）以標(biāo)幺值計算時）以標(biāo)幺值計算時,取取KB=PLN/fN,按按 計算各類發(fā)電機(jī)組的計算各類發(fā)電機(jī)組的KG : %100 % * LN GN G P P K 5100MW水輪機(jī)組水輪機(jī)組: 06. 6100 5 . 23300 500 * G K 575MW水輪機(jī)組水輪機(jī)組: 14. 4100 75. 23300 375 * G K 6100MW汽輪機(jī)組汽輪機(jī)組: 2 . 5100 5 . 33300 600 * G K 2050MW汽輪機(jī)組汽輪機(jī)組: 58. 7100 43300 1000 * G K 1000MW小容量汽輪機(jī)組小容量汽輪機(jī)組: 58. 7100 4330

27、0 1000 * G K 系統(tǒng)負(fù)荷系統(tǒng)負(fù)荷:5 . 1 * L K 全部機(jī)組都參加調(diào)頻全部機(jī)組都參加調(diào)頻: 06.325 . 1)58. 758. 72 . 514. 406. 6( LGS KKK 全部機(jī)組都不參加調(diào)頻全部機(jī)組都不參加調(diào)頻: 5 . 1 LS KK 僅水輪機(jī)組參加調(diào)頻僅水輪機(jī)組參加調(diào)頻: 7 .115 . 1)14. 406. 6( S K 僅水輪機(jī)組和僅水輪機(jī)組和20臺臺50MW汽輪機(jī)組參加調(diào)頻汽輪機(jī)組參加調(diào)頻: 28.195 . 1)58. 714. 406. 6( S K 四、頻率的二次調(diào)整四、頻率的二次調(diào)整 頻率的二次調(diào)整就是手動或自動地操作調(diào)頻器使發(fā)頻率的二次調(diào)整就

28、是手動或自動地操作調(diào)頻器使發(fā) 電機(jī)組的功頻靜特性平行移動電機(jī)組的功頻靜特性平行移動,從而改變發(fā)電機(jī)的有功功從而改變發(fā)電機(jī)的有功功 率率,以保持系統(tǒng)頻率不變或在允許范圍內(nèi)。以保持系統(tǒng)頻率不變或在允許范圍內(nèi)。 O 當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加 時，時， 如不進(jìn)行二次調(diào)整，運(yùn)行點(diǎn)轉(zhuǎn)如不進(jìn)行二次調(diào)整，運(yùn)行點(diǎn)轉(zhuǎn) 為為 ，系統(tǒng)頻率為，系統(tǒng)頻率為 ，頻率，頻率 變化為變化為 。 0 f 0L P 00 fff 二次調(diào)頻通過調(diào)頻器的作二次調(diào)頻通過調(diào)頻器的作 用將發(fā)電機(jī)的功頻靜特性移到用將發(fā)電機(jī)的功頻靜特性移到 ，運(yùn)行點(diǎn)移到，運(yùn)行點(diǎn)移到 ，系統(tǒng)頻率，系統(tǒng)頻率 為為 ，頻率變化，頻率變化 0 f 00 fff G

29、 P O 圖圖5-10 頻率的二次調(diào)整頻率的二次調(diào)整 由圖由圖5-10可知，系統(tǒng)負(fù)荷增量可知，系統(tǒng)負(fù)荷增量 由三部分組成：由三部分組成： 0L P 由于調(diào)速器的調(diào)整作用而增大的發(fā)電機(jī)組功率由于調(diào)速器的調(diào)整作用而增大的發(fā)電機(jī)組功率: fKCB G （一次調(diào)整）（一次調(diào)整） 由于調(diào)頻器的調(diào)整作用而增大的發(fā)電機(jī)組功率由于調(diào)頻器的調(diào)整作用而增大的發(fā)電機(jī)組功率: 0G POC （二次調(diào)整）（二次調(diào)整） 由于負(fù)荷負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)作用而減少的負(fù)荷功率由于負(fù)荷負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)作用而減少的負(fù)荷功率: fKBA L （f為負(fù)值）為負(fù)值） fKfKPBACBOCOAP LGGL 00 fKKPP LGGL )( 00

30、f PP KKK GL LGS 00 當(dāng)時，即二次調(diào)頻增發(fā)的功率與系統(tǒng)的負(fù)荷增當(dāng)時，即二次調(diào)頻增發(fā)的功率與系統(tǒng)的負(fù)荷增 量相等時，則，頻率將始終不變，亦即實(shí)現(xiàn)了無差調(diào)量相等時，則，頻率將始終不變，亦即實(shí)現(xiàn)了無差調(diào) 節(jié)。無差調(diào)節(jié)如圖節(jié)。無差調(diào)節(jié)如圖5-10中虛線所示。中虛線所示。 00GL PP 0f 若系統(tǒng)中有若系統(tǒng)中有n臺機(jī)組且由第臺機(jī)組且由第n臺機(jī)組擔(dān)負(fù)二次調(diào)整任務(wù)臺機(jī)組擔(dān)負(fù)二次調(diào)整任務(wù),即即 只有一臺機(jī)組進(jìn)行二次調(diào)整、只有一臺機(jī)組進(jìn)行二次調(diào)整、n臺機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)整臺機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)整,則有則有: f PP KKKKK GL LGNLGS 00 經(jīng)比較可見，由于經(jīng)比較可見，由于n臺機(jī)組的單位

31、調(diào)節(jié)功率臺機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率KGN遠(yuǎn)大于一遠(yuǎn)大于一 臺機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率臺機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率KG，因此，在同樣的功率盈虧，因此，在同樣的功率盈虧 下，系統(tǒng)的頻率變化要比僅有一臺機(jī)組時小得多。下，系統(tǒng)的頻率變化要比僅有一臺機(jī)組時小得多。 )( GL PP 需要指出需要指出:電力系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)均裝有調(diào)速器電力系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)均裝有調(diào)速器,因此每臺因此每臺 機(jī)組都參與一次調(diào)頻（除機(jī)組滿載）機(jī)組都參與一次調(diào)頻（除機(jī)組滿載）;而二次調(diào)頻只有極而二次調(diào)頻只有極 少數(shù)的發(fā)電廠（調(diào)頻廠）參與。少數(shù)的發(fā)電廠（調(diào)頻廠）參與。 v調(diào)頻廠應(yīng)滿足的條件調(diào)頻廠應(yīng)滿足的條件: v調(diào)頻廠的選擇原則調(diào)頻廠的選擇原則: 系統(tǒng)中有水

32、電廠時系統(tǒng)中有水電廠時,選擇水電廠做調(diào)頻廠選擇水電廠做調(diào)頻廠; 當(dāng)水電廠不能做調(diào)頻廠時當(dāng)水電廠不能做調(diào)頻廠時,選擇中溫中壓火電廠做調(diào)頻廠。選擇中溫中壓火電廠做調(diào)頻廠。 調(diào)整的容量應(yīng)足夠大調(diào)整的容量應(yīng)足夠大; 調(diào)整的速度應(yīng)足夠快調(diào)整的速度應(yīng)足夠快; 調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性能應(yīng)該好調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性能應(yīng)該好; 注意系統(tǒng)內(nèi)及互聯(lián)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題。注意系統(tǒng)內(nèi)及互聯(lián)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題。 五、互聯(lián)系統(tǒng)頻率的調(diào)整五、互聯(lián)系統(tǒng)頻率的調(diào)整 A、B兩個系統(tǒng)互聯(lián)，圖中兩個系統(tǒng)互聯(lián)，圖中 為兩系統(tǒng)負(fù)荷為兩系統(tǒng)負(fù)荷 變化（增加）；變化（增加）； 為兩系統(tǒng)二次調(diào)整增發(fā)的功率，為兩系統(tǒng)二次調(diào)整增發(fā)的功率， 為兩系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率；為

33、兩系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率； 為聯(lián)絡(luò)線交換的功為聯(lián)絡(luò)線交換的功 率。率。 LBLA PP, GBGA PP, BA KK ， ab P 對系統(tǒng)對系統(tǒng)A， 相當(dāng)于一個負(fù)荷：相當(dāng)于一個負(fù)荷： ab P fKPPP AGAabLA fKPPP BGBabLB 對系統(tǒng)對系統(tǒng)B， 相當(dāng)于一個電源：相當(dāng)于一個電源： ab P BA BA BA GBLBGALA KK PP KK PPPP f )()( 圖圖5-11 互聯(lián)系統(tǒng)頻率的調(diào)整互聯(lián)系統(tǒng)頻率的調(diào)整 BA ABBA BA GALABGBLBA ab KK PKPK KK PPKPPK P )()( BA PP、式中，式中， 分別稱為分別稱為A、B兩系統(tǒng)的功率

34、缺額。兩系統(tǒng)的功率缺額。 討論討論: 當(dāng)互聯(lián)系統(tǒng)增發(fā)功率的總和與負(fù)荷增量的總和相平當(dāng)互聯(lián)系統(tǒng)增發(fā)功率的總和與負(fù)荷增量的總和相平 衡，即衡，即 ，則，則 ，即可實(shí)，即可實(shí) 現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，否則將出現(xiàn)頻率偏移?，F(xiàn)無差調(diào)節(jié)，否則將出現(xiàn)頻率偏移。 LBLAGBGA PPPP 0f 當(dāng)當(dāng)A、B兩系統(tǒng)都進(jìn)行二次調(diào)頻兩系統(tǒng)都進(jìn)行二次調(diào)頻,且兩部分的功率缺額且兩部分的功率缺額 與其單位調(diào)節(jié)功率成正比時與其單位調(diào)節(jié)功率成正比時,即滿足即滿足 f K PP K PP B GBLB A GALA 0f 0 ab P則聯(lián)絡(luò)線上的交換功率則聯(lián)絡(luò)線上的交換功率 ;若無功率缺額時若無功率缺額時, 0 GALBLA PPP 當(dāng)有

35、一個系統(tǒng)不進(jìn)行二次調(diào)頻，例如當(dāng)有一個系統(tǒng)不進(jìn)行二次調(diào)頻，例如 ，則，則B 系統(tǒng)的負(fù)荷變化量將由系統(tǒng)的負(fù)荷變化量將由A系統(tǒng)的二次調(diào)頻來承擔(dān)，并由通系統(tǒng)的二次調(diào)頻來承擔(dān)，并由通 過聯(lián)絡(luò)線送來的過聯(lián)絡(luò)線送來的 來抵償，此時聯(lián)絡(luò)線的交換功率為來抵償，此時聯(lián)絡(luò)線的交換功率為 0 GB P ab P BA GALBLAB LB BA GALABLBA ab KK PPPK P KK PPKPK P )()( 若整個系統(tǒng)的功率能夠平衡若整個系統(tǒng)的功率能夠平衡,即即 時時,則則 ,此時聯(lián)絡(luò)線上的交換功率此時聯(lián)絡(luò)線上的交換功率 最大。最大。 ab P 0f 例例5-3 如圖如圖5-12所示所示,正常運(yùn)行時正常運(yùn)

36、行時 ,兩個電力系統(tǒng)兩個電力系統(tǒng) 的容量分別為的容量分別為1500MW和和1000MW;各自的單位調(diào)節(jié)功率各自的單位調(diào)節(jié)功率 分別以兩系統(tǒng)容量為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值分別以兩系統(tǒng)容量為基準(zhǔn)的標(biāo)幺值;設(shè)設(shè)A系統(tǒng)負(fù)荷增加系統(tǒng)負(fù)荷增加 100MW。試計算下列情況下的頻率變化量和聯(lián)絡(luò)線上流。試計算下列情況下的頻率變化量和聯(lián)絡(luò)線上流 過的交換功率過的交換功率: A、B兩系統(tǒng)機(jī)組都參加一次調(diào)頻兩系統(tǒng)機(jī)組都參加一次調(diào)頻; A、B兩系統(tǒng)機(jī)組兩系統(tǒng)機(jī)組 都不參加一、二次調(diào)頻都不參加一、二次調(diào)頻; A、B兩系統(tǒng)機(jī)組都參加一、二兩系統(tǒng)機(jī)組都參加一、二 次調(diào)頻次調(diào)頻,且且A、B兩系統(tǒng)都增發(fā)兩系統(tǒng)都增發(fā)50MW; A、B兩系統(tǒng)機(jī)

37、組都參加兩系統(tǒng)機(jī)組都參加 一次調(diào)頻一次調(diào)頻,A系統(tǒng)并有機(jī)組系統(tǒng)并有機(jī)組 參加二次調(diào)頻參加二次調(diào)頻,增發(fā)增發(fā)60MW。 0 ab P )(400 50 1000 20MW/Hz N GB GBGB f P KK )(45 50 1500 5 . 1MW/Hz N LA LALA f P KK )(26 50 1000 3 . 1MW/Hz N LB LBLB f P KK 解解:將以標(biāo)幺值表示的單位調(diào)節(jié)功率折算為有名值將以標(biāo)幺值表示的單位調(diào)節(jié)功率折算為有名值 )(750 50 1500 25MW/Hz N GA GAGA f P KK 兩系統(tǒng)機(jī)組都參加一次調(diào)頻兩系統(tǒng)機(jī)組都參加一次調(diào)頻: MW10

38、00 LALBGBGA PPPP， )(79545750MW/Hz LAGAA KKK 0100 BA PP，MW Hz)(082.0 426795 100 BA BA KK PP f )(42626400MW/Hz LBGBB KKK )(9 .34 426795 100426 MW BA ABBA ab KK PKPK P 這種情況下這種情況下,頻率下降得不多頻率下降得不多,通過聯(lián)絡(luò)線由通過聯(lián)絡(luò)線由B向向A 輸送的功率也不大。輸送的功率也不大。 則有則有: 兩系統(tǒng)機(jī)組都不參加一、二次調(diào)頻兩系統(tǒng)機(jī)組都不參加一、二次調(diào)頻: ；，01000 GBGALALBGBGA KKPPPPMW )(45 MW/Hz LAA KK)(26 MW/Hz LBB KK 0100 BA PP，MW Hz)(41. 1 2645 100 BA BA KK PP f )(6 .36 2645 10026 MW BA ABBA ab KK PKPK P 則有則有: 這種情況最嚴(yán)重這種情況最嚴(yán)重,電力系統(tǒng)的頻率質(zhì)量無法保證。電力系統(tǒng)的頻率質(zhì)量無法保證。 兩系統(tǒng)都參加一、二次調(diào)頻兩系統(tǒng)都參加一、二次調(diào)頻,且都增發(fā)且都增發(fā)50MW: 010050 LBLAGBGA PPPP，MWMW MWMW505050100 BA PP， 0 426795 5050 BA BA KK PP f 則有則