作業(yè)答案有功平衡頻率調(diào)整已修訂

1、第四章 有功功率平衡和頻率調(diào)整4-1 電力系統(tǒng)頻率偏離額定值對用電設(shè)備和電力系統(tǒng)都十分有害。1、 頻率變化對用電設(shè)備的影響工業(yè)中大量應(yīng)用異步電動機，其轉(zhuǎn)速和輸出功率均與頻率有關(guān)。頻率變化時，電動機的轉(zhuǎn)速和輸出功率隨之變化，因而嚴(yán)重地影響到所拖動機械設(shè)備的正常工作和產(chǎn)品的質(zhì)量?，F(xiàn)代工業(yè)、國防和科學(xué)研究部門廣泛應(yīng)用各種電子設(shè)備，當(dāng)頻率變化時，電子設(shè)備的精確性會受到影響。2、 頻率變化對發(fā)電機組和電力系統(tǒng)的影響汽輪發(fā)電機組在額定頻率下運行時效率最佳，頻率偏高或偏低對葉片都有不良的影響。頻率過高，旋轉(zhuǎn)設(shè)備的離心力過大，影響其機械強度；頻率過低，容易引起汽輪機葉片振動，造成其壽命縮短或葉片斷裂。電廠用的

2、許多機械（如給水泵、循環(huán)水泵、風(fēng)機等）在頻率降低時都要減小出力、降低效率，因而影響發(fā)電設(shè)備的正常運行，是整個發(fā)電廠的有功出力減小，從而導(dǎo)致系統(tǒng)頻率的進一步下降。若頻率下降過多，還會導(dǎo)致機組解列停運。頻率降低時，異步電動機和變壓器的勵磁電流增大，無功功率損耗增加，這些都會使電力系統(tǒng)無功功率和電壓調(diào)整增加困難。4-2 頻率的變化與電力系統(tǒng)的有功功率平衡之間有密切的關(guān)系。因為頻率與發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速之間為線性關(guān)系，轉(zhuǎn)速的變化取決于作用于發(fā)電機轉(zhuǎn)子上的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩與制動轉(zhuǎn)矩的平衡，而轉(zhuǎn)矩的平衡受發(fā)電機輸入機械功率與輸出電磁功率的平衡關(guān)系的影響。發(fā)電機輸入的功率減去勵磁損耗和各種機械損耗后，如果能與發(fā)電機輸出的

3、電磁功率嚴(yán)格地保持平衡，則發(fā)電機的轉(zhuǎn)速就能保持恒定不變，系統(tǒng)的頻率就能保持恒定不變。當(dāng)發(fā)電機組的輸入有功功率大于負(fù)荷的有功功率需求時，頻率將升高；反之，則頻率下降。因此，需要動態(tài)的調(diào)整的發(fā)電機輸入機械功率，保持有功功率的動態(tài)平衡，從而使頻率不超出允許偏差范圍。4-3 有功負(fù)荷有三種分量：第一種是變化幅度很小、變化周期較短（一般10s以內(nèi)）的負(fù)荷分量；第二種是變化幅度較大、變化周期較長（一般為10s3min）的負(fù)荷分量；第三種是變化緩慢的持續(xù)變動負(fù)荷。 第一種變化負(fù)荷引起的頻率偏移將由發(fā)電機組的調(diào)速器進行調(diào)整，稱為頻率的一次調(diào)頻；第二種變化負(fù)荷引起的頻率變動僅靠調(diào)速器的作用往往不能將頻率偏移限制

4、在容許的范圍之內(nèi)，這是必須有調(diào)頻器參與頻率調(diào)整，稱為頻率的二次調(diào)頻。第三種變化負(fù)荷將在有功功率平衡的基礎(chǔ)上，按照最優(yōu)化原則在各發(fā)電廠之間進行分配。4-4 電力系統(tǒng)運行中，在任何時刻，所有發(fā)電廠發(fā)出的有功功率的總和都與系統(tǒng)的總負(fù)荷相平衡。包括用戶的有功負(fù)荷、廠用電有功負(fù)荷以及網(wǎng)絡(luò)的有功損耗，即 為保證供電可靠性和電能質(zhì)量，電力系統(tǒng)的有功功率平衡必須在額定運行參數(shù)下確立，而且還應(yīng)具有一定的備用容量。備用容量是指系統(tǒng)電源總額定容量大于系統(tǒng)最大負(fù)荷的部分。4-5 備用容量按其作用分類：（1） 負(fù)荷備用。為滿足一日中計劃外的負(fù)荷增加和適應(yīng)系統(tǒng)中的短時負(fù)荷波動而留有的備用稱為負(fù)荷備用。負(fù)荷備用容量的大小應(yīng)

5、根據(jù)系統(tǒng)總負(fù)荷大小、運行經(jīng)驗以及系統(tǒng)中各類用戶的比重來確定，一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的2%5%。（2） 事故備用。當(dāng)系統(tǒng)的發(fā)電機組由于偶然性事故退出運行時，為保證連續(xù)供電所需要的備用稱為事故備用。事故備用容量的大小可根據(jù)系統(tǒng)中機組的臺數(shù)、機組容量的大小、機組的故障率以及系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)等來確定，一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的5%10%，但不應(yīng)小于運轉(zhuǎn)中最大一臺發(fā)電機組的容量。（3） 檢修備用。當(dāng)系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備計劃檢修時，為保證對用戶供電而留有的備用稱為檢修備用。（4） 國民經(jīng)濟備用。為滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)超計劃增長對電力的需求而設(shè)置的備用稱為國民經(jīng)濟備用。備用容量按其存在形式分類：（1） 熱備用。在任何時刻，運轉(zhuǎn)中

6、的所有發(fā)電機組的最大可能出力之和都應(yīng)大于該時刻的總負(fù)荷，這兩者的差值通常稱為熱備用容量。（2） 冷備用。系統(tǒng)中處于停機狀態(tài)，但可隨時待命啟動的發(fā)電設(shè)備可能發(fā)出的最大功率稱為冷備用容量。4-6解：在豐水期，水量充足，為了充分利用水力資源，水電廠應(yīng)帶基本負(fù)荷，其輸出電功率基本上屬于不可調(diào)功率。凝氣式發(fā)電廠應(yīng)帶尖峰負(fù)荷。如圖1 所示。在枯水期，來水較少，水電廠的不可調(diào)功率明顯減少，仍帶基本點和，水電廠的可調(diào)功率應(yīng)安排在日負(fù)荷曲線的尖鋒部分，其余各類電廠的安排水需不變。如圖2 所示。A CDEFB A BCDEF 豐水期 枯水期 A：水電廠的不可調(diào)功率； B：水電廠的可調(diào)功率；C：熱電廠； D：核電廠

7、E：高溫高壓凝汽式火電廠； F：中溫中壓凝汽式火電廠；4-7 電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷的有功功率與頻率的關(guān)系可表示為：式中，為頻率為時系統(tǒng)的綜合負(fù)荷，為頻率為時系統(tǒng)的綜合負(fù)荷，為各類負(fù)荷的權(quán)重，且因與頻率的更高次方成正比的負(fù)荷所占比重很小，可以忽略，當(dāng)頻率偏離額定值不大時，負(fù)荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性常用一條直線近似表示。稱為負(fù)荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性。圖中直線的斜率稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)或簡稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)。4-8 反應(yīng)調(diào)整過程結(jié)束后發(fā)電機組輸出有功功率與頻率之間的關(guān)系的曲線稱為發(fā)電機組的有功功率-頻率靜態(tài)特性。發(fā)電機組有功功率-頻率靜態(tài)特性曲線的斜率稱為發(fā)電機組的單位調(diào)節(jié)功率。 發(fā)電機

8、組的靜態(tài)調(diào)差系數(shù)為4-9解：頻率的一次調(diào)整：離心式機械液壓調(diào)速系統(tǒng)示意圖 當(dāng)負(fù)荷增加時，發(fā)電機組的有功功率輸出也隨之增加，原動機的轉(zhuǎn)速降低，而是飛擺的離心力減小。在彈簧力和重力的作用下，飛白靠攏到新的位置才能重新達(dá)到受力平衡，于是套筒從B點下移到點。此時，油動機還未動作，故杠桿ACB的A點讓在原處不動，整個杠桿便以A點為支點轉(zhuǎn)動，使C點下降到點。杠桿DEF的D點是固定的，于是F點下移，錯油門的活塞隨之向下移動，打開了通向油動機的油孔，壓力油便進入油動機活塞的下部，將活塞上推，增大調(diào)速氣門的開度，增加進汽量，是原動機的輸入功率增加，機組的轉(zhuǎn)速便開始回升。隨著轉(zhuǎn)速的上升，套筒開始從點回升，與此同時

9、油動機活塞上移，使杠桿ACB的A點也跟著上升，于是整個杠桿ACB便向上移動，并帶動杠桿DEF以D為支點逆時針方向轉(zhuǎn)動。當(dāng)C點及杠桿DFE恢復(fù)到原來位置時，錯油門活塞重新堵住兩個油孔，抽動及活塞的上下兩側(cè)油壓相互平衡，它就在一個新的位置穩(wěn)定下來，調(diào)整過程結(jié)束。這時，杠桿ACB的A點由于汽門已開大而略有上升，到達(dá)點，而C點仍將保持原來位置，相應(yīng)的，B點將略有下降，到達(dá)點位置，與這個位置相對應(yīng)的轉(zhuǎn)速將略低于原來的轉(zhuǎn)速，這就是頻率的一次調(diào)整。4-10原始運行點為負(fù)荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性與發(fā)電機組的有功功率-頻率靜態(tài)特性的交點，系統(tǒng)的頻率為。假定系統(tǒng)的負(fù)荷增加了，僅經(jīng)過頻率的一次調(diào)整，運行點將移到點，系統(tǒng)的頻率為。由于不滿足對系統(tǒng)頻率的要求，需要進行頻率的二次調(diào)頻。在同步器作用下，發(fā)電機組輸出的有功功率增加，發(fā)電機組有功功率-頻率靜態(tài)特性上移為，運行點也隨之轉(zhuǎn)移到負(fù)荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性與發(fā)電機組有功功率-頻率靜態(tài)特性的交點。此