電力系統(tǒng)有功功率與頻率調(diào)整

1、鄭州電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)生論文題目： 淺談電力系統(tǒng)有功功率與頻率調(diào)整系別電力工程系專業(yè)繼電保護(hù)及自動化班級 15 繼電 3 班學(xué)名張高原論文成績答辯成績綜合成績指導(dǎo)教師主答辯教師答辯委員會主任1淺談電力系統(tǒng)有功功率與頻率調(diào)整摘要本文首先介紹了電力系統(tǒng)有功功率與頻率調(diào)整的基本知識，有功功率的應(yīng)用、意義及；頻率調(diào)整的必要性，電壓頻率特性，頻率的一二次調(diào)整，以及互聯(lián)系統(tǒng)中的頻率的一二次調(diào)整， 調(diào)頻與調(diào)壓的關(guān)系， 以及電力系統(tǒng)頻率調(diào)整在個(gè)類電廠中得作用。關(guān)鍵詞： 有功功率 頻率調(diào)整 互聯(lián)系統(tǒng)2目錄1 電力系統(tǒng)有功功率與頻率調(diào)整的意義. 12 頻率調(diào)整的必要性. 12.1 頻率

2、變化的危害 . 12.2 電力系統(tǒng)負(fù)荷變動規(guī)律. 13 電力系統(tǒng)的頻率特性. 23.1 負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性3.2 電源的有功功率頻率靜態(tài)特性3.2.1 同步發(fā)電機(jī)組的調(diào)試系統(tǒng). 2. 4. 43.2.2 調(diào)速系統(tǒng)框圖 . 43.2.3 同步發(fā)電機(jī)組的有功功率-頻率靜態(tài)特性 . 44 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整. 64.1 頻率的一次調(diào)整 . 64.1.1 基本原理 . 64.1.2 基本關(guān)系 . 64.1.3 多機(jī)系統(tǒng)的一次調(diào)頻. 74.2 頻率的二次調(diào)整 . 94.2.1 基本原理 . 94.2.2 基本關(guān)系： . 104.2.3 基本理論： . 104.3 互聯(lián)系統(tǒng)的（二次）頻率調(diào)整. 1

3、04.3.1 基本關(guān)系 . 104.3.2 注意要點(diǎn)： . 104.4 調(diào)頻與調(diào)壓的關(guān)系. 114.4.1 頻率變化對電壓的影響4.4.2 電壓變化會頻率的影響. 11. 114.4.3 注意 . 115 電力系統(tǒng)的有功平衡與備用容量. 125.1 有功平衡關(guān)系 . 125.2 備用容量 . 126 電力系統(tǒng)負(fù)荷在各類發(fā)電廠的合理分配. 126.1 火力發(fā)電廠的主要特點(diǎn)6.2 水力發(fā)電廠的主要特點(diǎn). 12. 136.3 抽水蓄能水電廠的主要特點(diǎn). 136.4 核能發(fā)電廠的主要特點(diǎn). 13總結(jié) . 14致謝 . 15參考書籍 . 1631 電力系統(tǒng)有功功率與頻率調(diào)整的意義發(fā)電機(jī)的輸出電壓和輸出電

4、流是有限制的，發(fā)電機(jī)的負(fù)荷是以伏安計(jì)算的 （即電流有效值乘以電壓有效值，視在功率），當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)為全部轉(zhuǎn)換成有功功率輸出。當(dāng)負(fù)載的功率因數(shù)很低時(shí)，比如1 時(shí)，發(fā)電機(jī)負(fù)荷可以0.5，這時(shí)，即使發(fā)電機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行 （輸出電流達(dá)到其額定值） ，實(shí)際只能輸出一般的功率， 發(fā)電機(jī)效率很低。另一方面， 功率因數(shù)很低時(shí)， 電能不斷地在負(fù)載和發(fā)電機(jī)之間交換，電流在線路上產(chǎn)生損耗。 發(fā)電機(jī)必須在一定頻率下穩(wěn)定運(yùn)行，如果不對頻率進(jìn)行控制， 會造成發(fā)電機(jī)運(yùn)行失速，造成電網(wǎng)頻率崩潰。2 頻率調(diào)整的必要性2.1 頻率變化的危害(1) 對用戶： IM 出力，受 f 影響影響生產(chǎn)（產(chǎn)量、質(zhì)量、安全）電子通信設(shè)備受 f 影

5、響可靠性、準(zhǔn)確性和精度(2) 對系統(tǒng)： 機(jī)組及輔機(jī)出力、效率受f 影響 f PG、 PGf f 機(jī)組應(yīng)力、 受命； f 變壓器、 IM 的 Xm I0 I02Xm系統(tǒng)無功缺額 V；網(wǎng)損(3) 頻率要求： 50 Hz ± (0.2 0.5)Hz f= ± (0.41.0)%2.2 電力系統(tǒng)負(fù)荷變動規(guī)律運(yùn)行中綜合用電負(fù)荷 PD變動特點(diǎn)：規(guī)律性 + 隨機(jī)性任何負(fù)荷功率的變化 f 變化 f 變化特點(diǎn)：規(guī)律性 + 隨機(jī)性三種負(fù)荷變動：第一種負(fù)荷變動P1：小幅隨機(jī)波動，周期短（ <10s） f 微小隨機(jī)波動；一次1調(diào)頻機(jī)組調(diào)速器實(shí)現(xiàn)。第二種負(fù)荷變動 P2：幅度較大，周期較長（ 1

6、0s3min） f 偏移，二次調(diào)頻，調(diào)頻機(jī)組調(diào)頻器隨機(jī)性由大容量沖擊負(fù)荷。第三種負(fù)荷變動P3：幅度大，周期長，變化緩慢電廠按給定發(fā)電計(jì)劃曲線發(fā)電，三次調(diào)頻有規(guī)律氣候（季節(jié)性） 、作息制度、生活規(guī)律。負(fù)荷變動 三次幅 調(diào)頻度二次調(diào)頻P1一次調(diào)頻負(fù)荷變動頻率圖 2-2 電力系統(tǒng)負(fù)荷規(guī)律變動圖3 電力系統(tǒng)的頻率特性3.1 負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性(1) 定義：穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的 PD( f ) 有功頻率靜態(tài)特性(2) 描述：PD*2 3a 0 + a 1f *PD* = PD / P DN&f*= f/fN關(guān)于 f 各次方負(fù)荷： 零次方類負(fù)荷：照明、電弧爐、電阻爐、整流設(shè)備 一次方類負(fù)荷：機(jī)械轉(zhuǎn)

7、矩恒定的電動機(jī)球磨機(jī)、切削機(jī)床、往復(fù)式2P3P 2a 0 + a1 f + a 2f * + a 3f * +水泵 二次方類負(fù)荷：變壓器渦流損耗 三次方類負(fù)荷：通風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵 高次方類負(fù)荷：靜水頭阻力很大的給水泵- 所占比例很小，忽略(3) 負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)（頻率調(diào)節(jié)系數(shù)、頻率特性系數(shù)）KD的物理意義：K D = tgfNK D* =f*=1.0=/PDN f/fN= f N PDN=K Df NPDN（a）KD 反映 PD對 f 變化的自動調(diào)節(jié)能力： KD調(diào)節(jié)能力 負(fù)荷的“頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)”或“單位頻率調(diào)節(jié)功率”（b）（c）KD 取決于負(fù)荷本身的固有頻率特性，有實(shí)驗(yàn)確定。一般如果 PD 與無

8、功功率， KD=0負(fù)荷不具有頻率調(diào)節(jié)能力PDPDN P D ff N-86fKD=13圖 3-1 頻率靜態(tài)特性曲線圖3DD*DD3.2 電源的有功功率頻率靜態(tài)特性3.2.1 同步發(fā)電機(jī)組的調(diào)試系統(tǒng)作用：反映機(jī)組轉(zhuǎn)速 ( 系統(tǒng)頻率 ) 變化調(diào)整 QF汽門或 SF導(dǎo)水葉開度 原動機(jī)進(jìn)汽（水）量原動機(jī) Mm (Pm)機(jī)組出力 PG系統(tǒng) f ( ) 或 nG概念：單機(jī)運(yùn)行調(diào) nG ( f ) ，并列 ( 網(wǎng) ) 運(yùn)行調(diào) PG構(gòu)成：調(diào)速器： f 自動響應(yīng) Pm PG f f f 0一次調(diào)整調(diào)頻器：一次調(diào)整后，若 f 過大人為介入 Pm PGf 0二次調(diào)整3.2.2 調(diào)速系統(tǒng)框圖二次調(diào)頻信號+ + + 0

9、- K 1T 1s 原動機(jī)轉(zhuǎn)速 PmK 2T 2s+K 3傳感器T 2 s+1圖 3-2- 調(diào)速系統(tǒng)框圖3.2.3 同步發(fā)電機(jī)組的有功功率 - 頻率靜態(tài)特性 特性曲線 PG( f ) ：圖 3-2- 頻率靜態(tài)特性曲線示意圖4 靜態(tài)調(diào)差系數(shù)定義： 的物理意義分析：（a） f 、 PG變化方向相反 0（b） 反映機(jī)組的頻率調(diào)節(jié)能力 頻率調(diào)節(jié)能力（c） 反映機(jī)組每增發(fā)單位出力引起的轉(zhuǎn)速變化（d） 若機(jī)組出力達(dá)到極限： =機(jī)組已經(jīng)不具有頻率調(diào)節(jié)能力 靜態(tài)有功頻率特性系數(shù)單位頻率調(diào)節(jié)功率：定義：意義：（a）KG反映機(jī)組的頻率調(diào)節(jié)能力： KG調(diào)節(jié)能力“單位頻率調(diào)節(jié)功率”（b）KG是機(jī)組本身的固有頻率特性，

10、可由實(shí)驗(yàn)確定（c）若機(jī)組出力達(dá)到極限： KG=0機(jī)組已經(jīng)不具有頻率調(diào)節(jié)能力 P G( f ) 與 PD（ f ）之比較：K D = 0K G = - 0（a） K D 不可調(diào)整， KG可調(diào)整（b） K D、KG均為 f 每變化一個(gè)單位所引起的PD或 PG的變化量（c） F ( f 0) PD0P ；DPGOPG二者綜合作用，減小功率缺額有利于頻率穩(wěn)定5/ >D/ >G4 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整4.1 頻率的一次調(diào)整4.1.1 基本原理初始條件： A 點(diǎn) PG（ f ） PD( f ) 交點(diǎn)： f 1、PG(A) =PD(A) =P1負(fù)荷擾動： PD0 PD （f ）、B 點(diǎn) PD=PD

11、(A) +PD0PG=PG(A)4.1.2 基本關(guān)系 PG=-K G f . PD=K DfPD0 = PG- PD=-(K G+KD) f =-K S fKS=KG+KD=- PD0/ ff =- PD0/K S注意： 一次調(diào)整時(shí)機(jī)組與負(fù)荷共同作用、自動完成 一次調(diào)頻能減小 f ，但 f 0 KS系統(tǒng)單位頻率調(diào)節(jié)功率反映了系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)能力 機(jī)組具備有功備用才能參與一次調(diào)頻，當(dāng)如圖 4-1 所示KG=0 時(shí)， P 更大的D0f ，PPG( f )CP2BF PD PG PD 0P1PD( f ) fA0f2f1f( )圖 4-1 頻率一次調(diào)整示意圖6 KS的標(biāo)幺值：KS=KG+KD=KG.P

12、 GN/F n+KD.P DN/F n=- PD0/ fKG.P GN/P DN+KD=- PD0/ f KSKS=KD+KXKG KX=PGN/P DN=1+PX/P DNPr :G 的有功備用容量Kr ：備用系數(shù) 要求： Kr 1.0頻率調(diào)節(jié)系數(shù)的基準(zhǔn)： KDPDN；KG PGN；KS PGN4.1.3 多機(jī)系統(tǒng)的一次調(diào)頻運(yùn)行狀態(tài)分析基本條件：機(jī)組數(shù) n，均有一次調(diào)頻能力；含網(wǎng)損P 的總負(fù)荷： PD0初始狀態(tài) ：PG 0 PD0 、 f f 0負(fù)荷擾動： PD0 PD0 PD PD0 PD 0頻率變化： PD( f 0 ) > PG ( f 0 ) PG0 f f f 0 f ； f

13、 <0機(jī)組響應(yīng)： PG i KG i fPGi (f)PG i 0 PG i； PG i > 0 ( i =1,2, ,n)出力總增量： PGPG i (KG i f ) ( KG i ) f系統(tǒng)總出力： PG(f) PG0 PG負(fù)荷響應(yīng)： P D KD f < 0系統(tǒng)總負(fù)荷：PD (f) PD 0 PD 0 P D頻率 f 時(shí)的系統(tǒng)功率平衡方程：PD(f) PG(f)PD0 + PD0 P D PG 0 PG PD 0 PGP DPD 0 ( KG i) f KD f ( KG i KD ) fPD 0 KS f 等值機(jī)組的單位頻率調(diào)節(jié)功率和調(diào)差系數(shù)7(a)KG： KG K

14、G i (MW / Hz)(b)KG* ：Let PGN. PGN. iKG -= -PGN. f/fN=-PGN. =-iPGN iPGN. PGN i= -Gi*PGN.PGN iKG = (K G i*P GN.P GN i )f NPGN. Gi注意基準(zhǔn)功率： KGi PGN.i(C) 調(diào)差系數(shù)KG PGN 系統(tǒng)的等值單位頻率調(diào)節(jié)功率KS ：KSPD 0 / f KG KD(MW / Hz)KS* PD0* / f*功率基準(zhǔn)： PDNKS* (KG KD )f NP DN KGf NP DN KDf NP DN KGf NP DN KD*K G =K G (f N /PGN. )KG

15、f NP DN（ KGP GN.f N)f NP DN KGP GN.P DN KrKGK r P GN.P DNP DN P Gr. P DN 1Gr . iP DNPDr=PGr.t 系統(tǒng)總有功備用容量Kr：系統(tǒng)備用系數(shù) Kr 1.0注意功率基準(zhǔn)： KGPGN ；KDPDN；KSPDN 多機(jī)系統(tǒng)一次調(diào)頻應(yīng)當(dāng)注意的基本問題(i)一次調(diào)頻計(jì)算的基本內(nèi)容KG i 、( i ) 、 KD 、 PD0 f 、 P G i ：KG KG iKS KG KDf PD0 / KS; P G i KG i f f / iNote：f / i P GN i ( f* /i* )P G i / P GN i f

16、* /i*8G*G iGi*G*KG i 、( i ) 、 KD 、 f PD 、0P G i ：PD 0 KS f (KG KD) fP G i KG i f(ii)一次調(diào)頻的基本特點(diǎn)(a) 系統(tǒng)必須具有足夠的熱備用容量，保證Kr >1(b)if PGi PGNithen P Gr. i 0 ; KGi 0(c) 機(jī)組應(yīng)有合理的 i 過大 KG??；過小 KG??；各機(jī)組間功率分配不穩(wěn)定(d) 系統(tǒng)機(jī)組多、裝機(jī)容量大負(fù)荷擾動引起的f ??；(e) 一次調(diào)頻有差， 只能減小 f 、但不能使 f 0對小幅度、 變動頻繁的負(fù)荷變化引起的頻率偏移進(jìn)行調(diào)整4.2 頻率的二次調(diào)整4.2.1 基本原理 ：

17、如圖 4-2-1 所示K D f 0 PP2P1K G f0PD ( f ) K D f K G f0( 調(diào)頻器）f 2f 1f( )圖 4-2-1 頻率的二次調(diào)整基本原理圖94.2.2 基本關(guān)系：PD0 = PG+PG- PDPD0- PG=-(K G+KD) f =-K S ff=f 2-f 1=-( PD0- PG)/K4.2.3 基本理論：S二次調(diào)頻縮小了頻率偏移：f 0f實(shí)質(zhì)強(qiáng)制 G增加出力，減小了功率缺額：PD0 (P D0- PG)二次調(diào)頻可以實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)：if(PD0 = PG) then f =0系統(tǒng)中只有部分 G參與二次調(diào)頻調(diào)頻機(jī)組4.3 互聯(lián)系統(tǒng)的（二次）頻率調(diào)整4.3.

18、1 基本關(guān)系SystemA:PDA +PAB- PGA=-K AFASystemB:PDB- PAB- PGA=-K BFB Fa=Fb= f ( + ) - ( + )K A + K B KAB KA( DB GB ) - KK A + KBB( DA - GA )4.3.2 注意要點(diǎn)：無差調(diào)節(jié)條件：聯(lián)合系統(tǒng)無功率缺額PDA +PDB =PGA+PGB10DA DB GA GBD GKA、 KB 影響交換功率 PAB=0的條件：（ PDA- PGA） /K A=( PDB- PGB)/KB PAB最大的條件：如果 PGB=0 則 PAB =PDB與此相對應(yīng) PGA =PDA + P DBPA

19、B =PDB-( PD- PGA)K B/(K A+KB)或者如果 PGA=0 則 PAB=- PDA與此相對應(yīng) PGB =PDA + P DBPAB=- PDA+( PD- PGB)K A/(K A+KB)4.4 調(diào)頻與調(diào)壓的關(guān)系4.4.1 頻率變化對電壓的影響2 2當(dāng) f 降低時(shí)， QG 降低， Qm(IM) ( V /X m) 升高、（I X）升高、（cv ）降低2QT.Y升高；系統(tǒng)無功缺額升高導(dǎo)致電壓降低2 2當(dāng) f 升高時(shí)， QG 升高， Qm(IM) ( V /X m) 降低、（I X）降低、（cv ）升高2QT.Y降低；系統(tǒng)無功缺額降低導(dǎo)致電壓升高4.4.2 電壓變化會頻率的影響

20、電壓升高， 無功功率升高， 功率變化量下降使得系統(tǒng)有功需求升高從而使得頻率降低，相反電壓降低時(shí)，頻率升高4.4.3 注意頻率（有功平衡）全局的：調(diào)壓（無功平衡）可以是局部的有功電源的分布不影響頻率調(diào)整：無功電源的分布會電壓調(diào)整影響很大系統(tǒng) PG、 QG 均不足，使得， V、f 均偏低，導(dǎo)致首先應(yīng)解決有功平衡，最后有利于電壓的調(diào)整115 電力系統(tǒng)的有功平衡與備用容量5.1 有功平衡關(guān)系PGPLD P PPlant PDf = f0 ( 要求： = fN)PG > PDf ； PG < PDf 5.2 備用容量基本要求： PGN. > P D P GN. PD Pr備用容量分類：

21、備用方式：熱備用 ( 旋轉(zhuǎn)備用 ) 、冷備用備用功能：a 負(fù)荷備用：適應(yīng)負(fù)荷短時(shí)波動，一二次調(diào)頻所必須, 要求（ 25） %PD Nb 事故備用：保證運(yùn)行中機(jī)組事故退出后的連續(xù)供電并維持，要求：（ 510）%PD N不小于運(yùn)行中最大單機(jī)容量c 檢修備用：保證機(jī)組計(jì)劃檢修時(shí)的連續(xù)供電并維持，要求：不小于系統(tǒng)中最大單機(jī)容量d 國民經(jīng)濟(jì)備用：滿足國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的負(fù)荷增長需求6 電力系統(tǒng)負(fù)荷在各類發(fā)電廠的合理分配6.1 火力發(fā)電廠的主要特點(diǎn)運(yùn)行成本高 ( 燃料、廠用電 ) ；維護(hù)復(fù)雜；運(yùn)行條件不受自然條件影響鍋爐、汽輪機(jī)最小技術(shù)負(fù)荷限制出力調(diào)整范圍小12鍋爐中溫中壓： PG.min25%PGN ；

22、 高溫高壓： PG.min70%PGN汽機(jī) PG.min(1015)% PGN負(fù)荷增、減速度慢： PG? (0.51.0) PGN爬坡速度 (25)%PGN /min投入、退出運(yùn)行：費(fèi)時(shí)長、耗能多、設(shè)備易損壞效率與蒸汽參數(shù)有關(guān)高溫高壓：最高；低溫低壓：最低熱電廠因供熱強(qiáng)迫功率 (PG.min) 大，出力調(diào)整范圍更??；但效率較高注意：蒸汽參數(shù)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合指標(biāo)效率、出力調(diào)節(jié)范圍、負(fù)荷增減速度高溫高壓火電廠不宜帶急劇變動負(fù)荷6.2 水力發(fā)電廠的主要特點(diǎn)運(yùn)行成本低；運(yùn)行條件受自然條件影響水庫調(diào)節(jié)周期越長，影響越小最小技術(shù)負(fù)荷主要受下要求游供水量限制，出力調(diào)整范圍大：50%PGN負(fù)荷增、減速度快： PG=0 PGN ， 1min投入、退出運(yùn)行：費(fèi)時(shí)短、無需額外耗費(fèi)；運(yùn)行操作簡便安全水利樞紐綜合效益好6.3 抽水蓄能水電廠的主要特點(diǎn)特殊水電廠：上、下兩級水庫，作用：調(diào)峰削鋒填谷、調(diào)節(jié)峰谷差運(yùn)行方式：日負(fù)荷低谷：作為負(fù)荷運(yùn)行，從電網(wǎng)吸收有功；日負(fù)荷高峰：電源，向系統(tǒng)發(fā)出有功6.4 核能發(fā)電廠的主要特點(diǎn)與常規(guī)火電廠比較， 主要不同： 一次能源轉(zhuǎn)換 ( 蒸汽 ) 系統(tǒng)； 技術(shù)特點(diǎn)與火電廠相同；容量大，經(jīng)濟(jì)、技術(shù)指標(biāo)好；一次投資大，運(yùn)行費(fèi)用小，機(jī)組啟、停：費(fèi)時(shí)長、耗能多；不宜帶急劇變動負(fù)荷。13總結(jié)電力系統(tǒng)頻率調(diào)整的結(jié)果與負(fù)荷變動的大致規(guī)律有關(guān)。實(shí)際的