電力系統(tǒng)基礎第九章

電力系統(tǒng)有功功率平衡和頻率調(diào)整

1湖南大學9.1頻率調(diào)整的必要性9.1.1頻率變化的危害9.1.2電力系統(tǒng)負荷變動規(guī)律2湖南大學9.1.1頻率變化的危害(1)對用戶：①IM出力，受f影響→影響生產(chǎn)（產(chǎn)量、質量、安全）②電子通信設備受f影響→可靠性、準確性和精度(2)對系統(tǒng)：①機組及輔機出力、效率受f影響——f↓→PG↓、η↓→PG↓↓→f↓↓②f↓↑→機組應力、壽命↓；③f↓→變壓器、IM的Xm↓→I0↑→I02Xm↑↑→系統(tǒng)無功缺額↑→V↓；網(wǎng)損↑(3)頻率變化的原因、對策、要求：原因：負荷功率變化→系統(tǒng)有功功率缺額/過?！鷉變化對策：調(diào)整發(fā)電機出力要求：50Hz±(0.2～0.5)Hz——△f=±(0.4~1.0)%3湖南大學調(diào)速器

調(diào)整出力——一次調(diào)頻調(diào)頻器

調(diào)整出力——二次調(diào)頻給定發(fā)電計劃——三次調(diào)頻第一種負荷變動P1：小幅隨機波動，周期短(<10s）→

f微小隨機波動。三種負荷變動——引起電網(wǎng)頻率的不同特點的變化：9.1.2電力系統(tǒng)負荷變動規(guī)律

負荷PD變動特點：規(guī)律性+隨機性→f變化特點：規(guī)律性+隨機性第三種負荷變動P3：幅度大，周期長，變化緩慢；原因：——氣候、作息制度、生活規(guī)律

——（如果不調(diào)整/增加電源出力）f有規(guī)律性的、較大幅度的變化第二種負荷變動P2：大容量沖擊負荷，幅度較大，周期較長（10s～3min），具有隨機性

→較大、具有隨機性的

f偏移。4湖南大學9.2電力系統(tǒng)的有功功率靜態(tài)頻率特性9.2.1負荷的有功功率－頻率靜態(tài)特性9.2.2電源的有功功率－頻率靜態(tài)特性5湖南大學9.2.1負荷的有功功率－頻率靜態(tài)特性定義：穩(wěn)態(tài)運行時的PD(f)，即有功-頻率靜態(tài)特性(2)描述：關于f的各次方類負荷：零次方類(∝f0)：照明、電弧爐、電阻爐、整流設備一次方類(∝f1)：機械轉矩恒定的電動機——球磨機、切削機床、往復式水泵、壓縮機、卷揚機二次方類(∝f2)：變壓器渦流損耗三次方類(∝f3)：通風機、循環(huán)水泵高次方類(∝fn>3)：大靜水頭阻力的給水泵(比例很小)6注意：一般而言，一次方類負荷比重最大，且正常運行時f總在fN附近小范圍波動，

因此，PD(f)

近似地認為是線性函數(shù)。湖南大學9.2.1負荷的有功功率－頻率靜態(tài)特性(3)負荷的頻率調(diào)節(jié)效應MW/Hz7KD的物理意義：湖南大學9.2.2電源的有功功率－頻率靜態(tài)特性(1)同步發(fā)電機組的調(diào)速系統(tǒng)作用：反映機組轉速(系統(tǒng)頻率)變化→調(diào)整QF汽門或SF導水葉開度μ→原動機進汽（水）量→原動機Mm(Pm)→機組出力PG→系統(tǒng)f(ω)或nG

概念：單機運行調(diào)nG(f)，并列(網(wǎng))運行調(diào)PG8湖南大學9.2.2電源的有功功率－頻率靜態(tài)特性(3)同步發(fā)電機組的有功功率－頻率靜態(tài)特性①G的有功-頻率靜態(tài)特性曲線PG(f)：調(diào)速器作用調(diào)頻器作用9湖南大學9.2.2——(3)同步發(fā)電機組的有功功率－頻率靜態(tài)特性②G的靜態(tài)調(diào)差系數(shù)δLet:PG0=PGNf0=fN

（

n0=nN

）；PG1=0

f1δ*=PGN&nN時突然甩負荷而引起的轉速增量——調(diào)差率調(diào)差率δ*=負荷改變(1%)時引起的轉速偏移(%)Hz/MW10（f1）湖南大學9.2.2——(3)同步發(fā)電機組的有功功率－頻率靜態(tài)特性

δ

的物理意義分析：δ↓調(diào)頻能力增強11δ↓——機組每單位出力變化所引起的轉速（系統(tǒng)頻率）變化越小——機組的調(diào)頻能力越強重要概念：單機運行調(diào)轉速（頻率）；

并網(wǎng)運行調(diào)出力。湖南大學9.2.2——(3)同步發(fā)電機組的有功功率－頻率靜態(tài)特性

③靜態(tài)有功頻率特性系數(shù)KG——定義f變化引起的PG變化量MW/HzPG*:PGNf*:fNδ↓→KG↑12湖南大學9.2.2——(3)同步發(fā)電機組的有功功率－頻率靜態(tài)特性

③靜態(tài)有功頻率特性系數(shù)KG——物理意義：KG反映G的頻率調(diào)節(jié)能力：KG

↑→

G調(diào)節(jié)f的能力↑——單位頻率調(diào)節(jié)功率(b)若G的出力達到極限(PGN)，KG=0→G已不具頻率調(diào)節(jié)能力(c)KG是G本身固有的頻率調(diào)節(jié)特性，可以調(diào)整（整定），由試驗確定KG↑調(diào)頻能力↑13湖南大學9.2.2——(3)同步發(fā)電機組的有功功率－頻率靜態(tài)特性

④PG(f)(KG)與PD(f)(KD)的比較：(a)定義：KD=+△PD/△f，KG=-△PG/△f；KD>0，KG>0(b)物理意義：頻率變化引起的有功功率變化量——方向相反二者綜合作用，減小了系統(tǒng)功率缺額(過剩)量，減小頻率偏移(△f)，有利于穩(wěn)定系統(tǒng)頻率(c)KD是負荷的固有特性，由負荷構成特性決定，不可調(diào)整；KG是G的固有特性，由G的調(diào)速系統(tǒng)特性決定，可以整定調(diào)整14湖南大學9.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整9.3.1頻率的一次調(diào)整（一次調(diào)頻）9.3.2頻率的二次調(diào)整（二次調(diào)頻）9.3.3互聯(lián)系統(tǒng)的二次調(diào)頻9.3.4調(diào)頻與調(diào)壓的關系15湖南大學9.3.1——(1)一次調(diào)頻的基本原理：初始條件：PG=PD→PG(f)、PD(f)交點：A負荷擾動：△PD0，PD→P’D(f)：C

→

PG<PD

→f↓

→PD↓、PG↑

→PG(f)、P’D(f)交點：B單機系統(tǒng)一次調(diào)頻計算的基本關系式16湖南大學9.3.1——(2)基本關系⑤KS的標么值：17湖南大學①運行狀態(tài)(電源、負荷的靜態(tài)頻率響應)分析基本條件：機組數(shù)n，均有一次調(diào)頻能力；含網(wǎng)損△P∑的總負荷：PD∑0初始狀態(tài)：PG∑0＝PD∑0、f

＝f0負荷擾動：△PD∑0→PD∑0↑→PD∑＝PD∑0＋△PD∑0頻率變化：→PD∑(f0)>PG∑(f0)＝PG∑0→f↓→f

＝f0＋△f；

△f<0負荷響應：△PD∑＝KD

△f<0系統(tǒng)總負荷：PD∑(f)＝PD∑0＋△PD∑0＋△PD∑機組響應：△PGi＝－KGi△f；△PGi>0(i=1,2,…,n)PGi(f)＝PGi0＋△PGi

出力總增量：△PG∑＝∑△PGi＝－∑(KGi△f)＝－(∑KGi)△f系統(tǒng)總出力：PG∑(f)＝PG∑0＋△PG∑9.3.1——(3)多機系統(tǒng)的一次調(diào)頻：18湖南大學9.3.1——(3)多機系統(tǒng)的一次調(diào)頻：②多機系統(tǒng)一次調(diào)頻的計算原理與方法

系統(tǒng)功率平衡方程：

PD∑(f)＝PG∑(f)

→PD∑0

+△PD∑0＋△PD∑＝PG∑0＋△PG∑

→△PD∑0＝△PG∑－△PD∑

△PD∑0＝－(∑KGi)△f－KD

△f＝－(∑KGi

＋KD

)△f△PD∑0＝－KS

△fKS＝

∑KGi

＋KD多機系統(tǒng)一次調(diào)頻計算的基本關系式19湖南大學多機系統(tǒng)的一次調(diào)頻——舉例解：KS＝

∑KGi

＋KD△PD∑0＝－KS

△fPGA0PGB0500200PGA0PGB0400300PGA0PGB0600100GA、GB均已滿發(fā)20結論：1）必須要有旋轉備用；2）調(diào)頻能力強的機組盡可能多的留有備用容量。假設：總負荷900MW，負荷增量70MW。1、2、3、4、湖南大學9.3.1——(3)多機系統(tǒng)的一次調(diào)頻：

③等值機組的單位頻率調(diào)節(jié)功率和調(diào)差系數(shù)(a)KG∑：KG∑＝∑KGi

(MW/Hz)

(b)KG∑*：LetPGN.∑＝∑PGN.i21湖南大學9.3.1頻率的一次調(diào)整——(3)多機系統(tǒng)的一次調(diào)頻：

④系統(tǒng)的等值單位頻率調(diào)節(jié)功率KS：

KS＝－△PD∑0/△f＝KG∑＋KD(MW/Hz)

KS*＝－△PD∑0*/△f*

←功率基準：PDN

系統(tǒng)總備用系統(tǒng)備用系數(shù)：Kr>122湖南大學9.3.1頻率的一次調(diào)整——(3)多機系統(tǒng)的一次調(diào)頻：

⑤多機系統(tǒng)一次調(diào)頻應當注意的基本問題(i)一次調(diào)頻計算的基本內(nèi)容※KGi(δi)、KD、△PD∑0→△f、△PGi

：KG∑＝∑KGiKS＝KG∑＋KD

△f＝－△PD∑0/KS;△PGi＝－KGi△f＝－△f/δi

Note：△f/δi＝PGNi(△f*/δi*)△PGi/PGNi＝△f*/δi*※KGi(δi)、KD、△f→△PD∑0、△PGi

：

△PD∑0＝－KS△f＝－(KG∑＋KD)

△f△PGi

＝－KGi

△f23湖南大學9.3.1頻率的一次調(diào)整——(3)多機系統(tǒng)的一次調(diào)頻：⑤多機系統(tǒng)一次調(diào)頻應當注意的基本問題(ii)一次調(diào)頻的基本特點(a)

系統(tǒng)必須具有足夠的熱備用容量，保證Kr

>1(b)

ifPGi

＝PGNithenPGr.i

＝0;KGi

＝0(c)

機組應有合理的δi——δ過大→KG∑太小——頻率調(diào)節(jié)能力下降；δ過小→KG∑太大——各機組間功率分配不穩(wěn)定(d)

系統(tǒng)機組多、裝機容量大→負荷擾動引起的△f?。?e)

一次調(diào)頻有差，只能減小△f、但不能使△f＝0——對小幅度、變動頻繁的負荷變化引起的頻率偏移進行調(diào)整24湖南大學9.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整9.3.1頻率的一次調(diào)整（一次調(diào)頻）9.3.2頻率的二次調(diào)整（二次調(diào)頻）9.3.3互聯(lián)系統(tǒng)的二次調(diào)頻9.3.4調(diào)頻與調(diào)壓的關系25湖南大學A

f1

CBf2

B′f’2初始運行點僅一次調(diào)頻的運行點二次調(diào)頻、有差調(diào)節(jié)的運行點二次調(diào)頻、無差調(diào)節(jié)的運行點9.3.2——(1)二次調(diào)頻的基本原理：27湖南大學調(diào)頻機組ki

的強制增發(fā)功率所有機組一次調(diào)頻的自動增發(fā)功率二次調(diào)頻不改變KS28湖南大學9.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整9.3.1頻率的一次調(diào)整（一次調(diào)頻）9.3.2頻率的二次調(diào)整（二次調(diào)頻）9.3.3互聯(lián)系統(tǒng)的二次調(diào)頻9.3.4調(diào)頻與調(diào)壓的關系29湖南大學9.3.3——(1)基本關系30湖南大學9.3.3互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整——(2)注意要點：31互聯(lián)系統(tǒng)二次調(diào)頻的實現(xiàn)方式（過程）：1）調(diào)度：計算二次調(diào)頻所需的發(fā)電功率增量ΔP（區(qū)域控制偏差ACE）；2）調(diào)度：將ACE分配給調(diào)頻電廠/機組；3）調(diào)頻電廠/機組：AGC接收到調(diào)度下達的調(diào)頻命令，控制發(fā)電機出力調(diào)整。湖南大學9.3.4調(diào)頻與調(diào)壓的關系

(1)頻率變化對電壓的影響32湖南大學PG∑＝PLD∑＋△P∑＋△PPlant＝PD∑→f=f0(要求：=fN)PG∑>PD∑→f↑；PG∑<PD∑→f↓9.4電力系統(tǒng)的有功平衡與備用容量(1)有功平衡關系：(2)備用容量：①基本要求：PGN.∑>PD∑

→PGN.∑－PD∑＝Pr②備用容量分類：備用方式：熱備用(旋轉備用)、冷備用備用功能：33湖南大學9.5電力系統(tǒng)負荷在各類發(fā)電廠的合理分配9.5.1各類發(fā)電廠的主要特點

大容量發(fā)電廠：火力發(fā)電廠、水利發(fā)電廠、核能發(fā)電廠注意：蒸汽參數(shù)↑→技術、經(jīng)濟綜合指標↑

→效率↑、出力調(diào)節(jié)范圍↓、負荷增減速度↓→高溫高壓火電廠不宜帶急劇變動負荷(1)火力發(fā)電廠的主要特點

①運行成本高(燃料、廠用電)；維護復雜；運行條件不受自然條件影響②鍋爐、汽輪機最小技術負荷限制→出力調(diào)整范圍小鍋爐——中溫中壓：PG.min≥25%PGN；高溫高壓：PG.min≥70%PGN汽機——PG.min≥(10~15)%PGN③負荷增、減速度慢：PG∈(0.5~1.0)PGN→爬坡速度(2~5)%PGN/min④投入、退出運行：費時長、耗能多、設備易損壞⑤效率與蒸汽參數(shù)有關→高溫高壓：最高；低溫低壓：最低⑥熱電廠因供熱強迫功率(PG.min)大，出力調(diào)整范圍更??；但效率較高34湖南大學9.5.1各類發(fā)電廠的主要特點(2)水力發(fā)電廠的主要特點

①運行成本低；運行條件受自然條件影響→水庫調(diào)節(jié)周期越長，影響越?、谧钚〖夹g負荷主要受下要求游供水量限制，出力調(diào)整范圍大：≥50%PGN③負荷增、減速度快：PG=0↑→PGN，≤1min④投入、退出運行：費時短、無需額外耗費；運行操作簡便安全⑤水利樞紐綜合效益好(3)抽水蓄能水電廠的主要特點

特殊水電廠：上、下兩級水庫

作用：調(diào)峰——削鋒填谷、調(diào)節(jié)峰谷差運行方式：日負荷低谷：作為負荷運行，從電網(wǎng)吸收有功；日負荷高峰：電源，向系統(tǒng)發(fā)出有功(4)核能發(fā)電廠的主要特點

與常規(guī)火電廠比較，主要不同：一次能源轉換(→蒸汽)系統(tǒng)；技術特點與火電廠相同；容量大，經(jīng)濟、技術指標好；一次投資大，