1、本章提示 4.1 概述 4.2 自動調(diào)速系統(tǒng) 4.3 電力系統(tǒng)的頻率特性 4.4 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整 4.5 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡 小 結(jié),第4章 電力系統(tǒng)的有功功率平衡與頻率調(diào)整,調(diào)頻的意義及電力系統(tǒng)頻率的允許波動范圍； 頻率一次調(diào)整的概念、原理及結(jié)果； 頻率二次調(diào)整的概念、原理及結(jié)果； 電力系統(tǒng)的有功功率平衡及備用容量的概念。,本章提示,4.1.1 頻率調(diào)整的必要性 4.1.2 頻率調(diào)整的方法,4.1 概述,我國規(guī)定電力系統(tǒng)額定頻率為50Hz，允許的波動范圍為0.20.5Hz。,允許頻率偏移的大小反映了一個國家工業(yè)發(fā)展水平，這與電力系統(tǒng)管理與運行水平有關 。,頻率變化超出允許范圍時，對

2、用電設備的正常工作和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，都會產(chǎn)生影響，甚至造成事故。,4.1.1 頻率調(diào)整的必要性,電力系統(tǒng)頻率的變化是由有功負荷變化引起的。,圖4.1 有功負荷的變化,系統(tǒng)實際的負荷可以看作由三種具有不同變化規(guī)律的變動負荷組成,第一種負荷分量變動幅度小（0.1%0.5%），變化周期短（一般10s以內(nèi)）；,第二種負荷分量變動幅度較大（0.5%1.5%），變化周期較長（一般10s3min）；,第三種負荷分量是持續(xù)變動負荷。,4.1.2 頻率調(diào)整的方法,第一種變化負荷引起的頻率偏移由發(fā)電機組的調(diào)速器進行，稱為頻率的一次調(diào)整。,第二種變化負荷引起的頻率偏移由發(fā)電機組的調(diào)頻器進行，稱為頻率的二次調(diào)整。

3、,第三種負荷的變化是可預測的，調(diào)度部門按經(jīng)濟調(diào)度的的原則事先給各發(fā)電廠分配發(fā)電任務，各發(fā)電廠按給定的任務及時地滿足系統(tǒng)負荷的需求，就可以維持頻率的穩(wěn)定。,4.1.2 頻率調(diào)整的方法,4.2.1 調(diào)速器的工作原理實現(xiàn)頻率的 一次調(diào)整 4.2.2 調(diào)頻器的工作原理實現(xiàn)頻率的二次調(diào)整,4.2 自動調(diào)速系統(tǒng),圖4.2離心飛擺式調(diào)速系統(tǒng)示意圖,轉(zhuǎn)速測量元件,放大元件,執(zhí)行機構,轉(zhuǎn)速控制機構,4.2 自動調(diào)速系統(tǒng),圖4.2離心飛擺式調(diào)速系統(tǒng)示意圖,PEPT,w w0,PE=PT,w= w0,w w0,PEPT,4.2 自動調(diào)速系統(tǒng),圖4.2離心飛擺式調(diào)速系統(tǒng)示意圖,PEPT,w w0,圖4.2離心飛擺式調(diào)

4、速系統(tǒng)示意圖,PEPT,w w0,對應負荷的增大，發(fā)電機輸出功率增加，頻率略低于原來值；如果負荷降低，調(diào)速器調(diào)整作用將使輸出功率減小，頻率略高于原來值。這就是頻率的一次調(diào)整，,頻率的一次調(diào)整由調(diào)速器自動完成的。,調(diào)整的結(jié)果，頻率不能回到原來值，因此一次調(diào)整為有差調(diào)節(jié)。,4.2.1 調(diào)速器的工作原理-實現(xiàn)頻率的一次調(diào)整,由調(diào)頻器來完成的調(diào)節(jié)，稱為頻率的二次調(diào)整。 由于調(diào)整的結(jié)果，頻率能回到原來值，因此二次調(diào)整為無差調(diào)節(jié)。,4.2.2 調(diào)頻器的工作原理-實現(xiàn)頻率的二次調(diào)整,4.3.1 發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性 4.3.2 系統(tǒng)負荷的有功功率頻率靜態(tài)特性,4.3 電力系統(tǒng)的頻率特性,將上述調(diào)節(jié)

5、過程中發(fā)電機組的有功功率與頻率關系用發(fā)電機組的功頻靜特性或頻率特性表示。 圖中直線的斜率稱為發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率（或發(fā)電機組功頻靜特性系數(shù)），,圖4.3發(fā)電機組的功頻靜特性,其數(shù)值表示為頻率發(fā)生單位變化時，發(fā)電機輸出功率的變化量， 負號表示二者變化方向相反，即發(fā)電機輸出功率增加，頻率是降低的。 用標幺值表示為,(4.1),(4.2),4.3.1 發(fā)電機組的有功功率-頻率靜態(tài)特性,發(fā)電機組的調(diào)差系數(shù)是指機組由空載到滿載時，轉(zhuǎn)速（頻率）變化與發(fā)電機輸出功率變化之比，即,(4.3),4.3.1 發(fā)電機組的有功功率-頻率靜態(tài)特性,若機組負荷升高使轉(zhuǎn)速下降，可以通過伺服電動機來提高轉(zhuǎn)速，調(diào)整的結(jié)果使原來

6、的功頻靜特性2平行右移為特性1。,圖4.4功頻靜態(tài)特性的平移,若機組負荷降低使轉(zhuǎn)速升高高，則可通過伺服電動機來降低機組轉(zhuǎn)速，調(diào)整的結(jié)果使原來的功頻靜特性2平行左移為特性3.,4.3.1 發(fā)電機組的有功功率-頻率靜態(tài)特性,根據(jù)所需的有功功率與頻率的關系可將負荷分成以下幾類：,圖4.5有功負荷的頻率靜態(tài)特,根據(jù)統(tǒng)計資料，系統(tǒng)負荷以第二類占多數(shù)，因此負荷的靜態(tài)頻率特性可近似表示為一條直線，如圖所示。,不受頻率影響的負荷 與頻率成正比的負荷 與頻率的二次方成比例的負荷， 與頻率的高次方成比例的負荷,4.3.2 系統(tǒng)負荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性,系統(tǒng)處于運行穩(wěn)態(tài)時，系統(tǒng)中有功負荷隨頻率的變化特性稱為負荷

7、的靜態(tài)頻率特性。,圖4.5有功負荷的頻率靜態(tài)特,所謂聯(lián)結(jié)容量，是指頻率、電壓等于額定值時，接在電網(wǎng)上的用電設備的實際容量。,如果聯(lián)結(jié)容量改變，靜態(tài)特性曲線將上下移動。,4.3.2 系統(tǒng)負荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性,圖中直線的斜率為：,圖4.5有功負荷的頻率靜態(tài)特,、 稱為負荷的頻率調(diào)節(jié)效應系數(shù) 或簡稱為負荷的頻率調(diào)節(jié)效應,它反映了系統(tǒng)負荷對頻率的自動調(diào)整作用。,(4.6),4.3.2 系統(tǒng)負荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性,例4.1 某電力系統(tǒng)中，與頻率無關的負荷占35，與頻率一次方成正比的負荷占45，與頻率二次方成正比的負荷占10，與頻率三次方成正比的負荷占10。求系統(tǒng)頻率由50赫降到47赫時，相

8、應的負荷變化百分值。,4.3.2 系統(tǒng)負荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性,4.4.1 頻率的一次調(diào)整 4.4.2 頻率的二次調(diào)整 4.4.3 主調(diào)頻廠的選擇 4.4.4 互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整,4.4 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整,系統(tǒng)負荷增加時，在發(fā)電機組功頻特性和負荷本身的調(diào)節(jié)效應共同作用下實現(xiàn)了新的功率平衡。,負荷的功頻特性 與發(fā)電機組功頻靜特性 的交點a是系統(tǒng)的原始運行點，系統(tǒng)頻率為f1,圖4.6頻率的一次調(diào)整,假定系統(tǒng)只有一臺機組,若系統(tǒng)負荷增加 ，其特性曲線變?yōu)?。此時頻率為 。,4.4.1 頻率的一次調(diào)整,由圖4.6可見，對應b點，發(fā)電機功率輸出的增量為:,負荷的頻率調(diào)節(jié)效應所產(chǎn)生的負荷功率變化量為

9、,圖4.6頻率的一次調(diào)整,4.4.1 頻率的一次調(diào)整,電力系統(tǒng)負荷變化引起的頻率變化，僅依靠一次調(diào)整作用已不能保持在允許范圍內(nèi)時，就需要通過頻率的二次調(diào)整才能解決。,圖4.7頻率的二次調(diào)整,二次調(diào)整是以手動或自動方式調(diào)節(jié)發(fā)電機組的調(diào)頻器，使發(fā)電機組的功頻特性平行移動來改變發(fā)電機的有功功率，以保持系統(tǒng)的頻率不變或使頻率變化在允許范圍內(nèi)。,4.4.2 頻率的二次調(diào)整,由于進行了二次調(diào)整發(fā)電機組增發(fā)的功率 ；,由于調(diào)速器的調(diào)整作用而增加的發(fā)電機組功率（圖中 ）,由于負荷本身的調(diào)節(jié)效應而減小的負荷功率（圖中 ）,圖4.7頻率的二次調(diào)整,負荷增量 可分解為三部分：,4.4.2 頻率的二次調(diào)整,相似于式（

10、4.9）可得,如果二次調(diào)整發(fā)電機組增發(fā)的功率能完全抵償負荷的初始增量，則實現(xiàn)了無差調(diào)節(jié)，如圖4.7中虛線所示。,或：,圖4.7頻率的二次調(diào)整,（4.10）,（4.11）,4.4.2 頻率的二次調(diào)整,按照是否承擔二次調(diào)整可將所有電廠分為：,按照頻率調(diào)整的要求，主調(diào)頻廠應具備以下條件：,主調(diào)頻廠（一般12個電廠）負責全系統(tǒng)的頻率調(diào)整（即二次調(diào)整）; 輔助調(diào)頻廠是在系統(tǒng)頻率超過某一規(guī)定的偏移范圍時才參與頻率調(diào)整，一般只有幾個電廠; 非調(diào)頻廠（也叫基載廠）則按預先給定的負荷曲線發(fā)電。,機組要有足夠的調(diào)整容量及范圍; 調(diào)頻機組具有能適應負荷變化需要的調(diào)整速度; 調(diào)整輸出功率時符合安全及經(jīng)濟原則。,此外，

11、調(diào)整頻率時，還要考慮引起的聯(lián)絡線上功率的波動和某些中樞點的電壓波動是否超出允許范圍。,4.4.3 主調(diào)頻廠的選擇,假設 、 分別為兩系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率; 、 分別為兩系統(tǒng)二次調(diào)頻的發(fā)電功率變量; 、 分別為兩系統(tǒng)的負荷變化量; 為聯(lián)絡線上的交換功率變化量，正方向為由A流向B,圖4.8互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整,對系統(tǒng)A相當于負荷增量，對系統(tǒng)B相當于發(fā)電功率增量。,4.4.4 互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整,兩個聯(lián)合運行的系統(tǒng)頻率相等，可得：,（4.11）,可見，若聯(lián)合系統(tǒng)二次調(diào)頻的發(fā)電功率增量 等于全系統(tǒng)負荷增量 時，可實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，即,4.4.4 互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整,（4.12）,由4-10式可得：,4.4.4

12、 互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整,則式（4.11）、式（4.12）變?yōu)椋?（4.13）,（4.14）,若B系統(tǒng)沒有調(diào)頻廠，即 ，其負荷變化量 將由A系統(tǒng)的二次調(diào)整來承擔,若要保持 ，這時聯(lián)絡線上功率變化 ，即B系統(tǒng)的功率缺額 全部通過聯(lián)絡線由A輸送到B，這時聯(lián)絡線的功率增量最大。這也是調(diào)頻廠遠離負荷中心而且要實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)的情況。,（4.12）,4.4.4 互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整,例4.2 A、B兩系統(tǒng)由聯(lián)絡線相聯(lián)， A系統(tǒng)： B系統(tǒng)： 求在下列情況下頻率的變化量 和聯(lián)絡線功率的變化量 （1）當二系統(tǒng)機組都參加一次調(diào)頻； （2）當A系統(tǒng)機組參加一次調(diào)頻，B系統(tǒng)機組不參加一次調(diào)頻 （3）兩系統(tǒng)機組都不參加一次調(diào)頻

13、時。,4.4.4 互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整,4.5.1 有功功率平衡及備用 4.5.2 電力系統(tǒng)中各類發(fā)電廠的合理組合,4.5 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡,電力系統(tǒng)有功功率平衡是指運行中，所有發(fā)電廠發(fā)出的有功功率的總和 ，在任何時刻都等于該系統(tǒng)的總負荷 。,包括所有用戶的有功負荷 、網(wǎng)絡的有功損耗 以及廠用電有功負荷 ，即,在一般情況下，電力網(wǎng)中的有功功率損耗約占發(fā)電廠輸出功率的78；火電廠廠用電約占發(fā)電廠出力的510%，水電廠一般只占1左右。,（4.15）,4.5.1 有功功率平衡及備用,為保證系統(tǒng)安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟地運行，系統(tǒng)應具有一定的備用容量，,系統(tǒng)備用容量按存在形式可分為熱備用和冷備用。,熱備

14、用也叫旋轉(zhuǎn)備用，是指運轉(zhuǎn)中的發(fā)電設備可發(fā)最大功率與系統(tǒng)發(fā)電負荷之差。 冷備用則是指未運轉(zhuǎn)但能隨時啟用的發(fā)電設備可發(fā)的最大功率。,4.5.1 有功功率平衡及備用,系統(tǒng)備用容量按其作用可分為：,負荷備用：是指調(diào)整系統(tǒng)中短時的負荷波動并擔負計劃外的負荷增加而設置的備用。一般取最大負荷的35。,事故備用：系統(tǒng)的事故備用，是為了在電力系統(tǒng)中當發(fā)電設備發(fā)生偶然事故時，保證系統(tǒng)正常供電所需的備用。一般取最大負荷的510，但不能少于系統(tǒng)中一臺最大機組容量。,檢修備用：系統(tǒng)的檢修備用，是使系統(tǒng)中的發(fā)電設備能定期檢修而設置的備用。發(fā)電設備運轉(zhuǎn)一段時間后必須進行檢修，在這期間內(nèi)，如不能完全安排所有機組的大小修時，才

15、設置所需的檢修備用容量。,國民經(jīng)濟備用：系統(tǒng)的國民經(jīng)濟備用，是指滿足工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的超計劃增長對電力的需求而設置的備用。,4.5.1 有功功率平衡及備用,電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠主要有火力發(fā)電廠，水力發(fā)電廠和核能發(fā)電廠三類。,圖中： 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； E高溫高壓凝氣式火電廠； F中溫中壓凝氣式火電廠,圖4.9各類發(fā)電廠組合順序示意圖,4.5.2 電力系統(tǒng)中各類發(fā)電廠的合理組合,火力發(fā)電廠的特點有：,火電廠運行時要消耗大量的燃料，需要支付燃料費用，但運行不受自然條件影響。,火電廠的鍋爐和汽輪機都受最小技術負荷的限制。,火電廠機組的投入、退出或承擔急劇變動的負荷時，既額 外耗費能量，又花費時間，且易損壞設備。,帶有熱負荷的火電廠稱為熱電廠，它采用抽汽供熱，其總效率要高于一般的凝汽式火電廠。,4.5.2 電力系統(tǒng)中各類發(fā)電廠的合理組合,水力發(fā)電廠的特點有：,水廠不需要支付燃料費用，且水能是可以再生的資源。,水電廠機組的投入、退出或承擔急劇變動的負荷時，所需時間短，操作簡單，無需額外的耗費。,水力樞紐往往兼有防洪、發(fā)電、航運、灌溉、養(yǎng)殖、供水和旅游等多方面的效益。,水電廠的水輪機沒有嚴格的最小技術負荷要求，發(fā)電機出力的調(diào)整范圍較寬。,4.5.2 電力系統(tǒng)中各類發(fā)電廠的合理組合,核能發(fā)電廠的特點有：,核電廠一次性投資大，運行費用