電力系統(tǒng)分析第4章(電力系統(tǒng)的有功功率平衡)

1、本章提示本章提示4.1 概述概述4.2 自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)4.3 電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)的頻率特性4.4 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整小小 結(jié)結(jié)l調(diào)頻的意義及電力系統(tǒng)頻率的允許波動(dòng)范圍；調(diào)頻的意義及電力系統(tǒng)頻率的允許波動(dòng)范圍；l頻率一次調(diào)整的概念、原理及結(jié)果；頻率一次調(diào)整的概念、原理及結(jié)果；l頻率二次調(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；l電力系統(tǒng)的有功功率平衡及備用容量的概念。電力系統(tǒng)的有功功率平衡及備用容量的概念。4.1.1 頻率調(diào)整的必要性頻率調(diào)整的必要性4.1.2 頻率調(diào)整的方法頻率調(diào)整的方法 頻率變化的原因頻率變化的原因?頻率變化對(duì)負(fù)荷的影響頻率變

2、化對(duì)負(fù)荷的影響(1)異步機(jī) ：紡織品產(chǎn)生毛疵、紙張薄厚不均 (2)電子設(shè)備：降低精度、產(chǎn)生誤差 頻率變化對(duì)電力系統(tǒng)的影響頻率變化對(duì)電力系統(tǒng)的影響(1) 水泵、風(fēng)機(jī)：水壓、風(fēng)力不足(2) 汽輪機(jī)的葉片：低壓級(jí)葉片因振動(dòng)產(chǎn)生 裂紋頻率允許偏移的范圍：頻率允許偏移的范圍：50Hz(0.20.5)Hz 系統(tǒng)中負(fù)系統(tǒng)中負(fù)荷的變荷的變化化你答對(duì)了嗎你答對(duì)了嗎?4.1.1 4.1.1 頻率調(diào)整的必要性頻率調(diào)整的必要性有功功率負(fù)荷變動(dòng)曲線有功功率負(fù)荷變動(dòng)曲線4.1.2 4.1.2 頻率調(diào)整的方法頻率調(diào)整的方法幅度小幅度小,周期短周期短幅度較大幅度較大,周期較長(zhǎng)周期較長(zhǎng)持續(xù)變動(dòng)的負(fù)荷持續(xù)變動(dòng)的負(fù)荷4.2.1 調(diào)

3、速器的工作原理調(diào)速器的工作原理實(shí)現(xiàn)頻率的實(shí)現(xiàn)頻率的 一次一次調(diào)整調(diào)整 4.2.2 調(diào)頻器的工作原理調(diào)頻器的工作原理實(shí)現(xiàn)頻率的二次實(shí)現(xiàn)頻率的二次 調(diào)整調(diào)整轉(zhuǎn)速測(cè)轉(zhuǎn)速測(cè)量元件量元件 放大元放大元件件 執(zhí)行機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)構(gòu) 轉(zhuǎn)速控轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)制機(jī)構(gòu) 離心飛擺式調(diào)速系統(tǒng)離心飛擺式調(diào)速系統(tǒng)圖圖4.2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PEPTw w0 圖圖4.2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PEPTw w0發(fā)電機(jī)輸出發(fā)電機(jī)輸出 功率功率增加增加頻率頻率略低略低于原來(lái)值于原來(lái)值負(fù)荷負(fù)荷降低降低發(fā)電機(jī)輸出發(fā)電機(jī)輸出 功率功率減小減小頻率頻率略高略高于原來(lái)值于原來(lái)值負(fù)荷負(fù)荷增大增大

4、有差調(diào)節(jié)有差調(diào)節(jié)調(diào)頻器完成二次調(diào)整調(diào)頻器完成二次調(diào)整 無(wú)差調(diào)節(jié)無(wú)差調(diào)節(jié) 4.3.1 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態(tài)頻率靜態(tài)特性特性 4.3.2 系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)頻率靜態(tài)特性特性 4.3.1 4.3.1 發(fā)電機(jī)組的有功功率發(fā)電機(jī)組的有功功率 頻率靜態(tài)特性頻率靜態(tài)特性 00tanffPfPKNGNGGKGPGf0單位調(diào)節(jié)功率的標(biāo)么值單位調(diào)節(jié)功率的標(biāo)么值100%1GNNGNGNGGPfKffPPK調(diào)差系數(shù)的標(biāo)么值調(diào)差系數(shù)的標(biāo)么值NGNGNNfPPPff/KG 可以整定可以整定功頻靜態(tài)特性的平移功頻靜態(tài)特性的平移系統(tǒng)的負(fù)荷功率與頻率的關(guān)系：系統(tǒng)的負(fù)荷功率與頻率

5、的關(guān)系： 332210NDNNDNNDNDNDffPaffPaffPaPaP有功負(fù)荷的頻率靜態(tài)特有功負(fù)荷的頻率靜態(tài)特 聯(lián)結(jié)容量聯(lián)結(jié)容量，是指頻率、，是指頻率、電壓等于額定值時(shí)，電壓等于額定值時(shí)，接在電網(wǎng)上的用電設(shè)接在電網(wǎng)上的用電設(shè)備的實(shí)際容量。備的實(shí)際容量。 例例4.1 4.1 某電力系統(tǒng)中，與頻率無(wú)關(guān)的負(fù)荷占某電力系統(tǒng)中，與頻率無(wú)關(guān)的負(fù)荷占3535，與頻率一次方成正比的負(fù)荷占與頻率一次方成正比的負(fù)荷占4545，與頻率二次方成，與頻率二次方成正比的負(fù)荷占正比的負(fù)荷占1010，與頻率三次方成正比的負(fù)荷占，與頻率三次方成正比的負(fù)荷占1010。求系統(tǒng)頻率由。求系統(tǒng)頻率由5050赫降到赫降到4747赫

6、時(shí)，相應(yīng)的負(fù)荷變化赫時(shí)，相應(yīng)的負(fù)荷變化百分值。百分值。4.4.1 頻率的一次調(diào)整頻率的一次調(diào)整4.4.2 頻率的二次調(diào)整頻率的二次調(diào)整4.4.3 主調(diào)頻廠的選擇主調(diào)頻廠的選擇4.4.4 互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整fKPGGfKPDDa是原始運(yùn)行點(diǎn)是原始運(yùn)行點(diǎn)系統(tǒng)負(fù)荷增加系統(tǒng)負(fù)荷增加PPD0D0b點(diǎn)點(diǎn)負(fù)值負(fù)值負(fù)荷功率的實(shí)際增量負(fù)荷功率的實(shí)際增量fKPPPDDD00一次調(diào)整方程式為一次調(diào)整方程式為 fKfKKPPPDGDGD)(0GDDPPP0系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率efdfadaefKfKKPPDGGD)(00a是原始運(yùn)行點(diǎn)是原始運(yùn)行點(diǎn)系統(tǒng)負(fù)荷增加系統(tǒng)負(fù)荷增加PPD0D0機(jī)

7、組增發(fā)功率機(jī)組增發(fā)功率PPG0G0KPPfGD00 按照是否承擔(dān)二次調(diào)整可將電廠分為：按照是否承擔(dān)二次調(diào)整可將電廠分為： 按照頻率調(diào)整的要求，主調(diào)頻廠應(yīng)具備以下條件：按照頻率調(diào)整的要求，主調(diào)頻廠應(yīng)具備以下條件：主調(diào)頻廠主調(diào)頻廠 輔助調(diào)頻廠輔助調(diào)頻廠 非調(diào)頻廠非調(diào)頻廠（基載廠基載廠） 機(jī)組要有足夠的調(diào)整容量及范圍機(jī)組要有足夠的調(diào)整容量及范圍; 調(diào)頻機(jī)組具有能適應(yīng)負(fù)荷變化需要的調(diào)整速度調(diào)頻機(jī)組具有能適應(yīng)負(fù)荷變化需要的調(diào)整速度; 調(diào)整輸出功率時(shí)符合安全及經(jīng)濟(jì)原則。調(diào)整輸出功率時(shí)符合安全及經(jīng)濟(jì)原則。AAGAABDAfKPPPBBGBABDBfKPPP 對(duì)系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)A相當(dāng)于相當(dāng)于負(fù)荷增量，對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷增量

8、，對(duì)系統(tǒng)B相相當(dāng)于發(fā)電功率增量。當(dāng)于發(fā)電功率增量。ABPABKAKBP PGAGAP PGBGBP PDADAP PDBDBP PABAB 對(duì)對(duì)A A系統(tǒng)：系統(tǒng)：對(duì)對(duì)B B系統(tǒng)：系統(tǒng)：fffBA BAGDBAGBDBGADAKKPPKKPPPPf)()(若聯(lián)合系統(tǒng)二次調(diào)頻的發(fā)電功率增量若聯(lián)合系統(tǒng)二次調(diào)頻的發(fā)電功率增量 等于全等于全系統(tǒng)負(fù)荷增量系統(tǒng)負(fù)荷增量 時(shí)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)，即時(shí)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)，即GPDP0f全系統(tǒng)負(fù)荷增量全系統(tǒng)負(fù)荷增量發(fā)電功率增量發(fā)電功率增量功率缺額功率缺額BABAKKPPf聯(lián)合系統(tǒng)頻率的變化取決于這個(gè)系統(tǒng)總的功率缺額聯(lián)合系統(tǒng)頻率的變化取決于這個(gè)系統(tǒng)總的功率缺額和總的系統(tǒng)單

9、位調(diào)節(jié)功率和總的系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率()()ADBGBBDAGAABABKPPKPPPKK當(dāng)當(dāng)A、B兩系統(tǒng)都進(jìn)行二次調(diào)整，且兩系統(tǒng)的功率缺額與兩系統(tǒng)都進(jìn)行二次調(diào)整，且兩系統(tǒng)的功率缺額與其單位調(diào)節(jié)功率成比例時(shí)，即其單位調(diào)節(jié)功率成比例時(shí)，即 DAGADBGBABPPPPKK聯(lián)絡(luò)線上的交換功率增量聯(lián)絡(luò)線上的交換功率增量 為為零零。ABPBAABBAABKKPKPKP 如如A系統(tǒng)沒(méi)有功率缺額，即系統(tǒng)沒(méi)有功率缺額，即 ，聯(lián)絡(luò)線上，聯(lián)絡(luò)線上由由A流向流向B的功率增大；如的功率增大；如B系統(tǒng)沒(méi)有功率缺額，即系統(tǒng)沒(méi)有功率缺額，即 聯(lián)絡(luò)線上由聯(lián)絡(luò)線上由A流向流向B的功率減少。的功率減少。0AP0BP例例4.2 A、

10、B兩系統(tǒng)由聯(lián)絡(luò)線相聯(lián)，兩系統(tǒng)由聯(lián)絡(luò)線相聯(lián)， A系統(tǒng)：系統(tǒng)： B系統(tǒng)：系統(tǒng)： 求在下列情況下頻率的變化量求在下列情況下頻率的變化量 和聯(lián)絡(luò)線功率的變化和聯(lián)絡(luò)線功率的變化量量 。 （1）當(dāng)二系統(tǒng)機(jī)組都參加一次調(diào)頻；）當(dāng)二系統(tǒng)機(jī)組都參加一次調(diào)頻； （2）當(dāng)）當(dāng)A系統(tǒng)機(jī)組參加一次調(diào)頻，而系統(tǒng)機(jī)組參加一次調(diào)頻，而B(niǎo)系統(tǒng)機(jī)組不參加一系統(tǒng)機(jī)組不參加一次調(diào)頻。次調(diào)頻。 （3）兩系統(tǒng)機(jī)組都不參加一次調(diào)頻時(shí)。）兩系統(tǒng)機(jī)組都不參加一次調(diào)頻時(shí)。;100,/50,/800MWPHZMWKHZMWKDADAGA 。MWPHZMWKHZMWKDBDBGB50,/40,/700 f ABP 4.5.1 4.5.1 有功功率平

11、衡及備用有功功率平衡及備用4.5.2 4.5.2 電力系統(tǒng)中各類(lèi)發(fā)電廠的合理組合電力系統(tǒng)中各類(lèi)發(fā)電廠的合理組合CLDGPPPPP用戶的有功負(fù)荷用戶的有功負(fù)荷網(wǎng)絡(luò)的有功損耗網(wǎng)絡(luò)的有功損耗廠用電有功負(fù)荷廠用電有功負(fù)荷備用容量按存在形式分為備用容量按存在形式分為熱備用熱備用冷備用冷備用備用容量按其作用分為備用容量按其作用分為負(fù)荷備用負(fù)荷備用事故備用事故備用檢修備用檢修備用國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用 電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠主要有電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠主要有火力發(fā)電廠火力發(fā)電廠，水力發(fā)電水力發(fā)電廠廠和和核能發(fā)電廠核能發(fā)電廠三類(lèi)。三類(lèi)。 圖中：圖中：A A水電廠的不可水電廠的不可調(diào)功率；調(diào)功率；B B水電廠的可調(diào)水

12、電廠的可調(diào)功率；功率；C C熱電廠；熱電廠；D D核電廠；核電廠；E E高溫高壓凝氣高溫高壓凝氣式火電廠；式火電廠；F F中溫中壓凝氣中溫中壓凝氣式火電廠式火電廠圖圖4.94.9各類(lèi)發(fā)電廠組合順序示意圖各類(lèi)發(fā)電廠組合順序示意圖火力發(fā)電廠的特點(diǎn)有：火力發(fā)電廠的特點(diǎn)有： 火電廠運(yùn)行時(shí)要消耗大量的燃料，需要支付燃火電廠運(yùn)行時(shí)要消耗大量的燃料，需要支付燃料費(fèi)用，但運(yùn)行不受自然條件影響。料費(fèi)用，但運(yùn)行不受自然條件影響。 火電廠的鍋爐和汽輪機(jī)都受最小技術(shù)負(fù)荷的限火電廠的鍋爐和汽輪機(jī)都受最小技術(shù)負(fù)荷的限制。制。 火電廠機(jī)組的投入、退出或承擔(dān)急劇變動(dòng)的負(fù)火電廠機(jī)組的投入、退出或承擔(dān)急劇變動(dòng)的負(fù)荷時(shí)，既額荷時(shí)，

13、既額 外耗費(fèi)能量，又花費(fèi)時(shí)間，且易損外耗費(fèi)能量，又花費(fèi)時(shí)間，且易損壞設(shè)備。壞設(shè)備。 帶有熱負(fù)荷的火電廠稱為熱電廠帶有熱負(fù)荷的火電廠稱為熱電廠 水力發(fā)電廠的特點(diǎn)有：水力發(fā)電廠的特點(diǎn)有： 水廠不需要支付燃料費(fèi)用，且水能是可以再水廠不需要支付燃料費(fèi)用，且水能是可以再生的資源。生的資源。 水電廠機(jī)組的投入、退出或承擔(dān)急劇變動(dòng)水電廠機(jī)組的投入、退出或承擔(dān)急劇變動(dòng)的負(fù)荷時(shí)，所需時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單，無(wú)需的負(fù)荷時(shí)，所需時(shí)間短，操作簡(jiǎn)單，無(wú)需額外的耗費(fèi)。額外的耗費(fèi)。 水力樞紐往往兼有防洪、發(fā)電、航運(yùn)、灌溉、水力樞紐往往兼有防洪、發(fā)電、航運(yùn)、灌溉、養(yǎng)殖、供水和旅游等多方面的效益。養(yǎng)殖、供水和旅游等多方面的效益。 水

14、電廠的水輪機(jī)沒(méi)有嚴(yán)格的最小技術(shù)負(fù)荷要水電廠的水輪機(jī)沒(méi)有嚴(yán)格的最小技術(shù)負(fù)荷要求，發(fā)電機(jī)出力的調(diào)整范圍較寬。求，發(fā)電機(jī)出力的調(diào)整范圍較寬。 核能發(fā)電廠的特點(diǎn)有：核能發(fā)電廠的特點(diǎn)有： 核電廠一次性投資大，運(yùn)行費(fèi)用低。核電廠一次性投資大，運(yùn)行費(fèi)用低。 核電廠的反應(yīng)堆和汽輪機(jī)投入、退出或承擔(dān)急劇核電廠的反應(yīng)堆和汽輪機(jī)投入、退出或承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷時(shí)，需耗費(fèi)能量，花費(fèi)時(shí)間，且設(shè)備易變動(dòng)負(fù)荷時(shí)，需耗費(fèi)能量，花費(fèi)時(shí)間，且設(shè)備易損壞。損壞。 頻率是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，保證頻率質(zhì)頻率是衡量電能質(zhì)量的重要指標(biāo)，保證頻率質(zhì)量要求系統(tǒng)必須保持有功功率平衡，并具備一量要求系統(tǒng)必須保持有功功率平衡，并具備一定的有功備用容量。定的有功備用容量。系統(tǒng)中的負(fù)荷不斷發(fā)生變化，負(fù)荷的變化將引系統(tǒng)中的負(fù)荷不