電力系統(tǒng)頻率控制

1、2024/3/31,1,5-1 頻率調(diào)整必要性 5-2 電力系統(tǒng)頻率特性 5-3 電力系統(tǒng)頻率調(diào)整,第五章 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,2024/3/31,2,5-1 頻率調(diào)整必要性,A 頻率對(duì)電力用戶的影響 (1) 電力系統(tǒng)頻率變化會(huì)引起異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化, 出現(xiàn)次品和廢品。 （2）電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)會(huì)影響某些測(cè)量和控制用的電子設(shè)備的準(zhǔn)確性和性能,頻率過低時(shí)有些設(shè)備甚至無法工作。 （3）電力系

2、統(tǒng)頻率降低將使電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率降低,導(dǎo)致其所帶動(dòng)機(jī)械的轉(zhuǎn)速和出力降低,影響電力用戶設(shè)備的正常運(yùn)行。,1、電力系統(tǒng)頻率控制的必要性,2024/3/31,3,B 頻率對(duì)電力系統(tǒng)的影響頻率下降時(shí),汽輪機(jī)葉片的振動(dòng)會(huì)變大。頻率下降到47-48Hz時(shí),火電廠由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔機(jī)（如送風(fēng)機(jī)）的出力隨之下降,從而使火電廠發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率下降。不能及時(shí)制止, 出現(xiàn)頻率雪崩會(huì)造成大面積停電,甚至使整個(gè)系統(tǒng)瓦解。,2024/3/31,4

3、,發(fā)電廠的廠用機(jī)械多使用異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的，系統(tǒng)頻率降低將使電動(dòng)機(jī)功率降低，影響電廠正常運(yùn)行。電力系統(tǒng)頻率下降時(shí),異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的勵(lì)磁電流增加,使無功消耗增加,引起系統(tǒng)電壓下降。,2024/3/31,5,A 維持電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內(nèi) 電力系統(tǒng)頻率是靠電力系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行的所有發(fā)電機(jī)組發(fā)出的有功功率總和與系統(tǒng)內(nèi)所有負(fù)荷消耗(包括網(wǎng)損)的有功功率總和之間的平衡來維持的。但是電力系統(tǒng)的負(fù)荷是時(shí)刻變化的

4、,從而導(dǎo)致系統(tǒng)頻率變化。為了保證電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內(nèi)，就是要及時(shí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組有功功率。,2、電力系統(tǒng)有功功率控制的必要性,2024/3/31,6,當(dāng)系統(tǒng)頻率在額定值附近時(shí)，雖然頻率滿足要求，但沒有說明哪些機(jī)組參與并聯(lián)運(yùn)行，并聯(lián)運(yùn)行的機(jī)組各應(yīng)該發(fā)多少有功功率。電力系統(tǒng)有功功率控制的任務(wù)之一就是要解決這個(gè)問題。這就是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題。,B 提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性,2024/3/31,7,電力系統(tǒng)的規(guī)模在不斷地?cái)U(kuò)大,已經(jīng)

5、出現(xiàn)了將幾個(gè)區(qū)域電力系統(tǒng)聯(lián)在一起組成的聯(lián)合電力系統(tǒng)，有的聯(lián)合電力系統(tǒng)實(shí)行分區(qū)域控制，要求不同區(qū)域系統(tǒng)間交換的電功率和電量按事先約定的協(xié)議進(jìn)行。這時(shí)電力系統(tǒng)有功功率控制要對(duì)不同區(qū)域系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)線上通過的功率和電量實(shí)行控制。,C 保證聯(lián)合電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)行,2024/3/31,8,① 為什么P和f聯(lián)系起來 ② 有功功率平衡 ③ 調(diào)頻原理 ④ 調(diào)頻方法和措施,3、本章的主要內(nèi)容,2024/3/31,9,,

6、事故分析,2024/3/31,10,,,,5-2 電力系統(tǒng)頻率特性,一、電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性,二、發(fā)電機(jī)組和電力系統(tǒng)等效發(fā)電機(jī)組的 功率頻率靜態(tài)特性,三、電力系統(tǒng)的頻率特性,2024/3/31,11,系統(tǒng)負(fù)荷組成,圖13-1 有功功率負(fù)荷的變化1－第一種負(fù)荷分量；2－第二種負(fù)荷分量3－第三種負(fù)荷分量4－實(shí)際的負(fù)荷變化曲線,變化幅度很小，變化周期較短（一般為10s以內(nèi)）的負(fù)荷分量；變化幅度較大，變化周期

7、較長(zhǎng)（一般為10s～3min）的負(fù)荷分量，屬于這類負(fù)荷的主要有電爐，延壓機(jī)械，電氣機(jī)車等；變化緩慢的持續(xù)變動(dòng)負(fù)荷，引起負(fù)荷變化的原因主要是工廠的作息制度，人民的生活規(guī)律，氣象條件的變化等。,2024/3/31,12,頻率的調(diào)整,負(fù)荷的變化將引起頻率的相應(yīng)變化。第一種變化負(fù)荷引起的頻率偏移將由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行調(diào)整。這種調(diào)整通常稱為頻率的一次調(diào)整。第二種變化負(fù)荷引起的頻率變動(dòng)僅靠調(diào)速器的作用往往不能將頻率偏移限制在容許的范圍

8、之內(nèi)，這時(shí)必須有調(diào)頻器參與頻率調(diào)整，這種調(diào)整通常稱為頻率的二次調(diào)整。,2024/3/31,13,1、負(fù)荷分類（有功功率與頻率的關(guān)系）,與頻率變化無關(guān)的負(fù)荷，如照明、電弧爐、電阻爐和整流負(fù)荷等。與頻率的一次方成正比的負(fù)荷，負(fù)荷的阻力矩等于常數(shù)的屬于此類，如球磨機(jī)、切削機(jī)床、往復(fù)式水泵、壓縮機(jī)和卷揚(yáng)機(jī)等。與頻率的二次方成正比的負(fù)荷，如變壓器中的渦流損耗。與頻率的三次方成正比的負(fù)荷，如通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等。與頻率的更高次

9、方成正比的負(fù)荷，如靜水頭阻力很大的給水泵。,一、電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性,2024/3/31,14,2.電力系統(tǒng)負(fù)荷與頻率的關(guān)系：,,電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷由各種各樣的負(fù)荷組成。這些負(fù)荷吸取的有功功率有的與頻率無關(guān)，有的與頻率的一次方成正比，有的與頻率的二次方成正比，有的與頻率的更高次方成正比。但有：,2024/3/31,15,用標(biāo)么值表示為（PDN、fN）,2024/3/31,16,3、負(fù)荷有功－頻率的靜態(tài)頻率特性,在額定頻率附近，負(fù)

10、荷的靜態(tài)頻率特性近似為直線,,負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性曲線的斜率稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)KD。,2024/3/31,17,實(shí)際系統(tǒng)中KD*＝1～3頻率變化1％，負(fù)荷有功功率相應(yīng)變化（1～3）％調(diào)度部門必須掌握的一個(gè)數(shù)據(jù)，考慮按頻率減負(fù)荷方案和低頻率事故時(shí)用一次切除負(fù)荷來恢復(fù)頻率的計(jì)算依據(jù)。低頻減載是電力系統(tǒng)抑制頻率下降、維持系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的有效方法，控制電力系統(tǒng)一般故障及大面積復(fù)雜故障重要而有效的手段。合理而快速地切除負(fù)荷或解列，可以

11、使整個(gè)電網(wǎng)在最短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)至穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。,※不同電力系統(tǒng)或同一電力系統(tǒng)不同時(shí)刻的KD、KD*都可能不同，是不能控制的。,2024/3/31,18,二、發(fā)電機(jī)組的功率－頻率靜態(tài)特性,發(fā)電機(jī)的頻率是由原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)系統(tǒng)有功功率平衡遭到破壞，引起頻率變化時(shí)，原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)將自動(dòng)改變?cè)瓌?dòng)機(jī)的進(jìn)汽(水)量，相應(yīng)增加或減少發(fā)電機(jī)的出力。當(dāng)調(diào)速器的調(diào)節(jié)過程結(jié)束，建立新的穩(wěn)態(tài)時(shí)，發(fā)電機(jī)的有功功率與頻率之間的關(guān)系，稱為發(fā)電機(jī)組的有功功

12、率頻率靜態(tài)特性。,2024/3/31,19,測(cè)轉(zhuǎn)速元件離心飛擺及其附件；放大元件一錯(cuò)油門；執(zhí)行機(jī)構(gòu)一油動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)或稱同步器,圖 原動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)示意圖,1.自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介,2024/3/31,20,1.自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)原理簡(jiǎn)介,2024/3/31,21,頻率一次調(diào)整：變化幅度很小，變化周期比較短的負(fù)荷分量，它所引起的頻率偏移可以由發(fā)電機(jī)組調(diào)速器調(diào)整。當(dāng)頻率一次調(diào)整結(jié)束后，所得發(fā)電機(jī)的輸出功率與頻率關(guān)系——機(jī)組有功功

13、率與頻率靜特性。,2024/3/31,22,圖 發(fā)電機(jī)組的功率-頻率靜態(tài)特性,,2.發(fā)電機(jī)組靜態(tài)調(diào)差系數(shù),2024/3/31,23,由此可見，發(fā)電機(jī)組和等效發(fā)電機(jī)組的功率頻率靜態(tài)特性都是向下傾斜的，其程度用調(diào)差系數(shù)表示：,,,δ*——表征機(jī)組負(fù)荷變化后相應(yīng)轉(zhuǎn)速（f）偏移的程度。調(diào)差系數(shù)也叫調(diào)差率。δ*＝0.05，如負(fù)荷改變1％，頻率將偏移0.05％；如負(fù)荷改變20％，則頻率偏移1％。,2024/3/31,24,調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)就是機(jī)組

14、的單位調(diào)節(jié)功率KG*機(jī)組單位調(diào)節(jié)功率——表征頻率發(fā)生單位變化后，機(jī)組輸出功率的變化量。δ*、KG*——可控的（可整定的）,負(fù)號(hào)表示頻率下降時(shí)，發(fā)電機(jī)組的有功出力增加。,2024/3/31,25,電力系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)、輸電網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷組成。把輸電網(wǎng)絡(luò)的損耗看成負(fù)荷的一部分，則電力系統(tǒng)是由兩個(gè)環(huán)節(jié)組成的閉環(huán)系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性和負(fù)荷的功率頻率特性的交點(diǎn)就是電力系統(tǒng)的頻率的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。,,三、電力系統(tǒng)的頻率特性,2024/3/

15、31,26,原始運(yùn)行狀態(tài)PD(f)，和發(fā)電機(jī)組靜特性交點(diǎn)a。負(fù)荷增加ΔPD0，特性曲線變?yōu)镻´D(f)，新的運(yùn)行點(diǎn)b。,,,,,發(fā)電機(jī)組的功率輸出的增量：,負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)產(chǎn)生的負(fù)荷功率變化：,頻率變化：,2024/3/31,27,頻率下降時(shí),,負(fù)荷功率的實(shí)際增量：,<0,以上同發(fā)電機(jī)組的功率增量相平衡：,2024/3/31,28,系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)，在發(fā)電機(jī)組功頻特性和負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作用下又達(dá)到了新的功率平衡。

16、負(fù)荷↑，頻率↓，發(fā)電機(jī)按有差調(diào)節(jié)特性增加輸出；負(fù)荷實(shí)際取用的功率也因頻率的下降而有所減小。,這種由發(fā)電機(jī)特性和負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)共同承擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷變化使系統(tǒng)運(yùn)行在另一頻率的頻率調(diào)整稱為頻率的一次調(diào)整。,2024/3/31,29,K——系統(tǒng)的功率－頻率靜特性系數(shù)，或系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率。表示在計(jì)及發(fā)電機(jī)組和負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)時(shí)，引起頻率單位變化的負(fù)荷變化量。根據(jù)K值的大小，可以確定在允許的頻率偏移范圍內(nèi)，系統(tǒng)所能承受的負(fù)荷變化量。K的數(shù)值越大

17、，負(fù)荷增減引起的頻率變化就越小，頻率也就越穩(wěn)定。,2024/3/31,30,系統(tǒng)中有功功率電源的出力不僅應(yīng)該滿足在額定頻率下系統(tǒng)對(duì)有功功率的需求，并且為了適應(yīng)負(fù)荷增長(zhǎng)，還應(yīng)該有一定的備用容量。,初始狀態(tài)，運(yùn)行在A點(diǎn)（滿載運(yùn)行）。A點(diǎn)以后，發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)特性是一條與橫軸平行的直線，KG＝0。系統(tǒng)的負(fù)荷再增加，發(fā)電機(jī)不能再增加輸出了，發(fā)電機(jī)組滿載時(shí)只有靠頻率下降后負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)的作用來取得新的平衡。K* =KD*KD*很小→負(fù)荷增加

18、所引起的頻率下降相當(dāng)嚴(yán)重。,2024/3/31,31,5－4 電力系統(tǒng)頻率調(diào)整,一、電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整（n臺(tái)）,,n臺(tái)機(jī)組輸出功率總增量為,n臺(tái)機(jī)組的等值單位調(diào)節(jié)功率為,n臺(tái)機(jī)組的等值單位調(diào)節(jié)功率>>一臺(tái)機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率。在輸出功率變動(dòng)值ΔPG相同的條件下，多臺(tái)機(jī)組并列運(yùn)行時(shí)的頻率變化比一臺(tái)機(jī)組運(yùn)行時(shí)的要小得多。,2024/3/31,32,求出了n臺(tái)機(jī)組的等值調(diào)差系數(shù)和等值單位調(diào)節(jié)功率后，就可像一臺(tái)機(jī)和等值單位調(diào)

19、節(jié)功率組時(shí)一樣來分析頻率的一次調(diào)整。算出負(fù)荷功率初始變化量ΔPD0引起的頻率偏差。而各臺(tái)機(jī)組所承擔(dān)的功率增量則為或由上式可見，調(diào)差系數(shù)越小的機(jī)組增加的有功出力（相對(duì)于本身的額定值）就越多。,2024/3/31,33,2024/3/31,34,2024/3/31,35,2024/3/31,36,,二、電力系統(tǒng)頻率二次調(diào)整,為什么要進(jìn)行頻率的二次調(diào)整？,所以系統(tǒng)的功頻特性為基礎(chǔ)的頻率一次調(diào)整的作用是有限的，只適用于負(fù)荷變化幅度

20、很小、變換周期較短的變化負(fù)荷。因此，必須進(jìn)行頻率的二次調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)頻率的無差調(diào)節(jié)。無差調(diào)節(jié)：負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速或者頻率保持不變。,2024/3/31,37,同步器二次調(diào)頻,測(cè)轉(zhuǎn)速元件離心飛擺及其附件；放大元件一錯(cuò)油門；執(zhí)行機(jī)構(gòu)一油動(dòng)機(jī)；轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)或稱同步器,,,2024/3/31,38,頻率的“二次調(diào)整”，也就是通常所說的“頻率調(diào)整”。手動(dòng)控制同步器的稱為“人工”調(diào)頻自動(dòng)調(diào)頻裝置控制的稱為自動(dòng)調(diào)頻。,調(diào)整的結(jié)果：

21、負(fù)荷增加：功頻靜特性平行右移→1。負(fù)荷降低：功頻靜特性平行左移→3,,2024/3/31,39,圖13-8 頻率的二次調(diào)整,2024/3/31,40,,當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷變化較大，通過改變發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)定值使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到規(guī)定范圍內(nèi)的頻率調(diào)整稱為頻率的二次調(diào)整。,電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整任務(wù)是由調(diào)頻發(fā)電廠中的發(fā)電機(jī)組承擔(dān)的。,2024/3/31,41,※一次調(diào)頻和二次調(diào)頻的特點(diǎn)和區(qū)別：,電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻是由于負(fù)荷引起的偏移，由發(fā)電機(jī)組的