电气运行技术与管理1-3.ppt

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第一章电力系统及运行电气运行技术与管理电气运行技术与管理黄河水院自动化工程系黄河水院自动化工程系1-3电力系统频率及其调整11电力系统概述12电力系统稳定13电力系统频率及其调整14电力系统电压及其调整15电力系统调度电气运行技术与管理电气运行技术与管理第一章电力系统及运行13电力系统频率及其调整一、频率调整的必要性二、电力系统有功功率的平衡三、电力系统的频率调整四、电力系统的有功功率频率静态特性五、调频电厂的选择电气运行技术与管理电气运行技术与管理第一章电力系统及运行1-3电力系统频率及其调整电能质量标准电能质量标准频率、电压、电压的不对称性、非正弦性频率、电压、电压的不对称性、非正弦性频率标准：

频率标准：

整个电力系统统一的标准频率整个电力系统统一的标准频率50Hz。

频偏规定：

频偏规定：

300万万kW以上系统，以上系统，0.2Hz300万万kW以下系统，以下系统，0.5Hz频率与有功平衡的关系频率与有功平衡的关系频率与转速相关频率与转速相关转矩不平衡时转矩不平衡时,转子转速变化转子转速变化,引起频率变化引起频率变化要保持电力系统在某一频率下运行，就必须保证在该频率下电力系统的要保持电力系统在某一频率下运行，就必须保证在该频率下电力系统的有功率功率平衡；有功率功率平衡；有功不足，频率下降；有功过剩则频率升高。

1-3电力系统频率及其调整电力系统频率变化的影响11、对用户的影响、对用户的影响（11）异步电机转速：

影响纺织工业、造纸工业等产品质量）异步电机转速：

影响纺织工业、造纸工业等产品质量（22）频率下降会造成异步电机输出功率下降）频率下降会造成异步电机输出功率下降（33）电子设备的准确度）电子设备的准确度22、对发电厂和电力系统的影响、对发电厂和电力系统的影响（11）对发电厂厂用机械设备运行的影响）对发电厂厂用机械设备运行的影响（22）对汽轮机叶片的影响（）对汽轮机叶片的影响（低频时，容易引起汽轮机叶片的共振）（33）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无功消耗。

）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无功消耗。

一、频率调整的必要性1-3电力系统频率及其调整二、电力系统有功功率的平衡1.有功功率负荷的变动分类三种负荷的变动规律的综合P1一类负荷波动幅值小；周期短（10s以内）；由用电设备的投入和退出引起；不可预测。

P2二类负荷波动周期较长，幅值较大；由大容量用电设备的投入和退出引起，不可预测。

P3P3三类负荷波动三类负荷波动周期最长，幅值最大；由生产生活规律和气象条件变化引起；可以预测。

1-3电力系统频率及其调整要实现电力系统的功率平衡必须具备以下条件：

要实现电力系统的功率平衡必须具备以下条件：

充足的供电能力，并留有一定的备用容量。

充足的发电调节能力，能够及时增加或减少发电机的出力，适应负荷高峰和低谷的变化。

充足的电力传输能力，保证所发电力能可靠地送到各处。

合理的配电网布局，保证每个用户都能得到充足和质量合格的电能。

完善的自动频率调整、自动低频减负荷等监控手段。

二、电力系统有功功率的平衡2.有功功率的平衡和备用容量1-3电力系统频率及其调整电力系统中，在任何时刻，所有发电厂发出的有功功率总和（也称发电负荷）都是与系统的总负荷在某一频率下相平衡。

为了保证良好的电能质量，电力系统的有功功率应该在频为了保证良好的电能质量，电力系统的有功功率应该在频率允许变化范围内保持平衡。

因此，率允许变化范围内保持平衡。

因此，为了实现系统有功功率的为了实现系统有功功率的平衡，系统应有一定的备用容量。

平衡，系统应有一定的备用容量。

备用容量是指在最大负荷情况下，系统的可用电源容量大是指在最大负荷情况下，系统的可用电源容量大于发电负荷的部分于发电负荷的部分。

所有所有用户用户的有功负荷的有功负荷所有发电厂所有发电厂厂用电厂用电有功负荷有功负荷网络的网络的全部有功损耗全部有功损耗二、电力系统有功功率的平衡2.有功功率的平衡和备用容量1-3电力系统频率及其调整8760t（h）P（MW）用电负荷用电负荷备用容量备用容量新增容量新增容量二、电力系统有功功率的平衡2.有功功率的平衡和备用容量备用容量是指在最大负荷情况下，系统的可用电源容量大于用电负荷的部分。

1-3电力系统频率及其调整备用容量：

电源容量大于发电负荷的部分二、电力系统有功功率的平衡2.有功功率的平衡和备用容量负荷备用：

针对一类、二类负荷波动和预测外负荷设置针对一类、二类负荷波动和预测外负荷设置事故备用：

针对事故导致发电设备退出而设置针对事故导致发电设备退出而设置检修备用：

针对发电设备检修退出运行而设置针对发电设备检修退出运行而设置国民经济备用：

针对国民经济的超计划增长而设置针对国民经济的超计划增长而设置热备用冷备用分类：

热备用热备用系统中系统中运行的机组运行的机组所具有的备用容量；所具有的备用容量；冷备用冷备用系统系统可运行而未运行机组可运行而未运行机组的可发容量。

的可发容量。

1-3电力系统频率及其调整备用容量：

电源容量大于发电负荷的部分最大负荷PM备用：

负荷备用：

25%PM事故备用：

510%PM检修备用：

45%PM国民经济备用：

35%PM总备用总备用：

1520%PM热备用冷备用二、电力系统有功功率的平衡2.有功功率的平衡和备用容量且不小于系统最大一且不小于系统最大一台机组的额定容量台机组的额定容量要求系统频率稳定，也就是要求系统中所有发电机的转速都保持稳定。

这种平衡只能是动态的平衡，因为电力系统的负荷是随时变化的，因此，保持这种平衡唯一的方法就是保持这种平衡唯一的方法就是不断地调不断地调节发电机组的输入功率节发电机组的输入功率（即不断调整进汽量或进水量），（即不断调整进汽量或进水量），使发电机组的原动机功率紧紧跟踪系统负荷的变化而变化，始终保持系统有功功率的供需平衡。

因此，频率调整问题就是系统中频率调整问题就是系统中所有发电厂有功出力的调整问题。

所有发电厂有功出力的调整问题。

频率是全系统统一的1-3电力系统频率及其调整三、电力系统的频率调整发电机频率p发电机转子磁极对数n发电机转子转速r/min1-3电力系统频率及其调整针对系统有功负荷变动种类，电力系统的频率调整分为一次、二次、三次调整。

频率的一次调整是由发电机组的调速器实现的，主要针对第针对第一种负荷变动一种负荷变动引起的频率偏移所引起的调整。

频率的二次调整是由发电机的调频器（同步器）实现的，针针对第二种负荷变动对第二种负荷变动引起的频率偏移所引起的调整。

频率的三次调整是由调度中心针对第三种负荷变化针对第三种负荷变化进行预测，并按照最优化原则向各发电厂下达的发电计划。

三、电力系统的频率调整1.系统的频率调整分类1-3电力系统频率及其调整三、电力系统的频率调整2.2.系统频率的静态特性负荷的负荷的有功功率有功功率频率静态特性曲线频率静态特性曲线负荷的有功功率负荷的有功功率频率静态特性曲线频率静态特性曲线当系统频率下降时，当系统频率下降时，有功负荷也自动减小。

有功负荷也自动减小。

这种有助于系统频率恢这种有助于系统频率恢复的现象称为复的现象称为负荷的频负荷的频率调节效应。

率调节效应。

1-3电力系统频率及其调整三、电力系统的频率调整2.2.系统频率的静态特性（22）发电机）发电机的有功功率频率静态特性发电机组的有功功率频率静态特性曲线频率下降时，发电机组的有功出力则增加四、电力系统的电力系统的有功功率有功功率-频率静态特性频率静态特性1-3电力系统频率及其调整要确定电力系统的负荷变化引起的频率波动，要确定电力系统的负荷变化引起的频率波动，需要同时考虑负需要同时考虑负荷的频率静态特性和机组的功频静态特性两者的调节效应荷的频率静态特性和机组的功频静态特性两者的调节效应，为，为简单起见，先只考虑一台机组和一个负荷的情况进行讨论。

简单起见，先只考虑一台机组和一个负荷的情况进行讨论。

在原始运行状态下，负荷的在原始运行状态下，负荷的工频特性为工频特性为PPDD（f）,（f）,它与发电机组它与发电机组静态特性静态特性PPGG（f）（f）的交点的交点1确定了系确定了系统的频率为统的频率为f1,f1,发电机组的功率发电机组的功率为为P1P1。

也就是说，在频率为也就是说，在频率为f1f1时达到了时达到了发电机组有功功率与系统的有功发电机组有功功率与系统的有功需求之间的平衡。

需求之间的平衡。

负荷和发电机组的静态特性四、电力系统的有功功率-频率静态特性1-3电力系统频率及其调整假定系统的负荷增加了假定系统的负荷增加了PD0，其特，其特性曲线变为性曲线变为，发电机组仍，发电机组仍是原来的特性。

那么新的静态运行是原来的特性。

那么新的静态运行点将变为点点将变为点2，与此相应的系统频，与此相应的系统频率为率为f2，频率的变化量为，频率的变化量为发电机组的功率输出的增量为发电机组的功率输出的增量为根据负荷频率调节效应所产生的负荷功率变化为根据负荷频率调节效应所产生的负荷功率变化为当频率下降时，当频率下降时，PPDD是负的，故负荷功率的实际增量为是负的，故负荷功率的实际增量为它应和发电机组的功率增量相平衡，即它应和发电机组的功率增量相平衡，即负荷和发电机组的静态特性四、电力系统的有功功率-频率静态特性1-3电力系统频率及其调整或式中式中系统负荷增加时，系统负荷增加时，在发电机组工频特性特性和负荷自身在发电机组工频特性特性和负荷自身的调节效应的调节效应共同共同作用下能够达到新的功率平衡作用下能够达到新的功率平衡。

一方面，负荷增加，频率下降，发电机按有差调整特性一方面，负荷增加，频率下降，发电机按有差调整特性增加输出；另一方面负荷实际取用的功率也因频率的下降而增加输出；另一方面负荷实际取用的功率也因频率的下降而有所减小。

有所减小。

负荷和发电机组的静态特性但是但是频率频率不能回到原来不能回到原来值，一值，一次次调频为调频为有差调节有差调节发电机在发电机在AA点点已满载运行已满载运行，在A点以左，发电机组的静态特性是一条与横轴平行的直线，当系统的负荷再增加时，发电机已不能再增加输出了，只能靠频率下降后负荷本身的调节效应决定。

1-3电力系统频率及其调整发电机满载时的功频静态特性发电机满载时的功频静态特性发电机满载时负荷增加所引起的频率下降就相当严重了。

所以为了适应负荷的增长，系统中应有一定的备用容量。

此外，多台机组并列运行时的频率变化比一台机组运行时的要小得多。

四、电力系统的有功功率-频率静态特性1-3电力系统频率及其调整四、电力系统的有功功率-频率静态特性2.系统频率的二次调整当电力系统由于负荷变化引起的频率变化，依靠频率的一次调整作用已不能使频率保持在允许范围内时，就需要发电机的调频器（同步器）动作，使发电机的功率频率特性平移来改变发电机的有功功率，以保证电力系统频率不变或在允许范围内变化。

假设系统中只有一台发电机组向负荷供电，原始运行点为AA，系统频率为f1f1。

系统负荷增加后，在还未进行二次调整之前，运行点移至BB点点，系统频率下降到f2f2。

在同步器的作用下，机组的静态特性上移为运行点移至BB。

此时系统频率为f2f2，频率偏移值为1-3电力系统频率及其调整四、电力系统的有功功率-频率静态特性2.系统频率的二次调整频率的二次调整特性曲线1-3电力系统频率及其调整四、电力系统的有功功率-频率静态特性在相同的负荷变化量下，系统频率的偏移减小了。

当二次调整所得到的发电机组功率增量能完全抵偿负荷的初始增量，即时，频率将维持不变（即f=0），这样就实现了无差调整。

2.系统频率的二次调整1-3电力系统频率及其调整四、电力系统的有功功率四、电力系统的有功功率-频率静态特性频率静态特性在有许多台机组并联运行的电力系统中，当负荷变化时，配置了调速器的机组配置了调速器的机组，只要还有可调容量，均按各自的静态特性参加频率的一次调整频率的一次调整。

频率的二次调整频率的二次调整一般只是由一台或少数几台发电机组（一个或