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电力系统有功功率与频率调整
FinalapprovaldraftonNovember22,2020
电力系统有功功率与频率调整
郑州电力职业技术学院毕业生论文
题目:
_浅谈电力系统有功功率与频率调整
系别___电力工程系____
专业_
继电保护及自动化
班级___15继电3班____
学号__
姓名____
张高原____
论文成绩
答辩成绩
综合成绩
指导教师
主答辩教师
答辩委员会主任
1
浅谈电力系统有功功率与频率调整
摘要
本文首先介绍了电力系统有功功率与频率调整的基本知识,有功功率的应
用、意义及;频率调整的必要性,电压频率特性,频率的一二次调整,以及互联
系统中的频率的一二次调整,调频与调压的关系,以及电力系统频率调整在个类
电厂中得作用。
关键词:
有功功率频率调整互联系统
2
1电力系统有功功率与频率调整的意义
........................................................................................1
2频率调整的必要性
........................................................................................................................1
频率变化的危害.................................................................................................................1
电力系统负荷变动规律
.....................................................................................................1
3电力系统的频率特性
....................................................................................................................2
负荷的有功功率-频率静态特性
电源的有功功率-频率静态特性
同步发电机组的调试系统
.....................................................................................2
.....................................................................................4
......................................................................................4
调速系统框图..........................................................................................................4
同步发电机组的有功功率
-频率静态特性.............................................................4
4电力系统的频率调整
....................................................................................................................6
频率的一次调整.................................................................................................................6
基本原理..................................................................................................................6
基本关系..................................................................................................................6
多机系统的一次调频
..............................................................................................7
频率的二次调整.................................................................................................................9
基本原理..................................................................................................................9
基本关系:
............................................................................................................10
基本理论:
............................................................................................................10
互联系统的(二次)频率调整
.......................................................................................10
基本关系................................................................................................................10
注意要点:
............................................................................................................10
调频与调压的关系
...........................................................................................................11
频率变化对电压的影响
电压变化会频率的影响
........................................................................................11
........................................................................................11
注意........................................................................................................................11
5电力系统的有功平衡与备用容量
..............................................................................................12
有功平衡关系...................................................................................................................12
备用容量...........................................................................................................................12
6电力系统负荷在各类发电厂的合理分配
..................................................................................12
火力发电厂的主要特点
水力发电厂的主要特点
...................................................................................................12
...................................................................................................13
抽水蓄能水电厂的主要特点
...........................................................................................13
核能发电厂的主要特点
...................................................................................................13
总结................................................................................................................................................14
致谢................................................................................................................................................15
参考书籍.........................................................................................................................................16
3
1电力系统有功功率与频率调整的意义
发电机的输出电压和输出电流是有限制的,
发电机的负荷是以伏安计算的(即电
流有效值乘以电压有效值,视在功率),当负载的功率因数为
全部转换成有功功率输出。
当负载的功率因数很低时,比如
1时,发电机负荷可以
,这时,即使发电机
满负荷运行(输出电流达到其额定值),实际只能输出一般的功率,发电机效率很低。
另一方面,功率因数很低时,电能不断地在负载和发电机之间交换,
电流在线路上产
生损耗。
发电机必须在一定频率下稳定运行,
如果不对频率进行控制,会造成发电机
运行失速,造成电网频率崩溃。
2频率调整的必要性
频率变化的危害
(1)对用户:
①IM出力,受f影响→影响生产(产量、质量、安全)②电子通信
设备受f影响→可靠性、准确性和精度
(2)对系统:
①机组及辅机出力、效率受
f影响——f↓→PG↓、η↓→PG↓↓
→f↓↓②f↓↑→机组应力、受命↓;③f↓→变压器、IM的Xm↓→I0↑→I02Xm
↑↑→系统无功缺额↑→V↓;网损↑
(3)频率要求:
50Hz±~Hz——△f
=±~%
电力系统负荷变动规律
运行中综合用电负荷PD变动特点:
规律性+随机性
任何负荷功率的变化→f变化→f变化特点:
规律性+随机性
三种负荷变动:
第一种负荷变动
P1:
小幅随机波动,周期短(<10s)→f微小随机波动;一次
1
调频→机组调速器实现。
第二种负荷变动P2:
幅度较大,周期较长(10s~3min)→f偏移,二次调频,
调频机组调频器——随机性←由大容量冲击负荷。
第三种负荷变动
P3:
幅度大,周期长,变化缓慢→电厂按给定发电计划曲线发
电,三次调频——有规律←气候(季节性)、作息制度、生活规律。
负
荷
变
动三次
幅调频
度
二次调频
P1
一次调频
负荷变动频率
图2-2电力系统负荷规律变动图
3电力系统的频率特性
负荷的有功功率-频率静态特性
(1)定义:
稳态运行时的PD(f)→有功-频率静态特性
(2)描述:
PD*
*
23
a0+a1f*
PD*=PD/PDN
&
f
*
=f/f
N
关于f各次方负荷:
①零次方类负荷:
照明、电弧炉、电阻炉、整流设备
②一次方类负荷:
机械转矩恒定的电动机——球磨机、切削机床、往复式
2
P3
P2
a0+a1f+a2f*+a3f*+
水泵
③二次方类负荷:
变压器涡流损耗
④三次方类负荷:
通风机、循环水泵
⑤高次方类负荷:
静水头阻力很大的给水泵
-所占比例很小,忽略
(3)负荷的频率调节效应(频率调节系数、频率特性系数)
⑷KD的物理意义:
KD=tgβ
ΔP
Δff
N
KD*=
ΔP
Δff
*
=
=
ΔP/PDN
Δf/fN
=
ΔPfN
ΔfPDN
=KD
fN
PDN
(a)
KD反映PD对f变化的自动调节能力:
KD↑→调节能力↑——负荷的“频率调
节效应”或“单位频率调节功率”
(b)
(c)
KD取决于负荷本身的固有频率特性,有实验确定。
一般
如果PD与无功功率,KD=0←负荷不具有频率调节能力
PD
PDN
βPD
△f
fN
-86f
KD=1~3
图3-1频率静态特性曲线图
3
D
D*
*
D
D
电源的有功功率-频率静态特性
同步发电机组的调试系统
作用:
反映机组转速(系统频率)变化→调整QF汽门或SF导水叶开度μ→原动机
进汽(水)量→原动机Mm(Pm)→机组出力PG→系统f(ω)或nG
概念:
单机运行调nG(f),并列(网)运行调PG
构成:
调速器:
f↓→自动响应→Pm↑→PG↑→f↑→△f↓→△f≠0←一次调整
调频器:
一次调整后,若△f过大→人为介入→Pm→→PGf≠0←二次调
整
调速系统框图
二次调频信号
+∑+∑+
ω0
-ω
K1
T1s
△μ
原动机
转速
ωPm
K2T2s+K3
传感器
T2s+1
图3-2-⑵调速系统框图
同步发电机组的有功功率-频率静态特性
①特性曲线PG(f):
图3-2-⑶频率静态特性曲线示意图
4
②静态调差系数定义:
δ的物理意义分析:
(a)△f、△PG变化方向相反→δ﹥0
(b)Δ反映机组的频率调节能力——δ↓→频率调节能力↑
(c)Δ反映机组每增发单位出力引起的转速变化
(d)若机组出力达到极限:
δ=∞→机组已经不具有频率调节能力
③静态有功频率特性系数——单位频率调节功率:
定义:
意义:
(a)KG反映机组的频率调节能力:
KG↑→调节能力↑——“单位频率调节
功率”
(b)KG是机组本身的固有频率特性,可由实验确定
(c)若机组出力达到极限:
KG=0→机组已经不具有频率调节能力
④PG(f)与PD(f)之比较:
KD=ΔPΔf0
KG=-ΔPΔf0
(a)KD不可调整,KG可调整
(b)KD、KG均为f每变化一个单位所引起的
PD或PG的变化量
(c)F↓(△f<0)——△PD<0→P↓;DPG>O→PG↑→二者综合作用,减小功
率缺额→有利于频率稳定
5
/>D
/>G
4电力系统的频率调整
频率的一次调整
基本原理
初始条件:
A点——PG(f)&PD(f)交点:
f1、PG(A)=PD(A)=P1
负荷扰动:
△PD0——PD`(f)、B点——PD=PD(A)+PD0>PG=PG(A)
基本关系
△PG=-KGf.△PD=KDf
△PD0=PG-△PD=-(KG+KD)△f=-KSf
KS=KG+KD=-△PD0/△f
△f=-△PD0/KS
注意:
①一次调整时机组与负荷共同作用、自动完成
②一次调频能减小△f,但△f≠0
③KS——系统单位频率调节功率反映了系统的频率调节能力
④机组具备有功备用才能参与一次调频,当
如图4-1所示
KG=0时,△P→更大的D0f,
P
PG(f)
C
P2
B
F
△PD
△PG
△PD0
P1
PD(f)
△f
A
0
f2
f1
f(ω)
图4-1频率一次调整示意图
6
⑤KS的标幺值:
KS=KG+KD=GN/Fn+DN/Fn=-△PD0/△f
GN/PDN+KD=-△PD0/△f←KS
KS=KD+KXKG←KX=PGN/PDN=1+PX/PDN
Pr:
G的有功备用容量
Kr:
备用系数要求:
Kr>
频率调节系数的基准:
KD→PDN;KG→PGN;KS→PGN
多机系统的一次调频
①运行状态分析
基本条件:
机组数n,均有一次调频能力;含网损
△P∑的总负荷:
PD∑0
初始状态:
PG∑0=PD∑0、f=f0
负荷扰动:
△PD∑0→PD∑0↑→PD∑=PD∑0+△PD∑0
频率变化:
→PD∑(f0)>PG∑(f0)=PG∑0→f↓→f=f0+△f;△
f<0
机组响应:
→△PGi=-KGi△f
PGi(f)
=PGi0+△PGi
;△PGi>0(i=1,2,,,
n)
出力总增量:
△∑=∑PGPGi=-∑(KGi△f)=-(∑KGi)△f
系统总出力:
PG∑(f)=PG∑0+△PG∑
负荷响应:
△PD∑=KD△f<0
系统总负荷:
PD∑(f)=PD∑0+△PD∑0+△PD∑
频率f时的系统功率平衡方程:
PD∑(f)=PG∑(f)
→PD∑0+△PD∑0+△PD∑=PG∑0+△PG∑
→△PD∑=0∑-PGPD∑
△PD∑0=-(∑KGi)△f-KD△f=-(∑KGi+KD)△f
△PD∑0=-KS△f
②等值机组的单位频率调节功率和调差系数
7
(a)KG∑:
KG∑=∑KGi(MW/Hz)
(b)KG∑*:
LetPGN.∑=∑PGN.i
K
GΣ*
-
ΔPΣ*
Δf
=-
ΣΔP
PGN.Σ
Δf/fN
=-
Σ
ΔP
PGN.Σ
Δf
=-
Σ
ΔPi
PGNi
PGN.Σ
PGNi
Δf
=
Σ-
ΔPGi*
Δf
PGN.Σ
PGNi
K
GΣ*=
Σ(KGi*
PGN.
PGNi)
Σ
fN
PGN.Σ
ΣKG
i
注意基准功率:
KGi——
(C)调差系数
K
G——PGN
③系统的等值单位频率调节功率
KS:
=-KSPD∑0/△f=KG∑+KD
(MW/Hz)
KS*=-△PD∑0*/△f*
←功率基准:
PDN
K
S*=(K
GΣ+K
D)
fN
PDN
=K
GΣ
fN
PDN
+K
D
fN
PDN
=K
GΣ
fN
PDN
+K
D*
KGΣ*=
KGΣ(fN/PGN.Σ)
K
GΣ
fN
PDN
=(K
GΣ*
PGN.
fN
Σ
)
fN
PDN
=K
GΣ*
PGN.Σ
PDN
=K
r
K
GΣ*
Kr=
PGN.
PDN
Σ
=
PDN+PGr.Σ
PDN
=1+
ΣPGr.i
PDN
PDr∑=∑——系统总有功备用容量
Kr:
系统备用系数——Kr>
注意功率基准:
KG∑→PGN∑;KD→PDN;KS→PDN
④多机系统一次调频应当注意的基本问题
(i)
一次调频计算的基本内容
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- 电力系统 有功功率 频率 调整