电力系统分析4章课件.ppt

电力系统分析第4章 电力系统的有功功率平衡 与频率调整本章提示4.1 概述4.2 自动调速系统4.3 电力系统的频率特性4.4 电力系统的频率调整4.5 电力系统中有功功率的平衡小 结电力系统分析本章提示 l调频的意义及电力系统频率的允许波动范 围； l频率一次调整的概念、原理及结果； l频率二次调整的概念、原理及结果； l电力系统的有功功率平衡及备用容量的概 念第第4 4章章 电力系统的有功功率平衡与频率调整电力系统的有功功率平衡与频率调整电力系统分析4.1 概述4.1.1 频率调整的必要性4.1.2 频率调整的方法电力系统分析4.1.1 频率调整的必要性我国规定电力系统额定频率为50Hz，允许的 波动范围为±0.2～0.5Hz允许频率偏移的大小反映了一个国家工业发展 水平，这与电力系统管理与运行水平有关 频率变化超出允许范围时，对用电设备的正常 工作和电力系统的稳定运行，都会产生影响，甚 至造成事故电力系统分析4.1.2 频率调整的方法电电力系统频统频 率的变变化是由有 功负负荷变变化引起的1.第一种负荷分量 2.第二种负荷分量3.第三种负荷分量4.实际的负荷变化曲线图4.1 有功负荷的变化系统实际统实际 的负负荷可以看作由三 种具有不同变变化规规律的变动负变动负 荷组组 成第一种负负荷分量变动变动 幅度小（ 0.1%～0.5%），变变化周期短（ 一般10s以内）；第二种负负荷分量变动变动 幅度较较大 （0.5%～1.5%），变变化周期较长较长 （ 一般10s～3min）；第三种负负荷分量是持续变动负续变动负 荷 。

电力系统分析第一种变变化负负荷引起的频频率偏 移由发电发电 机组组的调调速器进进行， 称为为频频率的一次调调整 1.第一种负荷分量 2.第二种负荷分量3.第三种负荷分量4.实际的负荷变化曲线图4.1 有功负荷的变化第二种变变化负负荷引起的频频率偏移 由发电发电 机组组的调频调频 器进进行，称为为频频 率的二次调调整第三种负负荷的变变化是可预测预测 的， 调调度部门门按经济调经济调 度的的原则则事先 给给各发电发电 厂分配发电发电 任务务，各发电发电 厂按给给定的任务务及时时地满满足系统负统负 荷的需求，就可以维维持频频率的稳稳定 4.1.2 4.1.2 频率调整的方法频率调整的方法电力系统分析4.2 自动调速系统4.2.1 调速器的工作原理—实现频率的 一次调整 4.2.2 调频器的工作原理—实现频率的二次调整电力系统分析图4.2离心飞摆式调速系统示意图转速测量 元件 放大元件 执行机构 转速控制 机构 4.2 4.2 自动调速系统自动调速系统电力系统分析图4.2离心飞摆式调速系统示意图4.2 4.2 自动调速系统自动调速系统 pTpE wPE﹥ ﹥ PTw﹤ w0PE=PTw= w0w﹥ w0PE﹤ ﹤ PT电力系统分析图4.2离心飞摆式调速系统示意图4.2 4.2 自动调速系统自动调速系统 pTpE wPE﹥ ﹥ PTw﹤ w0电力系统分析图4.2离心飞摆式调速系统示意图4.2 4.2 自动调速系统自动调速系统 pTpE wPE﹥ ﹥ PTw﹤ w0电力系统分析4.2.1 调速器的工作原理——实现频率的 一次调整 对应负荷的增大，发电机输出功率增加，频 率略低于原来值；如果负荷降低，调速器调 整作用将使输出功率减小，频率略高于原来 值。

这就是频率的一次调整，频率的一次调整由调速器自动完成的 调整的结果，频率不能回到原来值，因此一次 调整为有差调节 电力系统分析由调频调频 器来完成的调节调节 ，称为为频频率的二次调调整 由于调调整的结结果，频频率能回到原来值值，因此二次调调整为为无差调调 节节 4.2.2 4.2.2 调频器的工作原理调频器的工作原理————实现频率的二次调整实现频率的二次调整电力系统分析4.3 电力系统的频率特性4.3.1 发电机组的有功功率——频率静态特性4.3.2 系统负荷的有功功率——频率静态特性电力系统分析4.3.1 发电机组的有功功率——频率静态特性将上述调节过程中发电机组的有功功率与频 率关系用发电机组的功频静特性或频率特 性表示图中直线的斜率称为发电机的单位调节功率 （或发电机组功频静特性系数），图4.3发电机组的功频静特性其数值表示为频率发生单位变化时，发电机 输出功率的变化量，负号表示二者变化方向相反，即发电机输出 功率增加，频率是降低的 用标幺值表示为 (4.1)(4.2)电力系统分析发电机组的调差系数是指 机组由空载到满载时，转 速（频率）变化与发电机 输出功率变化之比，即汽轮发电机组：水轮发电机组：4.3.1 4.3.1 发电机组的有功功率发电机组的有功功率————频率静态特性频率静态特性(4.3)用标幺值表示为：(4.4)fNf0PGN电力系统分析若机组负荷升高使转速 下降，可以通过伺服 电动机来提高转速， 调整的结果使原来的 功频静特性2平行右移 为特性1。

图4.4功频静态特性的平移若机组负荷降低使转速升 高高，则可通过伺服电动 机来降低机组转速，调整 的结果使原来的功频静特 性2平行左移为特性3.4.3.1 4.3.1 发电机组的有功功率发电机组的有功功率————频率静态特性频率静态特性电力系统分析4.3.2 系统负荷的有功功率——频率静态特性根据所需的有功功率与频 率的关系可将负荷分成以下 几类：.图4.5有功负荷的频率静态特 根据统计资料，系统负 荷以第二类占多数，因此 负荷的静态频率特性可近 似表示为一条直线，如图 所示v不受频率影响的负荷 v与频率成正比的负荷 v与频率的二次方成比例的负荷， v与频率的高次方成比例的负荷电力系统分析系统处于运行稳态时 ，系统中有功负荷随 频率的变化特性称为 负荷的静态频率特性 图4.5有功负荷的频率静态特 所谓联结容量，是指频 率、电压等于额定值时 ，接在电网上的用电设 备的实际容量如果联结容量改变， 静态特性曲线将上下移 动 4.3.2 4.3.2 系统负荷的有功功率系统负荷的有功功率————频率静态特性频率静态特性电力系统分析图中直线的斜率为：图4.5有功负荷的频率静态特 • 、 称为为负负荷的频频率 调节调节 效应应系数 •或简简称为为负负荷的频频率调节调节 效 应应它反映了系统负荷对频 率的自动调整作用。

4.3.2 4.3.2 系统负荷的有功功率系统负荷的有功功率————频率静态特性频率静态特性(4.6)用标幺值表示为 ： (4.7)电力系统分析例4.1 某电力系统中，与频率无关的负荷占35％， 与频率一次方成正比的负荷占45％，与频率二次方 成正比的负荷占10％，与频率三次方成正比的负荷 占10％求系统频率由50赫降到47赫时，相应的负 荷变化百分值4.3.2 4.3.2 系统负荷的有功功率系统负荷的有功功率————频率静态特性频率静态特性电力系统分析4.4 电力系统的频率调整4.4.1 频率的一次调整4.4.2 频率的二次调整4.4.3 主调频厂的选择4.4.4 互联系统的频率调整电力系统分析4.4.1 频率的一次调整系统负荷增加时，在发电机组 功频特性和负荷本身的调节 效应共同作用下实现了新的 功率平衡负荷的功频特性 与发电 机组功频静特性 的交点a 是系统的原始运行点，系统频 率为f1图4.6频率的一次调整假定系统只有一台机组 若系统负荷增加 ，其特 性曲线变为 此时频率 为 电力系统分析由图图4.6可见见，对应对应 b点，发电发电 机功率输输出的增量为为:负负荷的频频率调节调节 效应应所产产生的负负 荷功率变变化量为为式（4.9）中K 称为为系统统的单单位调节调节 功率，或系 统统的功率—频频率静特性系数。

图4.6频率的一次调整4.4.1 4.4.1 频率的一次调整频率的一次调整一次调调整方程式为为 (4.9) 电力系统分析4.4.2 频率的二次调整电力系统负荷变化引起的 频率变化，仅依靠一次 调整作用已不能保持在 允许范围内时，就需要 通过频率的二次调整才 能解决图4.7频率的二次调整二次调整是以手动或自动方 式调节发电机组的调频器， 使发电机组的功频特性平行 移动来改变发电机的有功功 率，以保持系统的频率不变 或使频率变化在允许范围内 电力系统分析由于进行了二次调整发电机组 增发的功率 ；由于调速器的调整作用而增 加的发电机组功率（图中 ）由于负荷本身的调节效应而 减小的负荷功率（图中 ）图4.7频率的二次调整负负荷增量 可分解为为三部分：4.4.2 4.4.2 频率的二次调整频率的二次调整电力系统分析相似于式（4.9）可得如果二次调整发电机组 增发的功率能完全抵偿 负荷的初始增量，则实 现了无差调节，如图4.7 中虚线所示或：图4.7频率的二次调整4.4.2 4.4.2 频率的二次调整频率的二次调整（4.10）（4.11）电力系统分析4.4.3 主调频厂的选择按照是否承担二次调整可将所有电厂分为： 按照频率调整的要求，主调频厂应具备以下条件：主调频厂（一般1～2个电厂）负责全系统的频率调整（即二 次调整）; 辅助调频厂是在系统频率超过某一规定的偏移范围时才参与 频率调整，一般只有几个电厂; 非调频厂（也叫基载厂）则按预先给定的负荷曲线发电。

机组要有足够的调整容量及范围; 调频机组具有能适应负荷变化需要的调整速度; 调整输出功率时符合安全及经济原则此外，调整频率时，还要考虑引起的联络线上功率的波动和某些 中枢点的电压波动是否超出允许范围电力系统分析4.4.4 互联系统的频率调整 假设、 分别为两系统的单位调节功率; 、 分别为两系统二次调频的发电功率变量 ; 、 分别为两系统的负荷变化量;为联络线上的交换功率变化量，正方向为由 A流向B图4.8互联系统的频率调整 对系统A相当于 负荷增量，对系统B相 当于发电功率增量电力系统分析对对A系统统：（4.10a）对对B系统统：（4.10b）两个联联合运行的系统频统频 率是相等的，即 ， 可得：（4.11）可见，若联合系统二次调频的发电功率增量 等于全系 统负荷增量 时，可实现无差调节，即4.4.4 4.4.4 互联系统的频率调整互联系统的频率调整电力系统分析（4.12）由4-10式可得：可见，当A、B两系统都进行二次调整，且两系统的功率 缺额与其单位调节功率成比例时，即 联络线上的交换功率增量 为零。

4.4.4 4.4.4 互联系统的频率调整互联系统的频率调整电力系统分析令 ， 分别为 A、B两系统的功率缺额，则式（4.11）、式（4.12）变为：（4.13）（4.14） 可见，联合系统频率的变化取决于这个系统总的功率缺额和 总的系统单位调节功率其实，两系统联合后，本应看作是 一个系统可见，如A系统没有功率缺额，即 ，联络线上由A流 向B的功率增大；反之，如B系统没有功率缺额，即 联络线上由A流向B的功率减少4.4.4 4.4.4 互联系统的频率调整互联系统的频率调整电力系统分析若B系统没有调频厂，即 ，其负荷变化量 将由 A系统的二次调整来承担 若要保持 ，这时联络线上功率变化 ，即B系统的功率缺额 全部通过联络 线由A输送到B，这时联络线的功率增量最大这也是调频 厂远离负荷中心而且要实现无差调节的情况4.13）（4.14） （4.12）4.4.4 4.4.4 互联系统的频率调。