电力系统频率调整课程课件.ppt

电力系统频率调整电力系统频率调整电能质量指标电能质量指标l 频率偏差频率偏差l电压偏差l公用电网谐波l三相电压不平衡度l电压波动和闪变l暂时过电压和瞬态过电压电力系统频率相关知识电力系统频率特性与调整方法电力系统频率异常处理及事故案例电力系统频率基本知识电力系统频率基本知识u频率的概念交变电流在单位时间内完成周期性变化的次数，叫做电流的频率电力系统常常用f表示频率为了纪念德国物理学家赫兹的贡献，人们把频率的单位命名为赫兹，简称“赫”英文表达方式：Hz频率是指电力系统统一的一种运行参数，是反映电力系统电能供需平衡的唯一标志u频率的大小电网频率的大小与发电机转子的转速有关转速越高，频率也越高；同时频率还与转子磁极的对数有关我国电网的频率为50Hz（台湾地区为60Hz）国外俄罗斯、印度、英国、法国、德国、意大利等国家频率为50Hz，美国、加拿大、巴西、朝鲜、日本、韩国等国家频率为60Hzu频率调整的必要性电力系统频率的频率变动会对用户、发电厂、电力系统产生不利的影响:1.对用户:频率的变化将引起电动机转速的变化，从而影响产品质量，雷达、电子计算机等会因频率过低而无法运行2.对发电机组：频率降低时，风机和泵所能提供的风能和水能将迅速减少，影响锅炉的正常运行；将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，减短叶片寿命甚至使其断裂，变压器铁耗和励磁电流都将增加，引起升温，为保护变压器而不得不降低其负荷。

3.电力系统：频率降低时，系统无功负荷会增加，使系统电压水平下降，恶性循环，甚至造成电压或频率崩溃频率稳定与有功功率平衡电力系统的频率仅当所有发电机的总有功出力与总有功负荷（包括电网所有损耗）相等时，才能保持不变电力系统的有功功率平衡关系：式中：PG电网中所有发电机发出功率的总和 PL电网用户负荷总和 Pl网络中线路和变压器上的有功功率损耗 Pg网络内发电厂本身厂用电总和 当发电机发出的总功率低于电网中的总负荷时，电力系统频率下降，反之则升高电力系统的负荷是时刻变化的，任何一处负荷的变化都会引起全网有功功率的不平衡，导致频率的变化，因此电力系统运行时，要及时调节各发电机的出力，以保持频率的偏移在允许的范围内在遵守国家有关法律、法规和政策的前提下，采取一切可行技术手段保证电力系统频率在正常允许范围内是调度员的一项重要任务频率调整目标：维持系统额定额率，不使其偏移超过规定的允许值正常运行时，中、小容量电力系统允许频率偏差为0.5赫，大容量电力系统为0.2赫经济分配电厂和机组负荷，求得全系统燃料总耗量最低，降低网络损耗控制联络线功率，防止过负荷，维持系统稳定运行频率调整与电厂有功功率的控制、系统有功功率的经济分配和联络线功率控制结合起来。

国家标准：GB/T159452008电力系统频率允许偏差规定以50Hz正弦波作为我国电力系统的标准频率（工频），并规定电力系统频率标准50Hz0.2Hz当系统容量较小时（容量3000MW以下），可放宽到50Hz0.5Hz中国电力工业技术管理法规规定，大容量电力系统的频率偏差不得超过0.2Hz；在AGC投运情况下，互联电网频率按500.1Hz控制全国互联电网调度管理规程在频率方面的规定：互联电网频率的标准是50Hz，频率偏差不得超过0.2Hz在AGC投运情况下，互联电网频率按500.1Hz控制对容量在3000MW以上的系统：1.频率超过500.2Hz为频率异常，其延续时间超过1h为频率事故；2.频率偏差超过501Hz为事故频率，延续时间超过15min为频率事故对容量在3000MW以下的系统：1.频率超过500.5Hz为频率异常，其延续时间超过1h为频率事故；2.频率偏差超过501Hz为事故频率，延续时间超过15min为频率事故1.负荷的功率频率静态特性在没有旋转备用容量的电力系统中，当电源与负荷失去平衡时，则频率将立即发生变化由于频率的变化，整由于频率的变化，整个系统的负荷也将随着频率的变化而变化个系统的负荷也将随着频率的变化而变化。

负荷的功率负荷的功率频率静态特性：频率静态特性：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功率频率静态特性由于负荷的种类不同，与频率的相互关系也不相同，有的与频率无关，有的与频率的一次方、二次方或更高次方成正比二、电力系统的频率特性基准值：基准值：关键点：一个用电设备消耗功率的大小与频率有关当系统频率发生偏移时，设备消耗负荷会发生改变，改变量的大小通过负荷的频率调节效应系数KL来反映与频率无关的负荷，如照明、电阻炉、整流器负荷等与频率的一次方成正比的负荷：如球煤机、卷扬机、往复式水泵等与频率的二次方成正比的负荷：如变压器的涡流损耗等与频率的三次方成正比的负荷：如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等与频率的高次方成正比的负荷：如静水头阻力很大的循环水泵负荷的频率静态特性可以用下图的曲线表示当频率为fN时，系统负荷为PFHN，当频率变化时，系统频率亦随之变化在电力系统运行中，运行频率变化的范围是很小的在较小的频率变化范围内，这种关系接近一直线（如图5-14所示）负荷功频静特性的斜率KL：负荷单位调节功率当频率下降时，负荷取用的有功功率减少，当频率升高时，负荷取用的有功功率增加。

这表明当电力系统有功功率失去平衡，导致频率变化时，系统负荷参与对频率的调整当实际负荷增加时，系统频率会下降，同时，负荷实际取用的功率也会因频率的下降而减少，显然，这有利于发电机的调频，这种现象称为负荷效应可用频率调节效应系数来表示其关系： KL*为负荷频率调节效应系数PL*负荷变化量的标幺值；PLN额定频率下的系统负荷；f*系统频率变化量的标幺值;fN系统额定运行频率；KL*频率调节效应系数约为13，它表示频率变化1%时，负荷有功功率相应变化1%3%，它的具体数值通常由试验获得，标志了随频率的升降，负荷消耗功率增加或减小的程度它取决于系统负荷的组成，是不能整定的它是调度人员必须掌握的一个数据因为它是考虑按频率减负荷方案时，用一次切除负荷来恢复频率的计算依据问答:电能质量三大主要指标？什么是负荷频率静态特性？为什么说负荷对频率的效应有利于发电机的调频？课堂练习一：某系统装机容量为5000MW,额定运行频率为50Hz,负荷单位调节功率KL=200MW/HZ,现机组全部满发，若一台300MW机组突然跳闸，请分析：1.系统频率变为多少？（不考虑低频自动减载）2.最少切除多少负荷能使频率达到标准？电力系统频率静态特性电力系统频率静态特性解：根据负荷单位调节功率的定义得：因此，此时的频率为50-1.5=48.5Hz。

由于3000MW以上系统要求正常最低频率为49.8Hz，即频率需上升1.3Hz才能达到标准由得需切除的负荷：故最少应切除260（MW）的负荷课堂练习一：某系统装机容量为5000MW,额定运行频率为50Hz,负荷频率调节效应系数KL*为3,现机组全部满发，若一台300MW突然跳闸，请分析：1.系统频率变为多少？（不考虑低频自动减载）2.最少切除多少负荷能使频率达到标准？电力系统频率静态特性电力系统频率静态特性解：根据频率调节效应系数的定义得：因此，此时的频率为50-1.0=49Hz由于3000MW以上系统要求正常最低频率为49.8Hz，即频率需上升0.8Hz得需切除负荷：故最少应切除240MW的负荷2.发电机的功率发电机的功率频率静态特性频率静态特性当系统频率变化时，发电机组的调速系统将自动地改变汽当系统频率变化时，发电机组的调速系统将自动地改变汽轮机的进气量或水轮机的进水量以增减发电机组的出力，轮机的进气量或水轮机的进水量以增减发电机组的出力，这种反映由频率变化而引起发电机组出力变化的关系，叫这种反映由频率变化而引起发电机组出力变化的关系，叫发电机调速系统的频率静态特性发电机调速系统的频率静态特性。

由发电机调速系统频率静态特性而引起的调频作用叫频率由发电机调速系统频率静态特性而引起的调频作用叫频率的一次调整的一次调整 当系统频率为当系统频率为fN时，发电机出力为时，发电机出力为PGN,当频率降至当频率降至f1时，发电机时，发电机出力增至出力增至PG1，可得发电机调速系统的频率静态特性曲线的斜率为：，可得发电机调速系统的频率静态特性曲线的斜率为：称为称为发电机的单位调节功率，发电机的单位调节功率，它标志着随着频率的变化，发电机组输出功率它标志着随着频率的变化，发电机组输出功率的变化，其负号表示因频率下降时发电机出力反而增加的变化，其负号表示因频率下降时发电机出力反而增加KG的标幺值为：KG*为发电机调速系统的功频静态特性系数对于汽轮机一般KG*为16.625，水轮机为2550KG*的倒数为发电机调速系统的调差系数（调差率），用*表示与负荷的频率调节效应系数KL*不同，发电机组的调差系数是可以整定的调差系数的大小对维持系统频率的稳定运行关系很大，为了减少系统的频率波动，希望发电机调速系统有合理的调差系数但是受机组调速机构的限制，调差系数的调整范围是有限的，通常取汽轮发电机组*=0.040.06；水轮发电机组*=0.020.04。

l频率调整，又称频率控制，是电力系统中维持有功功率供需平衡的主要措施，其根本目的是保证电力系统的频率稳定l电力系统频率调整的主要方法是调整发电功率和进行负荷管理l按照调整范围和调节能力的不同，频率调整可分为一次调频、二次调频和三次调频三、电力系统的频率调整三、电力系统的频率调整 电力系统的负荷时刻都在变化，图为负荷变化的示意电力系统的负荷时刻都在变化，图为负荷变化的示意图对系统实际负荷变化曲线的分析表明，系统负荷可以图对系统实际负荷变化曲线的分析表明，系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷所组成看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷所组成: :第第一种是变化幅度很小，变化周期较短一种是变化幅度很小，变化周期较短( (一般为一般为10s10s以内以内) )的的负荷分量负荷分量; ;第二种是变化幅度较大，变化周期较长第二种是变化幅度较大，变化周期较长( (一般为一般为10s-3min)10s-3min)的负荷分量，属于这类负荷的主要有电炉、延的负荷分量，属于这类负荷的主要有电炉、延压机械、电气机车等压机械、电气机车等; ;第三种是变化缓慢的持续变化负荷，第三种是变化缓慢的持续变化负荷，引起负荷变化的原因主要是工厂的作息制度、人民生活规引起负荷变化的原因主要是工厂的作息制度、人民生活规律、气象条件的变化等。

律、气象条件的变化等1.频率调整的分类频率调整的分类负荷的变化将引起频率的相应变化第一种变化负荷引起的频率偏移将由发电机组的调速器进行调整（一次调频）第二种变化负荷引起的频率变化仅靠调速器的作用往往不能将频率偏移限制在容许的范围之内，这时必须有调频器参与频率调整，这种调整通常称为频率的二次调整针对第三种规律性变动的负荷引起频率偏移的调整，称为频率的三次调整，通常是通过调度部门预先编制日负荷曲线，按最优化准则分配负荷，从而在各发电厂或发电机组间实现有功负荷的经济分配，这属于电力系统经济运行的问题，或称经济调度保持系统频率的不变，是由一次调整、二次调整和三次调整共同完成的2.一次调频一次调频一次调频是发电机组调速系统的频率特性所固有的能力，随频率变化而自动进行频率调整其特点是频率调整速度快，但调整量随发电机组不同而不同，且调整量有限，值班调度员难以控制当系统频率下降时，发电机的蒸汽阀门或进水阀门的开度就会增大，增加原动机的功率当系统频率上升时，发电机的蒸汽阀门或进水阀门的开度就会减小，减少原动机的功率发电机调速器的这种特性称为机组的调差特性一次调节对系统频率变化的响应快，电力系统综合的一次调节特性时间常数一般在10秒左右。

由于发电机的一次调节仅作用于原动机的阀门位置，而未作用于火力发电机组的燃烧系统因而，火力发电机组一次调节的作用时间是短暂的不同类型的火力发电机组，由于蓄热量的不同，一次调节的作用。