电力系统稳态课件 电力系统分析5.2

PGN
PLN %
100 %
计算各类发电机组的KG＊：
5×100MW水轮机组：
KG*
500 3300 2.5
100
6.06
5×75MW水轮机组： 6×100MW汽轮机组：
KG*
375 3300 2.75
100
4.14
KG*
600 3300 3.5
100
5.2
20×50MW汽轮机组：
KG*
1000 3300
✓汽轮发电机组： % 3% ~ 5% 或 KG* 33.5 ~ 20
✓水轮发电机组： % 2% ~ 4% 或 KG* 50 ~ 25
三、频率的一次调整
以系统中只有一台发电机带一个综合负荷为例进行分 析。图5-9为频率的一次调整示意图。
当系统负荷增加PL0 时，负荷的功 频静特性向上移至 PL ，一方面发电机 组转速变化引起频率下降，调速器动作， 发电机出力增加 ，P另G 一方面由于负 荷本身的调节效应减少 ，经PL 过一个 过程，达到新的平衡点 。 O
➢电力系统的单位调节功率不能过大。
✓若KS过大→ KG过大，即调差系数过小，将不能保证 各发电机组调速系统运行的稳定性。
假设调差系数整定为零，这时，虽然负荷的变动不 会引起频率的变动，似乎可确保频率恒定，但这样将会 出现负荷变化量在各发电机组间的分配无法固定，从而 出现各发电机组的调速系统不能稳定工作的问题。
油动机活塞向上移动时，杠杆AB绕A逆时针转动，
带动C、F、E点上移，再次堵塞错油门小孔，结
束调节过程。 D点位移选择恰当，A点可能回到原来位置
调速系统的工作原理：利用杠杆的作用调整汽轮机或 水轮机的导向叶片，使其开度增大，增加进汽量或进水量。
❖ 有差调节：负荷变动时，原动机的转速或频率将有 所变动—随负荷增大而降低
说明：调速器由前三者组成，完成 频率的一次调整；调频器加入转速 控制部件，完成频率的二次调整。
图5-7 离心飞摆式调速系统示意图
❖ 频率的“一次调整”作用
原动机主轴带动套筒，套筒带动飞摆转动 机组负荷增大，转速下降，飞摆向转轴靠拢，
A点下移到A″点 油动机活塞两边油压相等，B点不动，杠杆AB
绕B点逆时针转动到A″B 调频器不动时，D点不动，杠杆DE绕D点顺时
频率变化为: f f 0 f 0
图5-9 频率的一次调整
发电机的功率增量为： PG K G f
负荷本身的调节作用下降了：PL K L f （△f为负值）
PL0 OA OB BA BO BA PG PL (K G K L )f
∴
KS
KG
KL
PL0 f
其中，KS称为系统的单位调节功率，单位Mw/Hz。
1、定义：
与用户的生产状态有关 负荷 与接入点系统电压有关
假设不变
与系统频率有关——仅考虑频率因素
2、负荷性质：
与频率无关 与频率的一次方成正比 与频率的二次方成正比 与频率的三次方成正比 与频率的高次方成正比
—照明、电炉等 —球磨机、卷扬机等 —变压器的涡流损耗等 —通风机、循环水泵等 —静水头阻力大的给水泵
fN 它与发电机的单位调节功率的关系如下：
KG
PG f
PGN f0 fN
PGN 100 %
f N %
当取K GB PGN f N 时，其标么值为：
K G*
1
%
100%
上式说明：调差系数的倒数就是机组的单位调节功率。
说明：发电机组的调差系数或与之对应的单位调节功率 是可以整定的。但受机组调速机构的限制，其整定范围 是有限的。在整定范围内，调差系数越小（即单位调节 功率越大），频率偏移也越小。
4
100
7.58
1000MW小容量汽轮机组：KG*
1000 3300
4
100
7.58
系统负荷：
KL* 1.5
①全部机组都参加调频:
KS KG KL (6.06 4.145.2 7.58 7.58) 1.5 32.06
②全部机组都不参加调频:
KS KL 1.5
③仅水轮机组参加调频: KS (6.06 4.14) 1.5 11.7
例5-1 设系统中发电机组的容量和它们的调差系数分别为： 水轮机组： 100MW/台×5=500MW σ%=2.5%
75MW/台×5=375MW σ%=2.75% 汽轮机组： 100MW/台×6=600MW σ%=3.5%
50MW/台×20=1000MW σ%=4.0% 较小容量汽轮机组合计 1000MW σ%=4.0%
KG
PG f
百度文库
PGN fN f0
tg
用标么值表示为：
KG*
PG f
PGN fN
PG* f*
KG
fN PGN
图5-8 发电机组的功频率静特性
发电机的单位调节功率表征随着频率的升高或降低 发电机组有功出力减少或增加的多少。
➢发电机的调差系数：指发电机由空载运行到额定运行 时频率偏移的大小，即
% f 0 f N 100 %
节。
2. 发电机组的有功功率——频率静特性
根据发电机调速系统的调节原理，即负荷增大时，发电 机出力增加，频率降低；负荷减少时，发电机出力减少，频 率增加，可得到发电机组的有功功率——频率静态特性如图 5-8所示。
➢发电机的单位调节功率：指发电机组的功率——频率
静态特性的斜率，即
PG m ax对应于进汽量或进水量达到最大值后，发电 机的出力
fN %
100
%
计算各类发电机组的KG：
5×100MW水轮机组：
KG
500 100 50 2.5
400(MW/Hz )
5×75MW水轮机组：
KG
375 100 50 2.75
273(MW/Hz )
6×100MW汽轮机组：
KG
600 100 343(MW/Hz) 50 3.5
20×50MW汽轮机组：
调节过程结束时，杠杆AB的位置为A′CB′ 。相 应的进汽量或进水量较原来多，机组转速较原来 略低。
❖ 频率的“二次调整”作用
调频器转动蜗轮、蜗杆，抬高D点，杠杆DE绕F 点顺时针转动
错油门活塞再次下移开启小孔，在油压作用下， 油动机活塞再次向上移动，进一步增加进汽或进 水量。机组转速上升，飞摆使A点由点A′上升。
当n台机组中只有m台机组都参加调整，即m+1、
m+2、… n台机组不参加调整时有
m
K G K G1 K G2 K Gm K Gi
显然
i 1
KG KG
即系统中总的发电机单位调节功率下降了。
可见，频率的一次调整是有差调整，即调整后的频
率不可能回到原来的值。因此，一次调频只能适应负荷
变化幅度小、周期短的不规则变化情况。
用标幺值表示为： 几点说明：
K S*
PL0 f /
/ f
PL
N
➢系统的单位调节功率标志了系统负荷增加或减少时， 在原动机调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统 频率下降或上升的多少。因此，当KS已知时，可以根据 允许的频率变化范围求取系统能够承受多大的负荷增减。 即KS越大，系统承受负荷的变化越大。
系统总负荷为3300MW，负荷的单位调节功率KL*=1.5， 试计算下列各种情况下系统的单位调节功率KS，计算结果 分别以MW/Hz和标幺值表示。 ①全部机组都参加调频；②全部机组都不参加调频；③仅 水轮机组参加调频；④仅水轮机组参加调频和20台50MW 汽轮机组参加调频。
解：（1）按KG
PGN
二、发电机组的有功功率——频率静特性
发电机组转速的调整是由原动机的调速系统来实现 的。 通常把由于频率变化而引起发电机组输出功率变化 的关系称为发电机组的功率—频率特性或调节特性。 1. 自动调速系统
➢检测部件Ⅰ（离心飞摆） ➢放大部件Ⅱ（错油门） ➢执行部件Ⅲ（油动机） ➢转速控制部件Ⅳ（调频器）
综合负荷的频率特性取决负荷的性质 负荷的频率特性不可整定 通常在额定频率处将负荷特性线性化
❖ 负荷的频率特性
PL
PL PL0 KL f
➢ 综合负荷的额定功率 PLN
def
PLN
＝
f
时负荷吸收的有功功率
N
➢ 负荷的单位调节功率
PLN
KL
PL f
tg
物理意义：反映系统频率变
f 化时负荷吸收功率的变化，
电力系统许多用电设备的运行状况与频率关系密切， 频率变化对发电厂和电力系统本身的正常运行也有影 响。
由于电力负荷的不确定性和多变性，为了保证频率偏 移在规定范围内，必须不断调节有功功率电源的输出。 这就是频率调整的内容 。
保证频率质量的首要条件：系统中有充足的有功备用。
一、负荷的有功功率——频率静特性
K L1 PLN 1 1 K L2 PLN 2
f fN
关于KL*的几点说明：
➢负荷的频率调节效应系数表征负荷的频率调节特性， 即表征随着频率的升高或降低负荷消耗功率增加或减少 的多少。 ➢负荷的频率调节效应系数是不能控制的，其大小取决 于全系统各类负荷所占的比重，不同系统或同一系统不 同时刻的KL*值可能不同。在实际系统中， 一般取1~3。 ➢负荷的频率调节效应系数是反映系统进行一次调整性 能的一个重要数据，它是调度部门确定按频率减负荷方 案以及低频事故切负荷来恢复频率的计算依据。
针转动到DE′
错油门活塞下移使油管a、b的小孔开启，压力油
经b进入油动机活塞下部，活塞上部的油经a流入 错油门上部
油动机活塞向上移动，使汽轮机的调节汽门或水 轮机的导向叶片开度增大，增加进汽量或进水量。 同时，杠杆AB绕A逆时针转动，提升C点使油管
a、b的小孔重新堵住，油动机活塞停止移动。
进汽或进水量增加，机组转速上升，A点回升到 A′点。
第五章 电力系统有功功率平衡和频率调整
❖5.1 电力系统中有功功率的平衡 ❖5.2 电力系统的频率调整
5.2 电力系统的频率调整
频率调整的必要性
互联交流电力系统在稳态运行时具有同一频率。当系 统中出现有功功率不平衡时，如有功功率电源不足或 负荷增大时，将会引起系统频率下降，反之，将造成 频率升高。
✓使系统中总的发电机单位调节功率下降。
当系统中有多台发电机组时，发电机组满载后，受 调速机构的限制，发电机组不再具有调频能力，即此时 它们的单位调节功率为零，调差系数为无限大，从而使 全系统发电机组的等值调差系数增大。
例如，设系统中有n台发电机组，n台机组都参加调整时有：
n
K G K G1 K G2 K Gn K Gi i 1
fN
表征了负荷对频率的自然
调节作用。
标幺值负荷单位调节功率
K L*
PL* f*
PL / PLN f / f N
KL
fN PLN
❖ K L不* 能整定，当负载的性质相同时 ， 与K L负* 荷容量无 关
❖综合负荷
PL
KL* 1.5
PLN 2
若负荷性质不变
PL2 ( f ) PL1 ( f )
PLN1
➢在上述推导过程中，取功率的增大或频率的上升为正， 因此，上式等号右侧的负号表示，随着负荷的增大，系 统的频率将下降。
➢由KS=KG+KL可见：系统的单位调节功率取决于发电机 的单位调节功率和负荷的单位调节功率。由于负荷的单 位调节功率KL不可调，因此，系统的单位调节功率KS的 调整只能通过调整发电机的单位调节功率KG或调速器的 调差系数来实现。
②全部机组都不参加调频:
KS KL 99(MW/Hz )
③仅水轮机组参加调频:
KS (400 273) 99 772 (MW/Hz )
④仅水轮机组和20台50MW汽轮机组参加调频:
KS (400 273 500) 99 1272 (MW/Hz )
（2）以标幺值计算时，取KB=PLN/fN，按KG*
④仅水轮机组和20台50MW汽轮机组参加调频:
KS (6.06 4.14 7.58) 1.5 19.28
四、频率的二次调整
频率的二次调整就是手动或自动地操作调频器使发 电机组的功频静特性平行移动，从而改变发电机的有功 功率，以保持系统频率不变或在允许范围内。
KG
1000 50 4
100
500(MW/Hz )
1000MW小容量汽轮机组：KG
1000 50 4
100
500(MW/Hz )
系统负荷：
KL
K L*
PLN fN
1.5 3300 50
99(MW/Hz )
①全部机组都参加调频:
KS KG KL (400 273 343 500 500) 99 2115(MW/Hz)
❖ 无差调节：负荷变动时，原动机的转速或频率保持 不变
❖ 一次调频总是有差的，二次调频可实现无差调节。
➢一次调频： B 的位置较B高， A 的位置较A略低，相应 的机组转速较原来略低——有差调节。
➢二次调频：在外界信号作用下，调频器动作将D点抬高，
最后使 回到A位置A，频率恢复到额定频率——无差调