电力系统分析5有功平衡

第五章
(1)热备用
电力系统有功功率的平衡和频率调整
备用容量储存于运行机组中，能及时抵偿系统的功率缺额。负荷备用和 部分事故备用容量通常采用热备用形式分布在各电厂或运行机组之间。
(2)冷备用 备用容量储存于停运机组中，检修备用和部分事故备用采用冷备用。 在系统中有一定备用容量的前提下，就可以考虑有功功率在各发电厂之 间的最优分配问题。电力系统中有功功率最优分配有两个主要内容：有 功电源的最优组合和有功负荷的最优分配。
5.1.2 电力系统的频率与有功功率平衡的关系
系统频率同发电机转速之间的关系 f
np 60
而发电机转速由作用在机组转轴上的功率平衡确定
[( p p ) pm ]
dn Pm由系统运行状态决定，任何 dt 时刻都和系统总的有功负荷功
率相等
可见，负荷功率的任何变化都会引起发 电机输出功率的变化。而原动机的输入 功率则因调节系统的相对迟缓无法瞬间 变化，因此发电机转轴上的绝对平衡不 存在，即严格维持f不变是不可能的。
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电力系统有功功率的平衡和频率调整
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
• 5.1 电力系统的有功平衡与频率调整 5.2 电力系统的频率特性
5.2.1电力系统负荷的有功功率—频率静态特性 5.2.2发电机组的有功功率—频率静态特
• 5.3 电力系统的频率调整
5.3.1 频率的一次调整 5.3.2 频率的二次调整 5.3.3 调频厂的选择 5.3.4 互联系统的频率调整
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电力系统有功功率的平衡和频率调整
• 据此
一次调整:由发电机组的调速器进行的 对第一种负荷变动引起的频 率偏移的调整 二次调整:由发电机的调频器进行的、 对第二种负荷变动引起的 频率偏移的调整
频率调整
三次调整:按最优化准则分配第三种有 规律变动的负荷，即责成各发电厂 按事先给定的发电负荷曲线发电。
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丰满水电厂外景
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秦山核电站汽轮机房
秦山核电站主控制室
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3、核电厂的特点 （1）反应堆和汽轮机组退出运行和再度投入花费时间长， 且增加能量损耗。 应指出: 枯水季节往往由系统中的 （2）运行中不宜承担急剧变化的负荷。 大型水电厂承担调频任务 ; 洪水季节这任务就转移给中 （3）一次投资大，运行费用小。 （二）各类发电厂的合理组合
(3) 频率不稳定，将会影响电子设备的准确性。雷达、电子计算机等重要 设施将因频率过低而无法运行。
2 频率变化对发电厂及系统本身的影响
(1)发电厂的厂用机械多使用异步电动机拖动，系统频率降低使电动机出 力降低，若频率降低过多，将使电动机停止运转，会引起严重后果。 如给水泵停止运转，将迫使锅炉停炉。
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原动机输 入功率
各种 损耗
发电机输出 电磁功率
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5.1.3 电力系统中有功功率的平衡和备用容量 1、有功功率负荷的变动及其调整
对系统实际负荷变化曲线的分析表明， 系统负荷可以看作是由三种具有不同 变化规律的变动负荷所组成： 第一种是变化幅度小，变化周期较短 （10s内）的负荷分量； 第二种是变化幅度较大，变化周期较 长(一般为10s至3min)的负荷分量， 如工业中大电机、电炉、电气机车等 第三种是变化缓慢的持续变动负荷。 周期最长、变化幅度最大，可预测。 主要是工厂作息制度、人们的生活习 惯及气象条件的变化引起的。
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5.1 电力系统中的有功平衡与频率调整
5.1.1 频率调整的必要性
1 频率变化对用户的影响
(1)系统频率的变化将引起工业用户的电动机转速的变化，这将影响产品 的质量。如纺织工业、造纸工业将因频率变化出现残次品。
(2) 当频率降低，使电动机有功功率降低，将影响所传动机械的出力。
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2、有功功率平衡和备用容量
为保证频率在允许范围内变动，电力系统运行中的Байду номын сангаас电机组发出的 有功功率必须和负荷消耗的有功功率平衡。
为保证可靠供电和良好的电能质量，系统还应具有一定的备用容量 备用容量按用途分负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用。 （1）负荷备用：为了适应实际负荷的经常波动或一天内计划外的负荷增 加而设置的备用，设计时一般按系统最大有功负荷的2一5％估算。 （2）事故备用：事故备用容量的大小一般约为最大负荷的5一10 ％ （3）检修备用：为保证发电设备进行定期检修时，不致影响供电而留的备 用容量。 （4）国民经济备用：计及负荷的超计划增长而设置的备用容量，一般约 为系统最大负荷的3%—5% 备用容量按备用形式分为热备用和冷备用
(1)不需燃料费，而且水是可再生资源。但一次投资大，运行在不同程度 上受自然条件的影响。 (2)出力调节范围比火电机组大，机组投入和退出用时少。 (3)水利枢纽往往兼有发电、航运、防洪等多方面的效益，因而发电用水 量通常要按水库的综合效益考虑，不一定同电力负荷的需要一致。 水电厂只有与火电厂配合，才能充分发挥其经济效益。
5.1.4 各类发电厂的特点及合理组合
目前发电厂主要有以下三类：火力发电厂、水力发电厂、核电厂 （一）各类发电厂的特点
1、火力发电厂的主要特点
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火电厂外景
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（1）运行需要支付燃料费用，占用运输能力，运行不受 自然条件的影响。 （2）有功出力受锅炉和汽轮机最小技术负荷的限制，启 停时间长且启停费用高。 （3）效率与蒸汽参数有关，高温高压设备效率最高，低 温低压设备效率最低。 （4）热电厂采用抽汽供热，总效率较高。 2、水力发电厂的主要特点
电力系统有功功率的平衡和频率调整
(2)电力系统低频运行时容易引起汽轮器低压叶片的共振，缩短汽轮器叶 片的寿命，严重时使叶片断裂，造成重大事故。 (3)系统频率降低时，异步电动机和变压器的励磁电流大大增加，引起系 统无功损耗增加，若系统备用无功电源不足，将导致电压降低。
总之，电力系统的频率降低时将影响各行各业，频率过低时甚至会使系 统瓦解，造成大面积停电，必须设法使系统频率保持在规定范围内