電力系統(tǒng)頻率及有功功率的調(diào)節(jié)

電力系統(tǒng)頻率及有功功率的調(diào)節(jié)第1頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一P——發(fā)電機組轉(zhuǎn)子極對數(shù)n——發(fā)電機組的轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）f——電力系統(tǒng)頻率（Hz）顯然，電力系統(tǒng)的頻率控制實際上就是調(diào)節(jié)發(fā)電機組的轉(zhuǎn)速。一、電力系統(tǒng)的頻率特性第2頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一1)電力系統(tǒng)頻率一致；任一時刻，發(fā)供平衡。2)調(diào)頻與有功功率調(diào)節(jié)是不可分開的；負荷增加時，系統(tǒng)出現(xiàn)了功率缺額，機組的轉(zhuǎn)速下降，整個系統(tǒng)的頻率降低。3)調(diào)頻是一個要由整個系統(tǒng)來統(tǒng)籌調(diào)度與協(xié)調(diào)的問題，不允許任何電廠有一點“各自為政”的趨向。4)調(diào)頻與運行費用的關系也十分密切；力求使系統(tǒng)負荷在發(fā)電機組之間實現(xiàn)經(jīng)濟分配。第3頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一負荷的變動情況可以分成幾種不同的分量：（1）變化周期一般小于10s的隨機分量；（2）變化周期在10s～3min之間的脈動分量；（3）變化周期在3min以上的持續(xù)分量，負荷預測預報這一部分。第4頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一第一種負荷變化引起的頻率偏移，利用調(diào)速器來調(diào)整原動機的輸入功率，這稱為頻率的一次調(diào)整。第二種負荷變化引起的頻率偏移較大，必須由調(diào)頻器參與控制和調(diào)整，這稱為頻率的二次調(diào)整。第三種負荷變化，調(diào)度部門的計劃內(nèi)負荷，這稱為頻率的三次調(diào)整。第5頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一電力系統(tǒng)中各種有功負荷與頻率的關系負荷的調(diào)節(jié)效應系數(shù)第6頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一1）負荷的頻率效應起到減輕系統(tǒng)能量不平衡的作用。2）電力系統(tǒng)允許頻率變化的范圍很小，為此負荷功率與頻率的關系曲線可近似地視為具有不變斜率的直線。這斜率即為調(diào)節(jié)效應系數(shù)。3）對于不同的電力系統(tǒng)，調(diào)節(jié)效應系數(shù)的值也不相同。一般為1～3。即使是同一系統(tǒng)的，也隨季度及晝夜交替導致負荷組成的改變而變化。第7頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一例1某電力系統(tǒng)中，與頻率無關的負荷占30％，與頻率一次方成比例的負荷占40％，與頻率二次方成比例的負荷占10％，與頻率三次方成比例的負荷占20％。求系統(tǒng)頻率由50Hz下降到47Hz時，負荷功率變化的百分數(shù)及其相應的值。第8頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一二、調(diào)頻與調(diào)頻方法第9頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一1、發(fā)電機的調(diào)差系數(shù)負號表示發(fā)電機輸出功率的變化和頻率的變化符號相反。上式稱為發(fā)電機組的靜態(tài)調(diào)節(jié)方程。

第10頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一在計算功率與頻率的關系時，常常采用調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)，KG*——發(fā)電機的功率-頻率特性系數(shù)，或原動機的單位調(diào)節(jié)功率。一般發(fā)電機的調(diào)差系數(shù)或單位調(diào)節(jié)功率，可采用下列數(shù)值：對汽輪發(fā)電機組R*=(4-6)%或KG*=16.6-25

；對水輪發(fā)電機組R*=(2-4)%或KG*=25-50

；

第11頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一若系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在f1：1號機組的負荷增加了ΔP12號機組的負荷增加了ΔP2兩臺機組增量之和等于ΔPL

第12頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一2、電力系統(tǒng)的功率—頻率特性第13頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一3、調(diào)頻方法有差調(diào)頻法調(diào)頻方程式：有差調(diào)頻法指用有差調(diào)頻器進行并聯(lián)運行，達到系統(tǒng)調(diào)頻的目的的方法。有差調(diào)頻器的穩(wěn)態(tài)工作特性可以用下式表示，即Δf+RΔPc

=0式中Δf、ΔPc——調(diào)頻過程結束時系統(tǒng)頻率的增量與調(diào)頻機組有功功率的增量R——有差調(diào)頻器的調(diào)差系數(shù)

第14頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一機組間有功功率的分配：當系統(tǒng)中有n臺機組參加調(diào)頻式中Δf—系統(tǒng)的頻率增量Ri

—第i臺機組的調(diào)差特性ΔPCi—第i臺機組的有功功率增量（調(diào)頻功率)第15頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一設系統(tǒng)的負荷增量（即計劃外的負荷）為ΔPL，則調(diào)節(jié)過程結束時，必有

上式也可以寫為其中是系統(tǒng)的等值調(diào)節(jié)系數(shù)

則每臺調(diào)頻機組所承擔的計劃外負荷為第16頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一主導發(fā)電機法調(diào)頻方程式：式中ΔPci—第i調(diào)頻發(fā)電機的有功增量Ki—功率分配系數(shù)第17頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一調(diào)頻過程：設系統(tǒng)負荷有了新的增量ΔP，主導發(fā)電機調(diào)頻器的調(diào)節(jié)方程的原有平衡狀態(tài)被首先打破，無差調(diào)頻器向著滿足其調(diào)節(jié)方程的方向?qū)C組的有功出力進行調(diào)整，隨之出現(xiàn)了新的ΔP

1值，于是其余n－1個調(diào)頻機組的功率分配。方程式的原有平衡狀態(tài)跟著均被打破，它們都會向著滿足其功率分方程的方向?qū)Ω髯詸C組的有功出力進行調(diào)節(jié)，即出現(xiàn)了“成組調(diào)頻”的狀態(tài)。調(diào)頻過程一直要到ΔPC1不再出現(xiàn)新值才告結束。

第18頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一機組間有功功率的分配：調(diào)頻結束時必有而各調(diào)頻機組分擔的功率為上式說明各調(diào)頻機組間的出力也是按照一定的比例分配的。第19頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一積差調(diào)頻法（同步時間法）調(diào)頻方程式：積差調(diào)頻法（或稱同步時間法）是根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差的累積值進行工作的。單機積差調(diào)節(jié)的調(diào)頻方程式為：

式中K-調(diào)頻功率比例系數(shù)第20頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一第21頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一調(diào)頻方程每臺調(diào)頻機組分擔的計劃外負荷為第22頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一多臺機組用積差法實現(xiàn)調(diào)頻時，可采用集中制、分散制兩種方式第23頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一三、電力系統(tǒng)低頻減載a)事故情況下，系統(tǒng)可能產(chǎn)生嚴重的有功缺額，因而導致系統(tǒng)頻率大幅度下降。b)所缺功率已經(jīng)大大超過系統(tǒng)熱備用容量，只能在系統(tǒng)頻率降到某值以下，采取切除相應用戶的辦法來減少系統(tǒng)的有功缺額，使系統(tǒng)頻率保持在事故允許的限額之內(nèi)。第24頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一系統(tǒng)頻率的事故限額（1）系統(tǒng)頻率降低使廠用機械的出力大為下降，有時可能形成惡性循環(huán)，直至頻率雪崩。（2）系統(tǒng)頻率降低使勵磁機等的轉(zhuǎn)速也相應降低，當勵磁電流一定時，發(fā)送的無功功率會隨著頻率的降低而減少，可能造成系統(tǒng)穩(wěn)定的破壞。（3）電力系統(tǒng)頻率變化對用戶的不利影響：頻率變化將引起異步電動機轉(zhuǎn)速的變化。系統(tǒng)頻率降低將使電動機的轉(zhuǎn)速和功率降低。（4）汽輪機對頻率的限制。（5）頻率升高對大機組的影響。（6）頻率對核能電廠的影響。第25頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一系統(tǒng)頻率的動態(tài)特性系統(tǒng)頻率變化不是瞬間完成的，而是按指數(shù)規(guī)律變化，其表示式為式中-由功率缺額引起的另一個穩(wěn)定運行頻率

-系統(tǒng)頻率變化的時間常數(shù)，它與系統(tǒng)等值機組慣性常數(shù)以及負荷調(diào)節(jié)效應系數(shù)LK?有關，一般在（4～10）間。大系統(tǒng)Tf較大，小系統(tǒng)Tf較小。

第26頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一自動低頻減載（按頻率自動減負荷裝置“ZPJH”）的工作原理第27頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一“輪”：計算點f1、f2,…fn

點1：系統(tǒng)發(fā)生了大量的有功功率缺額點2：頻率下降到f1，第一輪繼電器起動，經(jīng)一定時間Δt1

點3：斷開一部分用戶，這就是第一次對功率缺額進行的計算。點3-4：如果功率缺額比較大，第一次計算不能求到系統(tǒng)有功功率缺額的數(shù)值，那么頻率還會繼續(xù)下降，很顯然由于切除了一部分負荷，功率缺額已經(jīng)減小，所有頻率將按3-4的曲線而不是3-3'曲線繼續(xù)下降。

第28頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一點4：當頻率下降到f2時，ZPJH的第二輪頻率繼電器啟動，經(jīng)一定時間Δt2后點5：又斷開了接于第二輪頻率繼電器上的用戶。點5-6：系統(tǒng)有功功率缺額得到補償。頻率開始沿5～6曲線回升，最后穩(wěn)定在f∞(2)。逐次逼近：進行一次次的計算，直到找到系統(tǒng)功率缺額的數(shù)值（同時也斷開了相應的用戶）。即系統(tǒng)頻率重新穩(wěn)定下來或出現(xiàn)回升時，這個過程才會結束。

第29頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一最大功率缺額的確定1）保證在系統(tǒng)發(fā)生最大可能的功率缺額時，也能斷開相應的用戶，避免系統(tǒng)的瓦解，使頻率趨于穩(wěn)定。2）對系統(tǒng)中可能發(fā)生的最大功率缺額應作具體分析：有的按系統(tǒng)中斷開最大容量的機組來考慮；有的要按斷開發(fā)電廠高壓母線來考慮等。3）系統(tǒng)功率最大缺額確定以后，就可以考慮接于減負荷裝置上的負荷的總數(shù)。要求恢復頻率fhf可以低于額定頻率。4）考慮到負荷調(diào)節(jié)效應，接于減負荷裝置上的負荷總功率PJH可以比最大功率缺額Pqe小些。

第30頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一例某系統(tǒng)的用戶總功率為Pfhe

=

2800MW，系統(tǒng)最大的功率缺額Pqe=900MW，負荷調(diào)節(jié)效應系數(shù)LK?=2，自動減負荷動作后，希望恢復頻率值fhf=

48Hz，求接入減負荷裝置的負荷總功率PJH。

解減負荷動作后，殘留的頻率偏差相對值

第31頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一各輪動作功率的選擇1）第一級動作頻率一般的一級啟動頻率整定在49Hz。2）最后一輪的動作頻率自動減負荷裝置最后一輪的動作頻率最好不低于46～46.5Hz3）前后兩級動作的頻率間隔前后兩級動作的時間間隔是受頻率測量元件的動作誤差和開關固有跳閘時間限制的。第32頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一各輪最佳斷開功率的計算

1)系統(tǒng)頻率的最后穩(wěn)定值在最大恢復頻率ffh.max.i與最小恢復頻率ffh.min.i之間2)（ffh.max.i－ffh.min.i）是正比于ZPJH第i次的計算誤差的3)當ZPJH動作后，可能出現(xiàn)的最大誤差為最小時，ZPJH就具有最高的選擇性。4)ffh.min.事實上等于特殊輪的動作頻率fdzts

第33頁，共36頁，2023年，2月20日，星期一5)一般情況下，各輪的ffh.max.i是不同的，而ZPJH的最終計算誤差則應按其中最大的計算。根據(jù)極值原理，顯而易見，要使ZPJH裝置的誤差為最小的條件是：ffh.max.1=ffh.max.2=…=ffh.max.n

=fhf0

6)各輪恢復頻率的最大值fhf0可考慮如下：當系統(tǒng)頻率緩慢下降，并正好穩(wěn)定在第i輪繼電器的動作頻率fdzi時，第i輪繼電器動作，并斷開了相應的用戶功率ΔPi，于是頻率回升到這一輪的最大恢復頻率fhf.max.i。