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1、1发电机组的有功平衡：发电机的电磁功率PGi与原动机的机械功率PTi之间的平衡。原动机惯性大，有功调节慢，无法时刻保持与瞬变负荷及发电机功率的平衡，而只能保证动态平衡，相应频率也只能保持动态稳定。发电机组原动机发电机电力系统的有功平衡：发电机与负荷之间的电磁功率平衡，时刻平衡。推力阻力发电机组的有功平衡与频率的关系频率变化反映机组的有功平衡关系，是机组有功调节的依据。有功平衡与频率变化的关系有功平衡与频率变化的关系第1页/共81页2本章主要内容及其关系本章主要内容及其关系目标：保证频率的质量与稳定，满足有功调度的经济性与可靠性要求负荷的变动类型频率的调整方法发电机的电磁功率变化类型原动机的有功
2、调整方法各类机组的有功调节特性有功备用容量的概念一次调频二次调频三次调频频率变化与功率调整量的定量关系偶然性冲击性周期性第2页/共81页35.1 5.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡基本概念基本概念负荷变动的类型及其特点？频率调整的方法及其特点？负荷变动与频率调整的关系？什么是可供调度的系统电源容量、备用容量、热备用和冷备用、负荷备用（事故备用、检修备用、国民经济备用）？两类备用容量的关系？第3页/共81页45.1 5.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡有功功率负荷的变动和调整控制（1 1）有功功率负荷的变动变动类型及其特点综合负荷的分解（2 2）有功功率
3、和频率的调整调整方法及其特点任务的分配有功功率负荷曲线的预计有功功率电源和备用容量第4页/共81页5负荷变动的类型及其特点u第一种：变动幅度很小，周期很短，有很大的偶然第一种：变动幅度很小，周期很短，有很大的偶然性。性。偶然性的负荷变动偶然性的负荷变动u第二种：变动幅度较大，周期较长，冲击性负荷第二种：变动幅度较大，周期较长，冲击性负荷（电炉、压延机械、电气机车）（电炉、压延机械、电气机车）冲击性的负冲击性的负荷变动荷变动u第三种：变动幅度最大，周期最长，由生产、生活、第三种：变动幅度最大，周期最长，由生产、生活、气象变化引起（可以预计）气象变化引起（可以预计）可预见的负荷变可预见的负荷变动动
4、第5页/共81页图图5-1 5-1 有功功率负荷的变动曲线有功功率负荷的变动曲线 综合负荷曲线偶然性负荷变动冲击性负荷变动可预见性负荷变动第6页/共81页7频率调整方法及其特点频率调整方法及其特点u频率的一次调整：用发电机组的调速器(第一种负荷变动)。u频率的二次调整：用发电机组的调频器(第二种负荷的变动)。调频厂u频率的三次调整：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。u负荷侧管理：个别负荷大量或长时间超计划用电以致影响系统运行质量时，由系统管理部门在远方将其部分或全部切除的控制方式(不同于前三种)；按合约要求，采用电价补偿方式调整负荷功率，以实现
5、削峰填谷目标。第7页/共81页电力系统电力系统中负荷变中负荷变动的幅度动的幅度愈大，周愈大，周期就愈长。期就愈长。图5-2 调频任务的分配P第8页/共81页9有功功率负荷曲线的预测有功功率负荷曲线的预测u作用：有功功率和频率三次调整的依据作用：有功功率和频率三次调整的依据u方法：方法：（1 1）传统方法传统方法（2 2）统计分析方法）统计分析方法回归分析法，时间序列分析法等。（不讲）回归分析法，时间序列分析法等。（不讲）第9页/共81页10有功功率负荷曲线的预计有功功率负荷曲线的预计传统方法传统方法u收集未来若干天的预计负荷(大用电量用户)；u参照长期积累的实测数据，汇总调整用电负荷；u计入网
6、络损耗：一般约为系统总负荷的6%6%10%10%不变损耗：与负荷大小无关(变压器空载损耗)可变损耗：与负荷的平方成正比u考虑厂用电：水电厂，0.1%0.1%1%1%；火电厂，5%5%8%8%；原子能电厂：4%4%5%5%；相应必须考虑可投入的发电设备和发电容量，u特别注意气象条件变化对负荷曲线的影响。u实测负荷曲线形成以后，还需要负荷曲线的加工。第10页/共81页11图5-3 负荷曲线加工加工原则：实测曲线加工前后，最大和最小负荷特征及曲线下的面积应一致。有功功率负荷曲线的预计负荷曲线的加工实测曲线加工后的曲线第11页/共81页12有功功率有功功率电源和备用容量电源和备用容量有功功率电源有功功
7、率备用容量备用容量、热备用与冷备用负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用各种备用容量的关系第12页/共81页13有功功率有功功率电源和备用容量电源和备用容量*有功功率电源有功功率电源u系统中系统中可供调度的系统电源容量可供调度的系统电源容量可能小于可能小于总装机容总装机容量量定期停机检修定期停机检修水电厂的发电机因水头极度降低不能按额定容量发水电厂的发电机因水头极度降低不能按额定容量发电电u各发电厂预计可投入运行的发电机组的各发电厂预计可投入运行的发电机组的可发功率可发功率之之和为和为可供调度的系统电源容量可供调度的系统电源容量。第13页/共81页14有功功率有功功率电源和备用容量电源和备
8、用容量*有功功率有功功率备用容量备用容量 为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统电源容量必须大于发电负荷。u备用容量：可供调度的系统电源容量大于发电负荷的部分。u热备用(旋转备用)：运转中的发电设备可能发的最大功率与系统发电负荷之差。u冷备用：未运转的发电设备可能发的最大功率。检修中的发电设备不属冷备用。发电设备从“冷状态”至投入系统发出额定功率所需时间几分钟（水电常）或十余小时（火电厂）。热备用越多，越有利于保证电能质量和供电可靠性，但经济性不好。第14页/共81页15有功功率有功功率电源和备用容量电源和备用容量*有功功率有功功率备用容量备用容量u负荷备用：调整系统中的短时负荷波动并担负计划
9、外的负荷增加而设置的备用。负荷备用设置在调频厂内,取最大负荷的2%2%5%5%，（大系统取小值，小系统取大值。）u事故备用：使电力用户在发电设备发生偶然性事故时不受严重影响，维持系统正常供电需要的备用。取最大负荷的5%5%10%10%，但不得小于系统中最大机组的容量。u检修备用：使系统中的发电设备能定期检修而设置的备用。系统负荷季节性低落期间和节假日安排不下所有设备的大小检修时才设置专门的检修备用。u国民经济备用：计及负荷的超计划增长而设置的备用。第15页/共81页16有功功率有功功率电源和备用容量电源和备用容量*各种备用容量的关系各种备用容量的关系u负荷备用热备用u事故备用至少包括一部份热备
10、用（可含冷备用）u检修备用（通过检查年最大负荷曲线来确定）u国民经济备用u具备了备用容量，才可能谈及备用用量在各发电设备和发电厂之间的最优分配以及系统的频率调整问题。第16页/共81页175.2 电力系统中有功功率的最优分配基本概念有功功率最优分配的主要内容？各类电厂的运行特点？各类电厂的投切费用特点？各类电厂的运行费用？水-原子能-火什么是水电厂与热电厂的强迫功率？第17页/共81页185.2 电力系统中有功功率的最优分配概述-有功电源的最优组合与有功负荷的最优分配各类发电厂的运行特点和合理组合最优分配负荷时的目标函数和约束条件（略）最优分配负荷时的等耗量微增率准则(火电)（略）等耗量微增率
11、准则的推广运用（水火电）（略）网络损耗的修正（略）电力市场及其对电力系统经济运行的影响（略）第18页/共81页19概述有功功率的最优分配主要包括两个内容：（1 1）有功功率电源的最优组合：系统中发电设备或发电厂的合理组合，即机组的最优启停调度（日调度问题）。主要涉及冷热备用容量的合理分布问题。（2 2）有功功率负荷的最优分配：有功功率负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配，即负荷的经济调度或者最优潮流问题。主要涉及热备用容量的合理分布问题。目标有耗煤量最少、污染排放量最少、启停损失最少、发电成本最少、耗水量最少、水电发电量最多等。约束条件有机组的运行特性约束、网络安全约束、水库流量
12、约束等第19页/共81页20各类发电厂的运行特点和合理组合各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点（1 1）火力发电厂的运行特点）火力发电厂的运行特点（2 2）原子能发电厂的特点）原子能发电厂的特点（3 3）水力发电厂的特点）水力发电厂的特点（4 4）无调节和有调节）无调节和有调节水水电厂的特点电厂的特点（5 5）抽水蓄能水电厂的特点）抽水蓄能水电厂的特点各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合第20页/共81页21各类发电厂的运行特点火力发电厂的运行特点火力发电厂的运行特点u锅炉和汽轮机都有技术最小负荷，前者为额定负荷的25%25%70%70%，后者为额定负荷的10%10%15%15%，总3
13、5%35%85%85%u锅炉和汽轮机的投切或承担急剧变动负荷时都会耗能、费时，且易于损坏设备。u火电厂锅炉和汽轮机的分类：(1)(1)高温高压设备：效率高；灵活调节的范围窄(2)(2)中温中压设备：效率较高温高压设备低；灵活调节的范围较高温高压设备宽。(3)(3)低温低压设备：技术经济指标最差，应淘汰u热电厂(供热式火力发电厂):):效率高,技术最小负荷取决于热负荷(称为强迫功率)第21页/共81页22各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点原子能发电厂的特点原子能发电厂的特点u反应堆的负荷没有限制，其技术最小负荷取决于汽轮机，为其额定负荷的反应堆的负荷没有限制，其技术最小负荷取决于汽轮机，为
14、其额定负荷的10%10%15%15%u反应堆和汽轮机的投切或承担急剧变动负荷时会耗能、费时、易于损坏设备反应堆和汽轮机的投切或承担急剧变动负荷时会耗能、费时、易于损坏设备u原子能发电厂的一次投资大，运行费用小。原子能发电厂的一次投资大，运行费用小。第22页/共81页23各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点水力水力发电厂的特点发电厂的特点u水电厂的强迫功率：为保证河流下游的灌溉、通航，向下游释放一定水量时发出的功率。u水轮机也有技术最小负荷，其值因水电厂的具体条件而异。u水轮机的投切或承担急剧变动负荷时操作简单，不会耗费很多能量和花费很多时间。u水电厂水头过分低落时，水轮发电机组可发的功率要
15、降低。u水电厂按其有无调节水库、调节水库的大小或其功能分为无调节、日调节、季调节、年调节、多年调节和抽水蓄能等几类第23页/共81页24各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点无调节和有调节无调节和有调节水水电厂的分类特点电厂的分类特点无调节水库的水电厂：无调节水库的水电厂：径流式水电厂径流式水电厂发出的功率取决于河流的天然流量。一昼夜间水量和机发出的功率取决于河流的天然流量。一昼夜间水量和机组发出功率基本不变。组发出功率基本不变。有调节水库的水电厂：有调节水库的水电厂：运行方式取决于水库调度所给定的水电厂耗水量。运行方式取决于水库调度所给定的水电厂耗水量。洪水季节，满负荷运行。洪水季节，满负
16、荷运行。来水多，避免弃水。来水多，避免弃水。枯水季节，承担急剧变动负荷。枯水季节，承担急剧变动负荷。来水少，可储存来水少，可储存根据水库容量分为：日、年、多年等调节方式，库容越根据水库容量分为：日、年、多年等调节方式，库容越大，调节能力越强。所谓多年调节，指库容足够大，可大，调节能力越强。所谓多年调节，指库容足够大，可存储多年的多余水量，说明其库容调节能力强。存储多年的多余水量，说明其库容调节能力强。第24页/共81页25各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点抽水蓄能水电厂的特点抽水蓄能水电厂的特点抽水蓄能水电厂：抽水蓄能水电厂：上下方各有一水库。上下方各有一水库。系统负荷出现低谷时，抽水至
17、上水库储蓄水能系统负荷出现低谷时，抽水至上水库储蓄水能系统负荷出现高峰时，放水至下水库同时发电系统负荷出现高峰时，放水至下水库同时发电抽水蓄能，放水发电循环的总效率只有抽水蓄能，放水发电循环的总效率只有70%70%，但由，但由于其具有很强的消峰填谷的作用，可以使火电厂的于其具有很强的消峰填谷的作用，可以使火电厂的负荷比较平稳，因此，当系统的有功调节能力不足，负荷比较平稳，因此，当系统的有功调节能力不足，或者存在核电厂时，应该考虑建设抽水蓄能水电厂。或者存在核电厂时，应该考虑建设抽水蓄能水电厂。第25页/共81页26各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合考虑调节性能与能力的组合顺序考虑网络与调
18、频要求的组合组合顺序示意图各类发电厂的日负荷曲线第26页/共81页27各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合考虑调节性能与能力的组合顺序考虑调节性能与能力的组合顺序 (1)(1)各类发电厂的组合顺序各类发电厂的组合顺序考虑调节效率考虑调节效率/能力能力u火电厂以承担基本不变的负荷为宜，避免频繁调节。火电厂以承担基本不变的负荷为宜，避免频繁调节。高温高压电厂优先投入，其次是中温中压电厂。高温高压电厂优先投入，其次是中温中压电厂。u原子能电厂原则上应持续承担额定容量负荷，运行原子能电厂原则上应持续承担额定容量负荷，运行费用小费用小u无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库水电厂无调节水库水电厂的全
19、部功率和有调节水库水电厂的强迫功率应首先投入。的强迫功率应首先投入。u有调节水库水电厂的可调功率洪水季节先投入；枯有调节水库水电厂的可调功率洪水季节先投入；枯水季节后投入。水季节后投入。u抽水蓄能水电厂低谷负荷时当负荷，高峰负荷时当抽水蓄能水电厂低谷负荷时当负荷，高峰负荷时当电源。电源。第27页/共81页28各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合考虑网络与调频要求的组合考虑网络与调频要求的组合(2)(2)不能忽视保证可靠供电、降低网损、维持良好不能忽视保证可靠供电、降低网损、维持良好的电能质量和足够的系统稳定性等要求。的电能质量和足够的系统稳定性等要求。(3)(3)负荷曲线的最高处是肩负调整
20、系统频率任务的负荷曲线的最高处是肩负调整系统频率任务的发电厂的工作位置。负荷备用设置在发电厂的工作位置。负荷备用设置在调频厂调频厂调频厂调频厂内，枯内，枯水季节由大水电厂承担调频任务，丰水期则为中温水季节由大水电厂承担调频任务，丰水期则为中温中压火电厂，抽水蓄能电厂在其发电期间也可以参中压火电厂，抽水蓄能电厂在其发电期间也可以参与调频。与调频。第28页/共81页枯水期枯水期丰水期丰水期组合顺序示意图组合顺序示意图第29页/共81页各类发电厂的日负荷曲线各类发电厂的日负荷曲线第30页/共81页315.3 5.3 电力系统电力系统的频率调整的频率调整基本概念与基本计算方法基本概念与基本计算方法发电
21、机、负荷与系统的单位调节功率定义及物理意义发电机、负荷与系统的单位调节功率的计算公式一次调频的功率频率调整量计算方法二次调频的功率频率调整量计算方法一次或二次调频时互联系统联络线功率调整量的计算方法调频厂应满足的要求第31页/共81页325.3 5.3 电力系统电力系统的频率调整的频率调整频率调整的必要性频率调整的必要性自动调速系统及其调节特性自动调速系统及其调节特性频率的一次调整频率的一次调整频率的二次调整频率的二次调整频率调整电厂的选择频率调整电厂的选择第32页/共81页33频率调整的必要性频率调整的必要性(1)(1)电力系统频率变动对用户的影响u频率变化将引起电动机转速的变化，从而影响用
22、户的产品质量；u频率的不稳定将会影响电子设备的工作(2)(2)频率降低对系统本身和发电厂的影响u系统的无功负荷将增大，使系统电压水平下降u影响锅炉的正常运行u增加汽轮机叶片损坏的机会u发电机定子和转子的温升都将增加u变压器的铁芯损耗和励磁电流都将增大u可能会使整个系统瓦解，造成大面积停电(3)(3)调整频率的手段：发电机组原动机的自动调节转速系统u调速器：进行频率的“一次调整”；u调频器：进行频率的“二次调整”。第33页/共81页34自动调速系统及其调节特性自动调速系统及其调节特性离心飞摆式自动调速系统离心飞摆式自动调速系统（1 1）原理图）原理图（2 2）频率的）频率的“一次调整一次调整”作
23、用原理作用原理（3 3）频率的）频率的“二次调整二次调整”作用原理作用原理电源有功功率静态频率特性电源有功功率静态频率特性发电机组中原动机机械功率的静态频率特发电机组中原动机机械功率的静态频率特性性（1）未配置自动调速系统的静态频率特性）未配置自动调速系统的静态频率特性（2）配置自动调速系统）配置自动调速系统调速器作用的静态频率特性调速器作用的静态频率特性调频器作用的静态频率特性调频器作用的静态频率特性第34页/共81页D1E1C1F1B1离心飞摆式自动调速系统转速偏差对进汽/水门开度的负反馈作用负荷转速调频器调频器二次调频二次调频油油动动机机错错油油门门离心式飞摆离心式飞摆第35页/共81页
24、36离心飞摆式自动调速系统离心飞摆式自动调速系统频率的频率的“一次调整一次调整”作用原理作用原理u原动机主轴带动套筒，套筒带动飞摆转动；原动机主轴带动套筒，套筒带动飞摆转动；u机组负荷增大，转速下降，飞摆向转轴靠拢，机组负荷增大，转速下降，飞摆向转轴靠拢，A点点下移到下移到A点；点；u油动机活塞两边油压相等，油动机活塞两边油压相等，B点不动，杠杆点不动，杠杆AB绕绕B点逆时针转动到点逆时针转动到A B，使，使C点下降至点下降至C。u调频器不动时，调频器不动时，D点不动，杠杆点不动，杠杆DE绕绕D点顺时针转点顺时针转动到动到 DE，使，使F点下降至点下降至F和和E点下降使点下降使E。第36页/共
25、81页37离心飞摆式自动调速系统离心飞摆式自动调速系统频率的频率的“一次调整一次调整”作用原理（续）作用原理（续）u错油门活塞下移使油管错油门活塞下移使油管a a、b b的小孔开启，压力油经的小孔开启，压力油经b b进入油动机活塞下部，活塞上部的油经进入油动机活塞下部，活塞上部的油经a a流入错油门流入错油门上部。上部。u油动机活塞向上移动，使汽轮机的调节汽门或水轮机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。相应使的导向叶片开度增大，增加进汽量或进水量。相应使机组转速上升，机组转速上升，A点回升，点回升，提升提升C C点；点；同时，同时，活塞上活塞上
26、移，使杠杆移，使杠杆A AB B绕绕A A逆时针转动，也提升逆时针转动，也提升C C点。点。u当当A点回升到点回升到A点，点，C C点回升点回升C C点点,E点点回升回升E时，时，使油管使油管a a、b b的小孔重新堵住，油动机活塞停止移动。的小孔重新堵住，油动机活塞停止移动。第37页/共81页38离心飞摆式自动调速系统离心飞摆式自动调速系统频率的频率的“一次调整一次调整”作用原理（续）作用原理（续）u调节过程结束时，杠杆调节过程结束时，杠杆AB的位置为的位置为ACB。C点为点为原位置，原位置，B的位置较的位置较B高，高，A的位置较的位置较A略低。相应略低。相应的进汽量或进水量较原来多，机组转
27、速较原来略低。的进汽量或进水量较原来多，机组转速较原来略低。u特点：调速器的一次频率调整，一定是有差调节特点：调速器的一次频率调整，一定是有差调节（调整后原动机的转速或频率有所变动，转速或频（调整后原动机的转速或频率有所变动，转速或频率偏差不为率偏差不为0 0）第38页/共81页39离心飞摆式自动调速系统离心飞摆式自动调速系统频率的频率的“二次调整二次调整”作用原理作用原理u调频器转动蜗轮、蜗杆，抬高调频器转动蜗轮、蜗杆，抬高D D点，杠杆点，杠杆DEDE绕绕F F点顺点顺时针转动；时针转动；u错油门活塞再次下移开启小孔，在油压作用下，油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
28、向上移动，进一步增加进汽或进水量。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，飞摆使机组转速上升，飞摆使A A点由点点由点A A上升。上升。u油动机活塞向上移动时，杠杆油动机活塞向上移动时，杠杆ABAB绕绕A A逆时针转动，逆时针转动，带动带动C C、F F、E E点上移，再次堵塞错油门小孔，结束点上移，再次堵塞错油门小孔，结束调节过程。调节过程。uD D点位移选择恰当，点位移选择恰当，A A点可能回到原来位置点可能回到原来位置u特点：可以实现有差调节特点：可以实现有差调节/无差调节无差调节第39页/共81页40电源有功功率静态频率特性电源有功功率静态频率特性未配置自动调速系统
29、的静态频率特性未配置自动调速系统的静态频率特性u机组转速很小，蒸汽或机组转速很小，蒸汽或水在叶轮上加的转矩很水在叶轮上加的转矩很大，功率输出小。大，功率输出小。u机组转速很大，蒸汽或机组转速很大，蒸汽或水在叶轮上加的转矩很水在叶轮上加的转矩很小，功率输出小小，功率输出小u额定条件时转速转矩适额定条件时转速转矩适中，功率输出最大中，功率输出最大线性直线二次曲线第40页/共81页41电源有功功率静态频率特性电源有功功率静态频率特性配置有自动调速系统配置有自动调速系统(一次调频一次调频)（1 1）频率一次调整时的静态频率特性）频率一次调整时的静态频率特性调速器随机组转速的变动不断改变进汽调速器随机组
30、转速的变动不断改变进汽(水水)量，相量，相应机组的静态频率特性平行移动，使原动机的运行应机组的静态频率特性平行移动，使原动机的运行点不断从一根静态频率特性曲线向另一根静态频率点不断从一根静态频率特性曲线向另一根静态频率特性曲线过渡。特性曲线过渡。连接不同曲线上运行点连接不同曲线上运行点,得到有频率一次调整时的得到有频率一次调整时的静态频率特性。静态频率特性。第41页/共81页42电源有功功率静态频率特性电源有功功率静态频率特性配置有自动调速系统配置有自动调速系统(一次调频曲线一次调频曲线)为简化分析，直线1-2代替曲线1-2，直线2-3代替曲线2-3图5-24 一次调整时原动机的静态频率特性进
31、汽/水斜线，功率增大，频率减小，有差调节最大开度，Pm不变第42页/共81页43电源有功功率静态频率特性电源有功功率静态频率特性配置有自动调速系统配置有自动调速系统(二次调频二次调频)（2 2）频率二次调整时的静态频率特性）频率二次调整时的静态频率特性手动或自动操作调频器，改变机组进汽（水）量时，进一步使有一次调整手动或自动操作调频器，改变机组进汽（水）量时，进一步使有一次调整时的静态频率特性平行移动，相应原动机的运行点也不断从仅有一次调整时的静态频率特性平行移动，相应原动机的运行点也不断从仅有一次调整时的静态频率特性曲线过渡另一根曲线。连接不同曲线上的运行点，得到时的静态频率特性曲线过渡另一
32、根曲线。连接不同曲线上的运行点，得到有频率二次调整时的静态频率特性。可实现有频率二次调整时的静态频率特性。可实现有差有差或或无差无差调节。调节。第43页/共81页44电源有功功率静态频率特性电源有功功率静态频率特性配置有自动调速系统配置有自动调速系统(二次调频曲线二次调频曲线)图5-25 有二次调整时原动机的静态频率特性无差调节有差调节进汽/水近似直线-曲线-第44页/共81页45频率的一次调整原动机和综合负荷的静态频率特性发电机的单位调节功率发电机的单位调节功率与机组调差系数的关系负荷的单位调节功率和频率调节效应系统的单位调节功率算例分析第45页/共81页46原动机和综合负荷的静态频率特性图
33、5-26 静态频率特性发电机组原动机综合负荷第46页/共81页47发电机的单位调节功率即发电机组原动机或电源频率特性的斜率即发电机组原动机或电源频率特性的斜率意义：表示随频率的意义：表示随频率的升降升降发电机组发出功率发电机组发出功率减少减少或或增加增加的量的量发电机的单位调节功率单位：MW/Hz，MW/(0.1Hz)标幺值第47页/共81页48发电机的单位调节功率与机组调差系数的关系u单位调节功率是机组调差系数的倒数单位调节功率是机组调差系数的倒数调差系数可整定汽轮发电机组：%=35或KG*=33.220水轮发电机组：%=24或KG*=5025第48页/共81页49负荷的单位调节功率和频率调
34、节效应负荷的单位调节功率和频率调节效应u负荷的单位调节功率为负荷静态频率特性的斜率u意义：随频率的升降负荷消耗功率增加或减少的量uKL*不能整定，大致为1.5负荷的单位调节功率单位：MW/Hz，MW/(0.1Hz)标幺值:额定条件下负荷的频频率调节效应率调节效应（一定频率下负荷随频率变化的变化率）第49页/共81页50系统的单位调节功率一次调频的功率频率调整原理图一次调频的功率频率调整原理图一次调频的发电机与负荷功率变化量一次调频的发电机与负荷功率变化量一次调频的功率方程与系统单位调节功率定义一次调频的功率方程与系统单位调节功率定义系统单位调节功率的补充说明系统单位调节功率的补充说明N N台机
35、组的单位调节功率计算公式台机组的单位调节功率计算公式第50页/共81页51系统的单位调节功率一次调频的功率频率调整原理图图5-28 频率的一次调整第51页/共81页52系统的单位调节功率系统的单位调节功率一次调频的发电机与负荷功率变化一次调频的发电机与负荷功率变化量量u原始点O点，负荷突然增加PLO；PL到PLu机组功率不能及时变动，减速，系统频率下降。调速器动作，机组功率增大u频率下降，负荷减少u新运行点为O点。第52页/共81页53系统的单位调节功率系统的单位调节功率一次调频的功率方程与系统单位调节功率定一次调频的功率方程与系统单位调节功率定义义u定义：系统负荷定义：系统负荷增加增加或减少
36、时，频率的或减少时，频率的下降下降或上升的量或上升的量u负荷负荷功率突然增大量功率突然增大量=机组功率增大量机组功率增大量负荷减少量负荷减少量u功率增大和频率上升为正。功率增大和频率上升为正。功率增大功率减小频率下降第53页/共81页54系统的单位调节功率系统的单位调节功率系统单位调节功率的补充说明系统单位调节功率的补充说明uKS*的基准功率取为系统原始运行状态的总负荷。的基准功率取为系统原始运行状态的总负荷。u用调速器进行频率的一次调整只能限制周期较短、用调速器进行频率的一次调整只能限制周期较短、幅度较小的负荷变动引起的频率偏移。幅度较小的负荷变动引起的频率偏移。为保证发电机组调速器运行的稳
37、定性，不能采用过为保证发电机组调速器运行的稳定性，不能采用过小的调差系数或过大的单位调节功率小的调差系数或过大的单位调节功率原因？无原因？无法根据频率变化确定机组功率增量。法根据频率变化确定机组功率增量。系统中有些机组满载不能调整使其增加输出功率系统中有些机组满载不能调整使其增加输出功率，从而使全系统发电机组的等值调差系数增大从而使全系统发电机组的等值调差系数增大第54页/共81页55系统的单位调节功率系统的单位调节功率N N台机组的单位调节功率计算公式台机组的单位调节功率计算公式系统中n台机组参加调频时第55页/共81页56算例分析例5-5(Page-208)单位调节功率的计算负荷突变时功率
38、频率调整量的计算（补充）负荷突变时功率频率调整量的物理意义一次调频的二次功率分配原理（补充，不讲）一次调频的二次功率分配轨迹一次调频的二次功率分配计算过程第56页/共81页57算例分析例5-5(Page-208)单位调节功率的计算已知：已知：求解：求解：解：解：充分理解机组不能参加调频的含义：机组满载（空载）不能增加（减少）功率。因此，当负荷增加（减少），满载（空载）机组时不能参加调频，相应其单位调节功率为0。第57页/共81页58算例分析负荷突变时功率频率调整量的计算（补充）已知：已知：求解：求解：解：解：一次调频后频率和功率的变化量第58页/共81页59算例分析负荷突变时功率频率调整量的物
39、理意义功率频率的变化量正负符号规定：功率增大为正,频率上升为正负荷突然增大PL0,经机组及负荷的一次调频后，运行点从0到0，相应频率、发电机与负荷功率的变化量为f、PG和PL；即频率下降了|f|，发电机输出功率增加了PG，负荷功率下降了|PL|。一次调频后实际的频率和功率第59页/共81页60算例分析一次调频的二次功率分配原理（补充）配置有调速器的机组首先不考虑功率调整量是否足够，而按照负荷突变量确定系统频率的变化量及各机组功率的调整量。若机组功率调整量大于其最大可调量，则设过调机组出力增量为最大可调量。以此计算一次功率分配对应的频率调整量和系统功率调整量。然后计算二次功率分配的不平衡功率，并
40、设过调机组不参予调频，修正系统单位调节功率，重新根据不平衡功率计算二次功率分配的频率调整量、机组与负荷的功率调整量。第60页/共81页61算例分析一次调频的二次功率分配轨迹001011012第61页/共81页62算例分析一次调频的二次功率分配计算过程假设已知初始功率和频率l不考虑发电机调整量是否足够，则一次调频结束后的实际功率和频率为第62页/共81页63算例分析一次调频功率的功率分配计算过程（续）假设存在过调机组（调整功率大于其额定值）l则一次调频的二次功率分配过程如下：（1）设一次频率过程中的一次功率分配对应过调机组的最大功率调整量为：一次功率分配对应的频率调整量为：第63页/共81页64
41、算例分析一次调频功率的功率分配计算过程（续）（2）二次功率分配时系统的单位调整功率修正一次功率分配结束后系统的功率调整量一次功率分配结束后系统的不平衡功率二次功率分配时过调机组单位调节功率为0二次功率分配时的频率变化量第64页/共81页65频率的二次调整二次调频的功率频率调整原理图二次调频的频率调整量计算公式二次调频的频率调整量计算公式推广互联系统的频率调整与联络线的功率问题互联系统的功率缺额互联系统的频率调整与联络线的功率方程互联系统的频率与联络线功率计算公式互联系统的功率缺额与联络线功率的关系第65页/共81页66频率的二次调整二次调频的功率频率调整原理图一一次次曲曲线线平平移移第66页/
42、共81页67频率的二次调整二次调频的频率调整量计算公式u负荷突然负荷突然增大量增大量=发电机组发电机组二次调整二次调整增加功率增加功率 +一次调整一次调整增加功率增加功率 -负荷自身负荷自身减少的功率减少的功率第67页/共81页68频率的二次调整二次调频的频率调整量计算公式推广un台机组进行一次调整，第n台机组进行二次调整u功率缺额u雷同一次调频第68页/共81页69频率的二次调整互联系统的频率调整与联络线的功率问题图5-29 两个系统的联合KAPGAPLAPabABKBPGBPLB第69页/共81页70频率的二次调整互联系统的功率缺额定义：KA、KB（联合前（联合前A、B两系统的两系统的单位
43、调节功单位调节功率），率），PLA、PLB为为A、B两系统两系统负荷功率突变负荷功率突变量；量；PGA、PGB为为A、B两系统两系统二次调整功率变量；二次调整功率变量；Pab为联络线上为联络线上交换功率变量；交换功率变量；PA、PB为为A、B两系统两系统功率缺额变量；功率缺额变量；PA=PLA-PGA，PB=PLB-PGB第70页/共81页71频率的二次调整互联系统的频率调整与联络线的功率方程联络线的功率从A到B。对A系统，相当于负荷。对B系统，相当于电源。联合前 联合后电源负荷第71页/共81页72频率的二次调整互联系统的频率与联络线功率计算公式频率偏差交换功率第72页/共81页73频率的二
44、次调整互联系统的功率缺额与联络线功率的关系讨论讨论PA=0=0，联络线功率从，联络线功率从A A到到B B。PB=0=0，联络线功率从，联络线功率从B B到到A A。PB=-=-PA，f=0，Pab=-PA B系统系统功率缺额完全由功率缺额完全由A系统系统增发的功率所抵偿，增发的功率所抵偿，可实现无差调节，由可实现无差调节，由A A经联络线输送到经联络线输送到B B的功率较大。的功率较大。实际互联系统中，各子系统必须同时保证其联络线实际互联系统中，各子系统必须同时保证其联络线功率和系统频率的相对稳定，当频率和联络线功率功率和系统频率的相对稳定，当频率和联络线功率违反约束时，将根据违反电量的大小
45、进行惩罚。违反约束时，将根据违反电量的大小进行惩罚。第73页/共81页74频率调整厂的选择(1)(1)调频厂应满足的要求调频厂应满足的要求u调整容量足够大调整容量足够大u调整速度足够快调整速度足够快u调整范围内的经济性能较好调整范围内的经济性能较好u调整时不至引起系统内部或联络线工作困难调整时不至引起系统内部或联络线工作困难(不是决定因素，必要时用其不是决定因素，必要时用其它措施解决）它措施解决）第74页/共81页75频率调整厂的选择(2)(2)调整容量调整容量uPGno=PLo+KSfu允许频率偏移允许频率偏移ff通常已知；通常已知；u系统的单位调节功率系统的单位调节功率K KS S通常可求
46、；通常可求；u负荷变动幅度具有随机性质，统计资料表明负荷在预计值附近随机变动的负荷变动幅度具有随机性质，统计资料表明负荷在预计值附近随机变动的概率分布属正态分布。概率分布属正态分布。第75页/共81页76频率调整厂的选择其标准差其标准差的百分值大体与系统容量的平方根成反比。的百分值大体与系统容量的平方根成反比。如频率偏移保持在允许范围内的概率达如频率偏移保持在允许范围内的概率达0.950.95，则负荷变动幅度应按，则负荷变动幅度应按22考虑考虑u考虑高峰考虑高峰(低谷低谷)负荷时负荷监视厂调整不及时或预计的负荷不够准确，可适当负荷时负荷监视厂调整不及时或预计的负荷不够准确，可适当放大求得调整容
47、量。放大求得调整容量。第76页/共81页77频率调整厂的选择u调频厂的容量调频厂的容量火电厂的可调容量受锅炉最小负荷限制火电厂的可调容量受锅炉最小负荷限制高温高压电厂可调容量为额定容量的高温高压电厂可调容量为额定容量的30%30%中温中压电厂可调容量为额定容量的中温中压电厂可调容量为额定容量的75%75%水电厂的可调容量受下游释放水量的限制和水轮机技术最小负荷的限制，水电厂的可调容量受下游释放水量的限制和水轮机技术最小负荷的限制，可认为水电厂可调容量为额定容量的可认为水电厂可调容量为额定容量的50%50%第77页/共81页78频率调整厂的选择(3)(3)调整速度调整速度u容量为容量为5000M
48、W5000MW的系统负荷上升速度达的系统负荷上升速度达151520MW/min20MW/minu火电厂中限制调整速度的主要是汽轮机火电厂中限制调整速度的主要是汽轮机高温高压锅炉从高温高压锅炉从70%70%80%80%额定负荷上升至满负荷需额定负荷上升至满负荷需1 15min5min中温中压锅炉从中温中压锅炉从50%50%额定负荷上升至满负荷仅需额定负荷上升至满负荷仅需1min1min第78页/共81页79频率调整厂的选择汽轮机在汽轮机在50%50%100%100%额定负荷范围内，每分钟仅达额定负荷范围内，每分钟仅达2%2%5%5%u水轮机负荷变动的速度高，每分钟可达水轮机负荷变动的速度高，每分
49、钟可达50%50%400%400%u原子能电厂调整速度不低于火电厂，但不作为调频厂原子能电厂调整速度不低于火电厂，但不作为调频厂u水电厂作为调频厂经济性上较合理水电厂作为调频厂经济性上较合理第79页/共81页80频率调整厂的选择(4)(4)多个调频厂的选择多个调频厂的选择当仅由一个电厂担负调频任务，其当仅由一个电厂担负调频任务，其调整容量调整容量不能满足要求时，可确定几个不能满足要求时，可确定几个调频厂，并分别规定它们的调整范围和顺序。调频厂，并分别规定它们的调整范围和顺序。(5)(5)频率二次调整的自动调频方式频率二次调整的自动调频方式当仅由一台机组进行二次调整，其当仅由一台机组进行二次调整，其调整速度调整速度不能满足要求时，可确定几台不能满足要求时，可确定几台机组进行调整。为防止调整混乱，均采用自动调频方式。机组进行调整。为防止调整混乱，均采用自动调频方式。第80页/共81页81感谢您的观看！第81页/共81页