电力系统频率及有功功率的调节精品PPT课件

例1 某电力系统中，与频率无关的负荷占30％， 与频率一次方成比例的负荷占40％，与频率二 次方成比例的负荷占10％，与频率三次方成比 例的负荷占20％。求系统频率由50Hz下降到 47Hz时，负荷功率变化的百分数及其相应的值。
PL* a0 a1 f* a2 f*2 an f*n
0.3 0.4 0.94 0.1 0.942 0.2 0.943
点4：当频率下降到f2时，ZPJH的第二轮频率继 电器启动，经一定时间Δt2后
点5：又断开了接于第二轮频率继电器上的用户。 点5-6：系统有功功率缺额得到补偿。频率开始
沿5～6曲线回升，最后稳定在f∞(2) 。
逐相应的用户）。即
系统频率重新稳定下来或出现回升时，这个过程 才会结束。
告结束。
机组间有功功率的分配： 调频结束时必有
Pfhe
n i 1
Pci
(1
K1
......
K n1
)Pc1
f 0
而各调频机组分担的功率为
Pci
1 K1
K ...... Kn1
Pfhe
K i 1 Kx
Pfhe
上式说明各调频机组间的出力也是按照一定 的比例分配的。
积差调频法（同步时间法） 调频方程式： 积差调频法（或称同步时间法）
电力系统频率及有功功率的调节
一、电力系统的频率特性 二、调频与调频方法 三、电力系统低频减载
一、电力系统的频率特性
f pn 60
P——发电机组转子极对数 n——发电机组的转数（r/min） f——电力系统频率（Hz） 显然，电力系统的频率控制实际上就是 调节发电机组的转速。
1)电力系统频率一致；任一时刻，发供平衡。
频器的调节方程的原有平衡状态被首先打破， 无差调频器向着满足其调节方程的方向对机组
的有功出力进行调整，随之出现了新的ΔP 1
值，于是其余 n－1 个调频机组的功率分配。 方程式的原有平衡状态跟着均被打破，它们都 会向着满足其功率分方程的方向对各自机组的 有功出力进行调节，即出现了“成组调频” 的
状态。调频过程一直要到ΔPC1不再出现新值才
自动低频减载（按频率自动减负荷装置 “ZPJH”）的工作原理
“轮” ：计算点f1、f2,…fn
点1：系统发生了大量的有功功率缺额
点2：频率下降到f1，第一轮继电器起动，经一 定时间Δt1
点3：断开一部分用户，这就是第一次对功率缺 额进行的计算。
点3-4：如果功率缺额比较大，第一次计算不能 求到系统有功功率缺额的数值，那么频率还会 继续下降，很显然由于切除了一部分负荷，功 率缺额已经减小，所有频率将按3-4的曲线而 不是3-3'曲线继续下降。
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谢谢你的到来
学习并没有结束，希望大家继续努力
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演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
系统频率的事故限额 （1）系统频率降低使厂用机械的出力大为下降， 有时可能形成恶性循环，直至频率雪崩。 （2）系统频率降低使励磁机等的转速也相应降 低，当励磁电流一定时，发送的无功功率会随 着频率的降低而减少，可能造成系统稳定的破 坏。 （3）电力系统频率变化对用户的不利影响： 频率变化将引起异步电动机转速的变化。 系统频率降低将使电动机的转速和功率降低。 （4）汽轮机对频率的限制。 （5）频率升高对大机组的影响。 （6）频率对核能电厂的影响。
0.3 0.376 0.088 0.166 0.93
PL % (1 0.93) 100 7
K L*
PL % f %
7 6
1.17
二、调频与调频方法
1、发电机的调差系数
R f PG
R*
f / fe PG / PGe
f* PG*
负号表示发电机输出功率
的变化和频率的变化符号 相反。
是根据系统频率偏差的累积值进行工作的。 单机积差调节的调频方程式为：
fdt KPc 0
式中 K-调频功率比例系数
PL PCi : PL f f 0 PCi PCi : PL PL PA
调频方程
fdt
K1Pc1
0
fdt
K 2 Pc 2
0
......
fdt KnPcn 0
PCi
Rx Ri
PL (i
1,2,3......n)
主导发电机法 调频方程式：
f 0(发电机1，主导发电机)
PC 2＝K1PC1(发电机2)
PCn Kn1Pn1(发电机n)
式中 ΔPci—第 i 调频发电机的有功增量 Ki —功率分配系数
调频过程：
设系统负荷有了新的增量ΔP ，主导发电机调
作误差和开关固有跳闸时间限制的。
各轮最佳断开功率的计算
1) 系统频率的最后稳定值在最大恢复频率
ffh.max.i与最小恢复频率ffh.min.i之间 2) （ffh.max.i － ffh.min.i ）是正比于ZPJH第i次
的计算误差的
3) 当ZPJH动作后，可能出现的最大误差为最小 时，ZPJH就具有最高的选择性。
2)调频与有功功率调节是不可分开的；负荷 增加时，系统出现了功率缺额，机组的转 速下降，整个系统的频率降低。
3)调频是一个要由整个系统来统筹调度与协 调的问题，不允许任何电厂有一点“各自 为政”的趋向。
4)调频与运行费用的关系也十分密切；力求 使系统负荷在发电机组之间实现经济分配。
负荷的变动情况可以分 成几种不同的分量：
K L*
K L*
PL* f*
P% f %
P / PLN f / fN
负荷的调节效 应系数
1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。 2）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与 频率的关系曲线可近似地视为具有不变斜率的直线。这斜 率即为调节效应系数。
3）对于不同的电力系统，调节效应系数的值也不相同。 一般为1～3。即使是同一系统的 ，也随季度及昼夜交替 导致负荷组成的改变而变化。
设系统的负荷增量（即计划外的负荷）为
ΔPL，则调节过程结束时，必有
f R P 0 PL Pc1 Pc2 ... Pcn
上式也可以写为
f
(1 R1
1 R2
...
1 Rn
)
f Rx
xc
其中 Rx 1 1 是1系... 统的1 等值调节系数
R1 R2
Rn
则每台调频机组所承担的计划外负荷为
每台调频机组分担的计划外负荷为
Pi
Kx Ki
n
(
i 1
Pi )
多台机组用积差法实现调频时，可采用集中制、 分散制两种方式
三、电力系统低频减载
a)事故情况下，系统可能产生严重的有 功缺额，因而导致系统频率大幅度下 降。
b)所缺功率已经大大超过系统热备用容 量，只能在系统频率降到某值以下， 采取切除相应用户的办法来减少系统 的有功缺额，使系统频率保持在事故 允许的限额之内。
f* R*PG* 0
上式称为发电机组 的静态调节方程。
• 在计算功率与频率的关系时，常常采用调
差系数的倒数，
KG*
1 R
PG* f*
• KG*——发电机的功率-频率特性系数，或
原动机的单位调节功率。
• 一般发电机的调差系数或单位调节功率， 可采用下列数值：
• 对汽轮发电机组 R *=(4-6)%或KG* =16.625 ；
最大功率缺额的确定
1）保证在系统发生最大可能的功率缺额时，也 能断开相应的用户，避免系统的瓦解，使频率 趋于稳定。
2）对系统中可能发生的最大功率缺额应作具体 分析：有的按系统中断开最大容量的机组来考 虑；有的要按断开发电厂高压母线来考虑等。
3）系统功率最大缺额确定以后，就可以考虑接 于减负荷装置上的负荷的总数。要求恢复频率
Δf+RΔPc = 0 式中Δf 、ΔPc——调频过程结束时系统频率
的增量与调频机组有功功率的增量
R ——有差调频器的调差系数
机组间有功功率的分配： 当系统中有 n 台机组参加调频
f R1PC1 0
f R2PC 2
0
f RnPCn 0
式中 Δf—系统的频率增量
Ri —第 i 台机组的调差特性 ΔPCi—第 i 台机组的有功功率增量（调 频功率)
第三种负荷变化，调度部门的计划内负荷， 这称为频率的三次调整。
电力系统中各种有功负荷与频率的关系
PL
a0 PLN
a1PLN
(
f fN
) a2PLN (
f fN
)2
an PLN
(
f fN
)n
PL* a0 a1 f* a2 f*2 an f*n
dPL* df*
a1
2a2
f*
3a3 f*2
4) ffh.min.事实上等于特殊轮的动作频率fdzts
5) 一般情况下，各轮的ffh.max.i是不同的，而
ZPJH的最终计算误差则应按其中最大的计算。 根据极值原理，显而易见，要使ZPJH装置的
误差为最小的条件是： ffh.max.1 = ffh.max.2 =…= ffh.max.n =fhf0
系统频率的动态特性
系统频率变化不是瞬间完成的，而是按指数规律变化，
其表示式为
t
f f ( fe f )e Tf
式中 f -由功率缺额引起的另一个稳定运行频率
-T系f 统频率变化的时间常数，它与系统等
值机组惯性常数以及负荷调节效应系数LK∗有 关，一般在（4～10）间。大系统Tf较大，小 系统Tf较小。
• 对水轮发电机组 R *=(2-4)%或KG* =25-50 ；
若系统频率稳定在f1： 1号机组的负荷增加 了ΔP1 2号机组的负荷增加 了ΔP2
两台机组增量之和等 于ΔPL
P1* R2*
P2*
R1*
2、电力系统的功率—频率特性
3、调频方法
有差调频法 调频方程式：
有差调频法指用有差调频器进行并联运行， 达到系统调频的目的的方法。有差调频器 的稳态工作特性可以用下式表示， 即
解 减负荷动作后，残留的
频率偏差相对值
fhf *
50 48 50
0.04
PJH
900 2 * 0.04 * 2800 1 2 * 0.04
734MW
各轮动作功率的选择
1）第一级动作频率 一般的一级启动频率整定在49Hz。 2）最后一轮的动作频率 自动减负荷装置最后一轮的动作频率最好不低于
46～46.5Hz 3）前后两级动作的频率间隔 前后两级动作的时间间隔是受频率测量元件的动
（1）变化周期一般小于 10s的随机分量； （2）变化周期在10s～ 3min之间的脉动分量； （3）变化周期在3min 以上的持续分量，负荷 预测预报这一部分。
第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速 器来调整原动机的输入功率，这称为频率 的一次调整。
第二种负荷变化引起的频率偏移较大，必须 由调频器参与控制和调整，这称为频率的 二次调整。
fhf可以低于额定频率。
4）考虑到负荷调节效应，接于减负荷装置上的
负荷总功率PJH可以比最大功率缺额Pqe小些。
例 某系统的用户总功率为Pfhe = 2800MW，系 统最大的功率缺额Pqe=900MW，负荷调节效 应系数LK∗=2，自动减负荷动作后，希望恢复 频率值fhf = 48Hz，求接入减负荷装置的负荷 总功率PJH。
6) 各轮恢复频率的最大值fhf0可考虑如下：当系 统频率缓慢下降，并正好稳定在第i轮继电器 的动作频率fdzi时，第i轮继电器动作，并断开 了相应的用户功率ΔPi，于是频率回升到这一 轮的最大恢复频率fhf.max.i。
写在最后
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