电力系统分析课件第4章
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电力系统分析
4.1 概述
4.1.1 频率调整的必要性 4.1.2 频率调整的方法
电力系统分析
4.1.1 频率调整的必要性 系统中负
➢ 频率变化的原因?
荷的变 你答对了吗? 化
➢ 频率变化对负荷的影响
(1)异步机 :纺织品产生毛疵、纸张薄厚不均 (2)电子设备：降低精度、产生误差
➢ 频率变化对电力系统的影响 (1) 水泵、风机：水压、风力不足 (2) 汽轮机的叶片：低压级叶片因振动产生 裂纹
PG
频率静态特性
KG
α
0
f
K Gtan P fGP fG N N f0 0 1
发电机的单位调节功率
调差系数
（或发电机组功频静特性系数）
电力系统分析
4.3 电力系统的频率特性
调差系数的标么值
f / fN PGN
P/PGN fN
Fra Baidu bibliotek
KG σ
可以整定, 由调速器决定
汽轮发电机组： 0 . 0 4 ～ 0 . 0 6 , K G 2 5 ～ 1 6 . 7
t
有功功率负荷变动曲线
4.1.2 频率调整的方法
第一种变化负荷引起的频率 偏移由发电机组的调速器进行， 称为频率的一次调整。
第二种变化负荷引起的频率 偏移由发电机组的调频器进行， 称为频率的二次调整。
第三种负荷的变化是可预测 的，调度部门按经济调度的的原 则事先给各发电厂分配发电任务， 各发电厂按给定的任务及时地满 足系统负荷的需求，就可以维持 频率的稳定。
(4.6)
4.3 电力系统的频率特性
用标幺值表示为：
KD
PD f
P fN DNKDPfD NN
(4.7)
负荷的频率调节效应系数 或简称为负荷的频率调节效应 有功负荷的频率静态特
它反映了系统负荷对频率的自动调整作用。
电力系统分析
4.3 电力系统的频率特性
例4.1 某电力系统中，与频率无关的负荷占35％， 与频率一次方成正比的负荷占45％，与频率二次方成 正比的负荷占10％，与频率三次方成正比的负荷占10 ％。求系统频率由50赫降到47赫时，相应的负荷变化 百分值。
一次调整方程式为
PD0PDP G
P D 0 P G P D ( K G K D ) f K f
第4章 电力系统的有功功率平衡 与频率调整
本章提示 4.1 概述 4.2 自动调速系统 4.3 电力系统的频率特性 4.4 电力系统的频率调整 小结
电力系统分析
本章提示 调频的意义及电力系统频率的允许波动范围; 频率一次调整的概念、原理及结果； 频率二次调整的概念、原理及结果； 电力系统的有功功率平衡及备用容量的概念。
电力系统分析
图4.2离心飞摆式调速系统示意图
4.2 自动调速系统
4.2.1 调速器的工作原理—— 实现频率的一次调整
负荷增大
发电机输出 功率增加
频率略低于原来值
负荷降低
发电机输出 功率减小
频率略高于原来值
有差调节
电力系统分析
PE﹥PT
w﹤ w0
4.2 自动调速系统
电力系统分析
图4.2离心飞摆式调速系统示意图
4.2 自动调速系统
4.2.2 调频器的工作原理—— 实现频率的二次调整
调频器完成二次调整
无差调节
电力系统分析
4.3 电力系统的频率特性
4.3.1 发电机组的有功功率——频率静态 特性
4.3.2 系统负荷的有功功率——频率静态 特性
电力系统分析
4.3 电力系统的频率特性
4.3.1 发电机组的有功功率——
电力系统分析
4.3 电力系统的频率特性
4.3.2 系统负荷的有功功率——
频率静态特性
根据所需的有功功率与频率的关系 可将负荷分成以下几类:
❖不受频率影响的负荷 ❖与频率成正比的负荷 ❖与频率的二次方成比例的负荷 ❖与频率的高次方成比例的负荷
电力系统分析
4.3 电力系统的频率特性
系统的负荷功率与频率的关系: P D a 0 P D N a 1 P D N ffN a 2 P D N ffN 2 a 3 P D N ffN 3
电力系统分析
4.4 电力系统的频率调整
4.4.1 频率的一次调整 4.4.2 频率的二次调整 4.4.3 主调频厂的选择 4.4.4 互联系统的频率调整
电力系统分析
4.4.1 频率的一次调整
4.4 电力系统的频率调整
负荷的功频特性 PD ( f ) 与发电
机组功频静特性
P G
(
f
)的交点a
是系统的原始运行点，系统频
电力系统分析
图4.1 有功负荷的变化
4.2 自动调速系统
4.2.1 调速器的工作原理—实现频率的 一次 调整
4.2.2 调频器的工作原理—实现频率的二次 调整
电力系统分析
离心飞摆式调速系统
转速测 量元件
放大元 件
转速控 制机构
电力系统分析
4.2 自动调速系统
执行机 构
PE﹥PT
w﹤ w0
4.2 自动调速系统
率为f1
若系统负荷增加
P D0
，其特
性曲线变为 P(f ) 。
D
系统负荷增加时，在发电机组
功频特性和负荷本身的调节效 应共同作用下实现了新的功率 平衡。
假定系统只有一台机组
电力系统分析
4.4 电力系统的频率调整
PDKDf
b点 PGKGf
负荷功率的实际增量
负值
P D 0 P D P D 0 K D f
水轮发电机组：
0 . 0 ～ 0 . 2 0 , 4 K 5 ～ 2 05
G
电力系统分析
调频器
4.3 电力系统的频率特性
若机组负荷升高使转速 下降，可以通过伺服电动 机来提高转速，调整的结 果使原来的功频静特性2 平行右移为特性1。
功频静态特性的平移
若机组负荷降低使转速 升高高，则可通过伺服电 动机来降低机组转速，调 整的结果使原来的功频静 特性2平行左移为特性3.
电力系统分析
4.3 电力系统的频率特性
根据统计资料，系 统负荷以第二类占多 数，因此负荷的静态 频率特性可近似表示 为一条直线。
连结容量，是指频率、 电压等于额定值时， 接在电网上的用电设 备的实际容量。
有功负荷的频率静态特
如果联结容量改变，静态特性曲线将上下移动。
电力系统分析
KD
tan
PD f
➢ 频率允许偏移的范围：50Hz±(0.2~0.5)Hz
电力系统分析
4.1.2 频率调整的方法
4.1 概述
电力系统频率的变化是由有功负荷变化引起的。
P
0
电力系统分析
幅度小（0.1%～0.5%）， 周期短（10s）
PΣ
幅度较大（0.5%～
P1
1.5%），周期较长
P2
（一般10s～3min）
P3
持续变动的负荷
4.1 概述
4.1.1 频率调整的必要性 4.1.2 频率调整的方法
电力系统分析
4.1.1 频率调整的必要性 系统中负
➢ 频率变化的原因?
荷的变 你答对了吗? 化
➢ 频率变化对负荷的影响
(1)异步机 :纺织品产生毛疵、纸张薄厚不均 (2)电子设备：降低精度、产生误差
➢ 频率变化对电力系统的影响 (1) 水泵、风机：水压、风力不足 (2) 汽轮机的叶片：低压级叶片因振动产生 裂纹
PG
频率静态特性
KG
α
0
f
K Gtan P fGP fG N N f0 0 1
发电机的单位调节功率
调差系数
（或发电机组功频静特性系数）
电力系统分析
4.3 电力系统的频率特性
调差系数的标么值
f / fN PGN
P/PGN fN
Fra Baidu bibliotek
KG σ
可以整定, 由调速器决定
汽轮发电机组： 0 . 0 4 ～ 0 . 0 6 , K G 2 5 ～ 1 6 . 7
t
有功功率负荷变动曲线
4.1.2 频率调整的方法
第一种变化负荷引起的频率 偏移由发电机组的调速器进行， 称为频率的一次调整。
第二种变化负荷引起的频率 偏移由发电机组的调频器进行， 称为频率的二次调整。
第三种负荷的变化是可预测 的，调度部门按经济调度的的原 则事先给各发电厂分配发电任务， 各发电厂按给定的任务及时地满 足系统负荷的需求，就可以维持 频率的稳定。
(4.6)
4.3 电力系统的频率特性
用标幺值表示为：
KD
PD f
P fN DNKDPfD NN
(4.7)
负荷的频率调节效应系数 或简称为负荷的频率调节效应 有功负荷的频率静态特
它反映了系统负荷对频率的自动调整作用。
电力系统分析
4.3 电力系统的频率特性
例4.1 某电力系统中，与频率无关的负荷占35％， 与频率一次方成正比的负荷占45％，与频率二次方成 正比的负荷占10％，与频率三次方成正比的负荷占10 ％。求系统频率由50赫降到47赫时，相应的负荷变化 百分值。
一次调整方程式为
PD0PDP G
P D 0 P G P D ( K G K D ) f K f
第4章 电力系统的有功功率平衡 与频率调整
本章提示 4.1 概述 4.2 自动调速系统 4.3 电力系统的频率特性 4.4 电力系统的频率调整 小结
电力系统分析
本章提示 调频的意义及电力系统频率的允许波动范围; 频率一次调整的概念、原理及结果； 频率二次调整的概念、原理及结果； 电力系统的有功功率平衡及备用容量的概念。
电力系统分析
图4.2离心飞摆式调速系统示意图
4.2 自动调速系统
4.2.1 调速器的工作原理—— 实现频率的一次调整
负荷增大
发电机输出 功率增加
频率略低于原来值
负荷降低
发电机输出 功率减小
频率略高于原来值
有差调节
电力系统分析
PE﹥PT
w﹤ w0
4.2 自动调速系统
电力系统分析
图4.2离心飞摆式调速系统示意图
4.2 自动调速系统
4.2.2 调频器的工作原理—— 实现频率的二次调整
调频器完成二次调整
无差调节
电力系统分析
4.3 电力系统的频率特性
4.3.1 发电机组的有功功率——频率静态 特性
4.3.2 系统负荷的有功功率——频率静态 特性
电力系统分析
4.3 电力系统的频率特性
4.3.1 发电机组的有功功率——
电力系统分析
4.3 电力系统的频率特性
4.3.2 系统负荷的有功功率——
频率静态特性
根据所需的有功功率与频率的关系 可将负荷分成以下几类:
❖不受频率影响的负荷 ❖与频率成正比的负荷 ❖与频率的二次方成比例的负荷 ❖与频率的高次方成比例的负荷
电力系统分析
4.3 电力系统的频率特性
系统的负荷功率与频率的关系: P D a 0 P D N a 1 P D N ffN a 2 P D N ffN 2 a 3 P D N ffN 3
电力系统分析
4.4 电力系统的频率调整
4.4.1 频率的一次调整 4.4.2 频率的二次调整 4.4.3 主调频厂的选择 4.4.4 互联系统的频率调整
电力系统分析
4.4.1 频率的一次调整
4.4 电力系统的频率调整
负荷的功频特性 PD ( f ) 与发电
机组功频静特性
P G
(
f
)的交点a
是系统的原始运行点，系统频
电力系统分析
图4.1 有功负荷的变化
4.2 自动调速系统
4.2.1 调速器的工作原理—实现频率的 一次 调整
4.2.2 调频器的工作原理—实现频率的二次 调整
电力系统分析
离心飞摆式调速系统
转速测 量元件
放大元 件
转速控 制机构
电力系统分析
4.2 自动调速系统
执行机 构
PE﹥PT
w﹤ w0
4.2 自动调速系统
率为f1
若系统负荷增加
P D0
，其特
性曲线变为 P(f ) 。
D
系统负荷增加时，在发电机组
功频特性和负荷本身的调节效 应共同作用下实现了新的功率 平衡。
假定系统只有一台机组
电力系统分析
4.4 电力系统的频率调整
PDKDf
b点 PGKGf
负荷功率的实际增量
负值
P D 0 P D P D 0 K D f
水轮发电机组：
0 . 0 ～ 0 . 2 0 , 4 K 5 ～ 2 05
G
电力系统分析
调频器
4.3 电力系统的频率特性
若机组负荷升高使转速 下降，可以通过伺服电动 机来提高转速，调整的结 果使原来的功频静特性2 平行右移为特性1。
功频静态特性的平移
若机组负荷降低使转速 升高高，则可通过伺服电 动机来降低机组转速，调 整的结果使原来的功频静 特性2平行左移为特性3.
电力系统分析
4.3 电力系统的频率特性
根据统计资料，系 统负荷以第二类占多 数，因此负荷的静态 频率特性可近似表示 为一条直线。
连结容量，是指频率、 电压等于额定值时， 接在电网上的用电设 备的实际容量。
有功负荷的频率静态特
如果联结容量改变，静态特性曲线将上下移动。
电力系统分析
KD
tan
PD f
➢ 频率允许偏移的范围：50Hz±(0.2~0.5)Hz
电力系统分析
4.1.2 频率调整的方法
4.1 概述
电力系统频率的变化是由有功负荷变化引起的。
P
0
电力系统分析
幅度小（0.1%～0.5%）， 周期短（10s）
PΣ
幅度较大（0.5%～
P1
1.5%），周期较长
P2
（一般10s～3min）
P3
持续变动的负荷