第十一章 电力系统有功功率分配与频率控制

调频厂的选择
– 一般选水电厂担任调频任务
– 丰水季节，由效率居中的中温中压凝汽式火电厂担
任调频 任务 – 枯水季节，由水电厂和中温中压的火电厂作为调频 厂。
第五节 汽轮机的调速装置
离心飞锤式调速系统示意图

频率变化对发电厂的影响
–汽轮机叶片谐振 频率降低，汽轮机处于低
于额定转速的运动状态，会使汽轮机叶片发 生共振，使得叶片寿命降低，严重时产生断 裂，造成重大事故。 –辅机功能下降 发电厂本身有很多异步电动 机拖动的重要设备，如：给水泵、循环水泵、 风机等。频率降低将造成它们的出力降低， 造成水压、风力不足，从而使发电机降低发 电能力，进一步导致频率下降，若不采取必 要措施，系统频率将不能维持。
热 备 用
冷 备 用
第三节 有功功率负荷的变动 及其控制
电力系统的负荷就是系统中千万个用电 设备消费功率的总和，也称电力系统的 综合用电负荷。 电力系统的供电负荷是指综合用电负荷 加上电力网中损耗的功率，就是系统中 各发电厂应供应的功率 。 电力系统的发电负荷 是指供电负荷再加 上发电厂本身的消耗功率－厂用电，就 是系统中所有发电机应发的总功率。
– 燃煤火力发电厂
– 燃油火力发电厂
– 燃气火力发电厂

火力发电厂（按蒸汽参数分）：
– 低温低压（蒸汽温度450°C，压力35个大气压） – 中温中压(500～520 °C，100个大气压) – 高温高压（550°C，180个大气压） – 超临界机组(575°C，200个以上大气压)

热力发电厂是既发电又供热的火力发电 厂。

频率变化对系统运行的影响
– 互联电力系统解列
频率下降时，为了保证 正常运行，互联的大电网有可能断开系统之 间的联络线； – 发电机解列 频率下降到一定程度时，为保 证发电厂设备的安全，发电厂有可能与系统 解列。

频率控制
– 频率的一次调整 ：由所有发电厂的调速器完成。
– 频率的二次调整 ：由调频厂的调频器完成。

电力系统中的有功功率备用 ：
–负荷备用 是为满足电力系统中短期负荷波
动和计划外增加的负荷而设置的备用。 –事故备用 是在电力系统中发电设备发生偶 然故障时，为保证向用户正常供电而设置的 备用。 –检修备用 是为系统内发电设备定期检修而 设置的。 –国民经济备用 是考虑到国民经济超计划增 长而设置的备用。

有功功率平衡关系式： 发电负荷 ＝ 综合用电负荷 ＋ 网损 ＋ 厂用电负荷


负荷特性 是指负荷吸收的有功功率和无 功功率随受电电压和系统频率变化的特 性。包括：
– 负荷电压特性 – 负荷频率特性
图：某电力系统综合用电负荷的特性曲线

负荷曲线是指某一时间段内负荷随时间 而变化的规律。负荷曲线分类有以下几 种：

备用
– 热备用：一旦需要时就能立即带上负荷的备
用，也成为旋转备用。热备用一般隐含在系 统运行着的机组之中，为系统中运行着的发 电机的最大可发功率与实际所发功率之差。 – 冷备用：设备完好而未运转的发电设备的最 大可能出力，这些机组可以随时起动投入运 行。

各部分备用的关系见下表：
负荷备用 3～5％ 事故备用 5～10％ 检修备用 国民经济备用 3 ～5 ％

图： 年最大负荷曲线ห้องสมุดไป่ตู้
图： 年持续负荷曲线

有功功率负荷的变动及其控制
–基荷：日负荷曲线的最低点以下部分。 –峰荷：基荷与最大负荷之间的部分 。

基荷由具有强迫功率、 不可调功率或高效率 的热力发电厂、火力 发电厂、核能发电厂 或迳流式水力发电厂 负荷，而峰荷则由有 调节水库的水力发电 厂、燃气轮机发电厂、 中温中压火力发电厂 等负担。

电力系统负荷是由三种成分合成:
–第一种成分P1幅值最小、周期最短、主要是
由于中小型用电设备的投入切除引起，带有 很大的随机性。 –第二种成分P2幅度较大/周期较长.属于这一 部分的负荷主要是周期性短时间需要大量有 功功率的用电设备，例如轧钢机等。 –第三种负荷P3是日负荷曲线的基本部分，它 是由工厂的作息制度、人们的生活规律和气 象条件的变化等所决定。
热力发电厂示意图

热力发电厂的强迫出力是指热力发电厂 为保证供热而必须发出的有功功率。

水力发电厂
–有调节库容水力发电厂 ：可以在丰水期蓄
水、平时按电力系统调度规定的有功功率曲 线经济、灵活地发电。 –迳流式水力发电厂 ：只能按实际来水量的 大小发电。 –抽水蓄能水力发电厂 ：主要用于调节系统 有功功率的峰谷差，一般由上下两级水库构 成。
–按负荷种类分为有功功率负荷曲线和无功功
率负荷曲线； –按时间段分为日负荷曲线和年负荷曲线； –按计量地点可分个别用户、电力线路、变电 所、发电厂以至整个系统的负荷曲线。

日负荷曲线

日负荷率δ
（日负荷率）＝
P（日平均负荷） pj Pmax （日最大负荷）
Pmax表示一天内的最大负荷，即日最大负荷；

额定频率 ，我国电力系统额定频率为 50Hz 。 频率偏移 ，是指系统运行频率与系统额 定频率之差 。 允许的频率偏移范围 ，±0.2Hz

第二节 有功功率电源
发电机是目前电力系统唯一的有功功率 电源，发电机安装在发电厂内。 发电厂

– 火力发电厂
– 水力发电厂
– 核能发电厂

火力发电厂（按燃料分）：
第十一章 电力系统有功功率 分配与频率控制
第一节 电力系统有功功率平 衡与频率变化
有功功率平衡，即电力系统内所有电源 输出的有功功率必须与系统内所有的用 电设备消耗的有功功率加上输配电网中 所有元件损耗的有功功率相等 。 有功功率平衡与频率的关系，有功功率 平衡则频率恒定；当系统中出现有功功 率不平衡时，例如有功功率电源不足或 负荷增大时，将会引起系统频率下降； 反之，将造成系统频率过高。
Ppj表示把一天内的各小时的负荷加起来，再除以24， 即日平均负荷。
年最大负荷曲线：把一年12月中的最大 负荷逐月画出，连成曲线，可得年最大 负荷曲线。 年持续负荷曲线 ：是根据一年中负荷的 大小及其持续时间顺序排列组成的曲线， 如图所示。利用年持续负荷曲线，可以 计算全年中电力网所输送的或用户使用 的电能。
图中实线所示为没有抽水蓄能水力发电厂时的系统负荷曲线， 虚线所示为有抽水蓄能水力发电厂时的系统负荷曲线。

核能发电厂是利用原子能裂变反应所释 放的能量进行发电 。核能发电厂的运行 费用要较火电厂低得多，并且由于经济、 技术上的原因，改变核能发电厂的有功 功率出力需要消耗额外的能量和时间。 因而核能发电厂在运行中应尽量担负系 统的基本负荷，减少功率的变化。

第一二种成分负荷是无 法预计的，要通过装设 在原动机上的调速器对 发电机输出的有功功率 的调节来平衡。第三种 负荷成分一般可通过研 究过去的负荷资料和负 荷的变化趋势加以预测。 因而可通过事先计算， 按最优分配的原则，做 出各发电厂的日发电曲 线，各发电厂则按此曲 线调节发电机出力。
第四节 电力系统频率控制

频率控制的必要性
–任何频率偏移，都会造成效率的降低
–频率的过高或过低，还会给运行中的电气设
备带来各种不同的危害

频率变化对用户的影响
– 大多数工业用户使用异步电动机，电动机的转速与
系统频率有关，频率的变化将引起电动机转速的变 化，从而影响产品质量，如纺织工业、造纸工业等， 将由于频率变化出现残次品。 – 系统频率降低，将使电动机的出力下降，造成工厂 减产，完不成国家计划。 – 近代工业及国防等部门广泛使电子技术设备，系统 频率不稳定，将会影响电子设备的精确性。