1、鄭州電力職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)生論文題目： 淺談電力系統(tǒng)有功功率與頻率調(diào)整系別電力工程系專業(yè)繼電保護及自動化班級 15 繼電 3 班學名張高原論文成績答辯成績綜合成績指導教師主答辯教師答辯委員會主任1淺談電力系統(tǒng)有功功率與頻率調(diào)整摘要本文首先介紹了電力系統(tǒng)有功功率與頻率調(diào)整的基本知識，有功功率的應(yīng)用、意義及；頻率調(diào)整的必要性，電壓頻率特性，頻率的一二次調(diào)整，以及互聯(lián)系統(tǒng)中的頻率的一二次調(diào)整， 調(diào)頻與調(diào)壓的關(guān)系， 以及電力系統(tǒng)頻率調(diào)整在個類電廠中得作用。關(guān)鍵詞： 有功功率 頻率調(diào)整 互聯(lián)系統(tǒng)2目錄1 電力系統(tǒng)有功功率與頻率調(diào)整的意義. 12 頻率調(diào)整的必要性. 12.1 頻率

2、變化的危害 . 12.2 電力系統(tǒng)負荷變動規(guī)律. 13 電力系統(tǒng)的頻率特性. 23.1 負荷的有功功率頻率靜態(tài)特性3.2 電源的有功功率頻率靜態(tài)特性3.2.1 同步發(fā)電機組的調(diào)試系統(tǒng). 2. 4. 43.2.2 調(diào)速系統(tǒng)框圖 . 43.2.3 同步發(fā)電機組的有功功率-頻率靜態(tài)特性 . 44 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整. 64.1 頻率的一次調(diào)整 . 64.1.1 基本原理 . 64.1.2 基本關(guān)系 . 64.1.3 多機系統(tǒng)的一次調(diào)頻. 74.2 頻率的二次調(diào)整 . 94.2.1 基本原理 . 94.2.2 基本關(guān)系： . 104.2.3 基本理論： . 104.3 互聯(lián)系統(tǒng)的（二次）頻率調(diào)整. 1

3、04.3.1 基本關(guān)系 . 104.3.2 注意要點： . 104.4 調(diào)頻與調(diào)壓的關(guān)系. 114.4.1 頻率變化對電壓的影響4.4.2 電壓變化會頻率的影響. 11. 114.4.3 注意 . 115 電力系統(tǒng)的有功平衡與備用容量. 125.1 有功平衡關(guān)系 . 125.2 備用容量 . 126 電力系統(tǒng)負荷在各類發(fā)電廠的合理分配. 126.1 火力發(fā)電廠的主要特點6.2 水力發(fā)電廠的主要特點. 12. 136.3 抽水蓄能水電廠的主要特點. 136.4 核能發(fā)電廠的主要特點. 13總結(jié) . 14致謝 . 15參考書籍 . 1631 電力系統(tǒng)有功功率與頻率調(diào)整的意義發(fā)電機的輸出電壓和輸出電

4、流是有限制的，發(fā)電機的負荷是以伏安計算的 （即電流有效值乘以電壓有效值，視在功率），當負載的功率因數(shù)為全部轉(zhuǎn)換成有功功率輸出。當負載的功率因數(shù)很低時，比如1 時，發(fā)電機負荷可以0.5，這時，即使發(fā)電機滿負荷運行 （輸出電流達到其額定值） ，實際只能輸出一般的功率， 發(fā)電機效率很低。另一方面， 功率因數(shù)很低時， 電能不斷地在負載和發(fā)電機之間交換，電流在線路上產(chǎn)生損耗。 發(fā)電機必須在一定頻率下穩(wěn)定運行，如果不對頻率進行控制， 會造成發(fā)電機運行失速，造成電網(wǎng)頻率崩潰。2 頻率調(diào)整的必要性2.1 頻率變化的危害(1) 對用戶： IM 出力，受 f 影響影響生產(chǎn)（產(chǎn)量、質(zhì)量、安全）電子通信設(shè)備受 f 影

5、響可靠性、準確性和精度(2) 對系統(tǒng)： 機組及輔機出力、效率受f 影響 f PG、 PGf f 機組應(yīng)力、 受命； f 變壓器、 IM 的 Xm I0 I02Xm系統(tǒng)無功缺額 V；網(wǎng)損(3) 頻率要求： 50 Hz ± (0.2 0.5)Hz f= ± (0.41.0)%2.2 電力系統(tǒng)負荷變動規(guī)律運行中綜合用電負荷 PD變動特點：規(guī)律性 + 隨機性任何負荷功率的變化 f 變化 f 變化特點：規(guī)律性 + 隨機性三種負荷變動：第一種負荷變動P1：小幅隨機波動，周期短（ <10s） f 微小隨機波動；一次1調(diào)頻機組調(diào)速器實現(xiàn)。第二種負荷變動 P2：幅度較大，周期較長（ 1

6、0s3min） f 偏移，二次調(diào)頻，調(diào)頻機組調(diào)頻器隨機性由大容量沖擊負荷。第三種負荷變動P3：幅度大，周期長，變化緩慢電廠按給定發(fā)電計劃曲線發(fā)電，三次調(diào)頻有規(guī)律氣候（季節(jié)性） 、作息制度、生活規(guī)律。負荷變動 三次幅 調(diào)頻度二次調(diào)頻P1一次調(diào)頻負荷變動頻率圖 2-2 電力系統(tǒng)負荷規(guī)律變動圖3 電力系統(tǒng)的頻率特性3.1 負荷的有功功率頻率靜態(tài)特性(1) 定義：穩(wěn)態(tài)運行時的 PD( f ) 有功頻率靜態(tài)特性(2) 描述：PD*2 3a 0 + a 1f *PD* = PD / P DN&f*= f/fN關(guān)于 f 各次方負荷： 零次方類負荷：照明、電弧爐、電阻爐、整流設(shè)備 一次方類負荷：機械轉(zhuǎn)

7、矩恒定的電動機球磨機、切削機床、往復式2P3P 2a 0 + a1 f + a 2f * + a 3f * +水泵 二次方類負荷：變壓器渦流損耗 三次方類負荷：通風機、循環(huán)水泵 高次方類負荷：靜水頭阻力很大的給水泵- 所占比例很小，忽略(3) 負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)（頻率調(diào)節(jié)系數(shù)、頻率特性系數(shù)）KD的物理意義：K D = tgfNK D* =f*=1.0=/PDN f/fN= f N PDN=K Df NPDN（a）KD 反映 PD對 f 變化的自動調(diào)節(jié)能力： KD調(diào)節(jié)能力 負荷的“頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)”或“單位頻率調(diào)節(jié)功率”（b）（c）KD 取決于負荷本身的固有頻率特性，有實驗確定。一般如果 PD 與無

8、功功率， KD=0負荷不具有頻率調(diào)節(jié)能力PDPDN P D ff N-86fKD=13圖 3-1 頻率靜態(tài)特性曲線圖3DD*DD3.2 電源的有功功率頻率靜態(tài)特性3.2.1 同步發(fā)電機組的調(diào)試系統(tǒng)作用：反映機組轉(zhuǎn)速 ( 系統(tǒng)頻率 ) 變化調(diào)整 QF汽門或 SF導水葉開度 原動機進汽（水）量原動機 Mm (Pm)機組出力 PG系統(tǒng) f ( ) 或 nG概念：單機運行調(diào) nG ( f ) ，并列 ( 網(wǎng) ) 運行調(diào) PG構(gòu)成：調(diào)速器： f 自動響應(yīng) Pm PG f f f 0一次調(diào)整調(diào)頻器：一次調(diào)整后，若 f 過大人為介入 Pm PGf 0二次調(diào)整3.2.2 調(diào)速系統(tǒng)框圖二次調(diào)頻信號+ + + 0

9、- K 1T 1s 原動機轉(zhuǎn)速 PmK 2T 2s+K 3傳感器T 2 s+1圖 3-2- 調(diào)速系統(tǒng)框圖3.2.3 同步發(fā)電機組的有功功率 - 頻率靜態(tài)特性 特性曲線 PG( f ) ：圖 3-2- 頻率靜態(tài)特性曲線示意圖4 靜態(tài)調(diào)差系數(shù)定義： 的物理意義分析：（a） f 、 PG變化方向相反 0（b） 反映機組的頻率調(diào)節(jié)能力 頻率調(diào)節(jié)能力（c） 反映機組每增發(fā)單位出力引起的轉(zhuǎn)速變化（d） 若機組出力達到極限： =機組已經(jīng)不具有頻率調(diào)節(jié)能力 靜態(tài)有功頻率特性系數(shù)單位頻率調(diào)節(jié)功率：定義：意義：（a）KG反映機組的頻率調(diào)節(jié)能力： KG調(diào)節(jié)能力“單位頻率調(diào)節(jié)功率”（b）KG是機組本身的固有頻率特性，

10、可由實驗確定（c）若機組出力達到極限： KG=0機組已經(jīng)不具有頻率調(diào)節(jié)能力 P G( f ) 與 PD（ f ）之比較：K D = 0K G = - 0（a） K D 不可調(diào)整， KG可調(diào)整（b） K D、KG均為 f 每變化一個單位所引起的PD或 PG的變化量（c） F ( f 0) PD0P ；DPGOPG二者綜合作用，減小功率缺額有利于頻率穩(wěn)定5/ >D/ >G4 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整4.1 頻率的一次調(diào)整4.1.1 基本原理初始條件： A 點 PG（ f ） PD( f ) 交點： f 1、PG(A) =PD(A) =P1負荷擾動： PD0 PD （f ）、B 點 PD=PD

11、(A) +PD0PG=PG(A)4.1.2 基本關(guān)系 PG=-K G f . PD=K DfPD0 = PG- PD=-(K G+KD) f =-K S fKS=KG+KD=- PD0/ ff =- PD0/K S注意： 一次調(diào)整時機組與負荷共同作用、自動完成 一次調(diào)頻能減小 f ，但 f 0 KS系統(tǒng)單位頻率調(diào)節(jié)功率反映了系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)能力 機組具備有功備用才能參與一次調(diào)頻，當如圖 4-1 所示KG=0 時， P 更大的D0f ，PPG( f )CP2BF PD PG PD 0P1PD( f ) fA0f2f1f( )圖 4-1 頻率一次調(diào)整示意圖6 KS的標幺值：KS=KG+KD=KG.P

12、 GN/F n+KD.P DN/F n=- PD0/ fKG.P GN/P DN+KD=- PD0/ f KSKS=KD+KXKG KX=PGN/P DN=1+PX/P DNPr :G 的有功備用容量Kr ：備用系數(shù) 要求： Kr 1.0頻率調(diào)節(jié)系數(shù)的基準： KDPDN；KG PGN；KS PGN4.1.3 多機系統(tǒng)的一次調(diào)頻運行狀態(tài)分析基本條件：機組數(shù) n，均有一次調(diào)頻能力；含網(wǎng)損P 的總負荷： PD0初始狀態(tài) ：PG 0 PD0 、 f f 0負荷擾動： PD0 PD0 PD PD0 PD 0頻率變化： PD( f 0 ) > PG ( f 0 ) PG0 f f f 0 f ； f

13、 <0機組響應(yīng)： PG i KG i fPGi (f)PG i 0 PG i； PG i > 0 ( i =1,2, ,n)出力總增量： PGPG i (KG i f ) ( KG i ) f系統(tǒng)總出力： PG(f) PG0 PG負荷響應(yīng)： P D KD f < 0系統(tǒng)總負荷：PD (f) PD 0 PD 0 P D頻率 f 時的系統(tǒng)功率平衡方程：PD(f) PG(f)PD0 + PD0 P D PG 0 PG PD 0 PGP DPD 0 ( KG i) f KD f ( KG i KD ) fPD 0 KS f 等值機組的單位頻率調(diào)節(jié)功率和調(diào)差系數(shù)7(a)KG： KG K

14、G i (MW / Hz)(b)KG* ：Let PGN. PGN. iKG -= -PGN. f/fN=-PGN. =-iPGN iPGN. PGN i= -Gi*PGN.PGN iKG = (K G i*P GN.P GN i )f NPGN. Gi注意基準功率： KGi PGN.i(C) 調(diào)差系數(shù)KG PGN 系統(tǒng)的等值單位頻率調(diào)節(jié)功率KS ：KSPD 0 / f KG KD(MW / Hz)KS* PD0* / f*功率基準： PDNKS* (KG KD )f NP DN KGf NP DN KDf NP DN KGf NP DN KD*K G =K G (f N /PGN. )KG

15、f NP DN（ KGP GN.f N)f NP DN KGP GN.P DN KrKGK r P GN.P DNP DN P Gr. P DN 1Gr . iP DNPDr=PGr.t 系統(tǒng)總有功備用容量Kr：系統(tǒng)備用系數(shù) Kr 1.0注意功率基準： KGPGN ；KDPDN；KSPDN 多機系統(tǒng)一次調(diào)頻應(yīng)當注意的基本問題(i)一次調(diào)頻計算的基本內(nèi)容KG i 、( i ) 、 KD 、 PD0 f 、 P G i ：KG KG iKS KG KDf PD0 / KS; P G i KG i f f / iNote：f / i P GN i ( f* /i* )P G i / P GN i f

16、* /i*8G*G iGi*G*KG i 、( i ) 、 KD 、 f PD 、0P G i ：PD 0 KS f (KG KD) fP G i KG i f(ii)一次調(diào)頻的基本特點(a) 系統(tǒng)必須具有足夠的熱備用容量，保證Kr >1(b)if PGi PGNithen P Gr. i 0 ; KGi 0(c) 機組應(yīng)有合理的 i 過大 KG小；過小 KG小；各機組間功率分配不穩(wěn)定(d) 系統(tǒng)機組多、裝機容量大負荷擾動引起的f 小；(e) 一次調(diào)頻有差， 只能減小 f 、但不能使 f 0對小幅度、 變動頻繁的負荷變化引起的頻率偏移進行調(diào)整4.2 頻率的二次調(diào)整4.2.1 基本原理 ：

17、如圖 4-2-1 所示K D f 0 PP2P1K G f0PD ( f ) K D f K G f0( 調(diào)頻器）f 2f 1f( )圖 4-2-1 頻率的二次調(diào)整基本原理圖94.2.2 基本關(guān)系：PD0 = PG+PG- PDPD0- PG=-(K G+KD) f =-K S ff=f 2-f 1=-( PD0- PG)/K4.2.3 基本理論：S二次調(diào)頻縮小了頻率偏移：f 0f實質(zhì)強制 G增加出力，減小了功率缺額：PD0 (P D0- PG)二次調(diào)頻可以實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)：if(PD0 = PG) then f =0系統(tǒng)中只有部分 G參與二次調(diào)頻調(diào)頻機組4.3 互聯(lián)系統(tǒng)的（二次）頻率調(diào)整4.3.

18、1 基本關(guān)系SystemA:PDA +PAB- PGA=-K AFASystemB:PDB- PAB- PGA=-K BFB Fa=Fb= f ( + ) - ( + )K A + K B KAB KA( DB GB ) - KK A + KBB( DA - GA )4.3.2 注意要點：無差調(diào)節(jié)條件：聯(lián)合系統(tǒng)無功率缺額PDA +PDB =PGA+PGB10DA DB GA GBD GKA、 KB 影響交換功率 PAB=0的條件：（ PDA- PGA） /K A=( PDB- PGB)/KB PAB最大的條件：如果 PGB=0 則 PAB =PDB與此相對應(yīng) PGA =PDA + P DBPA

19、B =PDB-( PD- PGA)K B/(K A+KB)或者如果 PGA=0 則 PAB=- PDA與此相對應(yīng) PGB =PDA + P DBPAB=- PDA+( PD- PGB)K A/(K A+KB)4.4 調(diào)頻與調(diào)壓的關(guān)系4.4.1 頻率變化對電壓的影響2 2當 f 降低時， QG 降低， Qm(IM) ( V /X m) 升高、（I X）升高、（cv ）降低2QT.Y升高；系統(tǒng)無功缺額升高導致電壓降低2 2當 f 升高時， QG 升高， Qm(IM) ( V /X m) 降低、（I X）降低、（cv ）升高2QT.Y降低；系統(tǒng)無功缺額降低導致電壓升高4.4.2 電壓變化會頻率的影響

20、電壓升高， 無功功率升高， 功率變化量下降使得系統(tǒng)有功需求升高從而使得頻率降低，相反電壓降低時，頻率升高4.4.3 注意頻率（有功平衡）全局的：調(diào)壓（無功平衡）可以是局部的有功電源的分布不影響頻率調(diào)整：無功電源的分布會電壓調(diào)整影響很大系統(tǒng) PG、 QG 均不足，使得， V、f 均偏低，導致首先應(yīng)解決有功平衡，最后有利于電壓的調(diào)整115 電力系統(tǒng)的有功平衡與備用容量5.1 有功平衡關(guān)系PGPLD P PPlant PDf = f0 ( 要求： = fN)PG > PDf ； PG < PDf 5.2 備用容量基本要求： PGN. > P D P GN. PD Pr備用容量分類：

21、備用方式：熱備用 ( 旋轉(zhuǎn)備用 ) 、冷備用備用功能：a 負荷備用：適應(yīng)負荷短時波動，一二次調(diào)頻所必須, 要求（ 25） %PD Nb 事故備用：保證運行中機組事故退出后的連續(xù)供電并維持，要求：（ 510）%PD N不小于運行中最大單機容量c 檢修備用：保證機組計劃檢修時的連續(xù)供電并維持，要求：不小于系統(tǒng)中最大單機容量d 國民經(jīng)濟備用：滿足國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的負荷增長需求6 電力系統(tǒng)負荷在各類發(fā)電廠的合理分配6.1 火力發(fā)電廠的主要特點運行成本高 ( 燃料、廠用電 ) ；維護復雜；運行條件不受自然條件影響鍋爐、汽輪機最小技術(shù)負荷限制出力調(diào)整范圍小12鍋爐中溫中壓： PG.min25%PGN ；

22、 高溫高壓： PG.min70%PGN汽機 PG.min(1015)% PGN負荷增、減速度慢： PG? (0.51.0) PGN爬坡速度 (25)%PGN /min投入、退出運行：費時長、耗能多、設(shè)備易損壞效率與蒸汽參數(shù)有關(guān)高溫高壓：最高；低溫低壓：最低熱電廠因供熱強迫功率 (PG.min) 大，出力調(diào)整范圍更小；但效率較高注意：蒸汽參數(shù)技術(shù)、經(jīng)濟綜合指標效率、出力調(diào)節(jié)范圍、負荷增減速度高溫高壓火電廠不宜帶急劇變動負荷6.2 水力發(fā)電廠的主要特點運行成本低；運行條件受自然條件影響水庫調(diào)節(jié)周期越長，影響越小最小技術(shù)負荷主要受下要求游供水量限制，出力調(diào)整范圍大：50%PGN負荷增、減速度快： PG=0 PGN ， 1min投入、退出運行：費時短、無需額外耗費；運行操作簡便安全水利樞紐綜合效益好6.3 抽水蓄能水電廠的主要特點特殊水電廠：上、下兩級水庫，作用：調(diào)峰削鋒填谷、調(diào)節(jié)峰谷差運行方式：日負荷低谷：作為負荷運行，從電網(wǎng)吸收有功；日負荷高峰：電源，向系統(tǒng)發(fā)出有功6.4 核能發(fā)電廠的主要特點與常規(guī)火電廠比較， 主要不同： 一次能源轉(zhuǎn)換 ( 蒸汽 ) 系統(tǒng)； 技術(shù)特點與火電廠相同；容量大，經(jīng)濟、技術(shù)指標好；一次投資大，運行費用小，機組啟、停：費時長、耗能多；不宜帶急劇變動負荷。13總結(jié)電力系統(tǒng)頻率調(diào)整的結(jié)果與負荷變動的大致規(guī)律有關(guān)。實際的