电力系统有功功率与频率调整.docx
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电力系统有功功率与频率调整
电力职业技术学院毕业生论文
题目：
＿浅谈电力系统有功功率与频率调整
系别＿＿＿电力工程系＿＿＿＿
专业＿
继电保护及自动化
班级＿＿＿15继电3班＿＿＿＿
学号＿＿
15401020341
＿＿＿＿
高原＿＿＿＿
论文成绩
答辩成绩
综合成绩
指导教师
主答辩教师
答辩委员会主任
1
浅谈电力系统有功功率与频率调整
摘要
本文首先介绍了电力系统有功功率与频率调整的基本知识，有功功率的应
用、意义及；频率调整的必要性，电压频率特性，频率的一二次调整，以及互联
系统中的频率的一二次调整，调频与调压的关系，以及电力系统频率调整在个类
电厂中得作用。
关键词：
有功功率频率调整互联系统
2
1电力系统有功功率与频率调整的意义
........................................................................................1
2频率调整的必要性
........................................................................................................................1
2.1频率变化的危害.................................................................................................................1
2.2电力系统负荷变动规律
.....................................................................................................1
3电力系统的频率特性
....................................................................................................................2
3.1负荷的有功功率－频率静态特性
3.2电源的有功功率－频率静态特性
3.2.1同步发电机组的调试系统
.....................................................................................2
.....................................................................................4
......................................................................................4
3.2.2调速系统框图..........................................................................................................4
3.2.3同步发电机组的有功功率
-频率静态特性.............................................................4
4电力系统的频率调整
....................................................................................................................6
4.1频率的一次调整.................................................................................................................6
4.1.1基本原理..................................................................................................................6
4.1.2基本关系..................................................................................................................6
4.1.3多机系统的一次调频
..............................................................................................7
4.2频率的二次调整.................................................................................................................9
4.2.1基本原理..................................................................................................................9
4.2.2基本关系：
............................................................................................................10
4.2.3基本理论：
............................................................................................................10
4.3互联系统的（二次）频率调整
.......................................................................................10
4.3.1基本关系................................................................................................................10
4.3.2注意要点：
............................................................................................................10
4.4调频与调压的关系
...........................................................................................................11
4.4.1频率变化对电压的影响
4.4.2电压变化会频率的影响
........................................................................................11
........................................................................................11
4.4.3注意........................................................................................................................11
5电力系统的有功平衡与备用容量
..............................................................................................12
5.1有功平衡关系...................................................................................................................12
5.2备用容量...........................................................................................................................12
6电力系统负荷在各类发电厂的合理分配
..................................................................................12
6.1火力发电厂的主要特点
6.2水力发电厂的主要特点
...................................................................................................12
...................................................................................................13
6.3抽水蓄能水电厂的主要特点
...........................................................................................13
6.4核能发电厂的主要特点
...................................................................................................13
总结................................................................................................................................................14
致................................................................................................................................................15
参考书籍.........................................................................................................................................16
3
1电力系统有功功率与频率调整的意义
发电机的输出电压和输出电流是有限制的，
发电机的负荷是以伏安计算的（即电
流有效值乘以电压有效值，视在功率），当负载的功率因数为
全部转换成有功功率输出。
当负载的功率因数很低时，比如
1时，发电机负荷可以
0.5，这时，即使发电机
满负荷运行（输出电流达到其额定值），实际只能输出一般的功率，发电机效率很低。
另一方面，功率因数很低时，电能不断地在负载和发电机之间交换，
电流在线路上产
生损耗。
发电机必须在一定频率下稳定运行，
如果不对频率进行控制，会造成发电机
运行失速，造成电网频率崩溃。
2频率调整的必要性
2.1频率变化的危害
（1）对用户：
①IM出力，受f影响→影响生产（产量、质量、安全）②电子通信
设备受f影响→可靠性、准确性和精度
（2）对系统：
①机组及辅机出力、效率受
f影响——f↓→PG↓、η↓→PG↓↓
→f↓↓②f↓↑→机组应力、受命↓；③f↓→变压器、IM的Xm↓→I0↑→I02Xm
↑↑→系统无功缺额↑→V↓；网损↑
（3）频率要求：
50Hz±（0.2～0.5）Hz——△f
=±（0.4~1.0）%
2.2电力系统负荷变动规律
运行中综合用电负荷PD变动特点：
规律性+随机性
任何负荷功率的变化→f变化→f变化特点：
规律性+随机性
三种负荷变动：
第一种负荷变动
P1：
小幅随机波动，周期短（<10s）→f微小随机波动；一次
1
调频→机组调速器实现。
第二种负荷变动P2：
幅度较大，周期较长（10s～3min）→f偏移，二次调频，
调频机组调频器——随机性←由大容量冲击负荷。
第三种负荷变动
P3：
幅度大，周期长，变化缓慢→电厂按给定发电计划曲线发
电，三次调频——有规律←气候（季节性）、作息制度、生活规律。
负
荷
变
动三次
幅调频
度
二次调频
P1
一次调频
负荷变动频率
图2-2电力系统负荷规律变动图
3电力系统的频率特性
3.1负荷的有功功率－频率静态特性
（1）定义：
稳态运行时的PD（f）→有功－频率静态特性
（2）描述：
PD*
*
23
a0+a1f*
PD*=PD/PDN
&
f
*
=f/f
N
关于f各次方负荷：
①零次方类负荷：
照明、电弧炉、电阻炉、整流设备
P3
P2
a0+a1f+a2f*+a3f*+
②一次方类负荷：
机械转矩恒定的电动机——球磨机、切削机床、往复式
2
水泵
③二次方类负荷：
变压器涡流损耗
④三次方类负荷：
通风机、循环水泵
⑤高次方类负荷：
静水头阻力很大的给水泵
-所占比例很小，忽略
（3）负荷的频率调节效应（频率调节系数、频率特性系数）
⑷KD的物理意义：
KD=tgβ
ΔＰ
Δｆf
N
KD*=
ΔＰ
Δｆf
*
=1.0
=
ΔＰ/PDN
Δf/fN
=
ΔＰfN
ΔｆPDN
=KD
fN
PDN
（a）
KD反映PD对f变化的自动调节能力：
KD↑→调节能力↑——负荷的“频率调
节效应”或“单位频率调节功率”
（b）
（c）
KD取决于负荷本身的固有频率特性，有实验确定。
一般
如果PD与无功功率，KD=0←负荷不具有频率调节能力
PD
PDN
βPD
△f
fN
-86f
KD=1~3
图3-1频率静态特性曲线图
D
D*
*
D
D
3
3.2电源的有功功率－频率静态特性
3.2.1同步发电机组的调试系统
作用：
反映机组转速（系统频率）变化→调整QF汽门或SF导水叶开度μ→原动机
进汽（水）量→原动机Mm（Pm）→机组出力PG→系统f（ω）或nG
概念：
单机运行调nG（f），并列（网）运行调PG
构成：
调速器：
f↓→自动响应→Pm↑→PG↑→f↑→△f↓→△f≠0←一次调整
调频器：
一次调整后，若△f过大→人为介入→Pm→→PGf≠0←二次调
整
3.2.2调速系统框图
二次调频信号
+∑+∑+
ω0
-ω
K1
T1s
△μ
原动机
转速
ωPm
K2T2s+K3
传感器
T2s+1
图3-2-⑵调速系统框图
3.2.3同步发电机组的有功功率-频率静态特性
①特性曲线PG（f）：
图3-2-⑶频率静态特性曲线示意图
4
②静态调差系数定义：
δ的物理意义分析：
（a）△f、△PG变化方向相反→δ﹥0
（b）Δ反映机组的频率调节能力——δ↓→频率调节能力↑
（c）Δ反映机组每增发单位出力引起的转速变化
（d）若机组出力达到极限：
δ=∞→机组已经不具有频率调节能力
③静态有功频率特性系数——单位频率调节功率：
定义：
意义：
（a）KG反映机组的频率调节能力：
KG↑→调节能力↑——“单位频率调节
功率”
（b）KG是机组本身的固有频率特性，可由实验确定
（c）若机组出力达到极限：
KG=0→机组已经不具有频率调节能力
④PG（f）与PD（f）之比较：
KD=ΔＰΔｆ0
KG=-ΔＰΔｆ0
（a）KD不可调整，KG可调整
（b）KD、KG均为f每变化一个单位所引起的
PD或PG的变化量
（c）F↓（△f＜0）——△PD＜0→P↓；DPG＞O→PG↑→二者综合作用，减小功
率缺额→有利于频率稳定
/>D
/>G
5
4电力系统的频率调整
4.1频率的一次调整
4.1.1基本原理
初始条件：
A点——PG（f）＆PD（f）交点：
f1、PG（A）=PD（A）=P1
负荷扰动：
△PD0——PD`（f）、B点——PD=PD（A）+PD0＞PG=PG（A）
4.1.2基本关系
△PG=-KGf.△PD=KDf
△PD0=PG-△PD=-（KG+KD）△f=-KSf
KS=KG+KD=-△PD0/△f
△f=-△PD0/KS
注意：
①一次调整时机组与负荷共同作用、自动完成
②一次调频能减小△f，但△f≠0
③KS——系统单位频率调节功率反映了系统的频率调节能力
④机组具备有功备用才能参与一次调频，当
如图4-1所示
KG=0时，△P→更大的D0f，
P
PG（f）
C
P2
B
F
△PD
△PG
△PD0
P1
PD（f）
△f
A
0
f2
f1
f（ω）
图4-1频率一次调整示意图
6
⑤KS的标幺值：
KS=KG+KD=KG.PGN/Fn+KD.PDN/Fn=-△PD0/△f
KG.PGN/PDN+KD=-△PD0/△f←KS
KS=KD+KXKG←KX=PGN/PDN=1+PX/PDN
Pr:
G的有功备用容量
Kr：
备用系数要求：
Kr＞1.0
频率调节系数的基准：
KD→PDN；KG→PGN；KS→PGN
4.1.3多机系统的一次调频
①运行状态分析
基本条件：
机组数n，均有一次调频能力；含网损
△P∑的总负荷：
PD∑0
初始状态：
PG∑0＝PD∑0、f＝f0
负荷扰动：
△PD∑0→PD∑0↑→PD∑＝PD∑0＋△PD∑0
频率变化：
→PD∑（f0）>PG∑（f0）＝PG∑0→f↓→f＝f0＋△f；△
f<0
机组响应：
→△PGi＝－KGi△f
PGi（f）
＝PGi0＋△PGi
；△PGi>0（i=1,2,,,
n）
出力总增量：
△∑＝∑PGPGi＝－∑（KGi△f）＝－（∑KGi）△f
系统总出力：
PG∑（f）＝PG∑0＋△PG∑
负荷响应：
△PD∑＝KD△f<0
系统总负荷：
PD∑（f）＝PD∑0＋△PD∑0＋△PD∑
频率f时的系统功率平衡方程：
PD∑（f）＝PG∑（f）
→PD∑0+△PD∑0＋△PD∑＝PG∑0＋△PG∑
→△PD∑＝0∑－PGPD∑
△PD∑0＝－（∑KGi）△f－KD△f＝－（∑KGi＋KD）△f
△PD∑0＝－KS△f
②等值机组的单位频率调节功率和调差系数
7
（a）KG∑：
KG∑＝∑KGi（MW/Hz）
（b）KG∑*：
LetPGN.∑＝∑PGN.i
K
GΣ＊
-
ΔＰΣ＊
Δｆ
=-
ΣΔＰ
PGN.Σ
Δf/fN
=-
Σ
ΔＰ
PGN.Σ
Δｆ
=-
Σ
ΔＰi
PGNi
PGN.Σ
PGNi
Δｆ
=
Σ-
ΔＰGi*
Δｆ
PGN.Σ
PGNi
K
GΣ＊=
Σ（KGi*
PGN.
PGNi）
Σ
fN
PGN.Σ
ΣＫG
i
注意基准功率：
KGi——PGN.i
（C）调差系数
K
G——PGN
③系统的等值单位频率调节功率
KS：
＝－KSPD∑0/△f＝KG∑＋KD
（MW/Hz）
KS*
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