《有功频率》PPT课件.ppt
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1、前面讨论的主要是电力系统稳态分析中的潮流分布计算,从本章开始讨论电力系统稳态运行的经济运行、控制(调整)和管理。1.对用户的危害:频率下降,将使用户的电动机转速下降,出力降低,从而影响用户产品的质量和产量。另外,频率下降,将引起电气测量仪器误差增大等。2.引起汽轮机叶片断裂。当低频率运行时,汽轮机叶片由于受不均匀汽流冲击末级叶片可能发生共振或接近于共振,从而使叶3.使发电机出力降低。发电机两端的风扇的进风量减小(风冷发电机),冷却条件变坏,如果仍维持出力不变,则发电机的温度升高,可能超过绝缘材料的温度允许值,为了使温升不超过允许值,势必要降低发电机出力。片振动应力大大增加,如时间过长,叶片可能
2、损伤甚至断裂;4.当低频运行时,造成火电厂的给水泵、风机、磨煤机等辅助设备的出力也将下降,从而 影响电厂的出力。其中影响最大的是高压给水泵和磨煤机,由于出力的下降,使电网有功电源更加缺乏,致使频率进一步下降,造成恶性循环。即出现“频率崩溃”现象。当发电机为同步转速nN时,则发电机发出的电压的频率为fN。由同步发电机机转速公式可知:当发电机输出有功发生变化时,转子上的转矩平衡破坏,是转子的转速变化,引起频率的变化。例如:发电机负荷增加时,电磁功率增加,发电机转速下降,导致频率下降;只有增加发电机机械功率,才能使转速回到同步转速;为了保证系统的频率不变,必须使发电机输出功率快速跟随负荷功率的变化(
3、保证转速为额定转速);发电机应该有一个快速的自动调速装置;系统的频率与发电机输出有功功率密切相关,发电机输出功率不足f;发电机输出功率过剩f;发电机的良好的调速性能发电机的良好的调速性能发电机的良好的调速性能发电机的良好的调速性能是保证频率质量的关键是保证频率质量的关键是保证频率质量的关键是保证频率质量的关键可见:可见:可见:可见:系统容量越大,频率的稳定性越好,我国规定的频率范围:50Hz(0.20.5)Hz;根据能量守恒,电力系统运行中,在任何时刻,系统中所有发电厂发出的有功功率总和,每时每刻都必须和系统的总消耗的有功负荷相等,可用公式表示为:上式为有功功率平衡公式,平衡一旦破坏,导致频率
4、变化;分析:分析:分析:分析:注意:系统频率的下降,会导致系统负荷吸收功率下降,从而,发电机输出有功功率和负荷吸收有功功率在低频下也会达到新的有功功率平衡,只是这种平衡是不希望的(有危害);从有功功率平衡公式看,一旦出现如下情况:系统有功系统有功功率缺额;功率缺额;严重时系严重时系统会甩负统会甩负荷荷为了保证系统的供电可靠性,除保证发电机输出功率快速跟随负荷变化外,还应应对负荷的突然增长。所以系统还必须具有一定的备用容量,即发电机可能的输出功率大于系统的总有功消耗;有功功率平衡式:总发电负荷总发电负荷备用容量备用容量备用容量目的:为了保证电气设备检修、故障和在负荷突然变化时,不至于出现有功功率
5、缺额。为了保证系统的供电可靠性,系统必须设置备用容量;按作用形式分:按作用形式分:负荷备用:即负荷备用:即调频备用容量,一般取(2-5%PLmax)检修备用:检修备用:电气设备检修一般安排在低负荷季节,若在低负荷季节能安排下系统内发电机组检修计划,可不增设检修备用容量,否则应增设检修备用容量;事故备用:事故备用:事故备用:事故备用:一般取用5-10%PLmax,并且不小于系统中最大一台机组的容量;国民经济发展备用:国民经济发展备用:一般取用3-5%PLmax;按机组工作状态分:按机组工作状态分:热备用(也称旋转备用)热备用(也称旋转备用):运转中发电设备可能发的最大功率 与发电负荷之差;冷备用
6、冷备用:未运转的、但能随时启动的发电设备可以发的最大功率(不含检修中的设备);一般负荷的变化是随机的,且很难找到其规律;在实际频率调整中,一般根据负荷变化周期长短和幅度大小,将负荷的变化分为三类;图中,可由三种类型的负荷组成;P P1 1:变化幅度小,周期短变化幅度小,周期短-偶然性负荷;偶然性负荷;P P2 2:幅度较大,周期较长幅度较大,周期较长-冲击性负荷冲击性负荷(锻压机械、电气机车锻压机械、电气机车);P P3 3:幅度最大,周期最长,是缓慢持续变动;幅度最大,周期最长,是缓慢持续变动;-可预见性(主要由工厂的作息制度、生产可预见性(主要由工厂的作息制度、生产,人民生活规人民生活规律
7、、气象等引起);律、气象等引起);可编制负荷曲线 为了保证系统的频率质量,根据负荷的变化必须对发电机的输出有功功率进行调整-称为频率调整频率调整频率调整频率调整;说明:说明:说明:说明:功率变化小,周期短-用发电机的调速器进行(每个发电机都有,各发电机共同进行);功率变化较大,周期较长-用调频器进行;装有调频器的发电厂称为调频厂调频厂调频厂调频厂,在系统中只有几个;二次调整(二次频率调整):二次调整(二次频率调整):二次调整(二次频率调整):二次调整(二次频率调整):三次调整(三次频率调整):三次调整(三次频率调整):三次调整(三次频率调整):三次调整(三次频率调整):一次调整(一次频率调整)
8、:一次调整(一次频率调整):一次调整(一次频率调整):一次调整(一次频率调整):根据三种负荷变化,也采用三种调整方法:三次频率调整分为了三段;功率变化大,周期长-可作负荷预计(编制负荷曲线),投入适量的发电机组来调整;与频率变化无关的负荷,如照明、电阻炉、电弧炉、整流负荷等;电力系统负荷消耗的有功功率与频率有关。当电力系统稳态运行时,系统中负荷的有功功率随频率变化的特性(系统其它因素不变)称为负荷的有功功率频率静态特性。根据电力系统负荷的有功功率与频率的关系可将负荷分为以下几种:因此,系统综合负荷的有功功率频率静态特性用数学式可表示为:与频率的更高次方成正比的负荷,如静水头很高的给水泵等。与频
9、率的一次方成正比的负荷,如机床、往复式水泵、压缩机、球磨机、卷扬机等;与频率的二次方成正比的负荷,如变压器中的涡流损耗;与频率的三次方成正比的负荷,如通风机、循环水泵等离心式机械;其中:PLN负荷在fN情况下吸收的功率;PL负荷在 f 情况下吸收的功率;ai各类负荷在系统中所占的比例,有:负荷的功-频静特性标幺值表达形式:(以PLN、fN为基准)上式表明,当电力系统频率降低时,电力系统负荷的有功功率也将随之降低,特性曲线如图所示;在系统稳态运行情况下,频率偏差 不是很大,所以可用在工作处的切线代替原高次曲线(近似简化成一条直线):电力系统负荷的有功功率频率静态特性说明:说明:负荷功频静特性的斜
10、率:负荷功频静特性的斜率:称为负荷的单位调节功率(负荷的频率调节效应系数)K K K KL L L L的数值的数值的数值的数值取决于系取决于系取决于系取决于系统各类负统各类负统各类负统各类负荷的比重,荷的比重,荷的比重,荷的比重,它是不可它是不可它是不可它是不可整定的整定的整定的整定的其标么值为:(单位:MW/Hz)PL负荷变化量;PLN额定频率下的系统负荷;f系统频率变化量;fN系统额定运行频率;物理意义:频率下降(上升)一个单位,负荷少(多)吸收的物理意义:频率下降(上升)一个单位,负荷少(多)吸收的有功功率的多少。有功功率的多少。KL*大小取决于各类负荷比例,是不可整定的,在实际中一般取
11、KL*=13;例:某电力系统中,与频率无关的负荷占30%,与频率一次方成正比的负荷占40%,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20%,求系统频率由50Hz降到48Hz和45Hz时,相应的负荷变化百分值。解:f降到48Hz时,系统负荷:负荷变化量:f降到45Hz时,下面以离心飞摆式机械调速系统为例:离心式飞摆调频器二次调频油动机错油门一次调频原理:负荷上升的调节过程;1.1.发电机组自动调速系统原理发电机组自动调速系统原理发电机组自动调速系统原理发电机组自动调速系统原理:机组负荷增大,转速下降,飞摆向转轴靠拢,A点下移到A点;原动机主轴带动套筒,套筒带动飞摆转动;油动机
12、活塞两边油压相等,B点不动,杠杆AB绕B点逆时针转动到A B,使C点下降至C。调频器不动时,D点不动,杠杆DE绕D点顺时针转动到 DE,使F点下降至F和E点下降使E;错油门活塞下移使油管a、b的小孔开启,压力油经b进入油动机活塞下部,活塞上部的油经a流入错油门上部。油动机活塞向上移动,使汽轮机的调节汽门或水轮机的导向叶片开度增大,增加进汽量或进水量。相应使机组转速上升,A点回升,提升C点;同时,活塞上移,使杠杆AB绕A逆时针转动,也提升C点。当A点回升到A点,C点回升C点,E点回升E时,使油管a、b的小孔重新堵住,油动机活塞停止移动。调节过程结束时,杠杆AB的位置为A CB。C点为原位置,B
13、的位置较B高,A 的位置较A略低。相应的进汽量或进水量较原来多,机组转速较原来略低。当负载增加时,一次调整的结果是,发电机输出功率增大,但频率比原来值要低一些;当负载减少时,调速器的调速结果是:机组输出功率减少,频率较初值为高;这种不能恢复频率原来数值的调整,称为频率的有差调节频率的有差调节频率的有差调节频率的有差调节;调速器的一次频率调整特点:一定是有差调节(调整后原动调速器的一次频率调整特点:一定是有差调节(调整后原动机的转速或频率有所变动,转速或频率偏差不为机的转速或频率有所变动,转速或频率偏差不为0)说明:说明:二次调频原理:离心式飞摆调频器二次调频油动机错油门 调频器转动蜗轮、蜗杆,
14、抬高D点,杠杆DE绕F点顺时针转动;离心式飞摆调频器二次调频油动机错油门 错油门活塞再次下移开启小孔,在油压作用下,油动机活塞再次向上移动,进一步增加进汽或进水量。机组转速上升,飞摆使A点由点A上升;离心式飞摆调频器二次调频油动机错油门 油动机活塞向上移动时,杠杆AB绕A逆时针转动,带动C、F、E点上移,再次堵塞错油门小孔,结束调节过程。D点位移选择恰当,A点可能回到原来位置位置机组未配自动调速系统时的有功-频率静特性;机组配置调速器后,随机组转速的变动不断改变进汽(水)量,相应机组的静态频率特性平行移动,使原动机的运行点不断从一根静态频率特性曲线向另一根静态频率特性曲线过渡。连接不同曲线上运
15、行点,得到有频率一次调整时的静态频率特性。2.发电机的发电机的有功功率有功功率频率静态特性频率静态特性:PGNfNf0为简化分析,用直线1-2-3代替原曲线;最大开度,最大开度,Pm不变不变斜线,功率增大,频率减小,有差调节发电发电机的有功机的有功机的有功机的有功-频频率率率率静静静静特性特性特性特性引进几个名词:发电机的单位调节功率:标幺值表示:(基准:PGN、fN)单位:MW/Hz注意:当发电机输出功率达到最大值时,f下降,认为发电机输出功率不变;几何意义:即发电机组有功-频率特性的斜率;物理意义:表示频率下降(或上升)单位量时,发电机组所能增加(或减少)的功率多少;发电机组的调差系数(调
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