电力系统频率及有功功率的自动调节

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1、第3章电力系统频率及有功功率的自动调节本章主要内容第一节电力系统的频率特性第二节调频与调频方程式第三节电力系统的经济调度与自动调频第四节电力系统低频减载第五节功率频率控制系统的模型与仿真第一节电力系统的频率特性学习目的：了解电力系统频率及有功功率控制的必要性；了解频率调节的原理；掌握电力系统负荷的功率—频率特性；了解调速器的工作原理，掌握配有调速器的发电机组的功率—频率特性，以及发电机组的频率调节特性与机组间有功功率分配的关系；掌握电力系统的频率特性；第一节电力系统的频率特性补充（回顾）：一、电力系统频率控制的必要性(一)频率对电力用户的影响1、电力系统

2、频率变化会引起异步电动机转速变化，这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化。2、电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能，频率过低时有些设备甚至无法工作。这对一些重要工业和国防是不能允许的。3、电力系统频率降低会使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动机械的转速和出力降低，影响电力用户设备的正常运行。(二)频率对电力系统的影响1、频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为50HZ的电力系统。当频率低到45HZ附近时，某些汽轮机的叶片可能因发生共振而断裂，造成重大事故。2、频率下降到4

3、7～48HZ时，由异步电功机驱动的送风机、吸风机、给水泵、循环水泵和磨煤机等火电厂厂用机械的出力随之下降，使火电厂锅炉和汽轮机的出力随之下降，从而使火电厂发电机发出的有功功率下降，这种趋势如果不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度，这种现象称为频率雪崩。出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。3、在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆停止运行。4、电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，使异步电动机和变压器的无功消耗增加，引起系统电压下降。频率下降还会引

4、起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电压水平降低。如果电力系统原来的电压水平偏低，在频率下降到一定值时可能出现电压快速而不断地下降，即所谓电压雪崩现象。出现电压雪崩会造成大面积停电，甚至使系统瓦解。(二)频率对电力系统的影响1、维持电力系统频率在允许范围之内电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。二、电力系统有功功率控制的必要性2.提高电力系统运行的经济性电力系统经济调度包括两个方面：第一，在某一负荷情况下，哪些机组投入电力系统运行；需要考虑发电机组的效率、各种

5、发电机组(水电、火电、核电)的协调、电力系统网损等问题，目的是提高电力系统运行的经济性，降低电能成本。第二，确定该负荷情况下并联运行机组的有功出力。前者是发电机组经济调度问题，后者是有功负荷的经济分配问题。3、保证联合电力系统的协调运行电力系统的规模在不断地扩大，已经出现了将几个区域电力系统联在一起组成的联合电力系统。有的联合电力系统实行分区域控制，要求不同区域系统间交换的电功率和电量按事先约定的协议进行。这时电力系统有功功率控制要对不同区域系统之间联络线上通过的功率和电量实行控制。电力系统频率和有功功率控制是密切相关和不可分割的，应统一考虑并协同控制。一、概述1

6、、并列运行的每一台发电机组的转速与系统频率的关系为：P——发电机组转子极对数n——发电机组的转数（r/min）f——电力系统频率（Hz）显然，电力系统的频率控制实际上就是调节发电机组的转速！第一节电力系统的频率特性2、频率调节的原理（1）正常运行时：假设系统中有m台机组，各机组原动机的输入总功率为：G1G2Gm系统各机组的发电功率总输出为：当忽略机组内部损耗时，输入输出功率平衡：（2）负荷突然增加△PL时：使发电机组输出功率增加△PL,但由于机械惯性，输入功率来不及做出反应，此时：2、频率调节的原理机组只有把转子的一部分动能转换成电功率，致使机组转速下降，系统频率

7、下降。为了保持功率平衡Wki—各机组的动能G1G2Gm系统设机组运行在a点，机组以转速na稳定运行。当负荷增加时，发电机电磁转矩特性曲线向上方平移．设移到曲线MG2的位置。如果此时不调节进入原动机的动力元素(蒸汽或水),机组调速器不动作，则原动机的机械转矩特性仍为曲线MT1。机组就会在新的平衡点b以转速nb稳定运行.用图示说明：这说明，即使没有调速器参与调节原动机的输入功率，机组也可以从一个稳定运行工况过渡到另一个稳定工况运行。这种能力称为自平衡能力或调节能力。转速nb远离了原来的转速na。这说明仅仅依靠机组的自平衡能力进行调节，机组的转速(频率)会在较大范围内变

8、化。电力系