九现代电力系统的运行课件.pptx
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- 现代 电力系统 运行 课件
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1、HUST_CEEE第一节第一节 电力系统有功功率与频率的调整电力系统有功功率与频率的调整 第二节第二节 电力系统无功功率与电压的调整电力系统无功功率与电压的调整*第三节第三节 电力网运行的经济性电力网运行的经济性第四节第四节 电力系统运行的稳定性电力系统运行的稳定性第九章第九章 现代电力系统的运行现代电力系统的运行HUST_CEEE第一节第一节 电力系统有功功率与频率的调整电力系统有功功率与频率的调整一、一、电力系统的有功功率平衡电力系统的有功功率平衡二、二、电力系统有功功率的分配电力系统有功功率的分配三、三、电力系统电力系统 的频率调整的频率调整HUST_CEEE概述 电力系统是现代社会中最
2、重要、最庞杂的工程系统之一。如何保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性问题,是我们考虑的重点问题之一。衡量电能质量的指标包括:频率质量、电压质量和波形质量,分别以频率偏移、电压偏移和波形畸变率表示。n衡量运行经济性的主要指标衡量运行经济性的主要指标为:比耗量和线损率为:比耗量和线损率n有功功率的最优分布有功功率的最优分布包括:包括:有功功率负荷预计、有功功有功功率负荷预计、有功功率电源的最优组合、有功功率电源的最优组合、有功功率负荷在运行机组间的最优率负荷在运行机组间的最优分配等。分配等。HUST_CEEE1.有功功率负荷变动及其调整有功功率负荷变动及其调整一、电力系统的有功功率平衡据此图据此
3、图,负荷可以分为三种负荷可以分为三种:第一种变动幅度很小,周期又很短。第一种变动幅度很小,周期又很短。变动有很大的偶然性变动有很大的偶然性 属于这一种的主要有电炉、压延机械、属于这一种的主要有电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷电气机车等带有冲击性的负荷 这一种是由于生产、生活、气象等这一种是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动变化引起的负荷变动 HUST_CEEE 据此,频率调整频率调整一次调整一次调整:由发电机组的调速器进行的由发电机组的调速器进行的 对第一种负荷变动引起的频对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整率偏移的调整 二次调整二次调整:由发电机的调频器进行的、由发电机的调频
4、器进行的、对第二种负荷变动引起的对第二种负荷变动引起的频率偏移的调整频率偏移的调整 三次调整三次调整:按最优化准则分配第三种有按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷,即调度部门责成各规律变动的负荷,即调度部门责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。HUST_CEEE有功功率的平衡有功功率的平衡:11nnG iLiiiPPP 2、有功功率电源和备用容量、有功功率电源和备用容量总装机容量总装机容量:所有发电机的额定容量之和所有发电机的额定容量之和 有功电源容量有功电源容量:系统中可投入发电设备的总容量之和:系统中可投入发电设备的总容量之和 备用容量备用容量:系
5、统的电源容量大于发电负荷的部分系统的电源容量大于发电负荷的部分 为保证供电可靠性和电能质量、以及有功功率的经济分配,发电厂必为保证供电可靠性和电能质量、以及有功功率的经济分配,发电厂必须有足够的备用容量。一般要求备用容量达最大发电负荷的须有足够的备用容量。一般要求备用容量达最大发电负荷的15%30%HUST_CEEEu备用容量:1.按作用形式分负荷备用(2-5%PLmax)事故备用(5-10%PLmax或系统中最一台单机容量)检修备用(可能不安排)国民经济发展备用(3-5%PLmax)2、按存在形式分为 热备用:运转中发电设备可能发的最大功率与发电负荷之差(旋转备)冷备用:未运转的、但能随时启
6、动的发电设备可以发的最大功率 (不含检修中的设备)HUST_CEEE(1)火电厂特点:火电厂特点:需燃料及运输费用,但不受自然条件影响需燃料及运输费用,但不受自然条件影响 效率与蒸汽参数有关效率与蒸汽参数有关 受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制,有功出力调整范围受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制,有功出力调整范围较窄,增减速度慢,参数越高范围越窄较窄,增减速度慢,参数越高范围越窄(高温高压高温高压30%,中温中压中温中压75%)机组投入退出,承担急剧负荷响应时间长,多耗能量,机组投入退出,承担急剧负荷响应时间长,多耗能量,易损坏设备易损坏设备 热电厂抽汽供热,效率高,但技术最小负荷取决于热负热电厂抽汽
7、供热,效率高,但技术最小负荷取决于热负荷,为强迫功率荷,为强迫功率(一)各类发电厂的特点(一)各类发电厂的特点二、电力系统有功功率的分配二、电力系统有功功率的分配HUST_CEEE(2)水电厂特点:水电厂特点:不要燃料费,水力可梯级开发,连续使用,但受自然条不要燃料费,水力可梯级开发,连续使用,但受自然条件影响。件影响。出力调节范围大,出力调节范围大,50%以上以上,增减负荷速度快,操作容增减负荷速度快,操作容易,可承担急剧变化的负荷易,可承担急剧变化的负荷 决定发电量的除水量外还有水位差决定发电量的除水量外还有水位差 保证出力保证出力 抽水蓄能机组(天荒坪抽水蓄能机组(天荒坪630万千瓦)万
8、千瓦)必须与火电配合必须与火电配合 维持航运、灌溉、需一定水量,对应强迫功率维持航运、灌溉、需一定水量,对应强迫功率HUST_CEEE(3)核电厂特点:核电厂特点:负荷调整主要取决于汽轮机,技术最小负负荷调整主要取决于汽轮机,技术最小负荷约为额定负荷的荷约为额定负荷的10%15%可调容量大,退、投、增、减负荷消耗能可调容量大,退、投、增、减负荷消耗能量、时间,易损坏设备量、时间,易损坏设备 一次投资大,运行费低,尽量利用承担基一次投资大,运行费低,尽量利用承担基本负荷本负荷HUST_CEEE(二)有功功率电源的最优组合l 各类发电厂组合顺序示意图枯水季节枯水季节:HUST_CEEE洪水季节洪水
9、季节:HUST_CEEE 应指出应指出:枯水季节枯水季节往往由系统中的往往由系统中的大型水电厂大型水电厂承担承担调频任务调频任务;洪水季节洪水季节这任务就转移给这任务就转移给中温中压火电厂中温中压火电厂。抽水蓄能电厂抽水蓄能电厂在其发电在其发电期间也可期间也可参加调频参加调频。但。但低温低压火电厂低温低压火电厂则则因容量不足,设备陈旧,因容量不足,设备陈旧,不能担负调频任不能担负调频任务务。HUST_CEEE1、频率调整的必要性所有用电设备都是按系统额定频率设计的,电力系统的频率变动对用户、发电厂和电力系统本身都会产生不利影响;频率过低时,甚至会使整个系统瓦解,造成大面积停电;因此必须保持频率
10、在额定值上下,且偏移不超过一定范围。三、电力系统的频率调整三、电力系统的频率调整 HUST_CEEE2、调频方法 1)并列运行的每一台发电机组的转速与系统频率的关系为:式中 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。60pnf HUST_CEEE 电力系统负荷的调节效应1)当系统频率变化时,整个系统的有功负荷也要随着改变,即 这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率频率特性,是负荷的静态频率特性,也称作负荷的调节效应。)(fFPL HUST_CEEE负荷的功率频率特性一般可表示为 式中 额定频率 系统频
11、率为f时,整个系统的有功负荷 系统频率为额定值 时,整个系统的有功负荷 为上述各类负荷占 的比例系数 nNLNnNLNNLNLNLffPaffPaffPaPaP)()()(2210 NfLPLNPNfnaaa,.1,0LNP HUST_CEEE3、电力系统的频率特性、电力系统的频率特性v电源有功功率的静态频率特性电源有功功率的静态频率特性 电源有功功率静态频率特性:发电机组的电源有功功率静态频率特性:发电机组的原动机机械功率与角速度或频率的关系:原动机机械功率与角速度或频率的关系:无调速系统无调速系统时:时:Pm=C1C22=C1fC2f 2 有调速系统有调速系统时:原动机的静态频特性成为时:
12、原动机的静态频特性成为一族曲线。此时发电机输出功率与频率关系一族曲线。此时发电机输出功率与频率关系的曲线近似地用直线表示,称为发电机组的的曲线近似地用直线表示,称为发电机组的功率一频率静态特性。功率一频率静态特性。HUST_CEEE4、电力系统的频率调整、电力系统的频率调整v 频率的一次调整频率的一次调整调节过程调节过程PLD=KLf PG=-KGf PLD0+KLf=-KGf PLD0=-(KG+KL)f=-KSf 定义定义KS=KG+KL为系统的单位调节功率为系统的单位调节功率 KS=KG+KL=-PLD0/f系统中有系统中有n台机组,只有台机组,只有m台机组参与台机组参与一次调整单位调节
13、功率为:一次调整单位调节功率为:miLGiSKKK1HUST_CEEEv 频率的二次调整频率的二次调整 选定系统中的一个或几个电厂担负二次调频任务,担负选定系统中的一个或几个电厂担负二次调频任务,担负二次调频任务的电厂称为调频厂。二次调频任务的电厂称为调频厂。调频厂的条件调频厂的条件:具有足够的容量;具有足够的容量;具有较快的调整速度;具有较快的调整速度;调整范围内的经济性要好。调整范围内的经济性要好。火电厂受锅炉技术最小负荷的限制,可调容量仅为火电厂受锅炉技术最小负荷的限制,可调容量仅为其额定容量的其额定容量的30%75%水电厂的调整容量大于火电厂,水电厂的调整速度水电厂的调整容量大于火电厂
14、,水电厂的调整速度较快,且适宜承担急剧变动的负荷。较快,且适宜承担急剧变动的负荷。一般应选择系统中容量较大的水电厂作为调频厂一般应选择系统中容量较大的水电厂作为调频厂。若水电厂调节容量不足或无水电厂时,可选中温中若水电厂调节容量不足或无水电厂时,可选中温中压火电厂作为调频厂。压火电厂作为调频厂。HUST_CEEE第二节第二节 电力系统无功功率与电压的调整电力系统无功功率与电压的调整一、一、电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡二、二、中枢点的电压管理中枢点的电压管理三、三、电力系统的调压措施电力系统的调压措施HUST_CEEE负载的无功功率 qNqNqLNLcUUbUUaQQ2HUST_
15、CEEE 异步电动机的无功 UX0II12XXRS2122XXIXUQDHUST_CEEE 发电机产生的无功UcosUIPXcosIXUXsinUEXUEUXIXUUIQcossinsin)UcosE(XUHUST_CEEE v 无功功率与电压的关系无功功率与电压的关系HUST_CEEE一、电力系统的无功平衡一、电力系统的无功平衡1.无功电源:无功电源:包括包括发电机、同步调相机、静电电容器发电机、同步调相机、静电电容器及静止补偿器及静止补偿器等。等。v发电机:发电机:额定状态下发出的无功功率:额定状态下发出的无功功率:QGN=SGNsinN=PGNtgN 非额定功率因素非额定功率因素有功与无
16、功的关系有功与无功的关系:OA代表发电机额定电压代表发电机额定电压;AC代表代表在发电机电抗在发电机电抗Xd上引起的电压降,正比于上引起的电压降,正比于定子额定电流,所以亦正比于发电机的额定子额定电流,所以亦正比于发电机的额定视在功率定视在功率SGN;AC在纵坐标和横坐标上在纵坐标和横坐标上的投影分别正比于发电机的额定有功功率的投影分别正比于发电机的额定有功功率PGN和额定无功功率和额定无功功率QGN。C点表示发电点表示发电机的额定运行点机的额定运行点;OC发电机电势,它正发电机电势,它正比于发电机的额定激磁电流。比于发电机的额定激磁电流。发电机变功率因数运行的发电机变功率因数运行的限制限制:
17、转子电流不能超过额定值转子电流不能超过额定值 BC 定子电流不能超过额定值定子电流不能超过额定值 ECD 汽轮机出力的限制汽轮机出力的限制 HC 故故实际运行轨迹实际运行轨迹:HCBHUST_CEEE分析分析:当运行于当运行于HC,发电机发出的无功功率低,发电机发出的无功功率低于额定运行情况下的无功输出。于额定运行情况下的无功输出。运行于运行于BC段时,在降低功率因数、减少段时,在降低功率因数、减少有功输出的情况下,可多发无功功率。有功输出的情况下,可多发无功功率。只有在额定电压、额定电流和额定功只有在额定电压、额定电流和额定功率因数率因数(即即C点点)下运行时,发电机的视在下运行时,发电机的
18、视在功率才能达到额定值,其容量也利用得功率才能达到额定值,其容量也利用得最充分。最充分。发电机无功输出与电压的关系:发电机无功输出与电压的关系:XUPXEUQXUXEUUIQIXUEXEUUIPXIE2222cossinsincossincoscossinHUST_CEEEv同步调相机:同步调相机:相当于空载运行的同步电动机,在相当于空载运行的同步电动机,在过励磁过励磁运行时,同步调相机向运行时,同步调相机向系统系统输送无功功率输送无功功率,欠励欠励磁运行时,它从系统磁运行时,它从系统吸收无功功率吸收无功功率,无功功,无功功率与电压静特性与发电机相似。率与电压静特性与发电机相似。调相机与电容器
19、的调相机与电容器的比较比较:调相机调相机:能平滑调节,具有正的调节效应:能平滑调节,具有正的调节效应,维护复杂,响应,维护复杂,响应慢,损耗大慢,损耗大 电容器电容器:成组地投入切除:成组地投入切除,具有负的调节效应,维护简单,响具有负的调节效应,维护简单,响应快,损耗小应快,损耗小 v电容器:电容器:无功功率与电压静特性关系:无功功率与电压静特性关系:CCXUQ2v静止无功补偿器:静止无功补偿器:由晶闸管控制的可调电抗器与电容器并联组成,既可发出无功功由晶闸管控制的可调电抗器与电容器并联组成,既可发出无功功率,又可吸收无功功率,且调节平滑,安全,经济,维护方便。率,又可吸收无功功率,且调节平
20、滑,安全,经济,维护方便。HUST_CEEEv 无功负荷:无功负荷:电力系统的无功负荷与电力系统的无功负荷与电压的静态特性主要由电压的静态特性主要由异步电动机异步电动机决定。决定。异步电动机的无功消耗异步电动机的无功消耗:Qm 异步电动机的激磁功率,它与施加于异步异步电动机的激磁功率,它与施加于异步电动机的电压平方成正比。电动机的电压平方成正比。Q 异步电动机漏抗异步电动机漏抗X中的无功损耗,它与负中的无功损耗,它与负荷电流平方成正比。荷电流平方成正比。XIXUQQQmmM222.无功负荷和无功损耗无功负荷和无功损耗HUST_CEEEv无功损耗:无功损耗:网络中的无功损耗包括网络中的无功损耗包
21、括变压器变压器和和输电线路输电线路的损耗。的损耗。变压器变压器的无功功率损耗在系统的无功需求中占有相当的比重:的无功功率损耗在系统的无功需求中占有相当的比重:Q0变压器空载无功损耗,它与所施的电压平方成正比;变压器空载无功损耗,它与所施的电压平方成正比;QT变压器绕组漏抗中的无功损耗,与通过变压器的电流平方成正比。变压器绕组漏抗中的无功损耗,与通过变压器的电流平方成正比。22200(%)(%)100100kTTTTNNIUSQQQU BI XSS 输电线路输电线路无功损耗:无功损耗:QLQXQB 当线路传输功率较大,电抗中消耗的无功功率大于电容中发当线路传输功率较大,电抗中消耗的无功功率大于电
22、容中发出的无功功率时,线路等值为消耗无功;当传输功率较小、线出的无功功率时,线路等值为消耗无功;当传输功率较小、线路运行电压水平较高,电容中产生的无功功率大于电抗中消耗路运行电压水平较高,电容中产生的无功功率大于电抗中消耗的无功功率时,线路等值为无功电源。的无功功率时,线路等值为无功电源。HUST_CEEE3.无功功率的平衡与运行电压水平无功功率的平衡与运行电压水平HUST_CEEE二、中枢点的电压管理二、中枢点的电压管理 中枢点中枢点指反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变指反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变电站的母线,系统中大部分负荷由这些节点供电。根据电站的母线,系统中大部分负荷由这些节
23、点供电。根据负荷对电压的要求及电压损耗的实际情况,确定中枢点负荷对电压的要求及电压损耗的实际情况,确定中枢点的电压允许调整范围。的电压允许调整范围。图图9-11 简单电力网电压损耗简单电力网电压损耗(a)网络接线;网络接线;(b)日负荷曲线;日负荷曲线;(c)电压损耗电压损耗曲线曲线HUST_CEEE 负荷点电压负荷点电压UA和和UB的允许变化范围均为的允许变化范围均为(0.951.05)UN 满足负荷节点满足负荷节点A的调压要求的调压要求,中枢点电压应控制的变化范,中枢点电压应控制的变化范围是:围是:08时:时:U(A)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.04UN=(0.991.09
24、)UN824时:时:U(A)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.1UN=(1.051.15)UN 满足负荷节点满足负荷节点B的调压要求的调压要求在在016时时,U(B)=UB+UB=(0.961.06)UN;在在1624时时,U(B)=UB+UB=(0.981.08)UN HUST_CEEEu调压方式调压方式u逆调压逆调压:大负荷时,电压损耗大,将中枢点的电压适:大负荷时,电压损耗大,将中枢点的电压适当升高些当升高些(比线路额定电压高比线路额定电压高5%),小负荷时将中枢点电,小负荷时将中枢点电压适当降低压适当降低(取线路的额定电压取线路的额定电压)适合于供电适合于供电线路较长,负荷变
25、动较大线路较长,负荷变动较大的中枢点的中枢点u顺调压顺调压:在大负荷时允许中枢点电压不低于线路额定:在大负荷时允许中枢点电压不低于线路额定电压的电压的102.5%,小负荷时不高于线路额定电压,小负荷时不高于线路额定电压107.5%适合于供电适合于供电线路不长,负荷变动不大线路不长,负荷变动不大的中枢点的中枢点u常调压常调压:即在任何负荷下都保持中枢点电压为线路额:即在任何负荷下都保持中枢点电压为线路额定电压的定电压的102%105%HUST_CEEE三、电力系统的调压措施三、电力系统的调压措施2121/)(KUQXPRKUKUKUUGGbv调压的原理调压的原理发电机通过升压变压器、线路和降压变
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