电气工程基础 课件 第4、5章 电力系统控制、电力系统对称故障分析.pptx

第四章电力系统控制;

第一节电力系统的有功功率及频率控制;

用户使用的电动机的转速与系统频率有关，频率变化将引起电动机转速的变化从而影响产品质量。例如，纺织工业、造纸工业等都将因频率变化而出现残次品。

近代工业、国防和科学技术都已广泛使用电子设备，系统频率的不稳定将会影响电子设备的工作。雷达、计算机等重要设施将因频率过低而无法运行。

频率变动对发电厂和电力系统本身也有影响：火力发电厂的主要厂用机械——风机和泵，在频率降低时，所能供应的风量和水量将迅速减少，影响锅炉的正常运行。;

低频率运行时，汽轮机叶片所受的应力将增加，会引起叶片的共振，缩短叶片的寿命，甚至使叶片断裂。

低频率运行时，发电机的通风量将减少，而为了维持正常电压，又要求增加励磁电流，以致使发电机定子和转子的温升都将增加。为了不超越温升限额，不得不降低发电机所发功率。

低频率运行时，由于磁通密度的增大，变压器的铁芯损耗和励磁电流都将增大。为了不超越温升限额，不得不降低变压器的负荷。;

频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大。而无功功率负荷的增大又将促使系统电压水平的下降。

总之，由于所有设备都是按系统额定频率设计的，系统频率质量的下降将影响各行各业，而频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电。;

2.有功功率负荷的变动和调整控制

电力系统作为一个动态平衡的网络，额定工况下所有的发电机以额定转速同步运行，一起产生有功功率，并在每一时刻被所有的负荷及网络损耗所消耗。系统频率与发电机转速成正比，当原动机的输入功率与发电机输出的电磁功率相平衡时，能维持发电机一定的转速和频率。但由于电能传输速度快、存储难度大，而电力系统的负荷是时刻变化的，功率平衡并不能随时维持，系统负荷的任何变化都会影响发电机的电磁功率，从而影响转速(频率)。电力系统中的负荷无时无刻不在变动，它的实际变动规律曲线如图4-1所示。;;

深入分析这种不规则的负荷变动规律可见??它其实是几种负荷变动规律的综合。换句话说，可以将这种不规则的负荷变动规律分解为几种有规律可循的负荷变动。如图4-1

中，根据负荷变化的幅度大小及周期，可将其分解为以下三种：

第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动有很大的偶然性，如图4-1中的P1，是变化周期在10s以内的随机负荷。

第二种变动幅度越大，周期也越长，主要有电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷变动。如图4-1中的P2，是变化周期在10~180s、幅度较大的负荷。;

第三种变动幅度最大，周期也最长，是由生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。如图4-1中的P3，产生的原因包括工厂的作息制度、人员生活习惯或气象条件变化等。这种负荷变动基本上可以预计。

简而言之，电力系统负荷变动的幅度越大，周期就越长。对应负荷的变动规律，电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分一次、二次、三次调整三种，如图4-2所示。;;

二、电力系统的频率特性

电力系统的频率特性是电力系统中频率调整的依据。这里所谓频率特性，是指有功功率频率静态特性，包括系统负荷的频率特性与发电机组的频率特性。

1.电力系统综合负荷的有功功率频率静态特性

描述电力系统负荷的有功功率随频率变化的关系曲线，称为电力系统负荷的有功功率静态特性，简称为负荷的频率特性。;

电力系统负荷的功频特性依赖于负荷的构成，其中包括与频率变化无关的负荷，如照明等电阻性负荷；与频率变化成正比的负荷，如驱动磨粉机的固定力矩电机等；与频率高次方成正比的负荷，如拖动鼓风机、离心水泵的异步电动机等。负荷的频率特性主要取决于异步电动机，整体上呈现非线性关系。但在实际系统中允许的频率变化范围很小，在额定频率附近系统负荷与频率近似呈线性关系，如图4-3所示。;;

由图4-3中的负荷频率特性P2可知，当频率由fN升高到f1时，负荷有功功率就自动由PLDN增加到PLD1；反之，负荷有功功率就自动减少。负荷有功功率随频率变化的大小由图4-3中直线的斜率确定，具体为

式中，ΔPL为有功负荷变化量(MW)；Δf为频率变化量(Hz)；kLD为有功负荷频率调节效应系数(MW/Hz)，表示负荷随频率的变化程度。;

若将式(4-1)中的ΔPL和Δf分别以额定有功负荷和额定频率为基准值的标幺值表示，则频率静态特性斜率的标幺值为

式中，kLD*为有功负荷频率调节效应系数的标幺值。当频率下降时，负荷吸收的有功功率自动减小；当频率上升时，负荷吸收的有功功率自动增加，这种特性有利于系统的频率稳定。;

2.发电机组的有功功率频率静态特性

电力系统的负荷功率是靠发电机组供给的，当有功负荷发生变化时，发电机组输出的有功功率应随之发生变化，以保证频率偏移不