文档介绍：电网调频
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发布时间:2007-5-16 11:32:45
作者:罗作桢刘康宁
摘要:
一、概述
调频问题,曾经是电网运行备受关注的课题。电网频率的稳定性和准确性,是供电质量的重要指标。电网频率的变动和偏差,对用户和原动机的影响和危害是众所周知的。如何保证电网频率的稳定和准确,是调频问题研究的主要内容。
同时,调频过程又是电力生产过程中调整能量平衡的过程。通过调频,调动各种蓄能和热力系统的能量供应,实现发电和用电的能量平衡,和实现电负荷的合理分配。
电网频率的稳定性,取决于电网的调频特性,包括:(1)自然调频。这是电网的动态调频特性,其特点是利用电网中旋转惯量的蓄能,首先承担电网负荷变化。在这一过程中,电网频率偏差将随时间增大。(2)一次调频。这是电网的静态调频特性,其特点是通过电网中各机组调速系统的静特性,利用锅炉的蓄能,最终承担电网负荷变化,使电网频率变化稳定在静特性规定的偏差范围内。DEH的一次调频修正功能,实际上是机组的调速系统。
电网频率的准确性,靠二次调频来保证。二次调频是一个人工干预的过程,通过手动或自动方式,改变调速系统的给定值,将电网的负荷变化最终转移到由预先指定的调频机组来承担,消除一次调频过程留下的频率偏差,使电网频率回到额定值。二次调频的能量支持,在火力发电厂中,需靠相应调整锅炉燃料获得。
因此,调频问题包含了三个命题,即自然调频,一次调频和二次调频。本文试图通过关于调频问题的探讨,为正确发挥DEH的调频功能提供帮助。
二、电网的调频特性
(1)忽略负荷变化的电磁过程和电网中各机组间功角变化过程;
(2)将电网中所有机组的转子和负载的旋转惯量看作是刚性地联系在一起,构成一个等效大转子,各原动机主动力矩和负载阻力矩同时作用在电网等效转子上;
(3)忽略原动机和负载自平衡能力的影响,相对调速系统静特性而言,这些自平衡能力对静态调频特性影响很小:
(4)涉及电网的参数,相对量以电网额定容量为基准,涉及各机组的参数,相对量以机组的额定功率为基
准。
数,代表了电网频率稳态平衡能力或称自平衡能力:δw为电网等效不等率,它代表了电网静态调频特性,即一次调频特性;J为网内各机组的转动惯量;M为全网总额定转矩;S为拉氏变换算子。
电网动态调频特性,即电网自然调频特性。根据图1,当网中各机组调速系统不动作时,便得到电网自然调频特性。
式(6)说明,电网负荷变化量按转动惯量分配到网中各机组转子上,负载旋转惯量也承担了一部分负荷变化,所有转子转速按同一加速度变化。
电网容量大小对自然调频的影响,体现在负荷扰动量占电网容量比例的大小,即L的大小上。由于电网容量增大时,相对负荷扰动L变小,根据(5)式,dφ/dt变小,因而电网频率变化变慢,或频率稳定性变好。电网等效转子时间常数与机组转子的数值相当。
例如,电网中一台300MW机组发生甩负荷,所产生的负荷扰动,对于20000MW容量的电网而言为L=,假定Taw=16s,对应的频率变化率为dφ/dt=,大约经过5秒钟, Hz;而对于4000MW容量的电网,L=,对应的频率变化率为dφ/dt=,。
以上数据说明,尽管电网容量增大后,同样的负荷扰动下频率变化变慢,但是如果没有一次调频的支持,频率偏差将很快超过允许值。
电网静态调频特性,是电网中所有机组调速系统一次调频的综合结果,由式(1)推知,稳态时:
式(7)便是电网静态调频特性,也称电网静特性,是屯网的重要特性。电网运行人员正是根据电网静特性计算出当时网频下的功率余缺,指示调频机组调整出力,实现二次调频。
根据式(3)和式(7),推知电网频率变化和负荷分配:
式(8)说明,电网负荷扰动最终按不等率分配到电网中的各台机纽上,产生同一的静态频率变化甲。式(8)还说明,不等率小的机组将承担较多的负荷分配。通常,网中各机组按容量相对值承担相同的一次调频量,所以各机组调速不等率具有大致相同的数值,~。
仍以上述所举的例子为例,说明一次调频对电网频率稳定的重要作用。假定20000MW的电网中发生一台300MW机组甩负荷,电网稳态频率偏差为△φ=,。而对于4000MW电网而言