No.两台机组并联运行有功功率分配分析与计算(电力系统自动化)资料

辽 宁 工 学 院

《电力系统自动化》课程设计（论文）

题目：两台机组并联运行有功功率分配分析与计算

院（系）：信息科学与工程学院 专业班级： 电气034班 学 号： 030303100 学生姓名： 毕 鑫 指导教师： 任 国 臣 教师职称： 起止时间：06-12-18至06-12-24

课程设计（论文）任务及评语

院（系）：信息科学与工程学院 教研室：电气工程及其自动化 学 号 030303100 学生姓名 毕 鑫 专业班级 电气034班 课程设计（论文）两台机组并联运行有功功率分配分析与计算 题目 基本参数： 1.发电厂有两机组，一号机组功率为50MW，二号机组功率为100MW，功率因数均为0.9。 2.有功功率调差系数为0.06。负荷频率调节效应系数（有功功率）为1.5。 3.系统满载运行。 课设计要求 程1. 阐述发电机有功频率调节的基本原理。 设计2. 阐述发电机并联机组有功功率分配的基本原理。包括系统负荷一定和变化时（的分配关系，推导有功功率分配的公式。 论3. 分析机组有功功率调差系数和负荷频率调节效应系数对功率分配的影响。 文）4. 根据给出参数计算，当系统负荷增加25％时，系统频率下降为多少？机组功任率将如何分配？ 务5. 确定合适的方案，使负荷变化时，两台机组的有功功率按各自的额定功率合理分配。 6. 结论。 成绩： 指导教师签字： 年 月 日 指导教师评语及成绩辽 宁 工 学 院 课 程 设 计 说 明 书（论 文）

目 录

第1章 课程设计目的与要求 ..................................................................................................... 1

1.1 课程设计目的 ........................................................................................................... 1 1.2 课程设计的实验环境 ............................................................................................... 1 1.3 课程设计的预备知识 ............................................................................................... 1 1.4 课程设计要求 ........................................................................................................... 1

第2章 课程设计内容 ..................................................................................................................... 2

2.1电力系统的频率控制的必要性 ................................................................................ 2 2.2发电机有功频率调节的基本原理 ............................................................................ 2 2.3发电机并联机组有功功率分配的基本原理 ............................................................ 4 2.4有功功率调差系数和负荷频率调节效应系数对功率分配的影响 ........................ 6 2.5给定参数的计算 ........................................................................................................ 6 2.6分析总结 .................................................................................................................... 7

第3章 课程设计总结..................................................................................................... ..7

参考文献 ......................................................................................................................... ..7

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第一章 课程设计目的与要求

1.1 课程设计目的

“电力系统自动化”课程设计是在教学及实验的基础上，对课程所学的理论知识进行深化和提高。因此，要求学生能综合应用所学的理论知识，能够较全面地巩固和应用本课程中所学到的基本理论和基本方法，进行两台机组并联运行有功功率分配分析与计算，加深理解有功频率调节的基本原理，并分析机组有功功率调差系数和负荷频率调节效应系数对功率分配的影响。。通过这次课程设计培养学生独立思考、独立收集资料、独立设计的能力；培养分析、总结及撰写技术报告的能力。 1.2 课程设计的实验环境

在计算机上绘制相关电路图和编写相关公式，并利用word2000编辑课程设计说明书。 1.3 课程设计的预备知识

熟悉电力系统自动化课程的基础理论和基本知识。 1.4 课程设计要求

独立完成课程设计，说明书应按下列要求书写： 1、 对设计课题进行简要阐述。

2、 阐述发电机有功频率调节的基本原理。

3、 阐述发电机并联机组有功功率分配的基本原理。包括系统负荷一定和变化时的分配关系，推导有功功率分配的公式。

4、 分析机组有功功率调差系数和负荷频率调节效应系数对功率分配的影响。 5、 根据给出参数计算，当系统负荷增加25％时，系统频率下降为多少？机组功率将如何分配？

6、 确定合适的方案，使负荷变化时，两台机组的有功功率按各自的额定功率合理分配。 7、 对课程设计进行总结

8、 课程设计说明书应层次分明、内容完整、语言通顺、图表整齐规范、数据详实。 9、 课程设计说明书的格式按照教务处文件执行。 10、完成4000字左右说明书。

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第2章 课程设计内容

2.1电力系统的频率控制的必要性

(一)频率对电力用户的影响

1．电力系统频率变化会引起异少电动机转速变化，这会使得电动机所驱动的加工丁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崩的电十设备的避确性和性能，频率过低时有些设备甚至无法工作。

3．电力系统频率降低特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山力降低，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，轻则影响佼用寿命，重则可能产个裂纹。对于额定频率为50H2的电力系统．当频率低到45比附近时，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47—48Ik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破电流增加，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c频率下降还会引起励磁机出力下降，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乐水平偏低，在频率下降到 额定时可能出现电压快速面不断地下降，即所谓电压雪崩现象。出现电压雪崩会造成大面积停电，甚至便系统瓦解。

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2.2发电机有功频率调节的基本原理

现代电力系统中并联运行的发电机组台数很多，负荷的数量就更多，且分布在辽阔的地理区域之内。不难想像，控制如此庞大的电力系统，使频率满足要求、功率分布得经济合理是一项十分复杂的工作。为了使问题简化并突出主要矛盾，在分析电力系统频率和有功功率自动控制时．常将电力系统内并联运行的所有机组用一台等效机组代替；将电力系统内所有负荷用一个等效负荷来代替；然后使用发电机组单机带负荷运行时频率和有功功率控制的基本原理和方法进行分析和计算。 2．2．1电力系统负荷的静态频率特性

电力系统负荷与频率的关系为：

fPLa0PLea1PLe()a2PLe(fef)fe2anPLef()fen

图2.1电力系统负荷的静态频率特件曲线

电力系统负荷的静态频率特件曲线如图2.1所示,从图2.1可以看出：当系统频率下降时负荷从系统取用的有功功绿将下降；系统频率升高时负荷从系统取用的有功功个将增加。这种现象称为电力系统负荷的频率调节效应简称负荷调节效应，并用负荷调节效应系数来衡量负荷调节效应作用的大小。负荷的频率调节效应系数定义为：

KL*

dPL*a12a2f*nanf*n1 df*3

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2．2．2电力系统等效发电机组的静态调节特性

将电力系统内并联运行的所有机组用一台等效发电机组代替。系统等效发电机组的 静态调节特性相似的特性如图2.2所示。

图2.2电力系统等效发电机组的静态调节特性

将其中的PG看成是系统等效机组输出的有功功率, 调差系数的倒数称为机组的单位调 节功率，即：

KG1PG f KG*1*PG* f*KG表示当频率下降或上升1HZ时，发电机增发或减发的有功功率。

2．2．3电力系统频率控制的基本原理

当电力系统负荷发生变化引起系统频率变化时，系统内并联运行机组的凋速器会根据电力系统频率变化自动调节进入它所控制的原动机的功力元素，改变输入原动机的功率，使系统频率维持在某—值运行，这就是电力系统频率的一次调整，也称为一次调频。一次调频是电力系统内并联运行机组的调速器在没有手动和自动调频装置参与调节的情

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况下，自动调节原动机的输入功率与系统负衙功率变化相平衡来维持电力系统频率的一种自动调节。

图2.3电力系统有功频率调节过程

图中，PG（f）是电力系统等效发电机组的静态调节特性曲线, PL（f）和PL′（f）是电力系统负荷的静态频率特性曲线。系统正常时稳定在A点运行。如果电力系统负荷功率突然增加△P，系统负荷的静态频率特性曲线由PL(f)变为PL′(f)。由于电力系统中的电能是不能储存的，根据能量守恒定律，为了保持系统等效发电机有功功率的平衡，机组会将转子中储存的部分动能转换成电功率送往负荷，此时转子的转速下降，随着频率下降，一方面机组调速系统按照等效机组的静态调节特性增加输入原动机的动力元素，使原动机输出功率增加；另一方面根据负荷的静态频率特性，负荷从系统取用的有功功率也要减少。上述过程一直进行到C点。在C点，等效机组的原动机输出功率与发电机输出的功率相等，等于系统负荷的功率，等效机组处于稳定运行状态。

如果一次调频产生的频率偏差较大，那么，就需要对频率进行二次调整。改变调速器的频率给定值，实际上就是改变机组空载运行的频率。例如，增加频率给定值，则图2-2中的空载频率就会升高，由于没有改变调差系统的整定值，调速系统的静态调节特性曲线的斜率不会改变。这样，增加调速器中的频率给定值就使机组静态调节特性曲线向上平移了。如图2-2所示，当负荷功率增加△PL之后，增加给定频率值，使机组静态调节向上平移到，PG’（f）可以将系统频率由fc调回到fa，从而使系统频率保持不变。

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2.3 发电机并联机组有功功率分配的基本原理。

有功功率分配原理可用图2-3说明。围中表示两台发电机并联运行的情况，曲线①代表1号发电机组的调节特性，曲线②代表2号发电机组的调节特件。假设此时系统总负荷为PL，如线段CB的长度所示，系统频率为fH，1号机承担的负荷为P1，2号机承但的负荷为P2，于是有:

P1P2PL

图2-3 两台发电机并联运行情况

当系统负荷增加，经过调速器的调节后，系统频率稳定为f1，这时1号发电机组的负荷为P′1，增加ΔPl；2号发电机组的负荷为P′2，增加ΔP2，两台发电机组增量之和等于ΔPL。.所以有：

P1*KG2* P2*KG1*上式表明，发电机组的功率增量用各自的标幺值表示时，在发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比。调差系数小的机组承担的负荷增量标么值要大，而调差系数大的机组承担的负荷增量标么值要小。

2.4有功功率调差系数和负荷频率调节效应系数对功率分配的影响 2.4.1有功功率调差系数对功率分配的影响

先讨论两台机组并联运行的情况，然后再推广到多台机组并联运行的情况。

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图2.4 两台机组并联运行时频率与有功功率的关系

图2.4是两台机组并联运行时的频率与有功功率的关系图，图中PG1(f)和PG2(f)分别为机组1和机组2的静态调节特性。假设系统远行在f＝f1，则两台机组发出的有功功率分别为PG1和PG2。当系统负荷增加，一次调频的结果使系统频率变为f2时，两台机组发出的有功功率分别为PG'1和PG'2．每台机组增发的有功功率为：

P1PG'1PG1 P2PG'2PG2

通过分析有：

PG1P1*G22*f* PG1ePG2e

f*f2f1 fe式中PG1e和PG1e——分别为机组1和2的额定有功功率。由上两式有： PG1 PG211*1f*PG1e f*PG2e

2*如果系统内有m台机组并联运行，比照上两式写出并联运行的机组在一次调频时所调节的有功功率为：

PGt1f*PGte i1,2,，m （1）

t*式中 PGt——第i台机组增加的功率；

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t*——用标么值表示的第i台机组的调差系数； PGte——第i台机组的额定有功功率；

f*——一次调频结束时产生的系统频率调节偏差。

上式说明，并联运行机组所调节的有功功率与系统频率变化和机组的额定容量成正比，与机组调差系数成反比。调差系数小的机组承担的负荷增量标么值要大，而调差系数大的机组承担的负荷增量标么值要小

2.4.2负荷频率调节效应系数对功率分配的影响

由电力系统负荷的静态频率特件曲线可以看出当电力系统频率下降时负荷从系统取用的有功功率将下降；系统频率升高时负荷从系统取用的有功功个将增加。可见可以用负荷频率调节效应系数来衡量负荷调节效应作用的大小。

负荷的频率调节效应系数的数值决定于全电力系统各类有功负荷的比重。不同电力系统或同一电力系统不同时刻的负荷的频率调节效应系数的数值都可能不同，它是不能控制的，是电力系统调度部门应当掌握的一个数据。因为它是考虑按频率减负荷方案和低频率事故时，用一次拉闸措施恢复频率的计算依据。在实际电力系统中，它需要经过试验求得。一般电力系统KL*＝1—3，它表示频率变化1％时、负荷行功功宰相应变化1％一3％。 2．5给定参数的计算

本设计要求参数如下：KL*1.5，PL*0.25，120.06，功率因数：0.9 一号机组：50MW 二号机组：100MW

根据参数要求本设计采用一次调频对系统实现有功功率控制 1.求系统单位调节功率KS*

KGD*Ki1mi1mGi*GiePP11500.91000.90.060.0615 50100Gie 因为系统满载运行，则PL*1,Kr1 所以系统单位调节功率KS*为：

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KS*KrKGD*KL*1151.516.5 2．求负荷增加25%时的频率偏移 f*PL*0.250.015 KS*16.5 一次调频后，系统频率为：

f50(1f*)50(10.015)49.25 3．计算各发电机的有功出力 1号机组：PG11f*PG1e1(0.015)500.911.25 0.0611 2号机组：PG21f*PG1e1(0.015)1000.922.5 0.06 4．求负荷频率调节效应调节的功率

PL*KL*f*1.5(0.015)0.0225

2．6分析总结

通过计算分析可知，当电力系统的负荷增加时会引起电力系统频率下降，系统内并联运行机组的凋速器会根据电力系统频率的下降自动调节，改变输入原动机的功率，使系统频率维持在某—值运行，此时电力系统内并联运行机组的调速器在没有手动和自动调频装置的参与下进行调频，自动调节原动机的输入功率与系统负衙功率变化相平衡来维持电力系统频率是一种自动调节。若此时调节后的频率仍不满足要求，就要加入二次调频，此时的调频主要由调频厂承担，直到电力系统频率满足要求为止。

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第三章 课设总结

本次课程设计是对自己学习完《电力系统自动化》课程后，进行的一次综合训练。在加深了我对电力系统自动化的基础理论和基本知识的理解，掌握了电力系统频率和有功功率控制方法的同时，也提高了我独自动手、动脑思考问题及亲身体会、分析故障的原因和危害的目的的能力，并且提高绘图软件的使用方法，加强了我的全局观念，为以后的毕业设计埋下了一个很好的伏笔，打下了良好的基础。 可以说，这次课程让我受益非浅。

参考文献

[1] 电力系统自动化 商国才 天津：天津大学出版社 1999 [2] 电力系统自动化 孙荧 北京：中国电力出版社 2004 [3] 电力系统分析 夏道止 北京：中国电力出版社 2004

[4] 电力系统分析理论 刘天琪 丘晓燕 编著 北京：科学出版社 2005 [5] 电力系统分析 纪建伟 主编 中国水利水电出版社 北京：2002

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