第三章电力系统频率及有功功率的调节
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1、第三章电力系统频率及有第三章电力系统频率及有功功率的自动调节功功率的自动调节 一、电力系统的频率特性一、电力系统的频率特性二、调频与调频方程式二、调频与调频方程式三、电力系统的经济调度与自动调频三、电力系统的经济调度与自动调频四、电力系统低频减载四、电力系统低频减载目的要求：目的要求： 了解电力系统调频的实质和重要性；了解负荷的静态频率特性及负荷调节效应；了解调速器的工作原理及其静态调节特性、配有调速器的发电机组的功率频率特性.重点：重点： 负荷的静态频率特性及负荷调节效应难点：难点： 电力系统的功率-频率特性分析 第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 一、概述 1)并列运行的每
2、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第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 2) 电力系统频率一致。3)任一时刻，发供平衡。4)负荷增加时，系统出现了功率缺额，机组的转速下降，整个系统的频率降低。5) 调频与有功功率调节是不可分开的。6)调频是一个要有整个系统来统筹调度与协调的问题，不允许任何电厂有一点“各自为政”的趋向。7)调频与运行费用的关系也十分密切。8)力求使系统负荷在发电机组之间实现经济分配。第一节第一节 电力系统的频率
3、特性电力系统的频率特性 9）负荷的变动情况可以分成几种不同的分量：一是变化周期一般小于10s的随机分量；二是变化周期在10s3min之间的脉动分量；三是变化周期在3min以上的持续分量，负荷预测预报这一部分。10）第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来调整原动机的输入功率，这称为频率的一次调整。11）第二种负荷变化引起的频率偏移较大，必须由调频器参与控制和调整，这称为频率的二次调整。12）第三种负荷变化，调度部门的计划内负荷，这称为频率的三次调整。第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 二、电力系统负荷的调节效应1）当系统频率
4、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。)( fFPL2）电力系统中各种有功负荷与频率的关系负荷的功率频率特性一般可表示为 式中 额定频率 系统频率为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第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 将上式除以PLN，则得标么值形式，即 通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很
5、少，如忽略其影响，并将上式对频率微分，得 称为负荷的调节效应系数。 *2*3*21*32LLKfafaadfdP*LKNLNLLffPPfPfPK/%*第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 说明： 1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。2）称 为负荷的频率调节效应系数。 3）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与频率的关系曲线可近似地视为具有不变斜率的直线。这斜率即为 。 4） 表明系统频率变化1%时，负荷功率变化的百分数。 5）对于不同的电力系统， 值也不相同。一般 =1-3。即使是同一系统的 ，也随季度及昼
6、夜交替导致负荷组成的改变而变化。 *LK*LK*LK*LK*LK*LK第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 例3-1 某电力系统中，与频率无关的负荷占30，与频率一次方成比例的负荷占40，与频率二次方成比例的负荷占10，与频率三次方成比例的负荷占20。求系统频率由50Hz下降到47Hz时，负荷功率变化的百分数及其相应的值。第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 解 由（3-3）式可求出当频率下降到47Hz时系统的负荷为 则 于是 nnLNLfafPafaaP*2*2*10* 3294.02.094.01.094.04.03.093.0166.0088.0376.03.
7、07100)93.01(%LP17.167%*fPKLL第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 例3-2 3-2 某电力系统总有功负荷为3200MW（包括电网的有功损耗），系统的频率为50Hz，若 ，求负荷频率调节效应系数KL值。解 ：若系统KL*值不变，负荷增长到3650MW时，则即频率降低1Hz，系统负荷减少l09.5MW，由此可知，KL的数值与系统的负荷大小有关。 5.1*LK)/(965032005.1*HzMWfpKKeleLL)/(5.1095036505.1*HzMWfpKKeleLL第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 三、发电机组的功率频率特性a)a
8、)发电机组转速的调整是由原动机的调速系统来实现的。b)b)通常把由于频率变化而引起发电机组输出功率变化的关系称为发电机组的功率频率特性或调节特性。c)c)发电机组的功率频率特性取决于调速系统的特性。第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 (一) 机械式调速器简介1）两个重锤开度减小A降至AC点尚未移动B点降至B点D点代表有伺服马达控制的转速整定元件，它不会因转速而变动E、F下降至E、F。活塞提升，汽门提升，进汽量增加转速就会回升。 第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 2）转速上升时重锤开度增加A、B、E、F各点也随之不断改变；这个过程要到C点升到某一位置时，比如C，
9、即汽门开大到某一位置时，机组的转速通过重锤的开度使杠杆DEF重新回复到使的活门完全关闭的位置时才会结束，这时B点就回到原来的位置。 3）由于C上升了，所以A必定低于A。这说明调速过程结束时，出力增加，转速稍有降低。 4）调速器是一种有差调节器。 5）通过伺服马达改变D点的位置，就可以达到将调速器特性上下平移的目的。 第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 （二）发电机的调差系数 同步发电机的频率调差系数R 负号表示发电机输出功率的变化和频率的变化符号相反。 调差系数R的标幺值表示为 上式又称为发电机组的静态调节方程。 GPfR*/GGeGeePfPPffR0*GPRf第一节第一节
10、电力系统的频率特性电力系统的频率特性 在计算功率与频率的关系时，常常采用调差系数的倒数， KG*发电机的功率-频率特性系数，或原动机的单位调节功率。 一般发电机的调差系数或单位调节功率，可采用下列数值： 对汽轮发电机组 R*=(4-6)%或KG* =16.6-25 ； 对水轮发电机组 R*=(2-4)%或KG* =25-50 ； *1fPRKGG第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 （三）调差特性与机组间有功功率分配的关系 曲线代表1号发电机组的调节特性。 曲线代表2号发电机组的调节特性。 系统频率为fe： 线段CB的长度所示系统总负荷PL。 1号机承担的负荷为P1，2号机承担的
11、负荷为P2，于是有 P1+P2=PL第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 系统频率稳定在f1： 1号机组的负荷增加了P1 2号机组的负荷增加了P2 两台机组增量之和等于PL 可得 此式表明： 在发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比。 *1*2*2*1RRPP第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 （四）调节特性的失灵区 由于测量元件的不灵敏性，对微小的转速变化不能反应，调速器具有一定的失灵区，因而调节特性实际上是一条具有一定宽度的带子。不灵敏区的宽度可以用失灵度来描述，即 式中 fW调速器的最大频率呆滞 有失灵区产生的分配功率上的误差为（用标幺值表示）：ewff
