电力系统频率及有功功率的自动调节.pptx

本章主要内容本章主要内容第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性第二节第二节 调频与调频方程式调频与调频方程式第三节第三节 电力系统的经济调度与自动调电力系统的经济调度与自动调频频第四节第四节 电力系统低频减载电力系统低频减载第五节第五节 功率频率控制系统的模型与仿功率频率控制系统的模型与仿真真第1页/共128页第一节 电力系统的频率特性学习目的：学习目的：了解电力系统频率及有功功率控制的必要性；了解电力系统频率及有功功率控制的必要性；了解频率调节的原理；了解频率调节的原理；掌握电力系统负荷的功率掌握电力系统负荷的功率频率特性；频率特性；了解调速器的工作原理，掌握配有调速器的发了解调速器的工作原理，掌握配有调速器的发电机组的功率电机组的功率频率特性，以及发电机组的频率频率特性，以及发电机组的频率调节特性与机组间有功功率分配的关系；调节特性与机组间有功功率分配的关系；掌握电力系统的频率特性；掌握电力系统的频率特性；第2页/共128页第一节 电力系统的频率特性补充（回顾）：一、电力系统频率控制的必要性(一)频率对电力用户的影响1 1、电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化，这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化。2 2、电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能，频率过低时有些设备甚至无法工作。这对一些重要工业和国防是不能允许的。3 3、电力系统频率降低会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出力降低，影响电力用户设备的正常运行。第3页/共128页(二二)频率对电力系统的影频率对电力系统的影响响1 1、频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为50HZ50HZ的电力系统。当频率低到45HZ45HZ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 2、频率下降到474748HZ48HZ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。第4页/共128页3 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 4、电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，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。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压水平偏低，在频率下降到一定值时可能出现电压快速而不断地下降，即所谓电压雪崩现象。出现电压雪崩会造成大面积停电，甚至使系统瓦解。(二二)频率对电力系统的影频率对电力系统的影响响第5页/共128页1 1、维持电力系统频率在允许范围之内 电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。二、电力系统有功功率控制的必要性第6页/共128页2.2.提高电力系统运行的经济性 电力系统经济调度包括两个方面：第一，在某一负荷情况下，哪些机组投入电力系统运行；需要考虑发电机组的效率、各种发电机组(水电、火电、核电)的协调、电力系统网损等问题，目的是提高电力系统运行的经济性，降低电能成本。第二，确定该负荷情况下并联运行机组的有功出力。前者是发电机组经济调度问题，后者是有功负荷的经济分配问题。第7页/共128页3 3、保证联合电力系统的协调运行 电力系统的规模在不断地扩大，已经出现了将几个区域电力系统联在一起组成的联合电力系统。有的联合电力系统实行分区域控制，要求不同区域系统间交换的电功率和电量按事先约定的协议进行。这时电力系统有功功率控制要对不同区域系统之间联络线上通过的功率和电量实行控制。电力系统频率和有功功率控制是密切相关和不可分割的，应统一考虑并协同控制。第8页/共128页一、概述1 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：PP发电机组转子极对数发电机组转子极对数n n 发电机组的转数（发电机组的转数（r/minr/min）ff电力系统频率（电力系统频率（HzHz）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！第一节 电力系统的频率特性第9页/共128页2 2 2 2、频率调节的原理、频率调节的原理（1 1）正常运行时：假设系统中有 m m 台机组，各机组原动机的输入总功率为：G1G2Gm 系统各机组的发电功率总输出为：各机组的发电功率总输出为：当忽略机组内部损耗时，输入输出功率平衡：当忽略机组内部损耗时，输入输出功率平衡：第10页/共128页（2 2）负荷突然增加P PL L时：使发电机组输出功率增加P PL L,但由于机械惯性，输入功率来不及做出反应，此时：2、频率调节的原理机组只有把转子的一部分动能转换成电功率，致使机机组只有把转子的一部分动能转换成电功率，致使机组转速下降，系统频率下降。组转速下降，系统频率下降。为了保持功率平衡为了保持功率平衡Wki各机组的动能G1G2Gm 系统第11页/共128页设机组运行在设机组运行在a a点，机组以转速点，机组以转速n na a稳定运行。稳定运行。当负荷增加时，发电机电磁转矩特性曲线向上方平移设移到当负荷增加时，发电机电磁转矩特性曲线向上方平移设移到曲线曲线M MG2G2的位置。的位置。如果此时不调节进入原动机的动力元素如果此时不调节进入原动机的动力元素(蒸汽或水蒸汽或水),),机组调速机组调速器不动作，则原动机的机械转矩器不动作，则原动机的机械转矩特性仍为曲线特性仍为曲线M MT1T1。机组就会在新的平衡点机组就会在新的平衡点b b以转速以转速n nb b稳定运行稳定运行.用图示说明：用图示说明：这说明，即使没有调速器参与调节原动机的输入功率，机组也可以从一个稳定运行工况过渡到另一个稳定工况运行。这种能力称为自平衡能力或调节能力。转速nb远离了原来的转速na。这说明仅仅依靠机组的自平衡能力进行调节，机组的转速(频率)会在较大范围内变化。第12页/共128页电力系统的负荷是不断变化的，而原动机输入功率电力系统的负荷是不断变化的，而原动机输入功率的改变较缓慢，因此系统中频率的波动是难免的。的改变较缓慢，因此系统中频率的波动是难免的。结论：电力系统频率的变化是由于发电机的负荷与结论：电力系统频率的变化是由于发电机的负荷与原动机输入功率之间失去平衡所致，调频与有功功原动机输入功率之间失去平衡所致，调频与有功功率的调节是分不开的。率的调节是分不开的。第13页/共128页3、电力系统负荷的变动情况电力系统负荷变动情况负荷分类：负荷分类：一是变化周期一般小于一是变化周期一般小于10s10s的随机分量；的随机分量；二是变化周期在二是变化周期在10s10s3min3min之间的脉动分量；之间的脉动分量；三是变化周期在三是变化周期在3min3min以上以上的持续分量，负荷预测预的持续分量，负荷预测预报这一部分。报这一部分。第一种负荷变化引起的频第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来调率偏移，利用调速器来调整原动机的输入功率，这整原动机的输入功率，这称为频率的称为频率的一次调整一次调整。第二种负荷变化引起的频率偏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移较大，必须由调频器参与控制和调整，这称为频率的制和调整，这称为频率的二次二次调整调整。第三种负荷变化，调度部门的第三种负荷变化，调度部门的计划内负荷，这称为频率的计划内负荷，这称为频率的三三次调整次调整。第14页/共128页二、电力系统负荷的功率频率特性1 1、负荷的功率频率特性定义：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称为负荷的功率频率特性，即负荷的静态频率特性。第15页/共128页2 2、电力系统的负荷类型按负荷与频率的关系分类：按负荷与频率的关系分类：(1)(1)(1)(1)与频率变化无关的负荷与频率变化无关的负荷如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整流负荷等。如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整流负荷等。(2)(2)(2)(2)与频率成正比的负荷与频率成正比的负荷如如切切削削机机床床、球球磨磨机机、压压缩缩机机和和卷卷扬扬机机等等。这这类类负负荷荷占占有有较大比重。较大比重。(3)(3)(3)(3)与频率的二次方成比例的负荷与频率的二次方成比例的负荷如如变变压压器器中中的的涡涡流流损损耗耗。这这种种损损耗耗在在电电网网有有功功损损耗耗中中所所占占比重较小。比重较小。(4)(4)(4)(4)与频率的三次方成比例的负荷与频率的三次方成比例的负荷如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等。如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等。(5)(5)(5)(5)与频率的更高次方成比例的负荷与频率的更高次方成比例的负荷如静水头阻力很大的给水泵等。如静水头阻力很大的给水泵等。第16页/共128页3 3、负荷的功率频率特性方程式fN 额定频率；PL 系统频率为f时，整个系统的有功负荷；PLN 系统频率为额定值fN时，整个系统的有功负荷；a0，a1，an各类负荷占PLN的比例系数。化成标么值的形式第17页/共128页将上式除以PLN，则得标么值形式，即 当系统的频率为额定值时:通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，可忽略其影响。于是第18页/共128页4 4、负荷的静态频率特性 当系统负荷的组成及性质确定后，负荷的静态频率特性方程也就确定了，因此也可以用曲线来表示，如图所示：由图可知：在系统频率下降时，系统负荷从系统取用的有功功率下降。如果系统的频率升高，系统负荷从系统取用的有功功率将增大。当系统内机组的输入功率和负荷功率间失去平衡时，系统负荷当系统内机组的输入功率和负荷功率间失去平衡时，系统负荷也参与了调节作用，这种特性有利于系统中有功功率在另一频也参与了调节作用，这种特性有利于系统中有功功率在另一频率下重新平衡。这种现象称为率下重新平衡。这种现象称为负荷的频率调节效应负荷的频率调节效应。通常用负荷的频率调节效应系数KL*来衡量负荷调节效应的大小。第19页/共128页5 5、负荷的频率调节效应系数K KL*L*由由上上式式可可知知，系系统统的的K KL*L*值值决决定定于于负负荷荷的的性性质质，它它与与各类负荷所占总负荷的比例有关。各类负荷所占总负荷的比例有关。而KL*定义：综合负载的功率-频率特性近似表达式：第20页/共128页 根据国内外一些实例，负荷的静态特性曲线在额定频率附近（484851HZ51HZ）接近于一条直线，如图所示。直线的斜率为：第21页/共128页 是调度部门必须掌握的一个数据！是调度部门必须掌握的一个数据！说明：说明：1 1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。3 3）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功）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。这斜率即为线。这斜率即为 。4 4）表明系统频率变化表明系统频率变化1%1%时，负荷功率变化的百分数。时，负荷功率变化的百分数。5 5）对于不同的电力系统，）对于不同的电力系统，值也不相同。值也不相同。一般一般 =13=13。即使是同一系统的。即使是同一系统的 ，也随季度及昼夜交替导致负荷组成也随季度及昼夜交替导致负荷组成的改变而变化。的改变而变化。第22页/共128页三、发电机组的功率频率特性发电机组的功率频率特性取决于调速系统的特性。当系统的负荷变化引起频率改变时，发电机组调速系统工作，改变原动机进汽量(或进水量)，调节发电机组的输入功率以适应负荷的需要。发电机组的功率发电机组的功率频率特性定义：频率特性定义：通常把由于频率变化而引起发电机组输出功率变化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的关系称为发电机组的功率频率特性或调节特性。频率特性或调节特性。第23页/共128页（一）机械式调速器简介E E、F F下降至下降至EE、FF，活塞提升，活塞提升，汽门提升，进汽量增加汽门提升，进汽量增加转速就会回升。转速就会回升。当机组因负荷增加而转速下降时：当机组因负荷增加而转速下降时：活塞调节气阀错油门从锅炉来的蒸汽1 1）两个重锤开度减小）两个重锤开度减小A A降至降至AA C C点尚未移动点尚未移动B B点降至点降至BBD D点代表有伺服电动机控制点代表有伺服电动机控制的转速整定元件的的转速整定元件的n nDEFDEF，它，它不会因转速而变动。不会因转速而变动。活塞第24页/共128页2 2）转速上升后）转速上升后重锤开度增加重锤开度增加A A、B B、E E、F F各点也随之不断改变；各点也随之不断改变；这个过程要到这个过程要到C C点升到某一位置时，比如点升到某一位置时，比如C C，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DEFDEF重新回复到使重新回复到使的活门完全关闭的位置时才会结束，这时的活门完全关闭的位置时才会结束，这时B B点就回到原来的位置。点就回到原来的位置。3 3）由于）由于C C上升了，上升了，所以所以A A必必定低于定低于A A。这说明调速过程结束时，出力这说明调速过程结束时，出力增加，转速稍有降低。增加，转速稍有降低。4 4）调速器是一种有差调节器。）调速器是一种有差调节器。5 5）通过伺服电动机改变）通过伺服电动机改变D D点的点的位置，就可以达到将调速器特位置，就可以达到将调速器特性上下平移的目的。性上下平移的目的。活塞第25页/共128页（二）发电机组的功率频率静态特性反映调整过程结束后发电机输出功率和频率关系的曲线称为发电机组的功率频率静态特性，可以近似的表示为一条直线：在特性曲线上任取两点，我们定义机组的静态调差系数：负号表示发电机输出功率的变化负号表示发电机输出功率的变化和频率的变化符号相反和频率的变化符号相反。第26页/共128页（三）发电机组的静态调差系数R R用标么值表示用标么值表示：称为发电机组的静称为发电机组的静态调节方程。态调节方程。第27页/共128页发电机组的功率发电机组的功率频率静态特性系数频率静态特性系数K K K KG*G*G*G*在计算功率与频率的关系时，常常采用调差系数的倒数。在计算功率与频率的关系时，常常采用调差系数的倒数。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*=(46)%或KG*=6.16 25；对水轮发电机组R*=(24)%或KG*=25 50；与KL不同的是KG可以人为调节整定，但其大小，即调整范围受机组调速机构的限制。KG*发电机的功率发电机的功率-频率频率特性系数，或原动机的单位特性系数，或原动机的单位调节功率。调节功率。第28页/共128页（四）调差特性与机组间有功功率分配的关（四）调差特性与机组间有功功率分配的关系系 假设此时系统总负荷为PL，如线段CB的长度所示：以两台发电机组为例，分析并列运行时有功功率的以两台发电机组为例，分析并列运行时有功功率的分配情况分配情况：曲线曲线1 1代表代表1 1号发电机组的调节特性，号发电机组的调节特性，曲线曲线2 2代表代表2 2号发电机组的调节特性。号发电机组的调节特性。系统频率为系统频率为f fN N时时:1 1号发电机组承担的负荷为号发电机组承担的负荷为P P1 1，2 2号发电机组承担的负荷为号发电机组承担的负荷为P P2 2，于是有于是有:第29页/共128页当系统负荷增加，经过调速器调节后，系统频率稳定在f1，这时1号发电机组的负荷为P1，增加了P1；2号发电机组的负荷为P2，增加了P2；两台发电机组的增量之和为PL。第30页/共128页 结论：结论：当发电机组的功率增量用各自的标么值表示时，当发电机组的功率增量用各自的标么值表示时，发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比，发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比，与单位调节功率成正比。与单位调节功率成正比。调差系数小的机组承担的负荷增量标么值就会调差系数小的机组承担的负荷增量标么值就会增大，而调差系数大的机组承担的负荷增量标么值增大，而调差系数大的机组承担的负荷增量标么值就会变小。就会变小。在电力系统中，如果没有调节容量的发电机，则取该机组的单位调节功率为零。电力系统中所有机组的调速器都为有差调节，由它们共同承担负荷的波动。第31页/共128页2 2 2 2、调节特性的失灵区调节特性的失灵区(1)失灵区的形成以上讨论中，都是假定机组的调节特性是一条理想的直线。但是实际上，由于测量元件的不灵敏性，对微小的转速变化不能反应，特别是机械式调速器更为明显。也就是说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，如图6.8所示。失灵区的宽度可以用失灵度来描述：即 -调速器不能分辨的最大频率误差 f1f2fN第32页/共128页(2)(2)失灵区的影响失灵区的影响由由于于调调速速器器的的频频率率调调节节特特性性是是条条带带子子，因因此此会会导导致致各各并并联联运运行行的发电机组间有功功率的分配产生误差。的发电机组间有功功率的分配产生误差。对应于一定的失灵度对应于一定的失灵度,最大误差功率与调差系数最大误差功率与调差系数R R存在如下关系存在如下关系:而f1f2fN第33页/共128页（1 1）P PW*W*与失灵度成正比，而与调差系数成反比。与失灵度成正比，而与调差系数成反比。过过小小的的调调差差系系数数将将会会引引起起较较大大的的功功率率分分配配误误差差，所所以以调调差差系系数数R R的值不能太小。的值不能太小。（2 2）不不灵灵敏敏区区的的存存在在虽虽然然会会引引起起一一定定的的功功率率误误差差或或频频率率误误差差。但是，不灵敏区不能太小或完全没有。但是，不灵敏区不能太小或完全没有。因因为为当当不不灵灵敏敏区区不不能能太太小小或或完完全全没没有有，当当系系统统频频率率发发生生微微小小波波动时，调速器也要调节，这样会使阀门的调节过分频繁。动时，调速器也要调节，这样会使阀门的调节过分频繁。通常：汽轮发电机组调速器的不灵敏区为通常：汽轮发电机组调速器的不灵敏区为0.1%0.1%0.5%0.5%；水轮发电机组调速器的不灵敏区为水轮发电机组调速器的不灵敏区为0.1%0.1%0.7%0.7%。最大误差功率与调差系数的关系最大误差功率与调差系数的关系:结论：结论：f1f2fN第34页/共128页四、电力系统的频率特性发电机组的功率频率特性与负荷的功率、频率特性曲线的交点就是电力系统频率的稳定运行点。电力系统主要由发电机组、输电网络及负荷组成，如果把输电网络的功率损耗看成是负荷的一部分，则电力系统功率频率关系可简化为如图所示。在频率稳态为f 时:第35页/共128页四、电力系统的频率特性以一台发电机组和一个负荷的情况为例介绍：负荷和发电机组的静态特性如图6.96.9所示。1 1、正常运行时：、正常运行时：发发电电机机组组的的功功率率频频率率特特性性与与负负荷荷的的功功率率-频频率率特特性性曲曲线线相相交交于于1 1点点。对应的频率为对应的频率为f fN N，功率为，功率为P PL1L1。在在频频率率为为f fN N时时，发发电电机机的的输输出出功功率率和负荷功率达到了平衡。和负荷功率达到了平衡。图6.9 电力系统功率-频率特性第36页/共128页2 2、当系统中的负荷增加、当系统中的负荷增加P PL L时时:即即负负荷荷由由P PL L1 1增增加加到到P PL L2 2，也也就就是是将将P PL L1 1(ff)曲曲线线平平行行移移到到P PL2L2(ff)曲线，曲线，（1 1）假设此时系统内的所有机组均无调速器：）假设此时系统内的所有机组均无调速器：机机组组的的输输入入功功率率恒恒定定为为P PT T且且等等于于P PL1L1，则则系系统统频频率率将将逐逐渐渐下下降降，负荷所取用的有功功率也将逐渐减小。负荷所取用的有功功率也将逐渐减小。依靠负荷调节效应系统达到新的平衡，依靠负荷调节效应系统达到新的平衡，运行点移到图中运行点移到图中2 2点。点。图6.9 电力系统功率-频率特性频率稳定值下降到频率稳定值下降到f f2 2，系统负荷所取，系统负荷所取用的有功功率仍然为原来的用的有功功率仍然为原来的P PL1L1值。值。在这种情况下，频率偏差值在这种情况下，频率偏差值f f决定于决定于P PL L值的大小，一般是相当大的。值的大小，一般是相当大的。f第37页/共128页（2 2）实际上各发电机组均装有调速器 当系统负荷增加，频率开始下降后，调速器动作，以增加机组的输入功率P PT T。经过一段时间后，运行点稳定在3 3点，这时系统负荷所取用的功率为P PL3L3，其值小于额定频率下所需的功率P PL2L2，频率稳定在f f3 3。此时的频率偏差f f比无调速器时小得多。此时，发电机组增发的功率为：此时，发电机组增发的功率为：负荷的频率调节效应所产生的负荷功率变化为：负荷的频率调节效应所产生的负荷功率变化为：f负荷功率的实际增量为：负荷功率的实际增量为：负荷增量应同发电机组的功率增负荷增量应同发电机组的功率增量相平衡，即：量相平衡，即：第38页/共128页上式说明，系统负荷增加时，在发电机组功频特性和负荷本身的调节效应共同作用下，又达到了新的平衡。一方面，负荷增加，频率下降，发电机组按照有差调节特性增加输出；另一方面，负荷实际取用的功率也因频率下降而有所减少。K K称为称为系统的功频特性系数系统的功频特性系数,或或系统的单位调节功率系统的单位调节功率。第39页/共128页第40页/共128页五、电力系统的频率调整 1 1、一次调频的概念：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调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动力元素，改变输入原动机的功率，使系统频率维持在某一值运行，这就是电力系统频率的一次调整，也称为一次调频。（一）一次调频第41页/共128页 2 2、一次调频的情况、一次调频的情况:f结论：结论：以以K K*为基础的一次调频的作用是有限的，它只适用于变为基础的一次调频的作用是有限的，它只适用于变化幅值小、变化周期短的负荷，对于变化幅值较大、变化幅值小、变化周期短的负荷，对于变化幅值较大、变化周期较长的负荷。化周期较长的负荷。一一次调频不能保证频率偏移在运行次调频不能保证频率偏移在运行范围之内。范围之内。在这种情况下，需要发电机的转在这种情况下，需要发电机的转速控制机构（调频器）来进行频速控制机构（调频器）来进行频率的二次调整。率的二次调整。第42页/共128页（二）二次调频 1 1、二次调频概念：当机组负荷变动引起频率变化时，利用同步器（调频器）平移机组工频特性来调节系统频率，称为电力系统频率的二次调节，也称为二次调频。第43页/共128页 通过伺服电动机改变D点的位置，就可以达到将调速器特性上下平移的目的。当转速给定装置推动D点向上移动时，由于机组转速和油动机活塞的位置尚未来的及变化，A,B,C,F各点都不会动。这样，D点向上移动，就以F点为轴推动E点向下移动，引起错油门凸肩下移，压力油进入油动机活塞下腔，引起阀门开度增大，机组转速增加，A点上移,C、F点上移，E点上移，直到错油门完全堵住高压油入口，调节过程结束。显然调节过程结束后，发电机组的转速升高了。D第44页/共128页进行二次调频时：在同步器的作用下，机组的功频特性上移到PG2(f)，运行点也随之移到3点，此时的频率为f3。由图6.10可知，系统负荷的增量PL=PL2-PL1由三部分组成，可表示为：P PGG由由二二次次调调频频而而得得到到的的发发电电机机组组的的功功率率增增量量(图中图中4 45 5段段)-K-KGG f f由由一一次次调调频频而而得得到到的的发发电电机机组组的的功功率率增增量量(图中图中1 14 4 段段)；-K-KL L f f由负荷本身的调节效应所得到的功率由负荷本身的调节效应所得到的功率增量增量(图中图中5 56 6段段)。2 2、调节过程、调节过程当负荷增加当负荷增加P PL L=P PL2L2-P PL1L1时，即负荷由时，即负荷由P PL1L1增加到增加到P PL2L2时，时，未进行二次调频时：未进行二次调频时：运行点将移到运行点将移到2 2点点，系统频率将下降到，系统频率将下降到f f2 2，第45页/共128页进一步进行二次调频时：在同步器的作用下，机组的功频特性上移到PG3(f)，运行点也随之移到6点，此时的频率恢复为fN，这样就实现了无差调节。结论结论1 1：通过二次调节，系统：通过二次调节，系统负荷的变化负荷的变化P PL L就完全由等就完全由等效机组输入功率的增加承担效机组输入功率的增加承担了，即：了，即：第46页/共128页结论2：（1）在多台发电机组并联运行的电力系统中，当负荷变化时，配置了调速器的机组，只要还有可调的容量，都毫无例外地按静态特性参加频率的一次调整。（2）而频率的二次调整一般只是由一台或少数几台发电机组(一个或几个厂)承担，这些机组(厂)称为主调频机组(厂)。第47页/共128页本节小结掌握掌握电力系统负荷的功率电力系统负荷的功率频率特性的概念、方程频率特性的概念、方程式，掌握负荷调节效应系数的含义。式，掌握负荷调节效应系数的含义。掌握发电机组的功率掌握发电机组的功率频率特性频率特性的概念、方程式，的概念、方程式，掌握发电机的调差系数和功率频率静态特性系数掌握发电机的调差系数和功率频率静态特性系数的含义，掌握调差特性与机组间有功功率分配的关的含义，掌握调差特性与机组间有功功率分配的关系；了解调节特性的失灵区对静态特性的影响；系；了解调节特性的失灵区对静态特性的影响；掌握电力系统功频特性的概念，电力系统功频特性掌握电力系统功频特性的概念，电力系统功频特性系数的含义。系数的含义。掌握电力系统的频率调整，一次调频和二次调频的掌握电力系统的频率调整，一次调频和二次调频的概念。概念。第48页/共128页第二节第二节 调频与调频方程式调频与调频方程式调频与调频方程式调频与调频方程式 主要内容：主要内容：了解调频有哪几种方法；了解调频有哪几种方法；掌握积差调频方法；掌握积差调频方法；掌握改进积差调频方法；掌握改进积差调频方法；第49页/共128页 注意：注意：调频指的是二次调频：调频指的是二次调频：利用自动改变功率给定值利用自动改变功率给定值 P PC C，即上下平移调速器的调节特性来调节系统频率。，即上下平移调速器的调节特性来调节系统频率。调速器的控制电动机称为同步器或调频器。调速器的控制电动机称为同步器或调频器。第二节调频与调频方程式调频与调频方程式第50页/共128页第二节 调频与调频方程式第51页/共128页第二节调频与调频方程式调频与调频方程式一、电力系统自动调频方法 （1 1）有差调频法 （2 2）主导发电机法 （3 3）积差调节法第52页/共128页一、有差调频法 有差调频法指系统中的调频机组用有差调频器并联运行，达到系统调频的目的。1、调频方程式：有差调频器的稳态工作特性可以用下式表示，即 第二节调频与调频方程式调频与调频方程式 f、Pc调频过程结束时系统频率的增量与 调 频机组有功功率的增量。R 有差调频器的调差系数第53页/共128页2、调频过程：调频器的调整是向着满足调频方程式的方 向进行的。第二节调频与调频方程式第54页/共128页3、机组间有功功率的分配：当系统中有 n 台机组参加调频：第二节调频与调频方程式第55页/共128页设系统的负荷增量（即计划外的负荷）为PL，则调节过程结束时，必有：第二节调频与调频方程式上式也可以写为：则每台调频机组所承担的计划外负荷为：第56页/共128页 4、优缺点：（1）各机组同时参加调频，没有先后之分；（2）计划外负荷在调频机组间是按一定的比例分配的；（3）频率稳定值的偏差较大。第二节调频与调频方程式第57页/共128页二、主导发电机法无差调频器虽具有频率偏差值为零的优点，但无差调频器不能并联运行。为此，只可在一台主要的调频机组上使用无差调频器，而在其余的调频机组上均只安装功率分配器，这样的调频方法称为主导发电机法。1、调频方程式：第二节调频与调频方程式第58页/共128页第二节调频与调频方程式第59页/共128页第二节调频与调频方程式第60页/共128页4、优缺点：1）各调频机组间的出力也是按照一定的比例分配 的。2）在无差调频器为主导调频器的主要缺点是各机组 在调频过程中的作用有先有后，缺乏“同时性”。第二节调频与调频方程式第61页/共128页二、积差调频法积差调节法是根据系统频率偏差的累积值调节频率的。1 1、先假定系统中由一台发电机组进行频率积差：（1 1）调节方程式为：系统频率偏差；系统频率偏差；调频机组的有功出力增量；调频机组的有功出力增量；调频功率比例系数；调频功率比例系数；积分控制增益。积分控制增益。第62页/共128页（2）调节过程在0t1时段内：f=fN，f=0，则有设t1时出现了计划外负荷增量:在t1 t2时段内：ffN，fff fN N，f 0f 0，即调频机组有功出力减小，直至t4时刻，调频机组出力增量又与计划外负荷变化相等，调节过程又一次结束。第64页/共128页(3)(3)积差调节法的特点积差调节法的特点 随着负荷的变化，频率发生变化，产生频率偏差，即随着负荷的变化，频率发生变化，产生频率偏差，即 。就不断积累，调频器动作移动调速器调节特性，改就不断积累，调频器动作移动调速器调节特性，改变进入机组的进汽变进入机组的进汽(或进水或进水)量，使频率力求恢复额定值，频量，使频率力求恢复额定值，频率调节过程只能在率调节过程只能在f=0f=0时结束。时结束。此时系统中的功率达到新的平衡。此时系统中的功率达到新的平衡。推广到电力系统中，采用多台发电机组进行积差调频时，调推广到电力系统中，采用多台发电机组进行积差调频时，调节方程式为：节方程式为：第65页/共128页2 2、采用多台发电机组进行积差调频时、采用多台发电机组进行积差调频时：（1 1）调节方程式为）调节方程式为 由于各机组的f是相等的。设系统计划外负荷为PL，则 式（6-38）第66页/共128页(2)(2)每台调频机组承担的计划外负荷为每台调频机组承担的计划外负荷为:上式表明，调节过程结束后，各调频发电机组按一定上式表明，调节过程结束后，各调频发电机组按一定比例分担了系统计划外负荷，使系统有功功率重新平比例分担了系统计划外负荷，使系统有功功率重新平衡，实现了无差调节。衡，实现了无差调节。第第i i台调频机组的台调频机组的有功功率分配系数有功功率分配系数第67页/共128页3 3、积差调节法的缺点：频率的积差信号滞后于频率瞬时值的变化，因此调节过程缓慢。不能保证频率的瞬时偏差在规定范围内。4 4、改进：通常不单纯采用积差调节，而是采用在频率积差调节的基础上，增加频率瞬时偏差调节信号，构成改进的频率积差调节方程。第68页/共128页三、改进的频率积差调频法三、改进的频率积差调频法1 1、调频方程式、调频方程式在频率积差调节的基础上增加频率瞬时偏差的信息在频率积差调节的基础上增加频率瞬时偏差的信息 PCi第i台机组承担的功率调节量；Ri第i台机组的调差系数；i第i 台机组调节功率的分配系数，k系统功率与频率的转换系数；第69页/共128页2 2、调频过程 当系统频率变化时，按f f 启动的调速器会使按积差工作的调频器先进行大幅度的调整 ,但不会达到额定频率；到频差累积到一定值时，调频器会取代调速器的工作特性，使调频按照式（6-386-38）调节，使频率稳定在 f fN N 。第70页/共128页在调节过程结束时f 必须为零。计划外负荷调节量:每台机组分担的容量：调节过程结束后，计划外负荷按照一定比例在调频机组间进行分配。调节过程结束后，计划外负荷按照一定比例在调频机组间进行分配。即第71页/共128页四、积差调频的实现四、积差调频的实现 积差调节法维持系统频率的精度取决于各调频机组的积差调节法维持系统频率的精度取决于各调频机组的频差积分信号数值频差积分信号数值 的一致性。的一致性。（一）集中调频制（一）集中调频制积差调节法的积差调节法的频差积分信号在电网调度中心集中产频差积分信号在电网调度中心集中产生生，即装设一套高精度频率发生器集中产生积差信，即装设一套高精度频率发生器集中产生积差信号，从而确定各调频电厂应该承担的负荷变化量，号，从而确定各调频电厂应该承担的负荷变化量，通过远动通道送给各调频电厂，各调频电厂再根据通过远动通道送给各调频电厂，各调频电厂再根据运行方式分配给各调频机组运行方式分配给各调频机组。第72页/共128页集中调频制的优点：集中调频制的优点：各调频电厂的频差积分信号是一致的；各调频电厂的频差积分信号是一致的；集中调频制的缺点：集中调频制的缺点：需要远动通道。需要远动通道。第73页/共128页（二）分散调频制（二）分散调频制 当采用多个调频电厂调频时，可以采用当采用多个调频电厂调频时，可以采用分散方式分散方式，即参与调频的电厂各有一套频差信号发生器，即参与调频的电厂各有一套频差信号发生器，就地就地产生产生 信号进行调频。信号进行调频。不用远动装置就可使计划外负荷在所有调频机组不用远动装置就可使计划外负荷在所有调频机组间按一定比例分配。间按一定比例分配。第74页/共128页为了使各调频机组所在地测得的f尽可能一致，避免频率偏差积分值的差异而造成功率分配上的误差，所以对标准频率的要求比较高，通常用石英晶体振荡器经分频后得到。第75页/共128页五、分区调频法第76页/共128页本节小结本节小结有差调频法有差调频法主导发电机法主导发电机法积差调频与改进积差调频方法；积差调频与改进积差调频方法；积差调频方法的实现。积差调频方法的实现。分区调频法分区调频法第77页/共128页第三节 电力系统的经济调度与自动调频 思想思想1 1：最经济的分配负荷是：当系统负荷增加时，使最经济的分配负荷是：当系统负荷增加时，使效率最好的机组先增加负荷，直至其最高效率；效率最好的机组先增加负荷，直至其最高效率；然后再让效率次之的机组也增加负荷直到其最高然后再让效率次之的机组也增加负荷直到其最高效率时的负荷为止，以此类推。效率时的负荷为止，以此类推。最经济的分配是按等微增率分配负荷。不经济实践证明第78页/共128页一、等微增率分配负荷的基本概念 微增率是指输入耗量微增量与输出功率微增量的比值。等微增率法则就是运行的发电机组按微增率相等的原则来分配负荷，这样就可使系统总的燃料消耗（或费用）为最小。第三节 电力系统的经济调度与自动调频第79页/共128页第三节 电力系统的经济调度与自动调频第80页/共128页对应于某一输出功率时的微增率就是耗量特性曲线上对应于该功率点切线的斜率，即 b耗量微增率（或简称微增率）；F输入耗量微增量P输出功率微增量第三节 电力系统的经济调度与自动调频第81页/共128页以两台机组并联运行为例，说明等微增量法则：第三节 电力系统的经济调度与自动调频第82页/共128页等微增量法则数学推导：设有n台机组，每台机组承担的负荷为P1，P2，Pn，对应的燃料消耗为F1，F2，Fn，则总的燃料消耗为：第三节 电力系统的经济调度与自动调频而总负荷功率PL为：用拉格朗日乘子法则来求解：第83页/共128页取拉格朗日方程第三节 电力系统的经济调度与自动调频这里功率平衡就是相应的约束条件，即（3-31）第84页/共128页使总燃料消耗最小的条件是（3-31）式对功率的偏导数为零。即第三节 电力系统的经济调度与自动调频因PL是常数，同时各机组的输出功率又是相互无关的，所以或第85页/共128页设每台机组都是独立的，那