电力系统频率 及有功功率自动控制
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电力系统自动化---第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节
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备用容量的分类
按作用分： (1)负荷备用：满足负荷波动、 计划外的负荷增量 2%~5% (2)事故备用：发电机因故退 出运行而预留的容量 5%~10% (3)检修备用：发电机计划检 修4%~5% (4)国民经济备用：满足工农 业超计划增长3%~5% 按其存在形式分：
(1)热备用
(2)冷备用
8
二、电力系统的频率特性
PG K G f
PD ( f )
f f1 f2 A B
PG
PD 0
( f ) PD
C
PD
PD K D f
负荷功率的实际增量：
PD0 PD PD0 K D f
它同发电机功率增量平衡：
P1 P2
P
PD0 PD PG
PD0 PG PD ( K G K D )f Kf
28
一、 各类发电厂的运行特点
2 水电厂
（1）不需燃料费，但一次投资大
（2）出力调节范围比火电机组大
（3）启停费用低，且操作简单
（4）出力受水头影响 （5）抽水蓄能 （6）必须释放水量－－强迫功率
29
一、 各类发电厂的运行特点 3 核电厂
（1）最小技术负荷小，为额定负荷10～15％。
（2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费
二、目标函数和约束条件
• 有功负荷最优分配的目的：在满足对一定量负荷持续 供电的前提下，使发电设备在生产电能的过程中单位 时间内所消耗的能源最少。 • 满足条件：
等式约束 f(x、u、d)=0 不等式约束 g(x、u、d)≤0
使
目标函数
F=F(x、u、d) 最优
35
1 目标函数 • 系统单位时间内消耗的燃料（火电机组）
电力系统频率和有功功率控制
第四章 电力系统频率和有功功率控制第一节 电力系统频率和有功功率调整的必要性一、 电力系统频率与有功功率的关系 频率、电压是电网电能质量的二大指标。
频率变化原因：负荷变动导致有功功率的不平衡。
变化过程：负荷变化→发电机转速变化→频率变化→负荷的调节效应→新频率下达到平衡。
消除偏移：原动机输入功率大小随负荷变动而改变。
结论：① 电网仅一个频率；② 电网可在偏离额定频率下稳定运行；（0.2Hz ） ③ 频率调整依靠有功进行调整；④ 维持电网频率，调速器调整原动机输入，跟踪负荷变化。
⑤ 转速与频率关系：60pn f二、 电网频率对电能用户及电力系统的影响 对用户影响：① 异步机：转速变化影响产品质量；电机输出功率变化影响输出功率大小。
② 电子测量设备：影响测量精度。
③照明、电热负荷：影响小。
对电网影响：①汽轮机叶片：振动、裂纹，影响寿命。
②火电厂：低于48Hz→辅助电机（送风、给水、循环、磨煤等）出力下降→锅炉、汽轮机出力下降→有功出力下降→频率进一步下降→恶性循环（频率雪崩）。
③电网电压：频率下降→异步机、变压器励磁电流增大，无功损耗增大。
发电机励磁电压下降→系统电压下降→有可能导致系统电压雪崩（大面积停电）。
④核电厂：频率下降→冷却介质泵跳开→反应堆停运。
第二节同步发电机调速器基本原理一、机械液压调速器（离心式调速器）原理简介组成: 测速环节、执行放大环节、转速给定装置①测速环节：主轴带动的齿轮传动机构和离心飞摆。
转速n上升→ A点上移（升高）；转速n下降→A点下移（降低）；②执行放大环节：错油门＋油动机。
稳定状态：错油门活塞堵死油动机活塞二个油管路，油动机上下油压相等，调节汽阀开度不变。
F上升→上管进油→活塞向下→汽阀开度减小→转速下降；F下降→下管进油→活塞向上→汽阀开度增大→转速上升；放大作用：小力量作用于F点，通过高压油作用，在活塞出生较大作用力。
③转速给定装置：同步器。
控制电机的正转、反转，使D点上下移动。
5电力系统的有功功率和频率调整
2. 电力系统经济调度的数学模型
2) 等式约束条件：有功功率必须保持平衡的条件。 对于每个节点：
对于整个系统：
若不计网损：
2. 电力系统经济调度的数学模型
3) 不等式约束条件：为系统的 运行限制。
4) 变量：各发电设备输出有功功率。
3. 电力系统经济调度问题的求解
一般用拉格朗日乘数法。 现用两个发电厂之间的经济调度来说明，问题 略去网络损耗。 1) 建立数学模型。
3. 电力系统经济调度问题的求解
2) 根据给定的目标函数和等式约束条件建立一个新的 、不受约束的目标函数——拉格朗日函数。
3) 对拉格朗日函数求导，得到最小值时应有的三个条 件：
（1）
3. 电力系统经济调度问题的求解
4) 求解（1）得到：
这就是著名的等耗量微增率准则，表示为使总耗量 最小，应按相等的耗量微增率在发电设备或发电厂 之间分配负荷。 5) 对不等式约束进行处理 ❖ 对于有功功率限制，当计算完后发现某发电设备越 限，则该发电设备取其限制，不参加最优分配计算 ，而其他发电设备重新进行最优分配计算。 ❖ 无功功率和电压限制和有功功率负荷的分配没有直 接关系，可暂时不计，当有功功率负荷的最优分配 完成后计算潮流分布在考虑。
4. 用迭代法求解电力系统经济调度问题
1) 设耗量微增率的初值 ； 2) 求与 对应的各发电设备应发功率 ； 3) 校验求得的 是否满足等式约束条件：
4) 如不能满足，则如
，取
，取
，自2）开始重新计算。
5) 直到满足条件。
；如
例题
5. 等耗量微增率准则的推广运用
用于解决火力发电厂与水力发电厂之间的最优分配问 题。
2) 数学表达式：
KS：称为系统的单位调节功率，单位Mw/Hz。表示原动 机调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频 率下降或上升的多少。
AGC与一次调频讲义
A G C与一次调频讲义 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020自动发电控制AGC和一次调频0 前言根据电监会发布的《发电厂并网运行管理规定》（电监市场[2006]42号）和《并网发电厂辅助服务管理暂行办法》（电监市场[2006]43号）分别制定了两个文件：《××区域发电厂并网运行管理实施细则》和《××区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》（其中的××代表区域，如“华北”、“华东”），简称“两个细则”。
其中对AGC和一次调频的投入率、调节指标的考核标准进行了严格的规定。
1 定义电力系统频率和有功功率自动控制统称为自动发电控制（AUTO GENERATOR CONTROL 简称AGC）。
AGC是通过控制发电机有功出力来跟踪电力系统负荷变化，从而维持频率等于额定值，同时满足互联电力系统间按计划要求交换功率的一种控制技术。
基本目标包括使全系统的发电出力和负荷功率相匹配；将电力系统的频率偏差调节到零，保持系统频率为额定值；及控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，实现各区域内有功功率的平衡。
图1 AGC总体结构示意图主要有三个闭环控制：机组控制环、区域调节控制环和计划跟踪环，机组控制环由D CS自动实现；区域调节控制的目的是使区域控制误差调到零，这是AGC的核心；区域计划跟踪控制的目的是按计划提供发电基点功率。
2 简介AGC作为能量管理系统（EMS）的子系统与数据采集系统（SCADA）结合，以AGC/EDC软件包的形式成为SCADA/AGC-EDC系统，实现电网自动调频和有功功率经济分配等功能。
SC ADA软件系统是AGC软件系统的“工作平台”，其信号主要有三类：遥测信号是被控发电机和区域联络线的有功功率信号经电厂远动终端装置（RTU）、A/D转换送调度中心作为模拟量测量信号；遥信信号指AGC投/切和发电机开/停状态的开关量信号，该类信号经R TU按5us周期扫查送调度中心；遥控信号即中调遥调指令（ADS），该指令由AGC程序运算产生。
第三章电力系统频率及有功功率的自动调节_电力系统自动化
在稳态下，配有调速器的发电机组转速n与所带有功功率P的关系..
n no nN n △f △P f
若发电机组原在（PN，nN） 点，当有功变化为P时，调 速器调节后，机组运行在 （P，n）,n≠ nN因此又称为 有差调节特性。
PN
P
PG
1.速度变动率R（调速系统静态特性的斜率）： 当发电机有功功率从0增加到PN时，转速从n0 变到nN, R=no-nN
b1＞b2:1号机组的功率减少 △P,其功率变为P1 ,相应的微增率 减小至b1 ;2号机组增加相同的△P,其功率变为P2 相应的微增率 增大至b2 1号机组减少的燃料消耗费用大于2号机组增加的消耗费用, 负荷转移可使消耗费用减少,当b1等于b2时,总的燃料消耗费用为
, , , ,
最小即最经济.
系统中并联运行的发电机组经济调度的准则是: 各机组的微增率相等
负荷变化较大时，调整结束时频率与额定值偏差较大——调节结果有差； 频率的二次调整通过调频器反应系统频率变化，调节原动力阀门开度
调节转速，表现为一条调节特性上、下平移，可以保证调整结束时频率与 额定值偏差很小或趋于零——调节结果是无差的；
复习思考
• • • 1.频率和有功功率调节的主要任务是什么? 2.在电力系统中,有了调速器对频率的一次调节, 为什么还要引入调频器,进行二次调节? 3.调速器的失灵区对频率调整有何影响?
×100%
nN
2.发电机组的频率调节方程 :
Δf* + R* · ΔPf* = 0
(三)调节特性的失灵区ε（迟缓率）
1．定义：由于测量元件的不灵敏性, 调速系统对于微小的转速
变化不能反应,调节特性实际上是一条具有一定宽度
f
不灵敏的带子, 称为失灵区。
n no nN n △f △P f
若发电机组原在（PN，nN） 点，当有功变化为P时，调 速器调节后，机组运行在 （P，n）,n≠ nN因此又称为 有差调节特性。
PN
P
PG
1.速度变动率R（调速系统静态特性的斜率）： 当发电机有功功率从0增加到PN时，转速从n0 变到nN, R=no-nN
b1＞b2:1号机组的功率减少 △P,其功率变为P1 ,相应的微增率 减小至b1 ;2号机组增加相同的△P,其功率变为P2 相应的微增率 增大至b2 1号机组减少的燃料消耗费用大于2号机组增加的消耗费用, 负荷转移可使消耗费用减少,当b1等于b2时,总的燃料消耗费用为
, , , ,
最小即最经济.
系统中并联运行的发电机组经济调度的准则是: 各机组的微增率相等
负荷变化较大时，调整结束时频率与额定值偏差较大——调节结果有差； 频率的二次调整通过调频器反应系统频率变化，调节原动力阀门开度
调节转速，表现为一条调节特性上、下平移，可以保证调整结束时频率与 额定值偏差很小或趋于零——调节结果是无差的；
复习思考
• • • 1.频率和有功功率调节的主要任务是什么? 2.在电力系统中,有了调速器对频率的一次调节, 为什么还要引入调频器,进行二次调节? 3.调速器的失灵区对频率调整有何影响?
×100%
nN
2.发电机组的频率调节方程 :
Δf* + R* · ΔPf* = 0
(三)调节特性的失灵区ε（迟缓率）
1．定义：由于测量元件的不灵敏性, 调速系统对于微小的转速
变化不能反应,调节特性实际上是一条具有一定宽度
f
不灵敏的带子, 称为失灵区。
电力系统频率及有功功率的自动调节与控制
二、电力系统负荷调节效应
1、当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变。 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。
2、电力系统中各种有功负荷与频率的关系 (1) 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。它们从系统中吸收有功功率而不受频率变化的影响。
PL a0 a1 f a2 f2 a3 f3
0.35 0.4 0.96 0.1 0.962 0.15 0.963
0.35 0.384 0.092 0.133 0.959
PL % (1 0.959) 100 4.1
KL
PL % f %
4.1 4
1.025
电力系统自动化
Pc
PB
B K
保持不变
电力系统自动化
第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节
积差调节法的特点是调节过程只能在 结束， 常数， 此常数与计划外负荷成正比。
3、机组间的有功功率分配 多机组采用积差调频法调频时，可采用集中式、分散式两种形式。
电力系统自动化
第三节 电力系统调频与自动发电控制
调频方程组
由于系统中各点的频率是相同的，各机组
m PTi 1
m PGi 1
PL
d dt
m (Wki )
1
系统的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， 因此调频与有功功率是不可分开的。
第一节 电力系统频率特性
频率降低较大时，对系统运行极为不利，甚至会造成严重后果。
（1）对汽轮机的影响，当频率低至45HZ时，个别的叶片可能发生共 振而引起断裂事故。 （2）发生频率崩溃现象。 （3）发生电压崩溃现象，系统运行的稳定性遭到破坏，最后导致系 统瓦解。
第五章电力系统频率及有功功率的自动调节
•若系统负荷增长到3650MW时,则有
•KL = 1.5 × ( 3650 / 50 ) = 109.5 ( MW / HZ )
•* 由此可知, KL的数值与系统的负荷大小有关.
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
三、发电机组的功率——频率特性
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
三、发电机组的功率——频率特性
•f
•PL = f(f)
•PL1 = f(f)
•fN
•a
•d
•f2 •f3
•b
•c •ΔPL
•PG=f(f)
•无调速 •有调速
•到状态b，PL未变，PG没增 加
•ΔPL2 •ΔPL1
•到状态c，再调可以到状态d
•PL
•PL2•PL1
•P
•调速器的调节作用被称为一次调节。 第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•4 电液转换及液压系统 •电液转换器把调节量由电量转换成非电量油压。液 压系统由继动器、错油门和油动机组成。
•5 调速器的工作
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•三 数字式电液调速器
•控制电路部分的功能用微机实现。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
• • 主机根据采集到的实时信息，按预先确定的控制 规律进行调节量计算，计算结果经过D/A变换输 出去控制电/液压转换，再由液压伺服系统控制原 动机的输入功率，完成调速或调频的任务。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•第三节 电力系统频率调节系统及其特性
•一 调节系统的传递函数
▪ 传递函数是分析调节系统性 能的重要工具，电力系统的 频率和有功功率调节系统， 主要是由调速器、发电机与 原动机和电网环节组成，传 递函数分别讨论如下：
•KL = 1.5 × ( 3650 / 50 ) = 109.5 ( MW / HZ )
•* 由此可知, KL的数值与系统的负荷大小有关.
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
三、发电机组的功率——频率特性
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
三、发电机组的功率——频率特性
•f
•PL = f(f)
•PL1 = f(f)
•fN
•a
•d
•f2 •f3
•b
•c •ΔPL
•PG=f(f)
•无调速 •有调速
•到状态b，PL未变，PG没增 加
•ΔPL2 •ΔPL1
•到状态c，再调可以到状态d
•PL
•PL2•PL1
•P
•调速器的调节作用被称为一次调节。 第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•4 电液转换及液压系统 •电液转换器把调节量由电量转换成非电量油压。液 压系统由继动器、错油门和油动机组成。
•5 调速器的工作
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•三 数字式电液调速器
•控制电路部分的功能用微机实现。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
• • 主机根据采集到的实时信息，按预先确定的控制 规律进行调节量计算，计算结果经过D/A变换输 出去控制电/液压转换，再由液压伺服系统控制原 动机的输入功率，完成调速或调频的任务。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•第三节 电力系统频率调节系统及其特性
•一 调节系统的传递函数
▪ 传递函数是分析调节系统性 能的重要工具，电力系统的 频率和有功功率调节系统， 主要是由调速器、发电机与 原动机和电网环节组成，传 递函数分别讨论如下：
第五章电力系统有功功率和频率调整
❖ 受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整 范围较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄(高温 高压30%，中温中压75%)
❖ 机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能 量，易损坏设备
❖ 热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于 热负荷，为强迫功率
火电厂的效率
❖中温中压 ❖高温高压 ❖超高压力 ❖超临界压力 ❖热电厂
内容
❖ 机组优化组合（简要介绍）
确定系统中需要运行多少机组，哪些机组运行， 以及什么时候运行。
❖ 经济功率分配（重点学习）
在已知机组组合的基础上，确定各机组的功率输 出，在满足机组、系统安全约束的同时，使系统 的运行最优化。
火电厂特点
❖ 需燃料及运输费用，但不受自然条件影响 ❖ 效率与蒸汽参数有关
❖ ④原子能电厂虽然可调容量较大，调整速度也不 亚于火电厂，但因其运行费用较低，通常都以满负 荷运行，一般不考虑用这类电厂调频。
❖ ⑤如果系统中有抽水蓄能电厂，首先应该考虑采 用这类电厂进行调频。
名词解释
❖ ALFC:自动负荷频率控制 ❖ AGC：自动发电控制 ❖ EDC：经济调度控制 ❖ ACE：区域控制偏差
，从6.80%下降到5.69%。
1997~2009年厂用电率变化情况
电源备用容量
❖ 有功功率平衡：
发电功率=厂用电+网损+综合用电负荷
❖ 有功电源的备用容量：
备用容量=发电机组的额定容量-发电功率
电源备用容量（按状态分类）
❖ 热备用：运转中的发电设备可能发的最大功 率与发电负荷之差(旋转备用)；
调整：减小进气量或进水量，进而减小作用在发 电机转子上的机械功率，机械功率=电磁功率， 转子达到额定转速，系统频率达到额定频率。
❖ 机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能 量，易损坏设备
❖ 热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于 热负荷，为强迫功率
火电厂的效率
❖中温中压 ❖高温高压 ❖超高压力 ❖超临界压力 ❖热电厂
内容
❖ 机组优化组合（简要介绍）
确定系统中需要运行多少机组，哪些机组运行， 以及什么时候运行。
❖ 经济功率分配（重点学习）
在已知机组组合的基础上，确定各机组的功率输 出，在满足机组、系统安全约束的同时，使系统 的运行最优化。
火电厂特点
❖ 需燃料及运输费用，但不受自然条件影响 ❖ 效率与蒸汽参数有关
❖ ④原子能电厂虽然可调容量较大，调整速度也不 亚于火电厂，但因其运行费用较低，通常都以满负 荷运行，一般不考虑用这类电厂调频。
❖ ⑤如果系统中有抽水蓄能电厂，首先应该考虑采 用这类电厂进行调频。
名词解释
❖ ALFC:自动负荷频率控制 ❖ AGC：自动发电控制 ❖ EDC：经济调度控制 ❖ ACE：区域控制偏差
，从6.80%下降到5.69%。
1997~2009年厂用电率变化情况
电源备用容量
❖ 有功功率平衡：
发电功率=厂用电+网损+综合用电负荷
❖ 有功电源的备用容量：
备用容量=发电机组的额定容量-发电功率
电源备用容量（按状态分类）
❖ 热备用：运转中的发电设备可能发的最大功 率与发电负荷之差(旋转备用)；
调整：减小进气量或进水量，进而减小作用在发 电机转子上的机械功率，机械功率=电磁功率， 转子达到额定转速，系统频率达到额定频率。
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ACE A = ΔPtA + β A Δf A ACE B = ΔPtB + β B Δf B
ACE A = ΔPtA + β A Δf A ACE B = ΔPtB + β B Δf B
相应控制功率
ΔPGA = − K A ∫ (ΔPtA + β A Δf A )dt ΔPGB = − K B ∫ (ΔPtB + β B Δf B )dt
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
( 二 ) 频率联络线路功率偏差控制 (TBC)
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
五、电力系统的频率特性 •一次调频为有差调节，稳 定点为c点，Δf下降。
改变调节器整定 值，增加ΔPL1，系统 频率恢复为fe,增量 ΔPL全部由发电机承 担，称为二次调频。
•
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二次调频动态过程
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
负荷功率-频率特性：
⎛ f ⎞ ⎛ f ⎞ ⎛ f ⎞ ⎛ f ⎞ PL = a0 PLN + a1 PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ + a2 PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ + a3 PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ + L + an PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ ⎝ N⎠ ⎝ N⎠ ⎝ N⎠ ⎝ N⎠
3。
1 Δf ΔPΣ = − × PΣN RΣ f N ，Δ 频率调整的结果，由
f≠0，即调整的结果不能保持原有系统频 率，调整是有差的，并且系统有功功率变 化量ΔPΣ愈大，Δf也愈大。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
一次调频动态过程特点：
4。 有功功率变化量按一定比例在 各调频机组间分配。各调频机组所 承担的有功功率变化量与该机组的 调差系数成反比，改变调差系数可 改变该调频机组承担的有功功率变 化量。
P L* =α 0 +α 1 f* +α f +α f
2 2 *
2 3 *
=0.2+0.5*0.99+0.1*0.992 +0.2*0.993 =0.987
ΔPL % = (1 − 0.987) *100 = 1.3
K L*
ΔPL % 1.3 = = = 1 .3 Δf % 1
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
Δf mf + mP ΔP = ΔU或ΔI PID调节将两差值综合 R
调节的结果是使方程右边的调节量为零 , 调节结束。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第三节 电力系统自动调频方法 一、虚有差调节法 各调频机组调节准则为：
Δf + RG1 ( Pc1 − α1 ∑ Pk ) = 0
k =1 i i
二、负荷功率-频率特性 计算方法的比较： 也可以采用对PL*求导方式求KL*
K L∗ dPL∗ 2 = = a1 + 2a2 f ∗ + 3a3 f ∗ + L + nan f ∗n −1 df ∗
= 0.5 + 2 × 0.1 × 0.99 + 3 × 0.2 × 0.99 2 = 1.286
对比两者结果，可以看到 由小变化求KL*与用求导方式 结果的不同。实际电力系统的 负荷频率调节效应系数不是一 个常数，而随着所选频率点不 同而不同。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
三、发电机组功率-频率特性 (一）发电机组功率-频率特性曲线（有差调节特性） 发电机组调差系数
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 发电机组静态 调节方程
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
三、发电机组功率-频率特性 发电机组调差系数 调差系数的倒数表示为KG* 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： 汽轮发电机组 R*=4~6%或KG*=16.6~25； 水轮发电机组 R*=2~4%或KG*=25~50
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
四、调差特性与机组有功功率分配
1 Δf ΔPΣ = − × PΣN RΣ f N
等值机组有功调差系数
ΣPGiN RΣ = n PGiN ∑ i =1 Ri*
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
若干台发电机组并联运行，有功与无功的对偶关系
ΔP → Δf
有功调差系数
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
电力系统频率 及有功功率自动控制
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第一节 一、概述
电力系统的频率特性
负荷变动情况： • 随机分量 频率高，幅度小 • 脉动分量 周期10～30min， 幅度较大 • 持续分量 变化缓慢
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
K L∗
dPL∗ 2 = = a1 + 2a2 f ∗ + 3a3 f ∗ + L + nan f ∗n −1 df ∗
KL*称为负荷的频率调节效应系数 表达负荷标幺值相对频率标幺值的变化率。KL*越 大，表明频率变化一个百分点的负荷变化百分数越 大；KL*越小，则表明负荷变化小。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
五、电力系统的频率特性
a点运行，增ΔPL， 无调节器为b点； 有调节器为c点， Δf下降，频率下的 ΔPL由负荷减少ΔPL1 和发电机增加ΔPL2平 衡。 称为一次调频。 为有差调频
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
五、电力系统的频率特性
一次调频动态过程
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二．数字式电液调速器
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
调速器的工作 按发电机组是否并入电网两种情况来讨论调整器的 工作。 1。发电机组未并网时，功率测值及功率给定值信号 均为零。按 nEF-n 进行调节，给定转速给定值nREF 的对应电压。得电压差值 U Δn =mn(nREF-n) 电压差与(nREF-n)转速差成正比，与功率无关。经 频差放大器、 PID 调节等环节 , 由电液转换器去控 制调节汽阀的开度 , 改变机组的转速 , 使 (nREF-n） 值趋于零 , 转速 n 趋于给定转速为止 。
ΔQ → ΔU
无功调差系数
频率变化
Δf ∗ R∗ = − ΔPG ∗
电压变化
ΔU ∗ δ =− ΔQ∗
Δf ∗ = − RΣ∗ ΔPG ∗
等值机组有功调差系数
ΔU ∗ = −δ Σ ΔQ∗
等值机组无功调差系数
ΣPGiN RΣ = n PGiN ∑ i =1 Ri*
ΣQGiN δΣ = QGiN Σ
δi
二、负荷功率-频率特性 将有功负荷与频率关系曲线在额定频率附近小范围 直线化：斜率为
K L∗
ΔPL∗ = tgβ = Δf ∗
有名值表达：
ΔPL KL = ( MW / Hz ) Δf
换算关系：
K L∗
自动控制
二、负荷功率-频率特性 例7－1 某电力系统中，与频率无关的负荷占20 ％，与频率一次方成比例的负荷占50％，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49.5Hz时，负荷功 率变化的百分数及其相应的KL*值。 解：当频率下降到49.5Hz时系统的负荷为
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二、积差调节法（同步时间法） 1。分散自动调频 调节准则：多个电厂按频率偏差对时间的积分 进行调节。调节方程：
Δ fdt + k Δ P = 0 C ∫
或
ΔPC = − Ki ∫ Δfdt
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
1。分散自动调频（同步时间法）
负荷增大，频率下 降，出现 Δf < 0。左 端∫Δfdt 不断增加其 负值，使原有平衡状 态遭到破坏，调节器 增加机组的设定功率 ΔPc，直到 Δf = 0, 这 时 ∫Δfdt =常数 ，产 生ΔP1，调节过程结 束。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
( 二 ) 频率联络线路功率偏差控制 (TBC) 采用频率联络线路功率偏差控制 (TBC) 方式 , 不仅 要消除频差 (Δf=0) 而且还要消除联络线路中的交换功 率偏差 (ΔPt =0) 。这就是说 , 每个控制区负责本区域 的功率调整 , 通常把本区域调节作用的信号称为区域控 制误 差 ACE (Area Control Error)。
调节结束：
Δf = 0
各调频机组的出力
Pck = α k ∑ Pk
k =1 i
Δf + RG 2 ( Pc 2 − α 2 ∑ Pk ) = 0
： ：
k =1
i
Δf + RGi ( Pci − α i ∑ Pk ) = 0
k =1
按功率分配系数比例 承担功率。在调节过 程中是有差的。但调 节结果是无差的
第一节 一、概述
电力系统的频率特性
负荷变化必将导致电力系 统有功功率不平衡，（发电 机功率调节缓慢），系统频 率发生波动。 负荷变化对系统频率产 生的影响主要是脉动分量和 持续分量。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二、负荷功率-频率特性 负荷有功功率与频率关系分类： （1）与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电 阻炉、整流负荷等； （2）与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、 往复式水泵、压缩机、卷扬机等； （3）与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的 涡流损耗，但这种损耗在电网有功损耗中所占比重较 小； （4）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； （5）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。
ACE A = ΔPtA + β A Δf A ACE B = ΔPtB + β B Δf B
相应控制功率
ΔPGA = − K A ∫ (ΔPtA + β A Δf A )dt ΔPGB = − K B ∫ (ΔPtB + β B Δf B )dt
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
( 二 ) 频率联络线路功率偏差控制 (TBC)
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
五、电力系统的频率特性 •一次调频为有差调节，稳 定点为c点，Δf下降。
改变调节器整定 值，增加ΔPL1，系统 频率恢复为fe,增量 ΔPL全部由发电机承 担，称为二次调频。
•
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二次调频动态过程
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
负荷功率-频率特性：
⎛ f ⎞ ⎛ f ⎞ ⎛ f ⎞ ⎛ f ⎞ PL = a0 PLN + a1 PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ + a2 PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ + a3 PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ + L + an PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ ⎝ N⎠ ⎝ N⎠ ⎝ N⎠ ⎝ N⎠
3。
1 Δf ΔPΣ = − × PΣN RΣ f N ，Δ 频率调整的结果，由
f≠0，即调整的结果不能保持原有系统频 率，调整是有差的，并且系统有功功率变 化量ΔPΣ愈大，Δf也愈大。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
一次调频动态过程特点：
4。 有功功率变化量按一定比例在 各调频机组间分配。各调频机组所 承担的有功功率变化量与该机组的 调差系数成反比，改变调差系数可 改变该调频机组承担的有功功率变 化量。
P L* =α 0 +α 1 f* +α f +α f
2 2 *
2 3 *
=0.2+0.5*0.99+0.1*0.992 +0.2*0.993 =0.987
ΔPL % = (1 − 0.987) *100 = 1.3
K L*
ΔPL % 1.3 = = = 1 .3 Δf % 1
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
Δf mf + mP ΔP = ΔU或ΔI PID调节将两差值综合 R
调节的结果是使方程右边的调节量为零 , 调节结束。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第三节 电力系统自动调频方法 一、虚有差调节法 各调频机组调节准则为：
Δf + RG1 ( Pc1 − α1 ∑ Pk ) = 0
k =1 i i
二、负荷功率-频率特性 计算方法的比较： 也可以采用对PL*求导方式求KL*
K L∗ dPL∗ 2 = = a1 + 2a2 f ∗ + 3a3 f ∗ + L + nan f ∗n −1 df ∗
= 0.5 + 2 × 0.1 × 0.99 + 3 × 0.2 × 0.99 2 = 1.286
对比两者结果，可以看到 由小变化求KL*与用求导方式 结果的不同。实际电力系统的 负荷频率调节效应系数不是一 个常数，而随着所选频率点不 同而不同。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
三、发电机组功率-频率特性 (一）发电机组功率-频率特性曲线（有差调节特性） 发电机组调差系数
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 发电机组静态 调节方程
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
三、发电机组功率-频率特性 发电机组调差系数 调差系数的倒数表示为KG* 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： 汽轮发电机组 R*=4~6%或KG*=16.6~25； 水轮发电机组 R*=2~4%或KG*=25~50
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
四、调差特性与机组有功功率分配
1 Δf ΔPΣ = − × PΣN RΣ f N
等值机组有功调差系数
ΣPGiN RΣ = n PGiN ∑ i =1 Ri*
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
若干台发电机组并联运行，有功与无功的对偶关系
ΔP → Δf
有功调差系数
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
电力系统频率 及有功功率自动控制
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第一节 一、概述
电力系统的频率特性
负荷变动情况： • 随机分量 频率高，幅度小 • 脉动分量 周期10～30min， 幅度较大 • 持续分量 变化缓慢
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
K L∗
dPL∗ 2 = = a1 + 2a2 f ∗ + 3a3 f ∗ + L + nan f ∗n −1 df ∗
KL*称为负荷的频率调节效应系数 表达负荷标幺值相对频率标幺值的变化率。KL*越 大，表明频率变化一个百分点的负荷变化百分数越 大；KL*越小，则表明负荷变化小。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
五、电力系统的频率特性
a点运行，增ΔPL， 无调节器为b点； 有调节器为c点， Δf下降，频率下的 ΔPL由负荷减少ΔPL1 和发电机增加ΔPL2平 衡。 称为一次调频。 为有差调频
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
五、电力系统的频率特性
一次调频动态过程
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二．数字式电液调速器
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
调速器的工作 按发电机组是否并入电网两种情况来讨论调整器的 工作。 1。发电机组未并网时，功率测值及功率给定值信号 均为零。按 nEF-n 进行调节，给定转速给定值nREF 的对应电压。得电压差值 U Δn =mn(nREF-n) 电压差与(nREF-n)转速差成正比，与功率无关。经 频差放大器、 PID 调节等环节 , 由电液转换器去控 制调节汽阀的开度 , 改变机组的转速 , 使 (nREF-n） 值趋于零 , 转速 n 趋于给定转速为止 。
ΔQ → ΔU
无功调差系数
频率变化
Δf ∗ R∗ = − ΔPG ∗
电压变化
ΔU ∗ δ =− ΔQ∗
Δf ∗ = − RΣ∗ ΔPG ∗
等值机组有功调差系数
ΔU ∗ = −δ Σ ΔQ∗
等值机组无功调差系数
ΣPGiN RΣ = n PGiN ∑ i =1 Ri*
ΣQGiN δΣ = QGiN Σ
δi
二、负荷功率-频率特性 将有功负荷与频率关系曲线在额定频率附近小范围 直线化：斜率为
K L∗
ΔPL∗ = tgβ = Δf ∗
有名值表达：
ΔPL KL = ( MW / Hz ) Δf
换算关系：
K L∗
自动控制
二、负荷功率-频率特性 例7－1 某电力系统中，与频率无关的负荷占20 ％，与频率一次方成比例的负荷占50％，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49.5Hz时，负荷功 率变化的百分数及其相应的KL*值。 解：当频率下降到49.5Hz时系统的负荷为
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二、积差调节法（同步时间法） 1。分散自动调频 调节准则：多个电厂按频率偏差对时间的积分 进行调节。调节方程：
Δ fdt + k Δ P = 0 C ∫
或
ΔPC = − Ki ∫ Δfdt
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
1。分散自动调频（同步时间法）
负荷增大，频率下 降，出现 Δf < 0。左 端∫Δfdt 不断增加其 负值，使原有平衡状 态遭到破坏，调节器 增加机组的设定功率 ΔPc，直到 Δf = 0, 这 时 ∫Δfdt =常数 ，产 生ΔP1，调节过程结 束。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
( 二 ) 频率联络线路功率偏差控制 (TBC) 采用频率联络线路功率偏差控制 (TBC) 方式 , 不仅 要消除频差 (Δf=0) 而且还要消除联络线路中的交换功 率偏差 (ΔPt =0) 。这就是说 , 每个控制区负责本区域 的功率调整 , 通常把本区域调节作用的信号称为区域控 制误 差 ACE (Area Control Error)。
调节结束：
Δf = 0
各调频机组的出力
Pck = α k ∑ Pk
k =1 i
Δf + RG 2 ( Pc 2 − α 2 ∑ Pk ) = 0
： ：
k =1
i
Δf + RGi ( Pci − α i ∑ Pk ) = 0
k =1
按功率分配系数比例 承担功率。在调节过 程中是有差的。但调 节结果是无差的
第一节 一、概述
电力系统的频率特性
负荷变化必将导致电力系 统有功功率不平衡，（发电 机功率调节缓慢），系统频 率发生波动。 负荷变化对系统频率产 生的影响主要是脉动分量和 持续分量。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二、负荷功率-频率特性 负荷有功功率与频率关系分类： （1）与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电 阻炉、整流负荷等； （2）与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、 往复式水泵、压缩机、卷扬机等； （3）与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的 涡流损耗，但这种损耗在电网有功损耗中所占比重较 小； （4）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； （5）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。