电力频率调整及控制

频率与有功功率平衡

电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有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。

但是，电力系统的负荷是时刻变化的，从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内，就需要及时调节系统内并联运行机组的有功功率。

频率质量是电能质量的一个重要指标。中国《电力工业技术管理法规》规定，大容量电力系统的频率偏差不得超过，一些工业发达国家规定频率偏差不得超过。

说明电力系统元件及整个系统的频率特性，介绍电力系统调频的基本概念。

12.1.2.1负荷频率特性

负荷的频率静态特性：在没有旋转备用容量的电力系统中，当电源与负荷推动平衡时，则频率将立即发生变化。由于频率的变化，整个系统的负荷也将随着频繁率的的变化而变化。这种负荷随频率的变化而变化的特性叫做负荷的频率静态特性。

综合负荷与频率的关系可表示成：

由于电力系统运行中，频率一般在额定频率附近，频率偏移也很小，因此可将负荷的静态频率特性近似为直线，如下图所示。

12.1.2.2发电机组频率特性

发电机组的频率静特性：当系统频率变化时，发电机组的高速系统将自动地改变汽轮机的进汽量或水轮机的进水量以增减发电机组的出力，这种反映由频率变化而引起发电机组出力变化的关系，叫发电机调速系统的频率静态特性。

发电机组的功率频率静态特性如下图：在不改变发电机调速系统设定值时，发电机输出功率增加则频率下降，而当功率增加到其额定功率时，输出功率不随频率变化。图中向下倾斜的直线即为发电机频率静态特性，而①和②表示发电机出力分别为PG1和PG2时对应的频率。

等值发电机组（电网中所有发电机组的等效机组）的功率频率静态特性如下图所示，它跟发电机组的功率频率静态特性相似。

12.1.2.3电力系统频率特性

电力系统的频率静态特性取决于发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性，由发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性可以经推导得出：

式中――电力系统有功功率变化量的百分值：

――系统频率变化量百分值；

――为备用容量占系统总有功负荷的百分值。

12.1.2.4一次调频

一次调频：由发电机特性和负荷调节效应共同承担系统负荷变化，使系统运行在另一频率的频率调整称为频率的一次调整。

对于下图：L1和L2为负荷增长前后的负荷频率特性，G1为等效发电机的出力频率特性。

频率一次调整的结果：发电机有功功率增加了PL2-PL1，负荷调节效应是负荷吸取的有功功率相对于原频率下的功率少吸收PL3-PL2，系统频率降低到f2，系统运行点为b点。

12.1.2.5二次调频

二次调频：当系统负荷变化较大，通过改变发电机调速系统的设定值使系统频率恢复到额定频率的调整过程称为频率的二次调整，也称二次调频。

对于下图：L1和L2为负荷增长前后的负荷频率特性，G1和G2为发电机调速系统调节前后的出力频率特性。

当系统负荷变化较大，频率的一次调整的结果使系统频率过高或过低时，需要改变发电机调速系统的设定值，使系统频率恢复到额定频率。对于下图，负荷由L1变为L2，等效发电机特性由G1变为G2, 系统频率回到f1。相比于一次调频，负载增大了PL3-PL2，发电机出力增加了PL3-PL2。

12.1.2.6联合电力系统调频

、分别为联合前A、B两系统的负荷调节效应系数。为使讨论的结论更

有普遍意义，设A、B两系统中均设有进行二次调整的电厂，它们的功率变量分别为、，

A、B两系统的负荷变量分别为、。

设联络线上的交换功率由A向B流动时为正值。于是，在联合前，对A 系统：

对B系统：

联合后，通过联络线由A向B输送的交换功率，对A系统也可看作是一个负荷，从而

对B系统，这交换功率也可看作是一个电源，从而

联合后，两系统的频率应相等，即实际上应有，可得

或：

以此式代入式（12-6）或（12-7），又可得

令、。、分别为A、B两系统的功率缺额，则式（12-6）-（12-9）可改写为

由式（12-12）可见，联合系统频率变化取决于这两部分系统总的功率缺额和每部分系统的单位调节功率，这理应如此，因两系统联合后，本应看作一个系统。由式（12-13）可见，如A系统没有功率缺额，即，则。

这种情况下，虽可以保持系统的频率不变，B系统的功率额或A系统增发功率都要通过联络线由A向B 传输，此时必须注意联络线上的功率是否过载。

阐述电力系统调峰、调频的基本原理和方法。

12.2.1.1备用容量概念

备用容量：备用容量包括负荷备用容量、事故备用容量、检修备用容量。电网的总备用容量不宜低于最大发电机负荷的20%。

冷备用：电网需要时，随时能启动投入的备用机组容量。

热备用：备用单元已经通电、准备使用和作好连接，一旦主用单元失效，该备用单元能立即投入使用的配置。

旋转备用：特指运行正常的发电机维持额定转速，随时可以并网，或已并网但仅带一部分负荷，随时可以加出力至额定容量的发电机组。

事故备用：是在电力系统中发电设备发生偶然故障时，为保证向用户正常供电而设置的备用。一般为最大发电容量的10%左右，但不小于电网中一台最大发电机组的容量。

检修备用：是为系统内发电设备定期检修而设置的。一般应当结合电网负荷特点，水、火电比例，设备质量，检修水平等情况确定，一般宜为最大发电负荷的8%~15%。

12.2.1.2负荷曲线

电力系统的负荷曲线是指系统中负荷数值随时间而变化的特性曲线，可分为日、周、年负荷曲线和年持续负荷曲线。

日负荷曲线：表示负荷数值在一昼夜0时至24时内的变化情况。

周负荷曲线:表示一周内每天最大负荷的变化状况。

年负荷曲线：表示一年内各月最大负荷的变化状况。

年持续负荷曲线：全年负荷按大小排队，并作出对应的累计持续运行小时数，从最小负荷开始，依次将各点负荷连成曲线。

分析影响发电出力的主要因素。

12.2.2.1影响发电出力的因素

影响发电机出力的因素：电力系统在一定时期限内所有发电机组最大可能出力的总和，又称最大可能出力。发电机组的最大可能出力有时小于其铭牌出力，它们之间的差额称为受阻容量。受阻容量主要由以下条件决定：

①机组本身存在缺陷；

②辅助设备与主机不配套或部分辅助设备发生故障；

③炎热季节循环冷却水温较高使汽轮机达不到额定出力；

④供热机组当热负荷较小时；

⑤水轮发电机组当水头降低时或受放水量限制不能发电时；

⑥输变电设备与发电设备不配套或电力系统结构不合理，使发电厂送出

的容量受限制而不能满发；

⑦燃料暂时短缺等。

受阻容量随着季节的变化或运行条件的改变，电力系统最大可能出力也随之变化。