第2章、电力系统的频率控制分解
ch07-2电力系统的频率质量控制-频率调整
• 其次，由配置了调速器的机组按静态特性承担 调频；
• 再次，由负荷的调节效应所产生的功率增量补 偿。
1台或少数几台机组
24
复习：一次调频
负荷频率调 一台机组的单 多台机组的等值 系统的单位 节效应系数 位调节功率 单位调节功率 调节功率
K
D
tg
f PA PB
KA
KB
• 联络线功率和频率偏差控制（TBC）：ACEi=0
ACEi ΔPTi KiΔf
31
上述分析方法可推广到多个系统经联络线组成的
互联系统： f Pi / ki
联络线上的功率，则可由单个系统的频率关系求 得。
调频计算例题：p336:例7-9
32
作业
• 7-31、32、35、38-41
22
PD0 PG (KGf ) (KDf )
PD0 PG (KGf ) (KDf ) (KG KD )f KSf 结论：
• 二次调频不能改变系统单位调节功率的值； • 二次调频增加了发电机的出力； • 可实现无差调节△f=0; • 相同负荷变化下，二次调频使频率偏移减少。
23
多台机组并联运行的电力系统
N
系
统
的
有
功
负
荷
αi:与频频率i次方成正比的负荷在PDN中所占的比例
( αi 1)
以PDN和fN为基准值
PD* 0 1 f *
2
f
2
*
3
f3 *
...
有功损耗占有功负荷的5-10%。 4
3、负荷的功-频特性及频率调节效应
PD
KDf
KD
PD f
第二章电力系统电压的自动调节
例2-1解：
一号机额定无功功率为
QG1=PG1tgφ1=25tg(arccos0.85)=15.49(Mvar) 二号机额定无功功率为
QG2=PG2tgφ2=50tg(arccos0.85)=30.99(Mvar)
因为两台机的调差系数均为0.05，所以公共母线上等值机 的调差系数Kadj也为0.05。
U /
K adj
Q1 Q2 15.49 30.99 0.046 Q Q 15.49 30.99 ( G1 G 2 ) K adj1 K adj2 0.04 0.05
例2-2 解（续）
母线电压波动为
U K adj Q 0.046 0.2 0.0092
无失灵区
励磁控制功能
2励磁功率单元
任务
要求
调节系统电压和本身无功 可靠性、调节容量
较强励磁能力 快速响应能力 頂值电压 电压上升速度
例2-1
某电厂有两台发电机在公共母线上并联运行， 一号机的额定功率为25MW，二号机的额定功率 为50MW。两台机组的额定功率因数都是0.85， 调差系数为0.05。如果系统无功负荷使电厂无功 功率的增量为它们总无功容量的20%，问各机组 承担的无功负荷增量是多少？母线上的电压波动 是多少？
增加20%，问各机组的无功负荷增量是多少？母线上的 电压波动是多少？
例2-2 解
Q Q1QG1 Q2QG 2 Q Q U ( G1 G 2 ) /(QG1 QG 2 ) QG1 QG 2 K adj1 K adj2 Q1 Q2 U / K adj QG1 QG 2 K adj1 K adj2
二、交流励磁机励磁系统
1 他励交流励磁机励磁系统
东北电力系统调度运行规程
第一章总则第1条：为了加强电网调度运行管理工作，保证电网安全、稳定、经济运行，根据《中华人民共和国电力法》、《电网调度管理条例》以及国家电网公司颁发的有关规程、规定，结合东北电网具体情况，特制定本规程。
第2条：根据电力生产的特点和《电网调度管理条例》的要求，我国电网必须贯彻统一调度、分级管理的原则。
电网实行五级调度，即国调、网调、省调、地调和县（区）调。
五级调度在调度业务和运行指挥中是上、下级关系。
东北网调依法对东北电网行使统一调度职权，省调、地调、县（区）调对所管辖电力系统行使分级管理调度职权。
第3条：本规程适用于东北电力系统调度运行、电网操作、事故处理和调度业务联系等涉及调度运行的相关各专业的活动。
各电力生产运行单位所颁发的规程、规定以及职责条例等，凡与本规程有抵触者，均应根据本规程予以修订。
第4条：网调值班调度员在其值班期间为东北电力系统运行、操作和事故处理的指挥者，按照规定的调度范围行使指挥权，必要时网调有权越级下达调度指挥指令。
发布指令的值班调度员应对其发布的调度指令的正确性负责。
第5条：网调值班调度员发布的调度指令，下级调度，发电厂、变电所值班人员及超高压局有关人员必须无条件执行；如值班人员认为所接受的指令不正确时，应对网调值班调度员提出意见；如网调值班调度员重复该指令时，下级值班人员必须迅速执行；如执行该项指令将危及人身和设备安全时，现场值班人员应拒绝执行，并将拒绝执行的理由报告网调值班调度员和本单位直接领导人。
第6条：发、输、供电单位领导人发布的指令，如涉及网调值班调度员的权限，必须经网调值班调度员许可才能执行。
当发生对人身、设备及系统安全有严重威胁的紧急情况，已来不及取得网调值班调度员许可时，下级调度人员或现场值班人员可按有关规程、规定进行操作和处理，并立即报告网调值班调度员。
第7条：凡并入东北电网的发电厂、变电所必须服从统一调度，遵守调度纪律。
发电厂及变电所并网运行，必须具备并网条件，签订并网调度协议，否则不能并网。
chap3-1,2,3第三章 电力系统频率和有功控制
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 KL*值。
例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 K L*=1.5 ，求负荷频率调节效应系数 K L 值。若 K L*=1.5 ，负荷增长到3650MW时，系统的频率为 50Hz ， KL又是多少。
第三章 电力系统频率和有功 功率自动控制
通过本章学习，要求： 1、理解电力系统频率和有功功率的自动控 制的必要性； 2、掌握电力系统的频率特性，电力系统的 频率调整，电力系统有功功率的经济分配； 3、了解数字电液调速器的基本工作原理， 电力系统调频的基本方法和自动发电控制的原理 4、掌握电力系统低频减载的工作原理。
1、测速机构（齿轮传动机构和离心飞摆） 转速升高——飞摆转快——离心力增加— —A上升 A的位置表征机组转速的大小 2、放大执行机构（错油门和油动机） E上移——错油门凸肩上移——油动机活塞 下移——关小开度——减小进汽量 作用：（1）将微小的机械位移放大成了调 节汽阀开度的较大变化； （2）将微小作用力变成大的作用力。
（三）持续负荷
变化缓慢，变化幅度大，是由 工厂的作息制度，人们的生活规律 等造成的。其变化可以用负荷预测 的方法预先估计得到。调度部门预 先编制的系统日负荷曲线主要反映 这部分负荷的变化规律，这部分负 荷要求在满足系统有功功率平衡的 条件下，按照经济分配原则在各发 电厂间进行分配。
三、备用容量 • 为保证系统对负荷可靠供电和良 好的电能质量，系统还必须有备用容 量。 （一）定义： 系统电源的最大发电容量与系统 总负荷之差，即备用容量。 （二）分类： • 按作用分：负荷备用、检修备用、 事故备用、国民经济备用 • 按其存在形式分：热备用（旋转 备用）、冷备用
电力系统自动装置原理：第02章_同步发电机的自动并列-(4_5)
第四节 频率差和电压差的调整
2. 电压差调整 •任务：在并列操作过程中自动调节待并发电机的
电压值，使电压差条件符合并列的要求。 （1） UG < U X ，发升压脉冲； （2） UG > U X ，发降压脉冲；
•实施原理、原则：与频率差调整相似。
主要内容
1. 概述 2. 准同期并列的基本原理 3. 自动并列装置的工作原理 4. 频率差与电压差的调整 5. 数字型并列装置的组成
) 重点：
并列操作的两种方式； 准同期并列的理想条件；
自动准同期装置的组成；
恒定越前时间并列装置的基本原理 ；
微机式准同期装置的原理与优点。
本章作业：
1、 什么叫并列操作，简述同步发电机并列时应遵循的两条基 本原则。 2、并列操作有哪两种方式？它们是如何实现的？ 3、什么是准同期的恒定越前时间?它的整定值与哪些因素有 关，应当如何整定? 4、自动准同期装置由哪三个控制单元组成?它们各自的主要任 务是什么? 5、何谓滑差、滑差周期？与相角差δ有什么关系？ 6、简述微机型自动准同期装置实现电压差检测、频率差检 测、相角差检测以及恒定越前时间检测的原理和方法。
第五节 数字式并列装置
一、概述
用大规模集成电路微处理器（CPU）等器件构成的数字式并 列装置，由于硬件简单，编程方便灵活，运行可靠，且技术上 已日趋成熟，成为当前自动并列装置发展的主流。
模拟式并列装置为简化电路，在一个滑差周期Ts时间内， 把ωs假设为恒定。数字式并列装置可以克服这一假设的局限性 ，采用较为精确的公式，按照δe当时的变化规律，选择最佳的 越前时间发出合闸信号，可以缩短并列操作的过程，提高了自 动并列装置的技术性能和运行可靠性。
原理：驱动器控制的三相电形成电磁场， 转子（永磁铁）在此磁场作用下转动； 同时电动机自带的编码器反馈信号给驱动器， 驱动器根据反馈值与目标值进行比较， 调整转子转动的角度。
电力系统频率调整、水电厂自动发电控制(AGC)、梯级水电厂经济调度控制(EDC)培训
几何关系可以看出：
ΔPL0 = ΔPG0 + BC + AB = ΔPG0 + KS *Δf (1-2)
或 ΔPL0 - ΔPG0 = KS *Δf
(1-3)
如果ΔPL0 =ΔPG0，即发电机如数增加了负荷功率的原始
增量ΔPL0，则Δf=0，亦即实现了所谓的无差调节。无差调节
如图1.4中虚线所示。
10
在图1.3中，如果不进行二次调整，则在负荷增加ΔPL0后 ，频率将下降至f0'、功率增加为P0'。在一次调整的基础上进行 二次调整，就是在频率f0'超出允许范围时，操作调频器，增加 发电机出力，使频率特性向上移动。9第一章 电力系统频率调整
设发电机增发ΔPG0，则运行点又将从点O' 转移到点O"， 如图1.4所示。点O"对应的频率为f0"、功率为P0"，即二次调 整后频率偏移Δf由一次调整时的Δf0'= f0- f0' 减少为Δf0"= f0f0"，可以供应负荷的功率由一次调整时的P0'增加为P0"。显然， 由于进行了二次调整，系统频率质量有了改进。根据图1.4中的
3
第一章 电力系统频率调整
电力系统的频率调整是按照负荷变化的周期和幅值大小区别 对待的, 一般将负荷变化分解成三种成分。第一种幅度很小, 周期 又很短, 一般小于10秒, 据有随机性质, 称为微小变动分量。第二 种变动幅度较大, 周期大约在10秒至2~3分钟之间, 属于冲击性的 负荷变动。第三种是长周期分量, 周期大约在2~3分钟之10~20分 钟之间, 它是由生产、生活和气象等引起的负荷变化, 有其规律性 , 可以预测。
水电厂自动发电控制（AGC）
电力系统调频、调压
电力系统调频、调压第一章电力系统调频第一节系统频率标准1.1 福建电网与华东电网并列运行时，频率调整按《华东电力系统调度规程》执行。
标准频率为50 赫兹，频率偏差不得超过50±0.2赫兹，超出50±0.2赫兹为事故频率，事故频率的允许持续时间为：超出50±0.2赫兹，持续时间不得超过30分钟；超出50±0.5赫兹，持续时间不得超过15分钟。
在正常情况下，发电机组AGC投入时，系统频率应保持在50±0.1赫兹范围内运行。
1.2 当发生省网或省内局部地区独立网运行时，独立网用电负荷为300万千瓦及以上,频率偏差正常不得超过50±0.2 赫兹；超出50±0.2赫兹，持续时间不得超过30分钟；超出50±0.5赫兹，持续时间不得超过15分钟。
独立网用电负荷小于300万千瓦，频率偏差正常不得超过50±0.5 赫兹；超出50±0.5赫兹，持续时间不得超过30分钟；超出50±1赫兹，持续时间不得超过15分钟。
1.3 系统事故造成地区电网独立网运行时，地调及地区电厂负责独立小网调频调压任务，使之能与省电网顺利并列，不得出现因调整不当而引起的高频切机、低频减负荷甚至垮网的现象。
第二节调频厂的确定及频率监视2.1 电网运行时应指定第一调频厂和第二调频厂。
省电网单机容量在100MW及以上的火电厂、单机容量在50MW 及以上的水电厂、燃汽轮机组以及抽水蓄能机组均可担任系统的第一、二调频厂。
正常运行情况下，省调应指定上述其中的电厂担任第一调频厂，机组投入AGC运行的电厂即自动转为第一调频厂，未指定为第一调频厂或未投AGC的上述电厂均为系统的第二调频厂。
选择系统调频厂应遵循以下原则：1、具有足够的调频容量，可满足系统负荷的最大增、减变量。
2、具有足够的调整速度，可适应系统负荷的最快增、减变化。
3、在系统中所处的位臵合理，其与系统间的联络通道具备足够的输送能力。
4电力系统频率调整和电压调整
4 电力系统的有功功率平衡与频率调整4.1 概述一、频率调整的必要性电力系统运行的根本目的是在保证电能质量符合标准的条件下，持续不断地供给用户所需要的功率，维持电力系统的有功功率和无功功率的平衡，保证系统运行的经济性。
衡量电能质量的主要指标是频率、电压和波形。
电力系统运行中频率和电压变动时，对用户，发电厂和电力系统本身都会产生不同程度的影响。
为保证良好的电能质量，电力系统运行时，必须将系统的频率和电压控制、调整在允许的范围内。
我国频率规定：f N ＝50Hz ，频率偏差范围为±0.2～0.5Hz二、频率调整的方法 第一种变化负荷引起的频率偏移由发电机组的调速器（governor ）进行，称为频率的一次调整。
第二种变化负荷引起的频率偏移由发电机组的调频器（frequency modulator ）j 进行，称为频率的二次调整。
第三种负荷的变化是可预测的，调度部门按经济调度的原则事先给各发电厂分配发电任务，各发电厂按给定的任务及时地满足系统负荷的需求，就可以维持频率的稳定。
4.2自动调速系统一、调速器的工作原理——实现频率的一次调整对应负荷的增大，发电机输出功率增加，频率略低于原来值；如果负荷降低，调速器调整作用将使输出功率减小，频率略高于原来值。
这就是频率的一次调整，频率的一次调整由调速器自动完成的。
调整的结果，频率不能回到原来值，因此一次调整为有差调节(droop control )。
二、调频器的工作原理——实现频率的二次调整由调频器来完成的调节，称为频率的二次调整。
由于调整的结果，频率能回到原来值，因此二次调整为无差调节(isochronous control )。
4.2 电力系统有功功率平衡和频率调整 一、频率的影响1、影响产品质量：异步电动机转速与输出功率有关2、影响精确性：电子技术设备3、影响汽轮发电机叶片 二、频率负荷机制三、、有功功率负荷的变动及其分类控制1、系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷组成： 1）变动周期小于10s ，变化幅度小 调速器频率的一次调整 2）变动周期在（10s ，180s ），变化幅度较大调频器频率的二次调整3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律根据预测负荷，在各机组间进行最优负荷分配频率的三次调整 四、有功功率平衡与备用容量1、功功率平衡：2、备用容量：1）作用 为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量应大于发电负荷2fωπ=T GP P ≡发电机输出电磁功率原动机输入功率T G T GP P P P ≥⎧⎨≤⎩,GiLi Loss PP P ∑=+∑∑2）定义 备用容量 ＝ 系统可用电源容量 － 发电负荷 3）分类按作用分：负荷备用：满足负荷波动、计划外的负荷增量事故备用：发电机因故退出运行能顶上的容量 检修备用：发电机计划检修国民经济备用：满足工农业超计划增长按其存在形式分： 热备用冷备用4．3 电力系统无功功率平衡和电压管理电力系统中无功功率电源不足，系统结点电压就要下降。
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1、电力系统的负荷 根据电力系统有功功率与频率的关系可以分为： 一类：照明、电弧炉、整流器负荷等，吸收的有功功率不受频率变 化的影响。 二类：球蘑机、压缩机、卷扬机、往复式水泵、机床等，吸收有功 功率近似与频率成正比。 三类：变压器（涡流损耗），吸收有功功率与频率的二次方成正 比。
第2章、电力系统频率控制
本章主要介绍电力系统频率特性，频率调整、频率异常
控制。 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 概述 频率控制的必要性与方法 电力系统的频率特性 电力系统的频率调整 频率异常控制
§2.1 概述
基本常识
1、电力系统频率反映系统中有功功率的供需平衡情况，是电力系统运行的 重要指标，也是影响电力系统安全稳定的重要因素。 2、电力系统有功功率突然不平衡时，频率将发生变化，功率不足，频率将 下降；功率过剩，频率将上升。 3、频率变化的幅值和速度，不仅与功率不平衡的程度有关，而且与系统的 特性有关。 4、频率允许偏移的程度与电力系统和用户的生产过程和设备的特性等许多 因素有关。 5、频率的整个动态过程时间跨度很长，可能达若干分钟，紧急状态的频率 控制时间跨度若干秒。 6、最常见的频率异常是频率下降，电力系统中曾发生过很多由于频率异常 下降而扩大事故甚至全系统崩溃的事故。 7、我国明确规定按频率降低自动减负荷是防止系统崩溃的最后一道防线。 8、电力系统频率严格按额定值运行，正常一般0.1~0.2HZ，在紧急状态下， 也要求尽快恢复到49.5HZ（对中国50HZ而言）
KL PLN PL* f / f N f *
KL*在数值上等于额定条件下负荷的频率调节效应，一般在1~3之间，此 值由实际测量得到，取决于系统的负荷组成，是不能整定的。
3、应用 调度部门掌握此数据是作为考虑系统频率降低而需要减少 的负荷，周围发生低频事故时切除负荷的依据。 例：某电力系统总负荷为4000MW，KL*=1.7，正常运行 时系统的频率为50Hz，所有发电机均满载运行，如果电力系 统在发生事故后失去350MW的电源功率，求电力系统频率将
运行。
汽轮机叶片—频率下降某些值时，叶片发生机械谐振，谐振应力比正常运行 时大很多倍，产生疲劳积累，可使叶片产生裂缝，严重时可能发生断裂。 发电机—频率下降，发电机的通风量将减少，而为了维持正常电压，又要求 增加励磁电流，使定、转子温度升高，停运。
系统本身： 变压器—频率下降，磁通密度增大，变压器铁芯损耗和励磁电流将增大， 为限制温升，不得不降低变压器的负荷。 无功功率—频率下降时，无功负荷将增大，从而使系统电压水平下降。
下降多少？
解：
P 350 PL* 0.09 PN 4000
PL* 0.09 f * 0.053 K L* 1.7
化，从而影响产品的质量。
如纺织业、造纸业因频率变化而出现残次品。（±0.5HZ） 近代工业，国防广泛使用的电子设备，如雷达、电子计算机会因频率过低
而无法运行。（±0.5~3.0HZ）
同步驱动电唱机。（±0.1HZ）
2、发电厂和系统本身
火力发电厂： 厂用机械—泵和风机。频率下降，风量和水量将迅速减少，影响锅炉的正常
P/PN Q/QN P
Q f/fN 图2.1负荷静态频率特性
二、频率控制的方法（手段：原动机自动调速系统：调速器、调频器）
在稳态情况下，电力系统的频率是一个全系统一致的参数。对系统中每一
台发电机而言，其频率与转速有如下关系：
f
Pn 60
其中P表示发电机极对数，n表示发电机组的转速度 要求系统频率稳定，就必须系统中所有发电机的转速保持稳定，而发电机的
1）在额定频率时fN，系统负荷吸收的有功功率为PN。
2）当系统的负荷突然增加时，发电机组的出力调节由于机械惯性的影响不
能及时跟上，频率便会有所下降，这时负荷吸收的有功功率自动减少。这有 利于系统的频率的自动恢复。（负荷调节效应的概念）
3）当频率有微小的变化，综合负荷的静态频率特性接近于直线。该
直线的斜率：（即负荷的单位调节功率，表示综合负荷所吸收的有功功 率 随频率下降而减少的数值 。）
§2.2频率控制的必要性和方法
一、频率控制的必要性
保证电能质量是电力系统运行与控制的主要目标之一，也是电网
调度自动化的重要内容。频率是电能质量最重要的指标，电力系统频 率变化对用户、发电厂和电力系统本身都会产生不利影响。
1、对用户的影响 用户使用的电动机的转速与频率有关，频率的变化将引起电动机转速的 变
转速与发电机输出的电功率（分担的电力负荷）和输入的原动机功率（汽轮机的
进汽量或水轮机的进水量）有关。
d PT PE TJ dt
其中，PT表示发电机输入功率或原动机的机械功率；PE发电机的输出功率
（电磁功率）；TJ表示转动惯量的时间常数；ｗ表示转子的角速度。
要保持频率稳定，即要保持发电机的输入功率和输出功率平衡，由于 电力系统负荷是时刻变化的，所以必须不断调节发电机的输入功率（汽轮 机的进汽量—汽门开度或水轮机的进水量—导水叶开度），使发电机的原 动力随负荷不断变化。这是一个动态平衡的过程。所以频率控制问题实际 上是一个系统中所有发电厂有功出力控制和调节的问题。 频率控制可采用以下两种措施： 1、正常运行时，采用自动频率控制（AFC）或自动发电控制AGC），
其主要是在负荷缓慢变化时，调节发电机的输出功率，以保持频率恒定，
保持系统中联络线上的功率小于规定值，同时调节发电机功率时，还要考 虑按最优经济原则分配机组出力。
2、紧急状态下频率控制，在系统中有功功率出现大扰动，频率出现
大偏差时，尽快恢复频率至正常值，以保证电力系统的安全。
§2.3电力系统频率特性
四类：各种风机（三次方）、高压水泵（三次方、高次方）等，
吸收有功功率与频率高次方成比例。 系统中实际的负荷是上述各类负荷的组合，即综合负荷。
2、电力负荷的频率调节效应
综合负荷吸收的有功功率与频率的关系是一条非线性曲线如图2.1所示
P P2 PN P1 1
P 2
△P △f
图2.2
f1 fN f2 f 综合负荷静态频率特性