电力系统频率调整的分析与调频厂的选择

1 有功功率负荷的变动及调整

电力系统频率调整的结果与负荷变动的大致规律有关。实际的负荷变动一般可分解为三种有规律可循的负荷变动：第一种负荷变动：变化周期很短、变动幅度很小，这种负荷变动有很大的偶然性，是一种随机负荷。第二种负荷变动：变化周期较长、变动幅度较大，波动比第一种相对大一些，这种负荷主要有工业电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷变动。第三种负荷变动：变化缓慢、变动幅度最大，是由生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。这种负荷变动基本上可以预测，阶梯形的负荷曲线反映的基本上是这种负荷变动。这三种负荷变动都将引起频率不同程度的偏移，电力系统频率调整的任务是要根据这三种负荷变动的特点，分别采取不同的手段，调整电源的有功功率输出与之相适应，以保证频率偏移在允许范围内。

对第一种负荷变动引起的频率偏移，一般是由发电机组的调速器进行调整，称为频率的一次调整。对第二种负荷变动引起的频率偏移相对较大，仅靠调速器往往不能把频率偏移限制在允许的范围内，必须有调频器参与调整，这种调整称为频率的二次调整。对第三种负荷变动是可以预测的，对这种负荷主要是提高负荷预测的准确性，正确编制日负荷曲线。并根据预测的负荷曲线按照最优化准则在各发电厂、发电机组之间进行有功功率的合理经济分配，即各发电厂一般是按照事先给定的发电负荷曲线发电，从而使系统的有功功率平衡基本得到保证。这就是频率的三次调整。频率的三次调整的提法不常用，一般可由电力系统经济调度时解决三次调整的问题。

2 电力系统的一次调频

现代电力系统中所有并列运行的发电机组都装有调速器，有可调容量的机组都可以参加频率的一次调整。

已知电力系统中负荷和发电机组的功-频静特性后，将二者结合就可以分析电力系统频率的调整问题。为分析简单起见，先假设系统中只有一台发电机组、一个综合负荷。

由此可见，频率的一次调整主要是在系统负荷有功功率增大或减小时，发电机组的调速系统对因负荷变动引起的频率偏移进行调整。调整的结果是发电机组增发或减少部分有功功率，而负荷也因其本身的调节效应而减少或增大部分有功功率，当这两部分有功功率之和恰好等于负荷有功功率的增大或减小时，系统重新达到平衡。而系统的频率则相应降低或升高一微量值。对于这个微量值，如果负荷变动小，通过频率的一次调整就能满足系统对频率偏移的要求；如果负荷变动较大，则只通过频率的一次调整就很难满足系统对频率偏移的要求。

频率的一次调整在很大程度上改变了负荷有功功率变化时引起的频率降低或升高，但没有将频率调整到原来的值。所以频率的一次调整是有差调节。

3 电力系统的二次调频

频率的一次调整作用是有限的，一般情况下满足不了电力系统对频率质量的要求。为了使频率偏差不超过允许范围，通常要通过人工手动或调频装置自动地改变变速机构位置即改变调速器的工作特性，使电力系统的总负荷与总出力在额定频率下达到平衡。通过改变调速器工作特性而实现的调节过程就是频率的二次调整，是对第二种负荷变动引起的频率偏差进行的调整。这一调节是无差调节，当负荷变动时，经过调节，原动机的转速或频率可以保持在允许的范围内。

电力系统频率的二次调整任务只有系统中部分发电机组（调频机组）或发电厂（调频厂）承担。它是通过调频器来实现的。通过操作调频器，使发电机组的功-频静特性平行地移动，从而较大幅度改变发电机的输出功率，使由于较大负荷变动引起的频率偏移保持在允许范围内。必要时，可调整频率偏移为零。

4 互联系统的频率调整

现代大型电力系统一般是由若干个互相联系的子系统组成，在某个子系统中进行频率调整时，将会引起网络中潮流分布的改变，子系统之间的联络线上流通的功率可能超过允许值。某些系统的调频厂不在负荷中心，调整频率时也有可能使调频厂与系统的联络线上流通的功率超过允许值。这样就出现了调整频率时需要控制联络线上输送功率的问题。

由此可见，互联电力系统频率的变化取决于系统总的功率缺额和总的单位调节功率。联络线交换功率的增量取决于各子系统的单位调节功率、二次调整的能力及负荷变化的情况。当增量数值超过允许范围时，即使互联系统具有足够的二次调整能力，由于联络线交换功率的限制，也不能使系统的频率保持不变。

5 电力系统调频厂的选择

现代电力系统中，绝大部分发电机组都在有热备用的条件下参加频率的一次调整，少数的发电机组或发电厂承担二次调频任务，这种发电厂可称为调频厂。调频厂必须满足一定的条件，如：具有足够的调整容量和调频范围，能比较迅速地调整出力，调整出力时符合安全及经济运行原则，不会引起系统内部或联络线工作困难等。根据这些条件，在水火电厂并存的电力系统中，一般应选择大容量的有调节库容的水电厂作为主调频电厂，因为水电厂调整出力时，速度快，操作简便，调整范围大，且调整出力时不影响电厂的安全生产。大型火电厂中效率较低的机组可作为辅助调频之用，电厂的其余机组宜带基本负荷。即非调频厂在系统正常运行情况下只按调度中心预先安排的日发电计划运行，并进行频率的一次调整，而不参加频率的二次调整。下面介绍调整容量、调整速度这两个重要问题。

5.1 调频厂的调整容量

根据调频厂可用于二次调整的容量为△PGn0=△PLD+Ks△f。式中：系统的单位调节功率Ks是可以计算的；△f可认为是允许的频率偏差，通常是已知的；而负荷变动的幅度△PLD具有随机性质，较难确定，可用统计方法作近似估算，例如可近似按估算△PLD，这样可确定△PGn0。△PGn0是可用于二次调整的容量，并不是调频厂的容量。前面已介绍，火电厂受锅炉最小负荷限制，可调容量仅为其额定容量的30%（高温高压）～75%（中温中压），这样选择中温中压的火电厂作调频厂时，其装机容量比高温高压火电厂要小。水电厂的可调容量一般大于火电厂，

至少有其额定容量的50%或以上。

5.2 调频厂的调整速度

电力系统中负荷上升的速度是很快的，如容量为5000MW的系统其负荷上升的速度就可达15～20MW/min。但火电厂的调整速度受汽轮机的限制在50%～100%额定负荷范围内，每分钟仅能增加出力2%～5%。水电厂水轮机出力变化速度非常快，每分钟可达50%～400%，即1分钟内可达到额定出力。核能电厂的运行费用很低，通常是满负荷运行，不考虑作调频厂。

从以上两方面分析可见，一般可选水电厂作调频厂；系统中没有水电厂或水电厂不宜担任调频任务时，如丰水季节，可选中温中压火电厂作调频厂。抽水蓄能电厂放水发电时也可考虑参与调频。当仅由一个发电厂担任调频任务时，其调整容量可能不够大，应确定几个调频厂，并分别规定其调整范围和顺序，如第一、第二、第三调频厂等等。

一台发电机组进行二次调整时的调整速度也可能不够快，需要几台机组同时调整。但手动操作调频器时，为防止混乱，一般不允许同时调几台机组。这就需要采用自动调频方式。广义的自动调频又称为自动负荷-频率控制（ALFC）或自动发电控制（AGC），有时也包含经济调度控制（EDC）的内容，即自动负荷-频率控制应有如下三方面的功能：保持系统频率等于或十分接近额定值；保持各子系统间的交换功率为给定值；保持各发电设备以最经济的方式运行。