第3章 电力系统频率调节

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”。
3.2.3 积差调频法（同步时间法）
1）调频方程式： 积差调频法 （或称同步时间法）是根据 系统频率偏差的累积值进行 工作的。 单机积差调节的调频方程式为：
K L* 称为负荷的调节效应系数。
近 似
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。 解 由（3-3）式可求出当频率下降到47Hz时系统的负荷为
fdt K P fdt K P
1
c1
各机组的∫Δfdt 也可以认为是相等的，系统的调频方程 式为
1 Pi fdt ( ) i 1 i 1 K i
n n
fdt
K x ( Pi ) 式中 K 1 / 1 / K 1 x i i 1 i 1 i 1 K i
PW PW
P
N
P
调速器的不灵敏区
3.1.4 电力系统的频率特性
发电机组的功率—频率特性与负 f 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。
f
N
PL f ( f )
a
b
PL
d
P L1 f ( f )
f2
f3
c
P L2
P L1
PL
PL2
P L1
P
频率的一次调整通过汽轮发电机组调速系统反应
f
f
e
t
fdt
o
B
A
t
fdt KPc 0
式中 K-调频功率比例系数
Pc
P
A
P
B
t
t
1
t
A
t
2
t
B
由此可见，积差调节法的特点是调节过程只能在 Δf = 0
时结束， fdt KPc 常数 ，
此常数与计划外负荷成正比。

2）机组间有功功率的分配：
其调频方程组如下
0 2 c 2 0 ...... fdt K P 0 n cn
PL * a0 a1 f * a2 f *
2
an f *
nBiblioteka Baidu
则
0.3 0.4 0.94 0.1 0.94 2 0.2 0.943 0.3 0.376 0.088 0.166 0.93
PL % (1 0.93) 100 7
第3章 电力系统频率调节
授课教师:
李天然
南京师范大学电气与自动化工程学院
3.1 电力系统的频率特性
3.1.1 概述
一、概述 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： pn
f
式中 P——发电机组转子极对数 n ——发电机组的转数（r/min） f——电力系统频率（Hz） 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。
3.2.2 主导发电机法
1）调频方程式：
f 0(发电机1，主导发电机) PC 2＝K1PC1 (发电机2) PCn K n1Pc1 (发电机n)
式中 ΔPci—第 i 调频发电机的有功增量 Ki —功率分配系数
2）调频过程：
存在的问题—调节缓慢，适应于 中小电力系统 负荷变动 系统频率改变
3.2.5 分区调频法
PAB
A
联合电力系统
B
（一）分区控制误差 ACE 联络线功率应维持为计划功率 A区负荷不变时，B区负荷增长，Δf <0 ，联络线上出 现 A 端流向 B 端的功率增量，即ΔPAB >0 Δf 和ΔPAB的符号相同，本区有负荷变动 Δf 和ΔPAB的符号不同，它区有负荷变动 调频方程式 KiΔf+ΔPtie· i +ΔPi =0 分区控制误差（area control error）ACE= KiΔf+ΔPtie· i ACE=0 表明本区无负荷变动，无需调频
式中 Δf—系统的频率增量 Ri —第 i 台机组的调差特性 ΔPCi—第 i 台机组的有功功率增量（调频功率)
设系统的负荷增量（即计划外的负荷）为ΔPL，则调 节过程结束时，必有
PL Pc1 Pc 2 ... Pcn f (
上式也可以写为 其中
Rx 1
1 1 1 f ... ) R1 R2 Rn Rx
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。
f
f f f
N
1 2
1
2
P
C1
P
P
C2
图4-2 有差调频器调频特性
3）机组间有功功率的分配： 当系统中有 n 台机组参加调频
f R1PC1 0 f R2 PC 2 0 f Rn PCn 0
C’’
A’’
D点提升
D点下降
（二）发电机的调差系数
同步发电机的频率调差系数
R
的变化符号相反。
f P G
f
负号表示发电机输出功率的变化和频率
f
a
N
f1
b
f
调差系数R的标幺值表示为
PG
f / f N f * R* P P GN / P GN G*
o
PGa
PGb
PG
发电机组的功率—频率特性
2）调频过程
当系统频率变化时，按Δf 启动的调速器会比按 积差 工作的调频器先进行大幅度的调整。 到频差累积到一定值时，调频器会取代调速器的 工作 特性，使频率稳定在fN。 调速器的作用为一次调频，积差调频为二次调频。
3）机组间有功功率的分配： ∫KΔfdt 代表了系统计划外负荷的数值（K 是一 个转换常数），在调频结束时，计划外负荷是 按一定比例在调频机组间进行分配的。
3.1.2 电力系统负荷的调节效应
1）当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也 要随着改变，即
这种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。
P L F( f )
2）电力系统中各种有功负荷与频率的关系 负荷的功率—频率特性一般可表示为
PL a0 PLN
式中
f f 2 f n a1 PLN ( ) a2 PLN ( ) an PLN ( ) fN fN fN
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 —为上述各类负荷占 P 的比例系数 LN
i 1
f 0
而各调频机组分担的频率为
Pci

K i 1 K i 1 PLe PLe 1 K1 ...... K n 1 Kx
式中 K x 1 K1 ...... K n1
上式说明各调频机组间的出力也是按照一定的比例分配 的。
4）优缺点：
60
2)电力系统频率全系统一致。任一时刻，发供需平衡。
• 负荷增加时，系统出现了功率缺额，机组的转速下 降，整个系统的频率降低。反之，则频率升高。 • 调频与有功功率调节是不可分开的。 o 调频是一个要有整个系统来统筹调度与协调的 问题，不允许任何电厂有一点“各自为政”的 趋向。 • 调频与运行费用的关系也十分密切。 o 力求使系统负荷在发电机组之间实现经济分配。
可得 在发电机组间的功率分配与
机组的调差系数成反比。
P
P2
P1
P
' 2
P2 o
P1
P
' 1
两台发电机并联运行情况
（四）调节特性的失灵区 调节特性实际上是一条具有 一定宽度的带子。不灵敏区 的宽度可以用失灵度ε来描 述，即 f w fN
式中 ΔfW—调速器的最大频率呆滞
o
f
f
a
N
fW fW
f* R*P G* 0
上式又称为发电机组的静态调节方程。
在计算功率与频率的关系时，常常采用调差系数的 倒数， P 1
K G*
R

G*
f *
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：
对汽轮发电机组 R *=(4-6)%或KG*=16.6-25 ；
f Rx P c 0
则每台调频机组所承担的计划外负荷为
PCi Rx PL (i 1,2,3......n) Ri
1 1 1 ... R1 R2 Rn
是系统的等值调节系数
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(可 调) 3、频率稳定值的偏差较大
机组转速变化，调节原动力阀门开度调节转速，其表 现在某一条调节特性上运行点的变化，当负荷变化较 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——调节结果可以是无差
对水轮发电机组 R *=(2-4)%或KG*=25-50 ；
（三）机组间有功功率分配
负荷增加，系统频率由fN稳定在f1： 1号机组的负荷增加了ΔP1 2号机组的负荷增加了ΔP2 两台机组增量之和等于ΔPL
2
f
A
C
f
B
1
N
f1
P2
PL
P1
P R2* 1* R1* 2* 此式表明： P
n
3.2.4 改进积差调频法
1）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 f Ri (Pci i Kfdt ) 0(i 1,2,......, n) 式中 ΔPci—第 i 机组承担的功率调节量 n Ri —第i台机组的调差系数 i 1 i —第i台机组的调节功率的分配系数， 1 K—功率频率换算系数
i 1 n
P
i
n
n
n
每台调频机组分担的计划外负荷为
Kx P ( P i i) K i i 1
按积差调频法实现调频时，各机组的出力也是按照
一定比例自动进行分配的。 3）优缺点： （1）频率积差调节法的优点是能使系统频率维持额定。 （2）计划外的负荷能在所有参加调频的机组间按一定 的比例进行分配。 （3）缺点是频率积差信号滞后于频率瞬时值的变化， 因此调节过程较缓慢。
3.2 调频与调频方程式
3.2.1有差调频法
1)调频方程式： 有差调频法指用有差调频器进行并联运行，达到系统 调频的目的的方法。有差调频器的稳态工作特性可以 用下式表示， 即 Δf+RΔPc = 0
式中 Δf 、ΔPc——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
PC1
主导发电机组调节系统动作
否
频率恢复 到额定值
协助调频机组调整功率 系统频率随之改变
调节结束
Pci ki Pc1
是
3）机组间有功功率的分配： n P P ( 1 K ...... K ) P 调频结束时必有 Le ci 1 n 1 c1
3）负荷的变动情况可以分成几种不同的分量
变化周期一般小于10s的随机 分量 变化周期在10s～3min之间的 脉动分量 变化周期在3min以上的持续分量
• 第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来调整 原动机的输入功率，这称为频率的一次调整。 • 第二种负荷变化引起的频率偏移较大，必须由调频器 参与控制和调整，这称为频率的二次调整。 • 第三种负荷变化，调度部门的计划内负荷，可称为频 率的三次调整。
K L* PL % 7 1.17 f % 6
3.1.3 发电机组的调节特性
发电机组转速的调整是由原动机的调速系统来 实现的。 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—频率特性或 调节特性。 发电机组的功率—频率特性取决于调速系统的 特性。
(一) 机械式调速器工作原理
a0 a1 ... an 1
将上式除以 PLN
，则得标么值形式，即
2 n
PL* a0 a1 f* a2 PLN f* an f*
通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，如忽略 其影响，并将上式对频率微分，得
dPL* 2 a1 2a2 f* 3a3 f* K L* df* PL* P% P / PLN K L* f* f % f / f N