电力系统频率及有功功率的调节

ΔPCi—第 i 台机组的有功功率增量（调
频功率)
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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
f R P 0 PL Pc1 Pc2 ... Pcn
上式也可以写为
f
(1 R1
1 R2
...
1 Rn
)
f Rx
xc
其中 Rx 1 是1系1统...的等1值调节系数
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皮肌炎图片——皮肌炎的症状表现
• 皮肌炎是一种引起皮肤、肌肉、 心、肺、肾等多脏器严重损害的， 全身性疾病，而且不少患者同时 伴有恶性肿瘤。它的1症状表现如 下：
• 1、早期皮肌炎患者，还往往伴 有全身不适症状，如-全身肌肉酸 痛，软弱无力，上楼梯时感觉两 腿费力；举手梳理头发时，举高 手臂很吃力；抬头转头缓慢而费 力。
电力系统频率及有功功率的调节
一、电力系统的频率特性 二、调频与调频方法 三、电力系统低频减载
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一、电力系统的频率特性
f pn 60
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。
2
1)电力系统频率一致；任一时刻，发供平衡。 2)调频与有功功率调节是不可分开的；负荷
4
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， 这称为频率的三次调整。
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电力系统中各种有功负荷与频率的关系
PL
a0 PLN
a1PLN
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系统频率的动态特性
系统频率变化不是瞬间完成的，而是按指数规律变化，
其表示式为
t
f f ( fe f )e Tf
式中 f-由 功率缺额引起的另一个稳定运行频率
-系T统f 频率变化的时间常数，它与系统等值 机组惯性常数以及负荷调节效应系数LK∗有关， 一般在（4～10）间。大系统Tf较大，小系统Tf 较小。
0.3 0.376 0.088 0.166 0.93
PL % (1 0.93)100 7
K L*
PL % f %
7 6
1.17
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二、调频与调频方法
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1、发电机的调差系数
R f PG
R*
f / fe PG / PGe
f* PG*
负号表示发电机输出功率 的变化和频率的变化符号 相反。
R1 R2
Rn
则每台调频机组所承担的计划外负荷为
PCi
Rx Ri
PL (i
1,2,3...... n)
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主导发电机法 调频方程式：
f 0(发电机1，主导发电机)
PC 2＝K1PC1(发电机2)
PCn Kn1Pn1(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
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若系统频率稳定在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
P1* R2*
P2*
R1*
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2、电力系统的功率—频率特性
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3、调频方法
有差调频法 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
2） 特殊轮的动作频率fdzts=fhf.min 3） 它是在系统频率已比较稳定时动作的，因此其动作
时限可以取系统频率时间常数Tf的2～3倍，一般为 15～25s
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解 减负荷动作后，残留的
频率偏差相对值
fhf *
50 48 50
0.04
PJH
900 2 * 0.04* 2800 734MW
1 2 * 0.04
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各轮动作功率的选择
1）第一级动作频率 一般的一级启动频率整定在49Hz。 2）最后一轮的动作频率 自动减负荷装置最后一轮的动作频率最好不低于
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自动低频减载（按频率自动减负荷装置“ZPJH”） 的工作原理
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“轮” ：计算点f1、f2,…fn 点1：系统发生了大量的有功功率缺额
点2：频率下降到f1，第一轮继电器起动，经一 定时间Δt1
点3：断开一部分用户，这就是第一次对功率缺 额进行的计算。
点3-4：如果功率缺额比较大，第一次计算不能 求到系统有功功率缺额的数值，那么频率还会 继续下降，很显然由于切除了一部分负荷，功 率缺额已经减小，所有频率将按3-4的曲线而 不是3-3'曲线继续下降。
误差的 3) 当ZPJH动作后，可能出现的最大误差为最小时，
ZPJH就具有最高的选择性。 4) ffh.min.事实上等于特殊轮的动作频率fdzts
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5) 一般情况下，各轮的ffh.max.i是不同的，而ZPJH 的最终计算误差则应按其中最大的计算。根据 极值原理，显而易见，要使ZPJH装置的误差为 最小的条件是： ffh.max.1 = ffh.max.2 =…= ffh.max.n =fhf0
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调频过程： 设系统负荷有了新的增量ΔP ，主导发电机调频 器的调节方程的原有平衡状态被首先打破，无 差调频器向着满足其调节方程的方向对机组的 有于功 是出 其力 余进n－行1调个整调，频随机之组出的现功了率新分的配Δ。P 1方值程， 式的原有平衡状态跟着均被打破，它们都会向 着满足其功率分方程的方向对各自机组的有功 出力进行调节，即出现了“成组调频” 的状态。 调频过程一直要到ΔPC1不再出现新值才告结束。
机组间有功功率的分配： 调频结束时必有
Pfhe
n
Pci
(1
K1
......
K
n1
)Pc1
i 1
f 0
而各调频机组分担的功率为
Pci
1
K1
K ......
K n1
Pfhe
K i 1 Kx
Pfhe
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。
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积差调频法（同步时间法） 调频方程式： 积差调频法（或称同步时间法）
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
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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 R2PC 2
0
f RnPCn 0 式中 Δf—系统的频率增量
Ri —第 i 台机组的调差特性
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点4：当频率下降到f2时，ZPJH的第二轮频率继 电器启动，经一定时间Δt2后
点5：又断开了接于第二轮频率继电器上的用户。 点5-6：系统有功功率缺额得到补偿。频率开始
沿5～6曲线回升，最后稳定在f∞(2) 。 逐次逼近：进行一次次的计算，直到找到系统功 率缺额的数值（同时也断开了相应的用户）。即 系统频率重新稳定下来或出现回升时，这个过程
46～46.5Hz 3）前后两级动作的频率间隔 前后两级动作的时间间隔是受频率测量元件的动
作误差和开关固有跳闸时间限制的。
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各轮最佳断开功率的计算 1) 系统频率的最后稳定值在最大恢复频率ffh.max.i
与最小恢复频率ffh.min.i之间 2) （ffh.max.i － ffh.min.i ）是正比于ZPJH第i次的计算
f* R*PG* 0
上式称为发电机组 的静态调节方程。
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• 在计算功率与频率的关系时，常常采用调
差系数的倒数，
KG*
1 R
PG* 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 ； • 对水轮发电机组 R *=(2-4)%或KG* =25-50 ；
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：
fdt KPc 0
式中 K-调频功率比例系数
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PL PCi : PL f f 0 PCi PCi : PL PL PA
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调频方程
fdt
K1Pc1
0
fdt
K 2 Pc 2
0
......
f dt KnPcn 0
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。 3)调频是一个要由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。 4)调频与运行费用的关系也十分密切；力求 使系统负荷在发电机组之间实现经济分配。
3
负荷的变动情况可以分 成几种不同的分量： （1）变化周期一般小于 10s的随机分量； （2）变化周期在10s～ 3min之间的脉动分量； （3）变化周期在3min 以上的持续分量，负荷 预测预报这一部分。
才会结束。
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最大功率缺额的确定
ห้องสมุดไป่ตู้1）保证在系统发生最大可能的功率缺额时，也 能断开相应的用户，避免系统的瓦解，使频率 趋于稳定。
2）对系统中可能发生的最大功率缺额应作具体 分析：有的按系统中断开最大容量的机组来考 虑；有的要按断开发电厂高压母线来考虑等。
3）系统功率最大缺额确定以后，就可以考虑接 于减负荷装置上的负荷的总数。要求恢复频率 fhf可以低于额定频率。
7
例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值。
PL* a0 a1 f* a2 f*2 an f*n
0.3 0.40.94 0.1 0.942 0.2 0.943
6) 各轮恢复频率的最大值fhf0可考虑如下：当系 统频率缓慢下降，并正好稳定在第i轮继电器 的动作频率fdzi时，第i轮继电器动作，并断开 了相应的用户功率ΔPi，于是频率回升到这一 轮的最大恢复频率fhf.max.i。
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特殊轮的功用与断开功率的选择
1） 第i轮动作后，系统频率稳定在低于恢复频率的低 限fhf.min.i但又不足使i+1轮减负荷装置动作
(
f fN
)
a2 PLN
(
f fN
)2
an PLN
(
f fN
)n
PL* a0 a1 f* a2 f*2 an f*n
dPL* df*
a1 2a2 f* 3a3 f*2
K L*
K L*
PL* f*
P% f %
P / PLN f / fN
负荷的调节效 应系数
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1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。 2）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与 频率的关系曲线可近似地视为具有不变斜率的直线。这斜 率即为调节效应系数。 3）对于不同的电力系统，调节效应系数的值也不相同。 一般为1～3。即使是同一系统的 ，也随季度及昼夜交替 导致负荷组成的改变而变化。
每台调频机组分担的计划外负荷为
Pi
Kx Ki
n
(
i 1
Pi )
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多台机组用积差法实现调频时，可采用集中制、 分散制两种方式
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三、电力系统低频减载
a)事故情况下，系统可能产生严重的有 功缺额，因而导致系统频率大幅度下 降。
b)所缺功率已经大大超过系统热备用容 量，只能在系统频率降到某值以下， 采取切除相应用户的办法来减少系统 的有功缺额，使系统频率保持在事故 允许的限额之内。
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系统频率的事故限额 （1）系统频率降低使厂用机械的出力大为下降， 有时可能形成恶性循环，直至频率雪崩。 （2）系统频率降低使励磁机等的转速也相应降 低，当励磁电流一定时，发送的无功功率会随 着频率的降低而减少，可能造成系统稳定的破 坏。 （3）电力系统频率变化对用户的不利影响： 频率变化将引起异步电动机转速的变化。 系统频率降低将使电动机的转速和功率降低。 （4）汽轮机对频率的限制。 （5）频率升高对大机组的影响。 （6）频率对核能电厂的影响。
4）考虑到负荷调节效应，接于减负荷装置上的 负荷总功率PJH可以比最大功率缺额Pqe小些。
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例 某系统的用户总功率为Pfhe = 2800MW，系统 最大的功率缺额Pqe=900MW，负荷调节效应系 数LK∗=2，自动减负荷动作后，希望恢复频率值 fhf = 48Hz，求接入减负荷装置的负荷总功率PJH。