电力系统频率 及有功功率自动控制
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电力系统自动化---第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节
7
备用容量的分类
按作用分： (1)负荷备用：满足负荷波动、 计划外的负荷增量 2%~5% (2)事故备用：发电机因故退 出运行而预留的容量 5%~10% (3)检修备用：发电机计划检 修4%~5% (4)国民经济备用：满足工农 业超计划增长3%~5% 按其存在形式分：
(1)热备用
(2)冷备用
8
二、电力系统的频率特性
PG K G f
PD ( f )
f f1 f2 A B
PG
PD 0
( f ) PD
C
PD
PD K D f
负荷功率的实际增量：
PD0 PD PD0 K D f
它同发电机功率增量平衡：
P1 P2
P
PD0 PD PG
PD0 PG PD ( K G K D )f Kf
28
一、 各类发电厂的运行特点
2 水电厂
（1）不需燃料费，但一次投资大
（2）出力调节范围比火电机组大
（3）启停费用低，且操作简单
（4）出力受水头影响 （5）抽水蓄能 （6）必须释放水量－－强迫功率
29
一、 各类发电厂的运行特点 3 核电厂
（1）最小技术负荷小，为额定负荷10～15％。
（2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费
二、目标函数和约束条件
• 有功负荷最优分配的目的：在满足对一定量负荷持续 供电的前提下，使发电设备在生产电能的过程中单位 时间内所消耗的能源最少。 • 满足条件：
等式约束 f(x、u、d)=0 不等式约束 g(x、u、d)≤0
使
目标函数
F=F(x、u、d) 最优
35
1 目标函数 • 系统单位时间内消耗的燃料（火电机组）
电力系统频率和有功功率控制
第四章 电力系统频率和有功功率控制第一节 电力系统频率和有功功率调整的必要性一、 电力系统频率与有功功率的关系 频率、电压是电网电能质量的二大指标。
频率变化原因：负荷变动导致有功功率的不平衡。
变化过程：负荷变化→发电机转速变化→频率变化→负荷的调节效应→新频率下达到平衡。
消除偏移：原动机输入功率大小随负荷变动而改变。
结论：① 电网仅一个频率；② 电网可在偏离额定频率下稳定运行；（0.2Hz ） ③ 频率调整依靠有功进行调整；④ 维持电网频率，调速器调整原动机输入，跟踪负荷变化。
⑤ 转速与频率关系：60pn f二、 电网频率对电能用户及电力系统的影响 对用户影响：① 异步机：转速变化影响产品质量；电机输出功率变化影响输出功率大小。
② 电子测量设备：影响测量精度。
③照明、电热负荷：影响小。
对电网影响：①汽轮机叶片：振动、裂纹，影响寿命。
②火电厂：低于48Hz→辅助电机（送风、给水、循环、磨煤等）出力下降→锅炉、汽轮机出力下降→有功出力下降→频率进一步下降→恶性循环（频率雪崩）。
③电网电压：频率下降→异步机、变压器励磁电流增大，无功损耗增大。
发电机励磁电压下降→系统电压下降→有可能导致系统电压雪崩（大面积停电）。
④核电厂：频率下降→冷却介质泵跳开→反应堆停运。
第二节同步发电机调速器基本原理一、机械液压调速器（离心式调速器）原理简介组成: 测速环节、执行放大环节、转速给定装置①测速环节：主轴带动的齿轮传动机构和离心飞摆。
转速n上升→ A点上移（升高）；转速n下降→A点下移（降低）；②执行放大环节：错油门＋油动机。
稳定状态：错油门活塞堵死油动机活塞二个油管路，油动机上下油压相等，调节汽阀开度不变。
F上升→上管进油→活塞向下→汽阀开度减小→转速下降；F下降→下管进油→活塞向上→汽阀开度增大→转速上升；放大作用：小力量作用于F点，通过高压油作用，在活塞出生较大作用力。
③转速给定装置：同步器。
控制电机的正转、反转，使D点上下移动。
5电力系统的有功功率和频率调整
2. 电力系统经济调度的数学模型
2) 等式约束条件：有功功率必须保持平衡的条件。 对于每个节点：
对于整个系统：
若不计网损：
2. 电力系统经济调度的数学模型
3) 不等式约束条件：为系统的 运行限制。
4) 变量：各发电设备输出有功功率。
3. 电力系统经济调度问题的求解
一般用拉格朗日乘数法。 现用两个发电厂之间的经济调度来说明，问题 略去网络损耗。 1) 建立数学模型。
3. 电力系统经济调度问题的求解
2) 根据给定的目标函数和等式约束条件建立一个新的 、不受约束的目标函数——拉格朗日函数。
3) 对拉格朗日函数求导，得到最小值时应有的三个条 件：
（1）
3. 电力系统经济调度问题的求解
4) 求解（1）得到：
这就是著名的等耗量微增率准则，表示为使总耗量 最小，应按相等的耗量微增率在发电设备或发电厂 之间分配负荷。 5) 对不等式约束进行处理 ❖ 对于有功功率限制，当计算完后发现某发电设备越 限，则该发电设备取其限制，不参加最优分配计算 ，而其他发电设备重新进行最优分配计算。 ❖ 无功功率和电压限制和有功功率负荷的分配没有直 接关系，可暂时不计，当有功功率负荷的最优分配 完成后计算潮流分布在考虑。
4. 用迭代法求解电力系统经济调度问题
1) 设耗量微增率的初值 ； 2) 求与 对应的各发电设备应发功率 ； 3) 校验求得的 是否满足等式约束条件：
4) 如不能满足，则如
，取
，取
，自2）开始重新计算。
5) 直到满足条件。
；如
例题
5. 等耗量微增率准则的推广运用
用于解决火力发电厂与水力发电厂之间的最优分配问 题。
2) 数学表达式：
KS：称为系统的单位调节功率，单位Mw/Hz。表示原动 机调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频 率下降或上升的多少。
AGC与一次调频讲义
A G C与一次调频讲义 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020自动发电控制AGC和一次调频0 前言根据电监会发布的《发电厂并网运行管理规定》（电监市场[2006]42号）和《并网发电厂辅助服务管理暂行办法》（电监市场[2006]43号）分别制定了两个文件：《××区域发电厂并网运行管理实施细则》和《××区域并网发电厂辅助服务管理实施细则》（其中的××代表区域，如“华北”、“华东”），简称“两个细则”。
其中对AGC和一次调频的投入率、调节指标的考核标准进行了严格的规定。
1 定义电力系统频率和有功功率自动控制统称为自动发电控制（AUTO GENERATOR CONTROL 简称AGC）。
AGC是通过控制发电机有功出力来跟踪电力系统负荷变化，从而维持频率等于额定值，同时满足互联电力系统间按计划要求交换功率的一种控制技术。
基本目标包括使全系统的发电出力和负荷功率相匹配；将电力系统的频率偏差调节到零，保持系统频率为额定值；及控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，实现各区域内有功功率的平衡。
图1 AGC总体结构示意图主要有三个闭环控制：机组控制环、区域调节控制环和计划跟踪环，机组控制环由D CS自动实现；区域调节控制的目的是使区域控制误差调到零，这是AGC的核心；区域计划跟踪控制的目的是按计划提供发电基点功率。
2 简介AGC作为能量管理系统（EMS）的子系统与数据采集系统（SCADA）结合，以AGC/EDC软件包的形式成为SCADA/AGC-EDC系统，实现电网自动调频和有功功率经济分配等功能。
SC ADA软件系统是AGC软件系统的“工作平台”，其信号主要有三类：遥测信号是被控发电机和区域联络线的有功功率信号经电厂远动终端装置（RTU）、A/D转换送调度中心作为模拟量测量信号；遥信信号指AGC投/切和发电机开/停状态的开关量信号，该类信号经R TU按5us周期扫查送调度中心；遥控信号即中调遥调指令（ADS），该指令由AGC程序运算产生。
第三章电力系统频率及有功功率的自动调节_电力系统自动化
在稳态下，配有调速器的发电机组转速n与所带有功功率P的关系..
n no nN n △f △P f
若发电机组原在（PN，nN） 点，当有功变化为P时，调 速器调节后，机组运行在 （P，n）,n≠ nN因此又称为 有差调节特性。
PN
P
PG
1.速度变动率R（调速系统静态特性的斜率）： 当发电机有功功率从0增加到PN时，转速从n0 变到nN, R=no-nN
b1＞b2:1号机组的功率减少 △P,其功率变为P1 ,相应的微增率 减小至b1 ;2号机组增加相同的△P,其功率变为P2 相应的微增率 增大至b2 1号机组减少的燃料消耗费用大于2号机组增加的消耗费用, 负荷转移可使消耗费用减少,当b1等于b2时,总的燃料消耗费用为
, , , ,
最小即最经济.
系统中并联运行的发电机组经济调度的准则是: 各机组的微增率相等
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——调节结果是无差的；
复习思考
• • • 1.频率和有功功率调节的主要任务是什么? 2.在电力系统中,有了调速器对频率的一次调节, 为什么还要引入调频器,进行二次调节? 3.调速器的失灵区对频率调整有何影响?
×100%
nN
2.发电机组的频率调节方程 :
Δf* + R* · ΔPf* = 0
(三)调节特性的失灵区ε（迟缓率）
1．定义：由于测量元件的不灵敏性, 调速系统对于微小的转速
变化不能反应,调节特性实际上是一条具有一定宽度
f
不灵敏的带子, 称为失灵区。
n no nN n △f △P f
若发电机组原在（PN，nN） 点，当有功变化为P时，调 速器调节后，机组运行在 （P，n）,n≠ nN因此又称为 有差调节特性。
PN
P
PG
1.速度变动率R（调速系统静态特性的斜率）： 当发电机有功功率从0增加到PN时，转速从n0 变到nN, R=no-nN
b1＞b2:1号机组的功率减少 △P,其功率变为P1 ,相应的微增率 减小至b1 ;2号机组增加相同的△P,其功率变为P2 相应的微增率 增大至b2 1号机组减少的燃料消耗费用大于2号机组增加的消耗费用, 负荷转移可使消耗费用减少,当b1等于b2时,总的燃料消耗费用为
, , , ,
最小即最经济.
系统中并联运行的发电机组经济调度的准则是: 各机组的微增率相等
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——调节结果是无差的；
复习思考
• • • 1.频率和有功功率调节的主要任务是什么? 2.在电力系统中,有了调速器对频率的一次调节, 为什么还要引入调频器,进行二次调节? 3.调速器的失灵区对频率调整有何影响?
×100%
nN
2.发电机组的频率调节方程 :
Δf* + R* · ΔPf* = 0
(三)调节特性的失灵区ε（迟缓率）
1．定义：由于测量元件的不灵敏性, 调速系统对于微小的转速
变化不能反应,调节特性实际上是一条具有一定宽度
f
不灵敏的带子, 称为失灵区。
电力系统频率及有功功率的自动调节与控制
二、电力系统负荷调节效应
1、当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变。 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。
2、电力系统中各种有功负荷与频率的关系 (1) 与频率变化无关的负荷，如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整流负 荷等。它们从系统中吸收有功功率而不受频率变化的影响。
PL a0 a1 f a2 f2 a3 f3
0.35 0.4 0.96 0.1 0.962 0.15 0.963
0.35 0.384 0.092 0.133 0.959
PL % (1 0.959) 100 4.1
KL
PL % f %
4.1 4
1.025
电力系统自动化
Pc
PB
B K
保持不变
电力系统自动化
第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节
积差调节法的特点是调节过程只能在 结束， 常数， 此常数与计划外负荷成正比。
3、机组间的有功功率分配 多机组采用积差调频法调频时，可采用集中式、分散式两种形式。
电力系统自动化
第三节 电力系统调频与自动发电控制
调频方程组
由于系统中各点的频率是相同的，各机组
m PTi 1
m PGi 1
PL
d dt
m (Wki )
1
系统的频率的变化是由于发电机的负荷与原动机输入功率之间失去平衡所致， 因此调频与有功功率是不可分开的。
第一节 电力系统频率特性
频率降低较大时，对系统运行极为不利，甚至会造成严重后果。
（1）对汽轮机的影响，当频率低至45HZ时，个别的叶片可能发生共 振而引起断裂事故。 （2）发生频率崩溃现象。 （3）发生电压崩溃现象，系统运行的稳定性遭到破坏，最后导致系 统瓦解。
第五章电力系统频率及有功功率的自动调节
•若系统负荷增长到3650MW时,则有
•KL = 1.5 × ( 3650 / 50 ) = 109.5 ( MW / HZ )
•* 由此可知, KL的数值与系统的负荷大小有关.
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
三、发电机组的功率——频率特性
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
三、发电机组的功率——频率特性
•f
•PL = f(f)
•PL1 = f(f)
•fN
•a
•d
•f2 •f3
•b
•c •ΔPL
•PG=f(f)
•无调速 •有调速
•到状态b，PL未变，PG没增 加
•ΔPL2 •ΔPL1
•到状态c，再调可以到状态d
•PL
•PL2•PL1
•P
•调速器的调节作用被称为一次调节。 第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•4 电液转换及液压系统 •电液转换器把调节量由电量转换成非电量油压。液 压系统由继动器、错油门和油动机组成。
•5 调速器的工作
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•三 数字式电液调速器
•控制电路部分的功能用微机实现。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
• • 主机根据采集到的实时信息，按预先确定的控制 规律进行调节量计算，计算结果经过D/A变换输 出去控制电/液压转换，再由液压伺服系统控制原 动机的输入功率，完成调速或调频的任务。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•第三节 电力系统频率调节系统及其特性
•一 调节系统的传递函数
▪ 传递函数是分析调节系统性 能的重要工具，电力系统的 频率和有功功率调节系统， 主要是由调速器、发电机与 原动机和电网环节组成，传 递函数分别讨论如下：
•KL = 1.5 × ( 3650 / 50 ) = 109.5 ( MW / HZ )
•* 由此可知, KL的数值与系统的负荷大小有关.
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
三、发电机组的功率——频率特性
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
三、发电机组的功率——频率特性
•f
•PL = f(f)
•PL1 = f(f)
•fN
•a
•d
•f2 •f3
•b
•c •ΔPL
•PG=f(f)
•无调速 •有调速
•到状态b，PL未变，PG没增 加
•ΔPL2 •ΔPL1
•到状态c，再调可以到状态d
•PL
•PL2•PL1
•P
•调速器的调节作用被称为一次调节。 第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•4 电液转换及液压系统 •电液转换器把调节量由电量转换成非电量油压。液 压系统由继动器、错油门和油动机组成。
•5 调速器的工作
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•三 数字式电液调速器
•控制电路部分的功能用微机实现。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
• • 主机根据采集到的实时信息，按预先确定的控制 规律进行调节量计算，计算结果经过D/A变换输 出去控制电/液压转换，再由液压伺服系统控制原 动机的输入功率，完成调速或调频的任务。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•第三节 电力系统频率调节系统及其特性
•一 调节系统的传递函数
▪ 传递函数是分析调节系统性 能的重要工具，电力系统的 频率和有功功率调节系统， 主要是由调速器、发电机与 原动机和电网环节组成，传 递函数分别讨论如下：
第五章电力系统有功功率和频率调整
❖ 受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整 范围较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄(高温 高压30%，中温中压75%)
❖ 机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能 量，易损坏设备
❖ 热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于 热负荷，为强迫功率
火电厂的效率
❖中温中压 ❖高温高压 ❖超高压力 ❖超临界压力 ❖热电厂
内容
❖ 机组优化组合（简要介绍）
确定系统中需要运行多少机组，哪些机组运行， 以及什么时候运行。
❖ 经济功率分配（重点学习）
在已知机组组合的基础上，确定各机组的功率输 出，在满足机组、系统安全约束的同时，使系统 的运行最优化。
火电厂特点
❖ 需燃料及运输费用，但不受自然条件影响 ❖ 效率与蒸汽参数有关
❖ ④原子能电厂虽然可调容量较大，调整速度也不 亚于火电厂，但因其运行费用较低，通常都以满负 荷运行，一般不考虑用这类电厂调频。
❖ ⑤如果系统中有抽水蓄能电厂，首先应该考虑采 用这类电厂进行调频。
名词解释
❖ ALFC:自动负荷频率控制 ❖ AGC：自动发电控制 ❖ EDC：经济调度控制 ❖ ACE：区域控制偏差
，从6.80%下降到5.69%。
1997~2009年厂用电率变化情况
电源备用容量
❖ 有功功率平衡：
发电功率=厂用电+网损+综合用电负荷
❖ 有功电源的备用容量：
备用容量=发电机组的额定容量-发电功率
电源备用容量（按状态分类）
❖ 热备用：运转中的发电设备可能发的最大功 率与发电负荷之差(旋转备用)；
调整：减小进气量或进水量，进而减小作用在发 电机转子上的机械功率，机械功率=电磁功率， 转子达到额定转速，系统频率达到额定频率。
❖ 机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能 量，易损坏设备
❖ 热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于 热负荷，为强迫功率
火电厂的效率
❖中温中压 ❖高温高压 ❖超高压力 ❖超临界压力 ❖热电厂
内容
❖ 机组优化组合（简要介绍）
确定系统中需要运行多少机组，哪些机组运行， 以及什么时候运行。
❖ 经济功率分配（重点学习）
在已知机组组合的基础上，确定各机组的功率输 出，在满足机组、系统安全约束的同时，使系统 的运行最优化。
火电厂特点
❖ 需燃料及运输费用，但不受自然条件影响 ❖ 效率与蒸汽参数有关
❖ ④原子能电厂虽然可调容量较大，调整速度也不 亚于火电厂，但因其运行费用较低，通常都以满负 荷运行，一般不考虑用这类电厂调频。
❖ ⑤如果系统中有抽水蓄能电厂，首先应该考虑采 用这类电厂进行调频。
名词解释
❖ ALFC:自动负荷频率控制 ❖ AGC：自动发电控制 ❖ EDC：经济调度控制 ❖ ACE：区域控制偏差
，从6.80%下降到5.69%。
1997~2009年厂用电率变化情况
电源备用容量
❖ 有功功率平衡：
发电功率=厂用电+网损+综合用电负荷
❖ 有功电源的备用容量：
备用容量=发电机组的额定容量-发电功率
电源备用容量（按状态分类）
❖ 热备用：运转中的发电设备可能发的最大功 率与发电负荷之差(旋转备用)；
调整：减小进气量或进水量，进而减小作用在发 电机转子上的机械功率，机械功率=电磁功率， 转子达到额定转速，系统频率达到额定频率。
船电设备——第十五章电力系统频率及有功功率自动调整
结论： 结论：
负荷调节效应，对于限制系统频率变化是有利的， 负荷调节效应，对于限制系统频率变化是有利的， 但只依靠这个效应，频率的变化将是很大的。 但只依靠这个效应，频率的变化将是很大的。为了保证 系统的频率变化在一定的允许范围内， 系统的频率变化在一定的允许范围内，发电机组必需配 置（用以维持转速恒定的）调速器。 用以维持转速恒定的）
f
f0
1 1' 2' 2
P 1 2
0
P 1
P
转移过程: 为保持电网的频率稳定，在转移负载时， 转移过程: 为保持电网的频率稳定，在转移负载时，
必须同时向相反方向调节两机组的调速控制开关。 必须同时向相反方向调节两机组的调速控制开关。 1号机组减油门，曲线下移（负荷减小） 号机组减油门，曲线下移（负荷减小） 2号机组增油门，曲线上移（负荷增大） 号机组增油门，曲线上移（负荷增大）
2
去磁电枢反应
E0↓
15.1. 15.1. 电力系统有功功率自动调整基础知识 1.电力系统频率波动的原因及其影响 1.电力系统频率波动的原因及其影响 pn 的关系： 电网频率f 与发电机转速n的关系： f = 60
的变化导致电网频率 即：发电机转速n的变化导致电网频率 的变化 发电机转速 的变化导致电网频率f 与油门有关） 设原动机输入功率为PT（与油门有关），发电机负荷功率为PF 时输入与输出功率平衡，系统转速（即频率）不变。 当PT＝PF时输入与输出功率平衡，系统转速（即频率）不变。 如果系统中的负荷突然变化使发电机输出功率增加△PF，而由 于机械惯性， 于机械惯性，原动机的输入功率还来不及变化
输出电功率sui有功puicos同步发电机的负载运行输出无功q从而导致端电压下降为维持端电压不变则需增大励磁电流i若输出无功q不变增大励磁电流i则端电压u上升输出有功p下降为维持不变则需增大原动机输入功率柴油机油门若输出有功p不变增大油门则端电压频率上升若输出无功q励磁电流i端电压u输出有功p油门频率60pn电网频率f与发电机转速n的关系
第五章 电力系统的有功功率和频率讲解
2)
求与 (0)
对应的各发电设备应发功率
PG(
0) i
；
3)
校验求得的 PG(
0) i
是否满足等式约束条件：
n
n
P(0) Gi
PLi 0
i 1
i 1
4) 如不能满足，则如 PGi PLi ，取 (1) (0) ；
如 PGi PLi ，取 (1) (0)，自2）开始重新计
PG2 )
f PG1
(PG1,
PG2 )
dF1 ( PG1 ) dPG1
1
0
C PG 2
(PG1,
PG2 )
f PG 2
(PG1,
PG2 )
dF1(PG2 ) dPG 2
2
0
所以可得 1 2
f (PG1, PG2 ) 0
上式就是等耗量微增率准则。它表示为使总耗量 最小，应按相等的耗量微增率在发电设备或发电 厂之间分配负荷。
• 耗量特性曲线上某点切线的斜率称耗量微增率λ ， 是单位时间内输入能量微增量与输出功率微增量 的比值。 即
F / P dF / dP
W / P dW / dP
• 2．目标函数和约束条件
• 在数学上，其性质是在一定的约束条件下，使某 一目标函数为最优，而这些约束条件和目标函数 都是各种变量－状态变量、控制变量、扰动变量 的非线性函数，可表达为：
•
得超过水库的容水量 对简单的系统有
PT 1
PH 2
PL1
第05章_电力系统频率及有功功率的自动调节(7-8)
三、如何运用CPS标准来评价控制性能 • 当 100%≤CPS1<200%时，即0<CF≤1时，则有 这说明在这段时间内，该控制区的控制行
为对电网频率质量是不利的，但仍符合 Σ( ACE AVE − min ⋅ ΔFAVE − min ) < ≤1 2 CPS10 标准的要求，也就是说其影响程度未 − 10 B ⋅ n ⋅ ε 1 超过所允许的范围。此时。需同时满足 ACE十分 即 CPS2 Σ标准。如不能满足，则需将 ( ACE AVE − min ⋅ ΔFAVE − min ) 为正， 钟平均值偏离CPS2标准的部分（大于L10 但 的部分），与ACE对电网频率影响的部分 （CPS1 偏离200% 部分，即 2-CPS1）结合 ⋅ Δ ( ACE F ) ∑ AVE − min AVE − min 2 ≤ ε 1 起来进行评价。 − 10 B ⋅ n
13
四、CPS系列标准较A系列标准的优越性
• A1,A2标准未涉及电网频率控制的目标，因 而应用在频率控制目标不同的电网中时，需 要做一些人为的调整。而CPS标准中对频率 的控制目标都有明确的规定，因此可应用于 各种频率控制目标的电网。ε 1和ε 10的数 值充分体现了电网之间的差异。美国最小的 互联电网得克萨斯电网（1998年最高负荷 48588MW）的ε 1=0.020HZ, ε 10=0.0073Hz;而华东电网（1998年最高负荷 32050MW）的ε 1=0.035HZ, ε 10=0.025Hz
△F
Eminth<|ACE| < Emaxth时，认为|ACE| 相对于△F来说并不大，无需改变现 有的ACE，令 PCPS ＝ －PP |ACE| > Emaxth时，认为|ACE|相对于 △F来说已很大，应减少|ACE| ，减 少的程度只要达到Emaxth即可。令 PCPS ＝ － Emaxth * △F/ |△F|
电力系统有功功率和频率调整
一、系统频率标准
• 1.2当发生省网或省内局部地区独立网运行时，独立网 当发生省网或省内局部地区独立网运行时， 当发生省网或省内局部地区独立网运行时 万千瓦及以上,频率偏差正常不得超过 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 ±0.2赫兹，持续时间不得超过 赫兹；超出50± 赫兹 赫兹， ± 30 分钟；超出50±0.5 赫兹，持续时间不得超过15分 分钟；超出 ± 赫兹，持续时间不得超过 分 万千瓦， 钟。独立网用电负荷小于 300万千瓦，频率偏差正常 万千瓦 不得超过50± 赫兹；超出50± 赫兹 赫兹， 不得超过 ±0.5 赫兹；超出 ±0.5赫兹，持续时间 不得超过30分钟 超出50± 赫兹 分钟； 赫兹， 不得超过 分钟；超出 ±1赫兹，持续时间不得超 分钟。 过15分钟。 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 系统事故造成地区电网独立网运行时， 系统事故造成地区电网独立网运行时 电厂负责独立小网调频调压任务， 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、 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。 频减负荷甚至垮网的现象。
3
二、调频厂的确定及频率调整
1.调频厂的确定
• 电网运行时应指定第一调频厂和第二调频厂。 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 及以上的火电厂、单机容量在 省电网单机容量在 及以上的火电厂 及 以上的水电厂、 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 二调频厂。正常运行情况下， 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 运行的电厂即自动转为第一调频厂， 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 未指定为第一调频厂或未投 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： 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。 、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。 、具有足够的调整速度，可适应系统负荷的最快增、减变化。 3、在系统中所处的位置合理，其与系统间的联络通道具备足够的输 、在系统中所处的位置合理， 送能力。 送能力。
电力系统自动化----第三版(王葵、孙莹编)第三章电力系统频率及有功功率的自动调节
*
*
配有调速系统的发电机组的功率-频率特性
图3-4 发电机组的功率—频率特性
（3-7）
－ 发电机组的输出功率增量； －对应于频率增量。
调差系数：
*
调差系数R的标幺值表示为
（3-8）
或写成
（3-9）
（3-9）式又称为发电机的静态调节方程。
*
发电机组调差系数主要决定于调速器的静态调节特性，它与机组间有功功率的分配密切相关。
——发电机的功率-频率特性系数，或单位调节功率。
一般发电机的调差系数或单位调节功率，为下列数值：
*
图3-5 两台发电机并联运行情况
在发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比 调差系数小的机组承担的负荷增量要大，而调差系数大的机组承担的负荷增量要小。 电力系统中，如果多台机组调差系数等于零是不能并联运行的; 多台机组中有一台机组的调差系数等于零，也是不现实的。 所有机组的调速器都为有差调节，由它们共同承担负荷的波动。
（3-2）
将上式除以 ，则得标么值形式，即
(3-1)式或(3-2)式称为电力系统有功负荷的静态频率特性方程。
*
图3-2 负荷的静态频率特性
负荷的频率调节效应
*
定义为负荷的频率调节效应系数。
（3-3）
为了反映有功功率随频率变化的程度，将
（3-16）
设系统的总负荷增量为 ，则调节过程结束时，必有
（3-17）
右端 是系统的等值调差系数。
调节过程
*
式（3-15）、式（3-16）、式（3-19）说明有差调频器具有下述优缺点。
可以求得每台调频机组所承担的计划外负荷为
（3-19）
当系统出现新的频率差值时，各调频器方程式的原有平衡状态同时被打破，因此各调频器都向同一个满足方程式的方向进行调整，同时发出改变有功出力增量 的命令。调频器动作的同时性，可以在机组间均衡的分担计划外负荷，有利于充分利用调频容量。
*
配有调速系统的发电机组的功率-频率特性
图3-4 发电机组的功率—频率特性
（3-7）
－ 发电机组的输出功率增量； －对应于频率增量。
调差系数：
*
调差系数R的标幺值表示为
（3-8）
或写成
（3-9）
（3-9）式又称为发电机的静态调节方程。
*
发电机组调差系数主要决定于调速器的静态调节特性，它与机组间有功功率的分配密切相关。
——发电机的功率-频率特性系数，或单位调节功率。
一般发电机的调差系数或单位调节功率，为下列数值：
*
图3-5 两台发电机并联运行情况
在发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比 调差系数小的机组承担的负荷增量要大，而调差系数大的机组承担的负荷增量要小。 电力系统中，如果多台机组调差系数等于零是不能并联运行的; 多台机组中有一台机组的调差系数等于零，也是不现实的。 所有机组的调速器都为有差调节，由它们共同承担负荷的波动。
（3-2）
将上式除以 ，则得标么值形式，即
(3-1)式或(3-2)式称为电力系统有功负荷的静态频率特性方程。
*
图3-2 负荷的静态频率特性
负荷的频率调节效应
*
定义为负荷的频率调节效应系数。
（3-3）
为了反映有功功率随频率变化的程度，将
（3-16）
设系统的总负荷增量为 ，则调节过程结束时，必有
（3-17）
右端 是系统的等值调差系数。
调节过程
*
式（3-15）、式（3-16）、式（3-19）说明有差调频器具有下述优缺点。
可以求得每台调频机组所承担的计划外负荷为
（3-19）
当系统出现新的频率差值时，各调频器方程式的原有平衡状态同时被打破，因此各调频器都向同一个满足方程式的方向进行调整，同时发出改变有功出力增量 的命令。调频器动作的同时性，可以在机组间均衡的分担计划外负荷，有利于充分利用调频容量。
电力系统的有功功率和频率控制
电力系统频率控制的必要性
发电和用电设备都是按额定频率设计和制造的，在其附近运行 时才能发挥最好的效能，过大的变动将产生不利的影响。
频率变化对用户的不利影响 频率变化引起异步电动机转速的变化，进而影响产品质量 频率降低使电动机转速和功率降低，从而降低传动机械出力 频率波动影响电子设备的准确性和工作性能，甚至无法工作
出力无穷大变化，故实际不可能）
调节特性的失灵区
fW fW
由于存在摩擦、间隙和死行程等，调速器具有一定的失灵区，
实际的机组调节特性为一条具有一定宽度的带。只有在频率偏
差超过调速器的最大频率呆滞 ±fW 后，调速器才开始动作。
失灵区的宽度用失灵度 e 描述：e fW
fe
失灵区的存在导致并列运行的
2) 并网运行时，气门加大， 但 f 不变， 调差曲线上移； 单机运行时，气门加大→
f ↑→ A↑→ C↑→ E↑→关油
功率-频率电气液压调速器
优点：灵敏度高、调节速度快、精度高；易实现综合调节和自动 控制；参数整定方便，易实现校正控制；体积小，检修维护方便
发电机组的调速器特性
积分环节：错油门与油动机的作用
i 1
① P1 变化幅度很小、周期较短（一般10s以下）的随机性负荷分 量：频率的一次调整，一次调频（调速器）
② P2 变化幅度较大、周期较长（10s至3min）的脉动负荷分量， 如冲击负荷：频率的二次调整，二次调频（调频器）
③ P3 变化缓慢、幅度最大、周期最长的持续负荷分量，由生产/ 生活/气象等变化引起，可以用负荷预测的方法预先估计，如
*
f PG
fN PGN
f* PG*
0
发电机的调节方程：f* + * PG* = 0
chap3-1,2,3第三章 电力系统频率和有功控制
（二）发电机组的调速器特性 负荷突然增大——f下降——A下移——B还未动 作——由于没有调节转速给定装置，D不动—— C、E、F下移——错油门凸肩下移——压力油进 入油动机活塞下腔，上腔与排油相通——油动机 活塞上移——B上移——开大开度——增大进汽 量——机组转速增加——A上移——C、F上移— —E上移——直到回到原来位置，使错油门活塞 重新把管口堵住，机组出力和负荷重新达到平衡， 调整过程结束，转速稳定在某一新值。
率偏移量与功率调节量间的关系。
二、发电机组的频率特性
在发电机组输入功率不变的情况下， 当负荷功率PL变化时，将影响发电机组 的转速，借负荷的调节效应只能部分地 补偿负荷的变化，因此负荷的变化将使 系统频率发生偏移。发电机组转速（频 率）的调整是通过原动机的调速器实现 的。原动机的调速器将自动地改变原动 机的进汽（水）量，相应增加或减小发 电机的出力。当调速器的调节过程结束， 建立新的稳态时，发电机的有功出力同 频率之间的关系称为发电机组调速器的 功率—频率静态特性。
3、检修备用： 指发电设备计划检修时，为保证对用 户正常供电而设置的备用。一般可不 单独设检修备用。 4、国民经济备用： 指为满足工农业生产的超计划增长对 电力的需求而设计的备用容量，一般 为最大负荷的3%-5%。
5、热备用： 运转中的发电设备可能发出的最大功率 与系统发电负荷之差。热备用容量随时 补偿由于随机事件引起的功率缺额。在 以上备用容量中，负荷备用及一部分事 故备用要随时应付电力系统负荷变化， 因此它们又称热备用。一般为最大负荷 的8%-10%。 6、冷备用： 指电力系统中没有运转的，但是能随时 启用的发电设备可能发出的最大功率。
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。
电力系统AGC技术简介(2012电网培训班)
电科院CC2000、3000、50源自0；南瑞open系列定频率控制(云南电网)、定交换功率(广东)、区域偏差(ACE)、cps(华东)
两套风电AGC系统：南瑞、中科
AGC系统管理
AGC系统管理办法
火电AGC管理指标
风电AGC管理指标
AGC管理办法 《火电厂并网调度管理办法》 《调度规程》 《并网风电调度管理办法》 《华北电网两个细则》
电网控制
无功电压控制
高级控制功能 电网应用分析 紧急控制
高级应用
安全自动装置
AGC基础技术
什么是AGC？
AGC系统的作用
AGC系统的组成
电力系统 动态变化
负荷随机波动
作用：根据电力系统动态变化，控制电源有功功率
负荷周期波动
区域联络线波动
电力市场需求
新能源波动
……
机组一次调频
AGC
二次调频
AGC调频
火电AGC系统
风电AGC系统
复合电源AGC系统
出 力 上 下 限 调 整 速 率 控 制 模 式
机组属性表
电网实时数据采集
控制参数 区域ACE值 计划曲线 特高压偏差 负荷波动 风电波动 控制算法 控制目标 决策
AGC系统实现
火电AGC系统
风电AGC系统
复合电源AGC系统
短期、超短期负荷预测 出 力 上 下 限
AGC系统的组成
EMS
定义：电力系统频率和有功功率自动控制系统称为自动发电控 能量管理系统 制（AGC)，亦称负荷与频率控制（LFC)； 由自动装置和计算 机程序对频率和有功功率进行二次调整实现。 SCADA、电网实时监视、图形化软件 电网状态监视 自动发电控制（AGC) 是电力系统能量管理系统(EMS)中最重要 的控制功能。 EMS包含：自动稳定控制(ASC)、自动发电控制 AGC 有功功率控制 （AGC) 、自动电压控制(AVC)三大控制系统。 AVC
电力系统有功功率和频率调整
12
单位调节功率用标幺值表示：
KG*
PG* f*
PG / PGN f / fN
KG
fN PGN
1
*
式中，
*
f* PG*
称为发电机组的调差系数，通常由
额定运行点和空载运行点定出。
在额定运行点，f fN , PG PGN ;在空载运行点， f f0 , PG 0
*
( fN (PGN
(2)只有水轮机组参与调节：
5
KS KG KD 80 5 90 490 MW/Hz i 1
f PD0 300 0.6122 Hz
KS
490
24
小 结：
1、负荷的有功频率特性：
KD
PD f
2、有功电源的有功频率特性：KG
PG f
3、有功平衡：一次调频
调速器
二次调频
调频电厂
本次课的重点：一次调频的原理和计算。
KA
KB
B系统不参 加二次调整
PAB 0
PAB
K APDB
K B (PDA PGA ) KA KB
PDB
K B (PD PGA ) KA KB
32
互联系统的频率调整常采用如下三种方式 ： 1、频率保持不变，△f=0 2、联络线功率保持不变，△PAB=0
- - 3、△PDA △PGA= △PDB △PGB=0
9
负荷的有功频率特性简化表达
当频率偏离额定值不大时，负荷有功频率特性用一条近似 直线来表示。
K
tg
P D
D
f
PD
PD
P / P P
K D
DN
D
D f / f
f
N
电力系统频率及有功功率的调节
式中 ΔPci—第 i 调频发电机的有功增量 Ki —功率分配系数
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 的有功出力进行调整，随之出现了新的ΔP 1 值，于是其余 n－1 个调频机组的功率分配。 方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。
1 1 1 f PL P ... ) c1 P c 2 ... P cn f ( R1 R2 Rn Rx
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
上式也可以写为 f R P 0 x c
1
其中 Rx 1 1 1 是系统的等值调 ... 节系数 R1 R2 Rn
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。
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。
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。
0.3 0.4 0.94 0.1 0.94 0.2 0.94
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 的有功出力进行调整，随之出现了新的ΔP 1 值，于是其余 n－1 个调频机组的功率分配。 方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。
1 1 1 f PL P ... ) c1 P c 2 ... P cn f ( R1 R2 Rn Rx
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
上式也可以写为 f R P 0 x c
1
其中 Rx 1 1 1 是系统的等值调 ... 节系数 R1 R2 Rn
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。
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。
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。
0.3 0.4 0.94 0.1 0.94 0.2 0.94
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ACE A = ΔPtA + β A Δf A ACE B = ΔPtB + β B Δf B
ACE A = ΔPtA + β A Δf A ACE B = ΔPtB + β B Δf B
相应控制功率
ΔPGA = − K A ∫ (ΔPtA + β A Δf A )dt ΔPGB = − K B ∫ (ΔPtB + β B Δf B )dt
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
( 二 ) 频率联络线路功率偏差控制 (TBC)
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
五、电力系统的频率特性 •一次调频为有差调节，稳 定点为c点，Δf下降。
改变调节器整定 值，增加ΔPL1，系统 频率恢复为fe,增量 ΔPL全部由发电机承 担，称为二次调频。
•
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二次调频动态过程
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
负荷功率-频率特性：
⎛ f ⎞ ⎛ f ⎞ ⎛ f ⎞ ⎛ f ⎞ PL = a0 PLN + a1 PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ + a2 PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ + a3 PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ + L + an PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ ⎝ N⎠ ⎝ N⎠ ⎝ N⎠ ⎝ N⎠
3。
1 Δf ΔPΣ = − × PΣN RΣ f N ，Δ 频率调整的结果，由
f≠0，即调整的结果不能保持原有系统频 率，调整是有差的，并且系统有功功率变 化量ΔPΣ愈大，Δf也愈大。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
一次调频动态过程特点：
4。 有功功率变化量按一定比例在 各调频机组间分配。各调频机组所 承担的有功功率变化量与该机组的 调差系数成反比，改变调差系数可 改变该调频机组承担的有功功率变 化量。
P L* =α 0 +α 1 f* +α f +α f
2 2 *
2 3 *
=0.2+0.5*0.99+0.1*0.992 +0.2*0.993 =0.987
ΔPL % = (1 − 0.987) *100 = 1.3
K L*
ΔPL % 1.3 = = = 1 .3 Δf % 1
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
Δf mf + mP ΔP = ΔU或ΔI PID调节将两差值综合 R
调节的结果是使方程右边的调节量为零 , 调节结束。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第三节 电力系统自动调频方法 一、虚有差调节法 各调频机组调节准则为：
Δf + RG1 ( Pc1 − α1 ∑ Pk ) = 0
k =1 i i
二、负荷功率-频率特性 计算方法的比较： 也可以采用对PL*求导方式求KL*
K L∗ dPL∗ 2 = = a1 + 2a2 f ∗ + 3a3 f ∗ + L + nan f ∗n −1 df ∗
= 0.5 + 2 × 0.1 × 0.99 + 3 × 0.2 × 0.99 2 = 1.286
对比两者结果，可以看到 由小变化求KL*与用求导方式 结果的不同。实际电力系统的 负荷频率调节效应系数不是一 个常数，而随着所选频率点不 同而不同。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
三、发电机组功率-频率特性 (一）发电机组功率-频率特性曲线（有差调节特性） 发电机组调差系数
负号表示发电机输出功 率的变化和频率的变化符 号相反。 调差系数R的标幺值表示为 发电机组静态 调节方程
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
三、发电机组功率-频率特性 发电机组调差系数 调差系数的倒数表示为KG* 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： 汽轮发电机组 R*=4~6%或KG*=16.6~25； 水轮发电机组 R*=2~4%或KG*=25~50
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
四、调差特性与机组有功功率分配
1 Δf ΔPΣ = − × PΣN RΣ f N
等值机组有功调差系数
ΣPGiN RΣ = n PGiN ∑ i =1 Ri*
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
若干台发电机组并联运行，有功与无功的对偶关系
ΔP → Δf
有功调差系数
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
电力系统频率 及有功功率自动控制
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第一节 一、概述
电力系统的频率特性
负荷变动情况： • 随机分量 频率高，幅度小 • 脉动分量 周期10～30min， 幅度较大 • 持续分量 变化缓慢
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
K L∗
dPL∗ 2 = = a1 + 2a2 f ∗ + 3a3 f ∗ + L + nan f ∗n −1 df ∗
KL*称为负荷的频率调节效应系数 表达负荷标幺值相对频率标幺值的变化率。KL*越 大，表明频率变化一个百分点的负荷变化百分数越 大；KL*越小，则表明负荷变化小。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
五、电力系统的频率特性
a点运行，增ΔPL， 无调节器为b点； 有调节器为c点， Δf下降，频率下的 ΔPL由负荷减少ΔPL1 和发电机增加ΔPL2平 衡。 称为一次调频。 为有差调频
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
五、电力系统的频率特性
一次调频动态过程
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二．数字式电液调速器
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
调速器的工作 按发电机组是否并入电网两种情况来讨论调整器的 工作。 1。发电机组未并网时，功率测值及功率给定值信号 均为零。按 nEF-n 进行调节，给定转速给定值nREF 的对应电压。得电压差值 U Δn =mn(nREF-n) 电压差与(nREF-n)转速差成正比，与功率无关。经 频差放大器、 PID 调节等环节 , 由电液转换器去控 制调节汽阀的开度 , 改变机组的转速 , 使 (nREF-n） 值趋于零 , 转速 n 趋于给定转速为止 。
ΔQ → ΔU
无功调差系数
频率变化
Δf ∗ R∗ = − ΔPG ∗
电压变化
ΔU ∗ δ =− ΔQ∗
Δf ∗ = − RΣ∗ ΔPG ∗
等值机组有功调差系数
ΔU ∗ = −δ Σ ΔQ∗
等值机组无功调差系数
ΣPGiN RΣ = n PGiN ∑ i =1 Ri*
ΣQGiN δΣ = QGiN Σ
δi
二、负荷功率-频率特性 将有功负荷与频率关系曲线在额定频率附近小范围 直线化：斜率为
K L∗
ΔPL∗ = tgβ = Δf ∗
有名值表达：
ΔPL KL = ( MW / Hz ) Δf
换算关系：
K L∗
自动控制
二、负荷功率-频率特性 例7－1 某电力系统中，与频率无关的负荷占20 ％，与频率一次方成比例的负荷占50％，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49.5Hz时，负荷功 率变化的百分数及其相应的KL*值。 解：当频率下降到49.5Hz时系统的负荷为
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二、积差调节法（同步时间法） 1。分散自动调频 调节准则：多个电厂按频率偏差对时间的积分 进行调节。调节方程：
Δ fdt + k Δ P = 0 C ∫
或
ΔPC = − Ki ∫ Δfdt
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
1。分散自动调频（同步时间法）
负荷增大，频率下 降，出现 Δf < 0。左 端∫Δfdt 不断增加其 负值，使原有平衡状 态遭到破坏，调节器 增加机组的设定功率 ΔPc，直到 Δf = 0, 这 时 ∫Δfdt =常数 ，产 生ΔP1，调节过程结 束。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
( 二 ) 频率联络线路功率偏差控制 (TBC) 采用频率联络线路功率偏差控制 (TBC) 方式 , 不仅 要消除频差 (Δf=0) 而且还要消除联络线路中的交换功 率偏差 (ΔPt =0) 。这就是说 , 每个控制区负责本区域 的功率调整 , 通常把本区域调节作用的信号称为区域控 制误 差 ACE (Area Control Error)。
调节结束：
Δf = 0
各调频机组的出力
Pck = α k ∑ Pk
k =1 i
Δf + RG 2 ( Pc 2 − α 2 ∑ Pk ) = 0
： ：
k =1
i
Δf + RGi ( Pci − α i ∑ Pk ) = 0
k =1
按功率分配系数比例 承担功率。在调节过 程中是有差的。但调 节结果是无差的
第一节 一、概述
电力系统的频率特性
负荷变化必将导致电力系 统有功功率不平衡，（发电 机功率调节缓慢），系统频 率发生波动。 负荷变化对系统频率产 生的影响主要是脉动分量和 持续分量。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二、负荷功率-频率特性 负荷有功功率与频率关系分类： （1）与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电 阻炉、整流负荷等； （2）与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、 往复式水泵、压缩机、卷扬机等； （3）与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的 涡流损耗，但这种损耗在电网有功损耗中所占比重较 小； （4）与频率的三次方成比例的负荷，如通风机、静 水头阻力不大的循环水泵等； （5）与频率的更高次方成比例的负荷，如静水头阻 力很大的给水泵等。
ACE A = ΔPtA + β A Δf A ACE B = ΔPtB + β B Δf B
相应控制功率
ΔPGA = − K A ∫ (ΔPtA + β A Δf A )dt ΔPGB = − K B ∫ (ΔPtB + β B Δf B )dt
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
( 二 ) 频率联络线路功率偏差控制 (TBC)
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
五、电力系统的频率特性 •一次调频为有差调节，稳 定点为c点，Δf下降。
改变调节器整定 值，增加ΔPL1，系统 频率恢复为fe,增量 ΔPL全部由发电机承 担，称为二次调频。
•
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二次调频动态过程
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
负荷功率-频率特性：
⎛ f ⎞ ⎛ f ⎞ ⎛ f ⎞ ⎛ f ⎞ PL = a0 PLN + a1 PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ + a2 PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ + a3 PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ + L + an PLN ⎜ ⎜f ⎟ ⎟ ⎝ N⎠ ⎝ N⎠ ⎝ N⎠ ⎝ N⎠
3。
1 Δf ΔPΣ = − × PΣN RΣ f N ，Δ 频率调整的结果，由
f≠0，即调整的结果不能保持原有系统频 率，调整是有差的，并且系统有功功率变 化量ΔPΣ愈大，Δf也愈大。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
一次调频动态过程特点：
4。 有功功率变化量按一定比例在 各调频机组间分配。各调频机组所 承担的有功功率变化量与该机组的 调差系数成反比，改变调差系数可 改变该调频机组承担的有功功率变 化量。
P L* =α 0 +α 1 f* +α f +α f
2 2 *
2 3 *
=0.2+0.5*0.99+0.1*0.992 +0.2*0.993 =0.987
ΔPL % = (1 − 0.987) *100 = 1.3
K L*
ΔPL % 1.3 = = = 1 .3 Δf % 1
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
Δf mf + mP ΔP = ΔU或ΔI PID调节将两差值综合 R
调节的结果是使方程右边的调节量为零 , 调节结束。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第三节 电力系统自动调频方法 一、虚有差调节法 各调频机组调节准则为：
Δf + RG1 ( Pc1 − α1 ∑ Pk ) = 0
k =1 i i
二、负荷功率-频率特性 计算方法的比较： 也可以采用对PL*求导方式求KL*
K L∗ dPL∗ 2 = = a1 + 2a2 f ∗ + 3a3 f ∗ + L + nan f ∗n −1 df ∗
= 0.5 + 2 × 0.1 × 0.99 + 3 × 0.2 × 0.99 2 = 1.286
对比两者结果，可以看到 由小变化求KL*与用求导方式 结果的不同。实际电力系统的 负荷频率调节效应系数不是一 个常数，而随着所选频率点不 同而不同。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
三、发电机组功率-频率特性 (一）发电机组功率-频率特性曲线（有差调节特性） 发电机组调差系数
负号表示发电机输出功 率的变化和频率的变化符 号相反。 调差系数R的标幺值表示为 发电机组静态 调节方程
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
三、发电机组功率-频率特性 发电机组调差系数 调差系数的倒数表示为KG* 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： 汽轮发电机组 R*=4~6%或KG*=16.6~25； 水轮发电机组 R*=2~4%或KG*=25~50
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
四、调差特性与机组有功功率分配
1 Δf ΔPΣ = − × PΣN RΣ f N
等值机组有功调差系数
ΣPGiN RΣ = n PGiN ∑ i =1 Ri*
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
若干台发电机组并联运行，有功与无功的对偶关系
ΔP → Δf
有功调差系数
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
电力系统频率 及有功功率自动控制
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第一节 一、概述
电力系统的频率特性
负荷变动情况： • 随机分量 频率高，幅度小 • 脉动分量 周期10～30min， 幅度较大 • 持续分量 变化缓慢
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
K L∗
dPL∗ 2 = = a1 + 2a2 f ∗ + 3a3 f ∗ + L + nan f ∗n −1 df ∗
KL*称为负荷的频率调节效应系数 表达负荷标幺值相对频率标幺值的变化率。KL*越 大，表明频率变化一个百分点的负荷变化百分数越 大；KL*越小，则表明负荷变化小。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
五、电力系统的频率特性
a点运行，增ΔPL， 无调节器为b点； 有调节器为c点， Δf下降，频率下的 ΔPL由负荷减少ΔPL1 和发电机增加ΔPL2平 衡。 称为一次调频。 为有差调频
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
五、电力系统的频率特性
一次调频动态过程
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二．数字式电液调速器
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
调速器的工作 按发电机组是否并入电网两种情况来讨论调整器的 工作。 1。发电机组未并网时，功率测值及功率给定值信号 均为零。按 nEF-n 进行调节，给定转速给定值nREF 的对应电压。得电压差值 U Δn =mn(nREF-n) 电压差与(nREF-n)转速差成正比，与功率无关。经 频差放大器、 PID 调节等环节 , 由电液转换器去控 制调节汽阀的开度 , 改变机组的转速 , 使 (nREF-n） 值趋于零 , 转速 n 趋于给定转速为止 。
ΔQ → ΔU
无功调差系数
频率变化
Δf ∗ R∗ = − ΔPG ∗
电压变化
ΔU ∗ δ =− ΔQ∗
Δf ∗ = − RΣ∗ ΔPG ∗
等值机组有功调差系数
ΔU ∗ = −δ Σ ΔQ∗
等值机组无功调差系数
ΣPGiN RΣ = n PGiN ∑ i =1 Ri*
ΣQGiN δΣ = QGiN Σ
δi
二、负荷功率-频率特性 将有功负荷与频率关系曲线在额定频率附近小范围 直线化：斜率为
K L∗
ΔPL∗ = tgβ = Δf ∗
有名值表达：
ΔPL KL = ( MW / Hz ) Δf
换算关系：
K L∗
自动控制
二、负荷功率-频率特性 例7－1 某电力系统中，与频率无关的负荷占20 ％，与频率一次方成比例的负荷占50％，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49.5Hz时，负荷功 率变化的百分数及其相应的KL*值。 解：当频率下降到49.5Hz时系统的负荷为
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二、积差调节法（同步时间法） 1。分散自动调频 调节准则：多个电厂按频率偏差对时间的积分 进行调节。调节方程：
Δ fdt + k Δ P = 0 C ∫
或
ΔPC = − Ki ∫ Δfdt
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
1。分散自动调频（同步时间法）
负荷增大，频率下 降，出现 Δf < 0。左 端∫Δfdt 不断增加其 负值，使原有平衡状 态遭到破坏，调节器 增加机组的设定功率 ΔPc，直到 Δf = 0, 这 时 ∫Δfdt =常数 ，产 生ΔP1，调节过程结 束。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
( 二 ) 频率联络线路功率偏差控制 (TBC) 采用频率联络线路功率偏差控制 (TBC) 方式 , 不仅 要消除频差 (Δf=0) 而且还要消除联络线路中的交换功 率偏差 (ΔPt =0) 。这就是说 , 每个控制区负责本区域 的功率调整 , 通常把本区域调节作用的信号称为区域控 制误 差 ACE (Area Control Error)。
调节结束：
Δf = 0
各调频机组的出力
Pck = α k ∑ Pk
k =1 i
Δf + RG 2 ( Pc 2 − α 2 ∑ Pk ) = 0
： ：
k =1
i
Δf + RGi ( Pci − α i ∑ Pk ) = 0
k =1
按功率分配系数比例 承担功率。在调节过 程中是有差的。但调 节结果是无差的
第一节 一、概述
电力系统的频率特性
负荷变化必将导致电力系 统有功功率不平衡，（发电 机功率调节缓慢），系统频 率发生波动。 负荷变化对系统频率产 生的影响主要是脉动分量和 持续分量。
第七章 电力系统频率及有功功率自动控制
二、负荷功率-频率特性 负荷有功功率与频率关系分类： （1）与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电 阻炉、整流负荷等； （2）与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、 往复式水泵、压缩机、卷扬机等； （3）与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的 涡流损耗，但这种损耗在电网有功损耗中所占比重较 小； （4）与频率的三次方成比例的负荷，如通风机、静 水头阻力不大的循环水泵等； （5）与频率的更高次方成比例的负荷，如静水头阻 力很大的给水泵等。