电力系统频率的二次调节

电力系统频率的二次调节

一、频率的二次调节基本概念

上一节分析了系统频率特性系数Ks的组成和特点。从分析中可知，系统的频率响应系数愈大，系统就能承受愈大的负荷冲击。换句话说，在同样大的负荷冲击下，Ks愈大，所引起的系统频率变化愈小。为了使系统的频率偏差限制在教小的范围内，总是希望有较大的Ks。

Ks由两部分组成，一部分有负荷本身的频率特性所决定，电力系统的运行人员是无法改变的；另一部分有发电机组的频率响应系数决定的，它是发电机调差系数的倒数。运行人员可以调整机组的调差系数和机组的运行方式来改变其大小。但是从机组的稳定运行角度考虑，机组的调差系数δ%不能取得太小，以免影响机组的稳定运行。

系统的频率响应系数Ks是随着系统负荷的变动和运行方式的变化二变动的。这对用户和系统本身都是不希望的。也就是说，仅靠系统的一次频率调整，没有任何形式的二次调节（包括手动和自动），系统的频率不可能恢复到原有的值。

为了使系统的频率恢复到原有的额定频率运行，必须采用频率的二次调节。

频率的二次调节就是改变发电机组的频率特性曲线，从而使系统的频率恢复到原来的正常范围。

如图3-15所示，发电与负荷的起始点为a，系统的频率为f1。当系统的负荷发生变化，负荷增大，负荷特性曲线从PLa变化至PLb时,当系统发电特性曲线为PGa时，发电与负荷的交叉点为a移至b点。此时，系统的频率从f1降至f2。当增加系统发电，即改变发电的频率特性曲线从PGa变到PGb，就能使发电与负荷特性的交叉点移至d点，可使系统的频率保持在原来的f1运行。

反之，当系统的负荷降低，在如图3-15中，发电与负荷的起始点为d，此时，系统的频率为f1。当系统的负荷发生变化，负荷特性从从PLb变化至PLa时,当系统发电特性曲线为PGb时，发电与负荷的交叉点为d和c点。此时，系统的频率从f1上升至f3。为了恢复系统的频率，适当减少系统发电，即改变发电的频率特性曲线从PGb变到PGa，就能使发电与负荷特性的交叉点从c点移至a点，可使系统的频率从f3恢复到原来的f1运行。

以上改变发电机组调速系统的运行点，使发电机组在原有额定频率条件下运行，增加较大的有功功率的方法，就是频率的二次调节。

二、频率二次调节的方法

一般情况下，机组频率调节器有三种类型，即有差调节器、积分调节器和微分调节器。

有差调节器（也称为比例调节）就是按频率偏差的大小控制调频器，并按频率偏差的比例增加机组的有功功率进行调节的方法。

采用这种调节方式的调频机组，其机组有功功率的变化跟随系统频率的变化而变化。因此，比例调节只能减少系统频率的偏差，无法达到消除系统频率偏差的根本目标。

积分调节器是按频率偏差对时间的积分来控制调频器来增减机组功率的调节方法。采用这种方式时，机组功率的增/减量与频率偏差的积分量的大小有关，用公式表示如下：

△PG =∫△(3.2.1)

积分调节器可达到无差调节，即∫△=0，最终达到△f=0。

这一调节方式的最大缺点在于在负荷变化的最初阶段，由于∫△fd t的量很小，调频机组的功率变化也很小，导致最初阶段的频率偏差较大。

微分调节器就是按频率偏差对时间的微分来控制调频器来增减机组功率的调节方法。采用这种方式时，机组功率的增/减量与频率偏差的微分量的大小有关，用公式表示如下：

△PG =d△f/dt

微分调节的机组，在负荷变化的最初阶段，由于d△f/dt的量较大，调频机组的功率变化也较大，这限制了系统的频率偏差的近一步扩大。但是随着时间的推移，频率的变化量逐步变小，d△f/dt也愈来愈小，以致于趋向于零。这时，微分调节的作用也逐步减少，直至消失。这和积分调节的作用刚好相反。

电力系统中，系统频率的二次调节的方法，笼统可分为有差调节和无差调节两大类。

（一）有差调节方法

有差调节就是根据频率偏差的大小来控制各调频机组，并按频率偏差的比例增加调频机组的有功功率的进行调节的方法。

单台机组的有差调节的稳定工作特性用公式表示如下：

△f + KG *△PG

=0 （3.

2.2）

其中：

△f 为调节结束后系统频率的偏差量；

△PG为调节结束后调频机组的有功功率变化量；

KG为调频机组有差调节器的调差系数；

当系统中有n台机组，每台机组均配备有差调节器时，全系统的有功调节方程式可用下面的联立方程组来表示：

式中：

△f 为系统频率的偏差量；

△PGi为第i调频机组的有功功率变化量；

KGi为第i调频机组有差调节器的调差系数；

假设当系统中总负荷的增量（计划外负荷）为△PL，则调节结束后，系统发电的增加量为△PG，解联立方程组，得出：

△PG= △PL

=△PG1 +…△PGi +… +△PGn

=-△f * （1/KG1 +… 1/KGi +…+ 1/KGn）

= -△f/KGS

式中：

KGS=1/（1/KG1 +… 1/KGi +…+ 1/KGn）

KGS为系统的等值调差系数

因此，可求得每i台调频机组所承担得计划外有功功率为：

△PGi= △PL *

（KGi/KGS）

(3.2.4)

（i=1,2,……n）

有差调节器有如下特点:

(1)各调频机组同时参加有功调节，无先后之分

当系统频率出现偏差时，各调频机组得平衡工作状态被打破，各调频机组均向同一方向进行有功调节，同时发出改变机组有功功率得命令。因此，所有的调频机组均向减少频率偏差的方向进行有功功率调节，共同承担减少频率偏差的任务，有利于充分利用机组的调频容量。

（2）计划外的负荷在调频机组间按一定的比例进行分配

调频机组所承担的计划外的有功功率的份额，与机组的调差系数KGi成反比。KGi越大，调频机组承担的额外的有功功率增量越小。

机组承担的计划外有功功率的份额的大小可以通过改变机组的调差系数来实现的。

（3）稳定后的频率偏差较大

有差调节不能让系统频率稳定在额定值上。正是由于频率的偏差才有了调频的有功功率增量。没有频率偏差，也就不存在调频的有功功率增量。

系统的负荷增量愈大，导致系统的频差愈大。使用有差调节器时，需要不断地人工校正调差系数，以减少频率的偏差。这是有差调节器固有的缺点。实际上，这种频率调节方式成为半自动的调频方式。

（二）无差调节方法

无差调节的方法主要是通过系统中调频机组之间设置不同的比例调节器、积分调节器及微分调节器的方法，在系统发生额外的负荷时，通过调节各调频机组的有功功率来实现系统频率恢复到额定值的方法。一般分为主导发电机法、假有差法和积差调节法三种。

a) 主导发电机法

在电力系统中，一台主要的调频机组上使用无差调频器，在其它的调频机组上均只安装有功功率分配器，这样的调频方法叫做主导发电机法。

假设系统有n台发电机组，主导发电机法的调节方程组为：