一次调频讲义

一次调频讲义

一、一次调频概述

电力系统的频率和系统中发电机组的转速相一致，是系统中同步发电机所产生的正弦电压的频率，它和系统电压一样是电力系统最重要的运行参数。

在稳态运行时，整个电力系统的有功功率和有功负荷相平衡。当系统有功功率和负荷的平衡关系遭到破坏时，系统的频率就要变化，因此电力系统频率调整的实质，就是系统有功功率和负荷的平衡关系的调整。

1.电力系统负荷的频率特性

1.1 电力系统静态稳定的概念

如果稳定运行的电力系统，在遭受到一个小干扰后，能够在短时间内自动恢复到干扰前的状态，我们称该系统是静态稳定的。系统的恢复能力用静态稳定储备系数来衡量。 如果稳定运行的电力系统，在遭受到一个特定的大干扰后，能够不失同步地过渡到一个新的稳定状态，则称该系统动态稳定。

1.2 电力系统负荷的频率特性

电力系统频率变化时，系统负荷所取用的有功功率也会随之改变，这种有功负荷随系统频率而变化的特性，称为负荷的静态频率特性。

如：在电压波动不大的情况下，水泵、风机等旋转设备的负荷功率会随着电源频率的升高而升高。

如图所示，系统频率变化时，负荷所取有功功率也会随之同向改变。这表明系统有功失去平衡引起系统频率变化时，系统负荷参与对频率的调整。

若用标幺值计算，则

为无量刚参数，一般其值在1 ~ 3。

例：某电力系统总负荷为12,000MW ，系统负荷的频率调节效应系数KD=1.8。不考虑发电机组的一次调频作用，此时如果系统中一台满负荷运行的500 MW 机组突然出现甩负荷事

故，若事故前系统频率为50.00Hz ，求事故后系统频率将下降到多少？

2.汽轮机液压调节系统基本原理

2.1 液压调节系统的基本功能

2.2 液压调节系统的静态指标

z 机组在稳态运行时，汽轮机功率或油动机行程随自身转速变化的关系，称为调节系

统的静态特性。右图是一个调节系统典型的静态特性曲线。图中两条平行线间的区域，反映了调速系统对转速的不确定性。

z 系统的速度变动率和迟缓率（δ、ε）是反映调节系统静态特性的重要指标。

z 速度变动率

又叫转速不等率，它是在机组单机运行下给出的定义：在同步器给定不变的情况下，机组从满负荷状态平稳过渡到空负荷状态过程中，转速的静态增加与额定转速的相对比值，即为调速系统的速度变动率。

δ= (ｎ0－ｎ1 )／ｎe ×100%

z 机组并网运行时，调速系统的速度变动率反映了机组在稳定运行时，机组负荷/调门

行程随电网周波的变化程度。

z 速度变动率越小，机组对电网周波的敏感程度越大，同时机组运行的稳定性也越差。

一般汽轮机组的δ取值为3~6%。

z 机组在发生事故甩负荷时，δ的大小直接决定了甩负荷过程中转速的静态飞升量，

并对其动态飞升也有不利的影响。

z 对大机组为了防止机组甩负荷后转速飞升过高，一般将δ取值在4.5%左右。 z 迟缓率ε是调节系统在其工作范围内对转速的迟滞/磁滞反应。

z 右图中的两条平行线，是负荷或油动机上行和下行时所对应的静态关系，该两特性

线之间的转速差值与额定转速的比值，就是系统迟缓率的试验测量值。它反映了调速系统对转速波动的不敏感的程度。

ε=Δｎε／ｎe ×100%

z 值得注意的是迟缓率与转速死区Δ的概念并不相同。

转速死区，是特指系统在额定转速附近对转速的不灵敏区。为了在电网周波变化较小的情况下，提高机组运行的稳定性，一般在电调系统设置有转速死区

3.电力系统的一次调频

z 稳定运行的电力系统，其电源和负荷功率必须是动态平衡的。当电源功率或负荷发

生变化造成变化时（以功率不足为例），系统的频率就会随之降低，系统中的负荷设备会因为频率下降而影响其有功的吸收。与此同时，系统中运行的同步发电机组，也会按照其调速系统的静态特性增加调门开度，弥补系统中功率的不足。

在这个过程中，系统功率负荷的动态平衡完全是自己随动完成的，不需要人工干预，动态平衡的结果是系统稳定在了一个较低的频率水平。这个过程即为电力系统的一次调频过程。可以看到电力系统的一次调频，是由同步发电机组和负荷设备共同来完成的

右图为电网的调频调整示意图。其中a 点为系统变化前电网的功率负荷平衡点。

当电网中的负荷从L1增加到L2时，系统的功率负荷平衡点将开始沿调速系统的静态特性线P1下滑，直到系统的功率负荷达到一个新的平衡,b 点。

在这个过程中汽轮机调速系统根据电网频率的变化情况，按照其自身的静态特性来自动调整所发功率，来满足电网负荷变化的过程,即为机组参与系统的一次调频过程。

电网的调频调整示意图

某电力系统总负荷为12,000MW ，系统负荷的频率调节效应系数KD=1.8。发电机组的等效调差系数为4.5%，此时如果系统中一台满负荷运行的500 MW 机组突然出现甩负荷事故，若事故前系统频率为50.00Hz ，求事故后系统频率将下降到多少？

二、一次调频对电网安全稳定性的影响

z汽轮机调节系统的基本特性

z一次调频及其重要性

z一次调频及其参数分布对电网稳定性的影响

z一次调频性能评价方法

z改善一次调频特性的技术和管理措施

z1、汽轮机调节系统的基本特性

z固有调节特性

z电网运行的要求：

z a、电压与电网一致

z b、功率与外界负荷一致

z c、频率与电网一致

现代电力系统在正常运行情况下，频率对额定值的偏离程度一般不超过±0.05～0.15Hz，相对误差为0.1%～0.3%。电力系统内任何两点电压可以不完全相等，但对频率任何两点是完全相同的，如果不同，则会处于“失步”状态，系统就会出现振荡。这是正常运行所不允许的。

没有调节系统参与调节时，汽轮发电机组平衡运行时的特性称为固有调节特性。如图1所示。

A-A：汽机转矩与转速关系

B-B：发电机的负载特性

有功随系统频率变化

负荷静态频率特性

主要是电感性负载，电阻性很少，电容性更少。

在电压不变时，电动机、电磁炉等各种电器消耗的功率会随频率的升高而增加。

两条线的交点就是平衡运行点，在O点。

负载的静态特性线变化为B’-B’线，原动机调节系统不工作，功率不变，A-A与B’-B’的交点就是新的平衡运行点。

当外界负载连续变化时，负载特性与原动机特性的交点构成的连线就是原动机的特性线。