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。

这就是调节系统不工作时，机组的平衡运行特性，也称为固有调节特性。

从固有调节特性可见：1、在外界负荷变化时，机组能够从一个平衡工况过渡到另外一个平衡工况；2、在外界负荷(负载)变化时，机组的转速(电网的频率)将发生很大的变化，其变化的大小与负载的性质有关（感性、阻性）。

3、没有调节系统参与工作时，不能满足发电的要求，不能维持电网频率的稳定。

固有特性的调整原动机没有调节系统参与工作时的静态特性不能满足发电的要求，因此必须具有调节系统参与工作。

根据汽轮机的特性，机组的功率为oi H G N η⋅Δ⋅=式中：G: 机组流量；ΔH ：机组的等熵焓降；ηoi ：机组的内效率只要改变机组的进汽流量或者等熵焓降，就可以改变机组的功率。

常规的汽轮机中，有各种调节方法,包括：喷嘴调节(顺序阀调节)节流调节(单阀调节)滑压调节(滑压运行)等喷嘴调节时，主要改变机组的进汽流量，焓降也有变化；节流调节时主要改变机组的等熵焓降，流量也有变化；而滑压调节时，通过改变机组进汽压力，改变进汽流量来实现负荷控制。

喷嘴调节具有较高的部分负荷运行效率，但各级温度变化比较大，热应力和寿命损耗相对较大；而节流调节在额定负荷附近与喷嘴调节相当，而部分负荷效率较低；滑压运行负荷变化非常缓慢，效率较高，部分负荷时汽轮机各级温度变化很小，对寿命损耗低，给水泵耗功可以减少。

调节系统工作时，负荷减小转速增加，减小调节阀的开度，特性线变为A’-A’，与负载特性线B’-B’的交点变化为O’。

当负载连续变化，调节系统连续工作时，负载特性与原动机特性的交点连线为O-O’，即为改变了的固有特性。

转速变化为Δn’，明显减少，以满足运行的要求转矩由功率代替，调节特性如图4所示。

称为系统的静态特性并列运行对静态特性的要求1、所有并列运行机组在电网频率变化时，承担一定的负荷变化，各机组负荷变化量之和等于电网总的负荷变化量；2 、调速不等率越大，电网负荷变化时承担的功率变化量越小；调速不等率越小，承担的功率变化量越大；有可能使得δ小的机组寿命受到严重的影响；3、所有并列运行机组的调速不等率应该相近，以使得各机组在电网中运行时，其负荷均能够随电网频率的变化而发生变化；4、电网越大，电网的频率越容易维持稳定。

因为此时电网负荷扰动量占电网总容量的百分比将随着电网容量的增加而减小，从而引起电网频率较小的变化。

2、一次调频及其重要性电网功率与频率之间的关系曲线负载变化引起电网频率变化，调节系统的工作过程如图8所示。

在图8中，PT为原动机频率特性线，PG为负荷频率特性线。

平衡运行点为a，如果系统中的负载增加ΔPL，则负荷频率特性变为PG1，所有机组均不参与调节时，机组的输入功率恒定为PT、且等于PL，则系统频率下降，负载所取用的有功功率逐渐减小。

依靠负荷调节效应(有功随频率变化的关系)，达到新的平衡，运行点移到b点，频率稳定值为f3，负载消耗的有功功率仍然为原来的PL值。

此时，频率偏差值Δf决定于ΔPL值的大小，一般很大。

当原动机参与调节时，负载增加，频率下降，调节系统工作，增加机组的功率PT。

达到稳定后，在c点运行，频率为f2 ，这时系统负载所取用的功率为PL2，小于额定频率下所需要的功率PL1，频率偏差Δf比调节系统不工作时要小得多，调速器的这种调节作用就是一次调频。

若要使频率恢复到额定值，则需要移动原动机的频率特性，改变机组的负荷指令，使c点移动到d点，使得Δf＝0 ，这种调节称为二次调频。

也是AGC的控制作用。

3、一次调频及其参数分布对电网稳定性的影响a、电网调频容量一定时，负荷扰动比较小时，电网稳定后的频率不超出容许变化范围的可能性越大；对于确定的一次调频容量，负荷扰动超出一个确定的最大值后，稳态频率变化超出容许范围。

不同一次调频容量时，具有不同的负荷扰动极限值；保证频率在容许范围内的极限扰动负荷随一次调频容量的减少而降低；b、一次调频死区的存在，将使得电网可以承受的极限扰动量明显降低，要求的调频容量增加；调频死区一定时，调频容量与扰动负荷近似为线性关系；死区越大，同样扰动负荷，保持电网频率稳定所需要的调频容量越大；同样调频容量下，调频死区越小，可以承受的扰动负荷越大。

c、电力系统可以通过设置合理的调频死区参数，投入适当容量的一次调频机组，既保证机组安全稳定的运行，又保证电网频率变化在允许的范围之内。