电力系统的频率特性

第一节 电力系统的频率特性
2) 电力系统频率一致。
3)任一时刻，发供平衡。
4)负荷增加时，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。
5) 调频与有功功率调节是不可分开的。
6)调频是一个要有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。 7)调频与运行费用的关系也十分密切。 8)力求使系统负荷在发电机组之间实现经济 分配。
《电力系统自动化》
主讲教师： 胡志坚
武汉大学电气工程学院
第一节 电力系统的频率特性
一、概述 1)并列运行的wenku.baidu.com一台发电机组的转速与系统频 率的关系为：
f= Pn/60
（3-1）
式中： 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。
无调速器，频率稳定值下降到f3，取用功率仍然为
原来的PL值 c点：调速器一次调节，增加机组的输入功率PT。 频率稳定在f2 d点：调频器二次调节，增加机组的输入功率PT。
频率稳定在fe
变化的百分数。
5）对于不同的电力系统， KL∗值也不相同。
一般KL∗ =1~3。即使是同一系统的KL∗ ，也随
季度及昼夜交替导致负荷组成的改变而变化。
第一节 电力系统的频率特性
• 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
9）负荷的变动情况可以分成几种不同的分量： 一 是变化周期一般小于10s的随机分量； 二 是变化周期在10s～3min之间的脉动分量； 三是变化周期在3min以上的持续分量，负荷预测预 报这一部分。
10 ）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。 11 ）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。 12 ）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。
水轮发电机组调速器的不灵敏区为 0.1~0.7% 。
• 四、电力系统的频率特性 发电机组的功率 — 频率特性与负荷的功 率 — 频率特性曲线的交点就是电力系统频率 的稳定运行点。
(a)电力系统功率—频率关系；
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a点：fe，PL b点：负荷增加ΔPL，负荷静态频率特性变为PL1，
荷为P2，于是有
P1+P2=∑PL
第一节 电力系统的频率特性
（四）调节特性的失灵区 由于测量元件的不灵敏性，对微小的转速变化不 能反应，调速器具有一定的失灵区，因而调节特性 实际上是一条具有一定宽度的带子。不灵敏区的宽 度可以用失灵度ε来描述，即
式中 ：ΔfW—调速器的最大频率呆滞。 由失灵区产生的分配功率误差为（用标幺值表 示）：
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E 、 F 各点也随之不断改变；这个过程要到 C 点升到某一位置时，比如 C" ，即汽门开大到
2 ）转速上升时 —— 重锤开度增加 ——A 、 B 、
某一位置时，机组的转速通过重锤的开度使
杠杆 DEF 重新回复到使Ⅱ的活门完全关闭的
位置时才会结束，这时B点就回到原来的位置。
K L*
dpl 2 a1 2a2 f* 3a3 f* df = 0.4+2*0.1*0.94+3*0.2*0.94 2 1.11816
例3-2 某电力系统总有功负荷为3200MW（包括 电网的有功损耗），求负荷频率调节效应系数 KL值。系统的频率为50Hz。若KL*=1.5，负荷增 长到3650MW时，KL又是多少？ 解： KL=KL*×PLN/fN=1.5×3200/50=96 （MW/Hz） 系统的KL*值不变，负荷增长到3650MW时，则 KL=1.5×3650/50=109.5 （MW/Hz） 即频率降低 1Hz ，系统负荷减少 l09.5MW ，由 此可知，KL的数值与系统的负荷大小有关。
ΔPw*=ε/R*
•
1）ΔPW*与失灵度ε成正比， 而与调差系数R*成
反比。过小的调差系数将会引起较大的功率
分配误差，所以R*不能太小。
2 ）如果不灵敏区太小或完全没有，那么当系
统频率发生微小波动时，调速器也要调节，
这样会使阀门的调节过分频繁。
3) 汽轮发电机组调速器的不灵敏区为0.1~0.5%，
化的百分数及其相应的KL∗值。
解：由(3-3)式可求出频率下降到47Hz时系统的负荷为
Pl* = a0+a1f*+a2f*2+ ......anf*n =0.3+0.4×0.94+0.1×0.942+0.2×0.943 =0.3+0.376+0.088+0.166 =0.930 则 ΔPL% =（1-0.930）×100=7 于是 KL*=ΔPL%/Δf%=7/6=1.17
Pl —系统频率为f时，整个系统的有功负荷
Ple—系统频率为额定值fe时整个系统的有功负荷 a0 ， a1 ， an,,……— 为上述各类负荷占 Ple 的比例系 数
将上式除以Ple，则得标么值形式，即
Pl*=a0+a1f*+a2f*2+ ......anf*n
通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，如忽略 其影响，并将上式对频率微分，得
或写成 ： Δf*+R*ΔPG*=0 上式又称为发电机组的静态调节方程。
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=-ΔPG*/Δf*
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；
3）由于C" 上升了，所以A" 必定低于A。这
说明调速过程结束时，出力增加，转速稍
有降低。
4） 调速器是一种有差调节器。
5） 通过伺服马达改变D点的位置，就可以
达到将调速器特性上下平移的目的。
（二）发电机的调差系数
同步发电机的频率调差系数R
R=−Δf /ΔPG
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
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。
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负荷的功率—频率特性一般可表示为 (3-2) 式中： fe —额定频率
对水轮发电机组： R*=(2~4)%或 KG*=25~50。
KL*称为负荷的调节效应系数。
对于不同的电力系统， KL∗值也 不相同。一般KL∗ =1~3。
(三）调差特性与机组间有功功率分配的关系
曲线①代表1号发电机组的调节特性。 曲线②代表2号发电机组的调节特性。
系统频率为 fe： 线段CB的长度所示系统总负荷ΣPL。 1 号机承担的负荷为 P1 ， 2 号机承担的负
或写成：
KL*称为负荷的调节效应系数。
第一节 电力系统的频率特性
说明：
1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡
的作用。
2）称KL∗为负荷的频率调节效应系数。
3 ）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KL∗ 。
4）KL∗表明系统频率变化1%时，负荷功率
第一节 电力系统的频率特性
三、发电机组的功率—频率特性 a)发电机组转速的调整是由原动机的调速系统 来实现的。 b)通常把由于频率变化而引起发电机组输出功 率变化的关系称为发电机组的功率—频率特性 或调节特性。 c)发电机组的功率—频率特性取决于调速系统 的特性。
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二、电力系统负荷的调节效应 1）当系统频率变化时，整个系统的有功负荷 也要随着改变， 即： PL = F(f) 这种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；