电力系统频率及有功功率的自动调节与控制
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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）
电力系统频率及有功功率的自动调节
例1： a0 30% a1 40% a2 10% a3 20%
计算负荷的频率调节效应系数以及频率由50Hz下降1Hz时负荷功率变化。
* KL a1 2a2 f * 3a3 f *2 40% 2 10% 3 20% 1.2 1 * * * PL K L f 1.2 0.024 50 50 1 * f 0.98 50 * PL 30% 40% 0.98 10% 0.982 20% 0.983 0.9763 * P 1 0.9763 * * L P KL 1 . 186 L 0.9763 1 0.0237 * 6 f 1 / 50
R
1 1 1 1 R1 R2 Rn
f RnPcn 0
若系统增加负荷
1 1 1 f PL f R R R R 2 n 1
PL
R Pci PL Ri i 1,2,, n
15
f R PL 0
fdt K
若系统增加负荷
n
集中制积差调频：
集中由一个地方（如调度部门）高精度测 频和计算频差积分，然后通讯传送给各调频厂， 不过要占用远方通讯通道
Pcn 0
分散制积差调频：
由各调频厂高精度测频和计算频差积分， 不过难以保证各调频厂测量值一样，易混乱
1 1 1 PL K K K fdt 2 n 1
电力系统电压调整：就地无功平衡，分别调节节点电压 频率调整：全系统必须统一调整，另外还要考虑经济运行 最终是
f 0
13
主调频厂的选择：
具有足够的调频容量和调整范围 具有与负荷变化相适应的调整速度 调整出力符合安全及经济运行原则
电力系统频率及有功功率的自动调节
化成标么值的形式
f
f2
f3
fn
P
P
P
(
)
P
(
)
P
(
)
P
(
)
L 0
LN
1
LN 2
LN
3
LN
n
LN
f
f
f
f
N
N
N
N
将上式除以PLN，则得标么值形式，即
P
f
f
f
f
2
3
L
01
2
3
当系统的频率为额定值时: PL 1
于是
n
n
f 1
综合负载的功率-频率特性近似表达式：
P
P
e
L
根据国内外一些实例，负荷的静态特性曲线在额定频
率附近（48～51HZ）接近于一条直线，如图所示。
•
直线的斜率为：
p
tan
f
L
说明：
1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。
3）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与
a
a
a
a
a
1
0
1
2
3
n
通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，可忽略其影响。
4、负荷的静态频率特性
P
f
f2
f3
fn
P
P
P
(
)
P
(
)
P
(
)
P
(
)
L 0
LN
1
LN 2
LN
3
LN
n
LN
f
f
f
f
N
N
N
N
将上式除以PLN，则得标么值形式，即
P
f
f
f
f
2
3
L
01
2
3
当系统的频率为额定值时: PL 1
于是
n
n
f 1
综合负载的功率-频率特性近似表达式：
P
P
e
L
根据国内外一些实例，负荷的静态特性曲线在额定频
率附近（48～51HZ）接近于一条直线，如图所示。
•
直线的斜率为：
p
tan
f
L
说明：
1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。
3）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与
a
a
a
a
a
1
0
1
2
3
n
通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，可忽略其影响。
4、负荷的静态频率特性
P
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。
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：
电力系统有功功率与频率的调整
电力系统有功功率与频率的调整引言电力系统中，有功功率和频率是两个重要的参数。
有功功率是指电力系统中用于传输、传递和消耗电能的功率，频率那么代表了电力系统中交流电信号的周期性。
因各种原因，有功功率和频率可能会发生变化，因此需要对其进行调整以确保电力系统的正常运行。
本文将探讨电力系统中有功功率和频率的调整方法。
有功功率调整方法发电机调整发电机是电力系统中有功功率的主要来源，因此调整发电机的输出功率可以实现对有功功率的调整。
在调整发电机的输出功率时，可以通过调整发电机的燃料供应或调整转子的转速来实现。
调整燃料供应调整燃料供应是一种常用的调整发电机输出功率的方法。
通过增加或减少燃料供应，可以增加或减少发电机的输出功率。
这种调整方法比拟简单，但需要注意控制燃料供应的精度，以确保发电机输出功率的稳定性。
调整转速调整发电机转速是另一种调整发电机输出功率的方法。
通过增加或减少发电机的转速，可以实现对输出功率的调整。
这种调整方法需要对发电机的转速进行精确控制，以防止对发电机的运行造成过大的影响。
负荷调整除了调整发电机的输出功率外，还可以通过调整电力系统的负荷来实现对有功功率的调整。
负荷调整可以通过增加或减少供电设备的负载来实现。
增加负荷增加负荷是一种常用的调整有功功率的方法。
通过增加供电设备的负载，可以增加电力系统的有功功率。
这种调整方法可以通过增加电阻、连接额外的负载设备或调整电力系统的运行模式来实现。
减少负荷减少负荷是另一种调整有功功率的方法。
通过减少供电设备的负载，可以减少电力系统的有功功率。
这种调整方法可以通过断开某些负载设备、调整供电设备的运行模式或降低负载的使用率来实现。
频率调整方法频率是电力系统中交流电信号的周期性表征，其稳定性对电力系统的正常运行至关重要。
频率的调整方法通常包括调整发电机的转速和调整负载的负载。
调整发电机转速调整发电机转速是一种常用的调整频率的方法。
通过增加或减少发电机的转速，可以实现对频率的调整。
船舶电力系统频率及有功功率自动调整
/ Ii =( U+ Upi) R
Ii = 0
( U+ Upi) / R = 0 整理ppt
U= -Upi /n
各均功电阻R上的电压为 URi= Ii R =U+Upi=U+Kp Pi (Upi= Kp Pi )
/ = Kp Pi -Upi n
/ = Kp Pi - Kp Pi n
= Kp(Pi -Pi /n)
下平移，系统频率减小，直到f = fe， usri = 0，调整
完毕。
整理ppt
功率分配的调整
假设条件：均功分配过程中频率保持为额定值。 这样，频率变换器输出为零，“2、3”点等电位，功 率变换器可视为一个电压源，并忽略其内阻，见等 效电路。 各调节器的输入信号就是各自的均功电阻上的电压 信号。 设有n台并联运行，“3”到“1”端的电压为U 各均功电阻R上的电压、电流分别为Uri、Ii U=I1 R - UP1 = I2 R - UP2 = In R - Upn = Ii R - UPi
当 dn* / dt =0 频率恒定，说明功率平衡；
若负载增加，油门尚未变化，Pg*不变，功率平衡被破坏，
dn* / dt 0，频率下降
可见，负载变化时，整理要pp保t 持频率恒定，应相应地调整原动机的 油门，保持功率平衡。这部分工作由调速器完成。
2 （离心式）调速器基本原理及特性
A 结构：主要由飞铁3、套筒5、弹簧6、杠杆7、拉杆8组成
整理ppt
（3）要有一定的死区，防止工作太频繁 (具体电路)
整理ppt
2 自动调频调载的方法
1） 虚有差调整法 方框图：（三点式网络） 基本原理分析： 频率调整： 假设条件：各台发电机有功功率已均分
这样，“4”点为等电位，见等效电路。 若f > fe
Ii = 0
( U+ Upi) / R = 0 整理ppt
U= -Upi /n
各均功电阻R上的电压为 URi= Ii R =U+Upi=U+Kp Pi (Upi= Kp Pi )
/ = Kp Pi -Upi n
/ = Kp Pi - Kp Pi n
= Kp(Pi -Pi /n)
下平移，系统频率减小，直到f = fe， usri = 0，调整
完毕。
整理ppt
功率分配的调整
假设条件：均功分配过程中频率保持为额定值。 这样，频率变换器输出为零，“2、3”点等电位，功 率变换器可视为一个电压源，并忽略其内阻，见等 效电路。 各调节器的输入信号就是各自的均功电阻上的电压 信号。 设有n台并联运行，“3”到“1”端的电压为U 各均功电阻R上的电压、电流分别为Uri、Ii U=I1 R - UP1 = I2 R - UP2 = In R - Upn = Ii R - UPi
当 dn* / dt =0 频率恒定，说明功率平衡；
若负载增加，油门尚未变化，Pg*不变，功率平衡被破坏，
dn* / dt 0，频率下降
可见，负载变化时，整理要pp保t 持频率恒定，应相应地调整原动机的 油门，保持功率平衡。这部分工作由调速器完成。
2 （离心式）调速器基本原理及特性
A 结构：主要由飞铁3、套筒5、弹簧6、杠杆7、拉杆8组成
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（3）要有一定的死区，防止工作太频繁 (具体电路)
整理ppt
2 自动调频调载的方法
1） 虚有差调整法 方框图：（三点式网络） 基本原理分析： 频率调整： 假设条件：各台发电机有功功率已均分
这样，“4”点为等电位，见等效电路。 若f > fe
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。
电力系统有功功率和频率调整
电力系统有功功率和频率调整1. 引言在电力系统中，有功功率和频率是两个关键的电能参数。
有功功率是指电力系统中实际提供应负载的电能，而频率那么表示电力系统中电压和电流的周期性变化。
准确地调整有功功率和频率可以保证电力系统的稳定运行，提高能源利用率，保障用电的平安和可靠性。
2. 电力系统有功功率调整电力系统的有功功率调整主要通过控制发电机输出功率来实现。
有功功率调整的目标是使电力系统的供需平衡，以满足用户的用电需求。
有功功率调整可以通过控制发电机的机械输入来实现，也可以通过调整发电机的励磁电流来实现。
2.1 机械输入调整机械输入调整是通过控制发电机的机械输入来调整有功功率。
机械输入调整的方式包括调速和负载调整两种。
2.1.1 调速调整调速是通过调整发电机的键合阻抗或者转子的绕组来改变发电机的转速，从而改变机械输入功率。
调速调整的原理是根据负荷需求，通过调整发电机的转速来保持有功功率的平衡。
2.1.2 负载调整负载调整是通过调整发电机的输出负载来改变发电机的有功功率。
负载调整的方式包括直接调整负载阻抗、调整发电机馈线阻抗、调整发电机并联等。
2.2 励磁调整励磁调整是通过调整发电机的励磁电流来改变发电机的有功功率。
励磁调整的原理是控制发电机的磁场强度，从而改变发电机的输出电压和电流。
励磁调整可以通过调整励磁电流的大小、相位和波形等来实现。
3. 电力系统频率调整电力系统的频率调整主要通过控制发电机输出的机械输入来实现。
频率调整的目标是使电力系统的供电频率保持在额定值附近，以满足用户的用电需求。
3.1 负荷频率特性负荷频率特性是指负载的电流和供电频率之间的关系。
负荷频率特性可以分为正负荷频率特性和正负荷功率频率特性两种。
正负荷频率特性描述了负载对供电频率变化时的功率响应。
3.2 机械输入调整机械输入调整是通过调整发电机的机械转速来调整电力系统的频率。
机械输入调整的方式包括调速和负载调整两种。
3.2.1 调速调整调速调整是通过改变发电机的转速来调整电力系统的频率。
5电力系统的有功功率和频率调整
对于系统有若干台机参加一次调频：
KS KG KL
具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其调差系 数即下降特性自然分配。
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。
18
4. 用迭代法求解电力系统经济调度问题
1. 第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动有 很大的偶然性；
2. 第二种变动幅度较大，周期也较长，属于这种负荷的主 要有：电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷 变动；
3. 第三种变动基本上可以预计，其变动幅度最大，周期 也最长，是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷 变动。
5
▪ 负荷预测的精度直接影响经济调度的效益，提高 预测的精度就可以降低备用容量，减少临时出力 调整和避免计划外开停机组，以利于电网运行的 经济性和安全性。 负荷预测分类：
/ PLN
KL* 1.5
29
2. 频率的一次调整
1) 简述：由于负荷突增，发电机组功率不能及时变动而 使机组减速，系统频率下降，同时，发电机组功率由 于调速器的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身 的调节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程，达到 新的平衡。
2) 数学表达式：
PL0 KG KL f
min f (x) s.t. h(x) 0
g g(x) g
即在满足h(x)=0的等式约束条件下和g(x)不等式 的条件下，求取目标函数f(x)值最小。
11
2. 电力系统经济调度的数学模型
KS KG KL
具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其调差系 数即下降特性自然分配。
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。
18
4. 用迭代法求解电力系统经济调度问题
1. 第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动有 很大的偶然性；
2. 第二种变动幅度较大，周期也较长，属于这种负荷的主 要有：电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷 变动；
3. 第三种变动基本上可以预计，其变动幅度最大，周期 也最长，是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷 变动。
5
▪ 负荷预测的精度直接影响经济调度的效益，提高 预测的精度就可以降低备用容量，减少临时出力 调整和避免计划外开停机组，以利于电网运行的 经济性和安全性。 负荷预测分类：
/ PLN
KL* 1.5
29
2. 频率的一次调整
1) 简述：由于负荷突增，发电机组功率不能及时变动而 使机组减速，系统频率下降，同时，发电机组功率由 于调速器的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身 的调节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程，达到 新的平衡。
2) 数学表达式：
PL0 KG KL f
min f (x) s.t. h(x) 0
g g(x) g
即在满足h(x)=0的等式约束条件下和g(x)不等式 的条件下，求取目标函数f(x)值最小。
11
2. 电力系统经济调度的数学模型
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
第四章电力系统频率和有功功率自动控制第四章电力系统频率
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。
电力系统自动化-第9讲 电力系统频率及有功功率的自动调节与控制(2)
page8
3、自动发电控制AGC
自动发电控制AGC的基本目标：
1、使全系统的发电机输出功率和总负荷功率相匹配
2、维持系统频率为额定值，在正常稳态情况下，其频率偏差在 0.05～0.2Hz范围内。
3、控制地区电网间联络线的交换功率与计划值相等，实现各地区 有功功率就地平衡。
4、在安全运行前提下，所管辖系统范围内，机组间负荷实现经济 分配。
•只适用于两个系统间按照协议交换功率的情况。
2020/3/7
University of South China
page11
频率联络线功率偏差控制（TBC）
3、频率联络线功率偏差控制TBC（Tie-line load frequency Bias Control）— 既按照频率偏差又按照联络线交换功率进行 调节，维持各地区电力系统负荷波动的就地平衡。
2020/3/7
University of South China
page3
1、主导发电机法
1、在调频电厂中有一台主导机组上装设无差调节器，
调节准则是： f 0
2、在其他机组上装设有功功率调整器，使这些机组 的功率随主导机组的功率按比例变化，协助主导发电 机调频工作，
调节准则是： Pi ai PL i 1,2,3.......
fdt
n
PGi
1
n 1
1 KGi
KGs
n 1
PGs
2020/3/7
University of South China
page6
2、同步时间法
积分方法调节缓慢，不能保证频率的瞬时偏差在规定的范围内。
改进方法:将频率f 的瞬时偏差 f 和频率偏差积分 fdt相结合,
第三篇-15电力系统频率及有功功率自动调整1
5 -2 自动调频调载原理
自动调频调载装置就是协助原动机 调速器对电网电压的频率和有功功率进 行调整。其作用是：
（1）保持电网电压的频率恒定； （2）按并联运行机组的容量比例进行 负荷分配；
（3）接到解列指令时，能自动进行负 荷转移。
15.2.1 自动调频调载装置的原理 基本组成环节有频率变换器、有功功率 变换器、有功功率分配器和调整器等四部分。 1）频率变换器
0
I cos KpI cos P
3）有功功率分配器 主要由比较放大器和加法器组成。
作用：计算每台发电机应承担功率，及与实际 承担功率的差值。只要有偏差，就发出调节信 号。 n
1 PP Pi n 1
1 n Pi Pi Pi n 1
1 n UP KPPi KP Pi Pi n 1
其作用是检测电网电压的实际频率fw和给 定频率f0的差值大小和符号，即f＝fW－f0。
频率变换器通常采用谐振式频率变换器 和基于波形变换的频率变换器。
基于波形变换的频率变换器的原理图
设输入信号频率为f，则平均值输出为：
1 U0 1 f
1 E 0T 0 E 0 T 0 f
n
n
15.2.3 自动分级卸载装置
15－15 ZFX-1型自动分级卸载装置原理框图
将T0＝1/2fe带入上式
E 0 f U0 fe
2）有功功率变换器 其作用是获得一个与并联运行发电机的 实际有功功率P大小成正比的直流电压UP。
每台发电机都需要一个功率变换
up ui Ki K 2 I sint
Up K K 2
2 2
I sint dt
自动调频调载装置就是协助原动机 调速器对电网电压的频率和有功功率进 行调整。其作用是：
（1）保持电网电压的频率恒定； （2）按并联运行机组的容量比例进行 负荷分配；
（3）接到解列指令时，能自动进行负 荷转移。
15.2.1 自动调频调载装置的原理 基本组成环节有频率变换器、有功功率 变换器、有功功率分配器和调整器等四部分。 1）频率变换器
0
I cos KpI cos P
3）有功功率分配器 主要由比较放大器和加法器组成。
作用：计算每台发电机应承担功率，及与实际 承担功率的差值。只要有偏差，就发出调节信 号。 n
1 PP Pi n 1
1 n Pi Pi Pi n 1
1 n UP KPPi KP Pi Pi n 1
其作用是检测电网电压的实际频率fw和给 定频率f0的差值大小和符号，即f＝fW－f0。
频率变换器通常采用谐振式频率变换器 和基于波形变换的频率变换器。
基于波形变换的频率变换器的原理图
设输入信号频率为f，则平均值输出为：
1 U0 1 f
1 E 0T 0 E 0 T 0 f
n
n
15.2.3 自动分级卸载装置
15－15 ZFX-1型自动分级卸载装置原理框图
将T0＝1/2fe带入上式
E 0 f U0 fe
2）有功功率变换器 其作用是获得一个与并联运行发电机的 实际有功功率P大小成正比的直流电压UP。
每台发电机都需要一个功率变换
up ui Ki K 2 I sint
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2 2
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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。
(2) 与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、压缩机和卷扬机 等。这类负荷占有较大比重。
(3) 与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的涡流损耗。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) 与频率更高次方成比例负荷，如静水头阻力很大的给水泵等。
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
第一节 电力系统频率特性
电力系统频率是衡量电能质量的三大指标之一，频率反映了发电有功功 率和负荷之间的平衡关系，是电力系统运行的重要控制参数。
KG
1 R
PG f
KG
f
PG
0
KG
PG f
与KL不同的是KG可以人为调节整定，其大小——调整范围受机组 调速机构的限制。
不同类型的机组， KG 的取值范围不同，一般情况下： 汽轮发电机组，R*=0.04～0.06，KG*=25～16.7； 水轮发电机组，R*=0.02～0.04，KG*=50～25。
PL PG P (KG KL )f Kf
单位调节功率
K
KG
KL
PL f
表示在计及发电机组和负荷调节效应
时，引起频率单位变化的负荷变化量。
KG
PGN fN
KL
PLN fN
PL f
KG
PGN PLN
KL
PL f
K
kr KG
KL
PL f
kr PGN PLN —备用系数
当负荷增加后，依靠调速器动作实现频率一次调节，使电网频率
电力系统自动化
f 48
【例3-1】 某电力系统中，与频率无关的负荷占35%，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 15%。求系统频率由50Hz降到48Hz时，
负荷功率变化的百分数及其相应的KL 值。
解： 当f=48Hz时，
48 f 50 0.96
电力系统自动化
第三节 电力系统调频与自动发电控制
（三）积差调频法
1、调频方程式 积差调频法兼有无差调频法和有差调频法的优点。
积差调频法是根据系统频率偏差的累积值进行工作的。
单机组频率积差调节方程 fdt KPc 0 (f f fN )
2、调频过程
t 0时：f fN , fdt 0, Pc 0
当系统频率为额定值时，PL* 1 f* 1 a0 a1 a2 a3 an 1
电力系统自动化
KL 负荷的频率调节效应系数。
KL
KL
fN PLN
KL值大小决定于负荷的性质，与各类负荷所占总负荷的比例有关
对于不同的系统，因负荷组成不同，KL值也不相同； 同一系统的KL值也会随季节及昼夜交替而发生变化。 实际系统中的KL值一般在1～3之间，它表明频率变化1%时，有 功负荷功率就相应变化1%～3%。 KL的具体数值通常由试验求得，也可根据负荷统计资料分析估算 确定。
n i 1
1
1 Ki
计划外负荷能在所有参加调频的机组间按一定的比例进行分配。
缺点是频率积差信号滞后于频率瞬时值的变化，调节过程缓慢。
电力系统自动化
第三节 电力系统调频与自动发电控制
三、自动发电控制(AGC/EDC功能) 1、电力系统的运行目标
电力系统正常运行状态下的基本目标 2、电力系统频率的调节过程 3、自动发电控制 (1)区域计划跟踪控制环
PL
a 0 PLN
a1PLN
f fN
a 2PLN
f fN
2
a 3 PLN
f fN
3
a n PLN
f fN
n
电力系统自动化
PL
a 0 PLN
a1PLN
f fN
a 2PLN
f fN
2
a
3
PLN
f fN
3
a n PLN
f fN
n
PL* a0 a1f* a2f*2 a3f*3 anf*n
电力系统自动化
第三节 电力系统调频与自动发电控制
3、机组间的有功功率分配
PL
n i 1
Pci
(1 K1
K n 1 )Pc1
f 0
Pci
1
K1
Ki1
K n 1
PL
Ki1 Kx
PL
优点： 各调频机组间的出力按照一定比例分配。
缺点： 各机组在调频过程中的作用有先有后，缺乏“同时性”，导致调
频容量不能充分利用，而且使整个调频过程变得较为缓慢。稳定特 性虽然比较好，动态特性是不理想。
【例3-2】 某电力系统总有功负荷为5500MW (包括电网的有功损耗)，
系统的频率为50Hz，若
K=L1 .8，求负荷频率调节效应系数 KL
KL
KL
PLN fN
1.8
5500 50
MW/Hz
198 MW/Hz
若系统的 KL值不变，负荷增长到6000MW时，则
KL
1.8
6000 50
MW/Hz
fN f
PGN
PG
f RPG 0
称为发电机组的静态调节方程
调差系数又称为调差率。
表明机组负荷改变时相的转速 (频率)的偏移，例如R*=0.05， 说明负荷改变1%，频率将偏移 0.05%；如负荷改变20%，则频 率偏移1%(0.5Hz)。
电力系统自动化
在计算功率与频率的关系时，常用发电机组的功率—频率静态特性 系数来表示。
有所上升，频率值仍然偏离额定频率，如负荷变动较大，频率偏差
仍然会在允许偏差范围之外，这就要求采取二次调频。
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
调频与调频方程式 调频器的控制信号有比例、积分、微分三种基本形式。 (1)比例调节 按频率偏移的大小，控制调频器按比例地增、减机组功率。
Pc f 这种调频方式只能减小而不能消除系统频率偏移。
R2P2 PG 2 N
RP P N
P
n
PGi
i 1
f
fN
n i 1
PGiN Ri
系统用等值发电机代替
P
1 R
f fN
P N
系统中负荷变化后， 每台发电机组所承担的功率
PGi
R P P N
PGiN Ri
电力系统自动化
五、电力系统的频率特性 一次调节
PG KGf P KLf
PL P PL KLf
f 0(发电机1，主导发电机)
Pc2 K1Pc1(发电机2)
Pcn Kn1Pc1(发电机n)
2、调频过程 设负荷增量△PL，调频器动作前，△f≠0，无差调频器首先对机组 有功出力进行调整，随之出现了新的△Pc1值，其余调频机组对各自 的有功出力进行调节，即出现了“成组调频”的状态。一直要到 △Pc1不再出现新值时结束。
认为是相等，各机组是同时进行调频的。
系统的调频方程式为
n
i 1
Pci
fdt
n
n i 1
1 Ki
fdt
Pci
i 1
n i 1
1 Ki
Kx
n i 1
Pci
每台调频机组分担的计划外负荷
4、优缺点
Pci
Kx Ki
n i 1
Pci
频率积差调节法的优点是能使系统频率维持额定；
K x
t t1时：负荷增大f 0, fdt 0, Pc 0
只要f 0, fdt就会不断积累,调节不中止
直到f 0（, t tA）， fdt A 常数,调节结束
Pc