第五章 电力系统自动调频
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5电力系统的有功功率和频率调整
2. 电力系统经济调度的数学模型
2) 等式约束条件：有功功率必须保持平衡的条件。 对于每个节点：
对于整个系统：
若不计网损：
2. 电力系统经济调度的数学模型
3) 不等式约束条件：为系统的 运行限制。
4) 变量：各发电设备输出有功功率。
3. 电力系统经济调度问题的求解
一般用拉格朗日乘数法。 现用两个发电厂之间的经济调度来说明，问题 略去网络损耗。 1) 建立数学模型。
3. 电力系统经济调度问题的求解
2) 根据给定的目标函数和等式约束条件建立一个新的 、不受约束的目标函数——拉格朗日函数。
3) 对拉格朗日函数求导，得到最小值时应有的三个条 件：
（1）
3. 电力系统经济调度问题的求解
4) 求解（1）得到：
这就是著名的等耗量微增率准则，表示为使总耗量 最小，应按相等的耗量微增率在发电设备或发电厂 之间分配负荷。 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。
4. 用迭代法求解电力系统经济调度问题
1) 设耗量微增率的初值 ； 2) 求与 对应的各发电设备应发功率 ； 3) 校验求得的 是否满足等式约束条件：
4) 如不能满足，则如
，取
，取
，自2）开始重新计算。
5) 直到满足条件。
；如
例题
5. 等耗量微增率准则的推广运用
用于解决火力发电厂与水力发电厂之间的最优分配问 题。
2) 数学表达式：
KS：称为系统的单位调节功率，单位Mw/Hz。表示原动 机调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频 率下降或上升的多少。
第五章-电力系统的频率调整讲课稿
3、对发电厂的影响
（1）影响锅炉的正常运行
（2）当频率下降时，会增加汽轮机叶片所受的力，引起叶片的共 振，缩短叶片的使用寿命，严重时刻使叶片断裂。 （3）频率降低时，导致拖动设备出力下降，造成水压风力不足， 因此发电机发电能力下降，所以为了维持正常电压，就要增加励磁 电流，致发电机定子和转子温升增加。 （4）频率降低时，因为为了维持正常电压而增加了励磁电流，导 致磁通密度的增大，因此变压器的铁耗和励磁电流都要增大。
1、负荷增加，使电磁转矩增加，若原动机的拖动转矩不变，则转速n 下降，导致频率降低。
2、负荷减少，使电磁转矩减小，若原动机的拖动转矩不变，则转速n 上升，导致频率升高。
通过上面的分析得出：有功功率的变化(负荷的变化) 与频率的变化是直接相关的，因此可以通过调节频 率来调节有功功率的平衡。
二、有功功率负荷的变动和调整控制
衡量运行经济性的主要指标为：比耗量 (煤耗率)和线损率（网损率）
有功功率的最优分布包括：有功功率负荷 预计、有功功率电源的最优组合、有功功率 负荷在运行机组间的最优分配等。
第一节 电力系统中有功功率的平衡
一、电力系统的有功功率平衡
发电机组的有功平衡
发电机组的有功平衡：发电机的电磁功率 PGi与原动机的机械功率PTi之间的平衡。
（6）两者分别沿着图中箭头方向移动，最终系统稳定运行 于新的平衡点O’。
这就是一次调频的整个过程。
下面来分析负荷功率的增加量是由哪 几部分组成的，由图可知：
OA OB BA PL0 OB PG KGf BA PL KLf
因此： 整个系统的负荷功率的增大量= 发电机组功率的增大量-负荷功 率减少量
有功功率电源的最优组合指系统中发电设备或发电厂的合理 组合，即机组的合理开停。 ◆ 机组的最优组合顺序 ◆ 机组的最优组合数量 ◆ 机组的最优开停机时间
（1）影响锅炉的正常运行
（2）当频率下降时，会增加汽轮机叶片所受的力，引起叶片的共 振，缩短叶片的使用寿命，严重时刻使叶片断裂。 （3）频率降低时，导致拖动设备出力下降，造成水压风力不足， 因此发电机发电能力下降，所以为了维持正常电压，就要增加励磁 电流，致发电机定子和转子温升增加。 （4）频率降低时，因为为了维持正常电压而增加了励磁电流，导 致磁通密度的增大，因此变压器的铁耗和励磁电流都要增大。
1、负荷增加，使电磁转矩增加，若原动机的拖动转矩不变，则转速n 下降，导致频率降低。
2、负荷减少，使电磁转矩减小，若原动机的拖动转矩不变，则转速n 上升，导致频率升高。
通过上面的分析得出：有功功率的变化(负荷的变化) 与频率的变化是直接相关的，因此可以通过调节频 率来调节有功功率的平衡。
二、有功功率负荷的变动和调整控制
衡量运行经济性的主要指标为：比耗量 (煤耗率)和线损率（网损率）
有功功率的最优分布包括：有功功率负荷 预计、有功功率电源的最优组合、有功功率 负荷在运行机组间的最优分配等。
第一节 电力系统中有功功率的平衡
一、电力系统的有功功率平衡
发电机组的有功平衡
发电机组的有功平衡：发电机的电磁功率 PGi与原动机的机械功率PTi之间的平衡。
（6）两者分别沿着图中箭头方向移动，最终系统稳定运行 于新的平衡点O’。
这就是一次调频的整个过程。
下面来分析负荷功率的增加量是由哪 几部分组成的，由图可知：
OA OB BA PL0 OB PG KGf BA PL KLf
因此： 整个系统的负荷功率的增大量= 发电机组功率的增大量-负荷功 率减少量
有功功率电源的最优组合指系统中发电设备或发电厂的合理 组合，即机组的合理开停。 ◆ 机组的最优组合顺序 ◆ 机组的最优组合数量 ◆ 机组的最优开停机时间
电力系统调度自动化--ppt课件全文编辑修改
与调度通信 MODEM
打
印 键盘/显 屏幕显
机
示器
示器
RAM ROM 接口
接口 接口
接口
CPU
总线
接口
接口
接口
接口
接口
接口
A/D 模拟量
输入
状态量 输入
数字量 脉冲量 数字量
输入
输入
输出
D/A 模拟量
输出
模拟量 信号
状态量 信号
数字量 脉冲量
信号
信号
遥控 输出
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单CPU结构RTU基本框图
遥调 输出
第五章 电力系统调度自动化
ppt课件
1
第五章 电力系统调度自动化
学习目的：
通过本章学习，掌握电力系统调度自动化的结构，掌 握调度自动化各部分的功能以及实现方法；了解电力系 统远动通信的原理及其实现。
重点：
电力系统调度自动化的结构及各部分功能的实现； 电力系统远动通信的原理及实现。
难点：电力系统调度自动化各部分的功能及其实现。
ppt课件
2
第五章 电力系统调度自动化
回顾：
1、电力系统调度的任务
控制整个电力系统的运行方式。
（1）保证供电的 质量优良 （2） 保证系统运行的经济性 （3） 保证较高的安全水平——选用具有足够的承受事故冲击能
力的运行方式。 （4）保证提供强有力的事故处理措施 2、电力系统调度自动化的任务
综合利用电子计算机、远动和远程通信技术，实现电力系 统调度管理自动化，有效的帮助电力系统调度员完成调度任务。
（3）电网调度自动化系统的快速发展阶段（20世纪80年代）
随着计算机技术、通信技术和网络技术的飞速发展，SCADA／EMS技
电力系统频率及有功功率的自动调节与控制
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。
电力系统自动装置原理：第05章_电力系统频率及有功功率的自动调节(5)
PtA=0(MW)
P = P + P =100(MW)
GA
LA
tA
此时，达到了二次调频功率的完全就地平衡。
20
21
i i ii
i
iiN
ii
别是第i台机组的调差系数与功率分配系数，且 1+ 2+…+ n=1。
②特点
A. 考虑了频率瞬时偏差 fi，调频的结果必然是： fi=0，
Pi= i k
fidt= i k
fdt； n
B. 调节结束时： Pi= i Pi ，即计划外负荷按功率分配系数在调频
机组间进行分配 ； i= 1
18
例题
[题]设A和B两区域系统通过联络线相连，且 A= B =1250MW/Hz， PLA =100MW， PLB =50MW。试求：①若A 系统按频差积分调节、B系统按频差和交换功率偏差的比例调 节（比例系数为1），则 P GA和 P GB是多少？②若A系统按频 差积分调节、B系统均按频差和交换功率偏差的积分调节，则
第五章 电力系统频率及有功功率的自动调节
1
本章摘要 • 第一节 电力系统的频率特性 • 第二节 调速器原理 • 第三节 电力系统频率调节系统及其特性 • 第四节 电力系统自动调频 • 第五节 电力系统的经济调度与自动调频
2
第4节 电力系统自动调频
一、概述 二、调频方法 三、联合电力系统的调频
3
5.4一电力系统自动调频概述
C. 计划外负荷越大，频率累计误差 fdt越大 ；
D. 由于频率累计误差的存在，使电钟的准确性得不到保证；
E. 本方法的频差是通过各调频机组就地测量，就地与标准频率fe相比较 得 频到后的获。得因。此，对标准频率fe要求较高，这常由石英晶体振荡器经分
电力系统自动调频方法
电力系统自动调频方法
电力系统自动调频是指通过控制发电机的发电频率，使其与负荷需求保持平衡的方法。
常见的电力系统自动调频方法包括以下几种：
1. 频率响应机制：根据系统频率变化情况，自动调整发电机的发电频率。
当系统频率下降时，调频机构会自动增加发电机输出功率，以保持频率稳定。
当系统频率升高时，调频机构会自动减少发电机输出功率。
2. 负荷跟随机制：根据系统负荷需求的变化情况，自动调整发电机的发电频率。
当负荷需求增加时，调频机构会自动增加发电机输出功率，以满足负荷需求。
当负荷需求减少时，调频机构会自动减少发电机输出功率。
3. 频率和功率协调机制：综合考虑系统频率和负荷需求的变化情况，自动调整发电机的发电频率和输出功率。
通过使用预测模型和优化算法，调频机构可以实时计算出最优的发电机输出功率，以实现系统频率稳定和负荷需求满足的双重目标。
通过这些自动调频方法，电力系统可以实现频率的稳定和负荷需求的平衡，提高系统的可靠性和稳定性。
同时，这些方法还可以减少系统频率的波动，降低供电误差，提高电网的能效和经济性。
第五章电力系统频率及有功功率的自动调节
PL (s)
原动机 -
GT (s) +
发电机 系统
Gp (s)
一次调频
GC (s)
二次调频
2021/2/9
North China Electric Power University
F (s)
page32
电力系统的频率调节系统及其特性
★调速器的传递函数
Gn
s
1
Kn sTn
X
B
s
Gn
s
Pc
s
1 R
F
page9
电力系统的频率特性
四、发电厂调频的作用
☆1、保证频率偏移在允许的范围内
★一般不超过±2％，某些系统要求不超过±1％，
☆2、改变机组间的负荷分配
m
m
m
PTi PGi PLi
1
1
1
☆3、提高系统运行的经济性
min F (PG1, PG2 , PG3 )
2021/2/9
North China Electric Power University
★原动机-水轮机的传递函数
•在水流的稳态情况下，水的流速是一定的。 •当迅速关小导向叶片的开度，导管中的水压力会急剧上升； 当迅速开大导向叶片的开度，导管中的水压力会急剧下降。 这就是水锤效应。 •水轮机的功率不能追随开度的变化而有一个时滞
2021/2/9
Gn s
1 TW 0.5TW s
s 1
North China Electric Power University
page26
调速器原理-功率变送器
将发电机的有功功率转换为与之成正比的电压—有功功率变送器
执行元件就是霍尔效应原理的测量元件
第五章_电力系统频率及有功功率的自动调节
电力系统 自动装置原理
三、发电机组的功率——频率特性
发电机频率调整是由原动机的调速系统来实现的。
发电机的功率－频率特性取决于调速系统特性。
系统负荷改变 调速系统调整进汽量 调节发电机输入功率
由于频率变化而引起的发电机输出功率的变化称为发电机组的 功率－频率特性或调节特性。
电力系统 自动装置原理
三、发电机组的功率——频率特性
❖ （一）发电机的功率 - 频率特性
发电机转矩方程： MG A B
ω* f* PG*
功率方程：
PG C1 C22
1.0
MG*
P*
无调速器时，转速和转矩都为额定值，
1.0
M*
输出功率最大值。
电力系统 自动装置原理
三、发电机组的功率——频率特性
❖ （一）发电机的功率 - 频率特性
fW PW R fW* PW* R*
/ PW* R*
过小的调差系数会引起较大的功率分配误差。
为避免系统在频率微小波动时动作，会人为加不灵敏区。
汽轮发电机组的不灵敏区为0.1%--0.5%
水轮发电机组的不灵敏区为0.1%--0.7%
电力系统 自动装置原理
（四）电力系统的频率特性
❖ 电力系统的频率特性 电力系统由发电机、输电网络、负荷组成。 系统频率特性是由负荷频率特性和发电机频率特性共同形 成的。
电力系统 自动装置原理
（四）电力系统的频率特性
❖ 电力系统的频率特性 负荷的功率--频率特性和发电机组的功率---频率特性的交 点就是电力系统频率的稳定运行点。
f
PL = f(f)
PL1 = f(f)
fN
a
d
PL PL1 PL2
f2 f3
三、发电机组的功率——频率特性
发电机频率调整是由原动机的调速系统来实现的。
发电机的功率－频率特性取决于调速系统特性。
系统负荷改变 调速系统调整进汽量 调节发电机输入功率
由于频率变化而引起的发电机输出功率的变化称为发电机组的 功率－频率特性或调节特性。
电力系统 自动装置原理
三、发电机组的功率——频率特性
❖ （一）发电机的功率 - 频率特性
发电机转矩方程： MG A B
ω* f* PG*
功率方程：
PG C1 C22
1.0
MG*
P*
无调速器时，转速和转矩都为额定值，
1.0
M*
输出功率最大值。
电力系统 自动装置原理
三、发电机组的功率——频率特性
❖ （一）发电机的功率 - 频率特性
fW PW R fW* PW* R*
/ PW* R*
过小的调差系数会引起较大的功率分配误差。
为避免系统在频率微小波动时动作，会人为加不灵敏区。
汽轮发电机组的不灵敏区为0.1%--0.5%
水轮发电机组的不灵敏区为0.1%--0.7%
电力系统 自动装置原理
（四）电力系统的频率特性
❖ 电力系统的频率特性 电力系统由发电机、输电网络、负荷组成。 系统频率特性是由负荷频率特性和发电机频率特性共同形 成的。
电力系统 自动装置原理
（四）电力系统的频率特性
❖ 电力系统的频率特性 负荷的功率--频率特性和发电机组的功率---频率特性的交 点就是电力系统频率的稳定运行点。
f
PL = f(f)
PL1 = f(f)
fN
a
d
PL PL1 PL2
f2 f3
第5章 电力系统频率和有功功率的自动调节
第5章电力系统频率和有功功率的自动调节
1、调节频率或调节发电机组转速的基本方法是什么？
2、解释负荷的频率调节效应？
3、为什么非常灵敏的电液调速器，通常采用外加措施，形成一个人为的不灵敏区？
4、什么是一次调频、二次调频？
5、什么是计划外负荷，通常由哪些厂来承担这些负荷？
6、现代电力系统调频的主要任务又哪些？
7、控制调频器的信号有哪些基本形式？分析各种形式？
8、分析主导发电机的调频方法。
9、解释微增率、等微增率法则。
发电厂内机组的经济调度准则是什么？。
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。
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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
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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。
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2. 电力系统经济调度的数学模型
电力系统自动装置原理第05章电力系统频率及有功功率的自动调节(调速器原理)
αBbBi
P0
ρ
1
A2s +αCbC
P0 ρ
αb
2 ρ
( P0
−
P2 )
Δsz(s)
'A2 s
19
Δsx (s) α A b A + α BbBi −
1
A2 s +1
αCbC
P0
ρ
1
A'2
α cbc s
αb
2
ρ
( P0
−
P2 )
α
BbBi
Δsz (s)
Δsx (s) α A b A + α BbBi −
χ n (s) χn (s)
给定 + −
滑 阀油 动 机
蒸 2汽K容n 积
扰动
−
n0 +
转子
转速
调 速器
21
再热式汽轮机传递函数
+ 给定 -
滑阀油 动机
+
+
RR((ss)) --
1
1
TTssss++11
蒸汽 容积
调速器
高压缸
负荷
中间再 热容积
+-
++
转子
中、低
压缸
1 TT00s1s++11
11δδ
1 Ths + 1
1
Δsz (s)
Tss
20
R+ −
ΔS R + ΔS x −
1
χ sz ( s )
Tss + 1
K s ΔSz(s) 1
Tss + 1
S z0
第05章_电力系统频率及有功功率的自动调节(7-8)
三、如何运用CPS标准来评价控制性能 • 当 100%≤CPS1<200%时，即0<CF≤1时，则有 这说明在这段时间内，该控制区的控制行
为对电网频率质量是不利的，但仍符合 Σ( ACE AVE − min ⋅ ΔFAVE − min ) < ≤1 2 CPS10 标准的要求，也就是说其影响程度未 − 10 B ⋅ n ⋅ ε 1 超过所允许的范围。此时。需同时满足 ACE十分 即 CPS2 Σ标准。如不能满足，则需将 ( ACE AVE − min ⋅ ΔFAVE − min ) 为正， 钟平均值偏离CPS2标准的部分（大于L10 但 的部分），与ACE对电网频率影响的部分 （CPS1 偏离200% 部分，即 2-CPS1）结合 ⋅ Δ ( ACE F ) ∑ AVE − min AVE − min 2 ≤ ε 1 起来进行评价。 − 10 B ⋅ n
13
四、CPS系列标准较A系列标准的优越性
• A1,A2标准未涉及电网频率控制的目标，因 而应用在频率控制目标不同的电网中时，需 要做一些人为的调整。而CPS标准中对频率 的控制目标都有明确的规定，因此可应用于 各种频率控制目标的电网。ε 1和ε 10的数 值充分体现了电网之间的差异。美国最小的 互联电网得克萨斯电网（1998年最高负荷 48588MW）的ε 1=0.020HZ, ε 10=0.0073Hz;而华东电网（1998年最高负荷 32050MW）的ε 1=0.035HZ, ε 10=0.025Hz
△F
Eminth<|ACE| < Emaxth时，认为|ACE| 相对于△F来说并不大，无需改变现 有的ACE，令 PCPS ＝ －PP |ACE| > Emaxth时，认为|ACE|相对于 △F来说已很大，应减少|ACE| ，减 少的程度只要达到Emaxth即可。令 PCPS ＝ － Emaxth * △F/ |△F|
微机电力自动装置原理课件第5章电力F和P自动调节
（2）负荷的频率调节效应系数KL*
6
K L*
dPL* df*
a1 2a2f*源自 3a3f2 *
.... nan
f*n (5 6)
用斜率或增量表示：
K L*
tg
PL* f*
, 或K L
PL f
(MW
/
HZ
)
所以K L*
KL
PL f
（5 9）
5、负荷的频率调节效应系数KL*应用举例 例5-1、1类负荷30%， 2类负荷40%， 3类负
（1）第i台发电机组的调节方程为
PGi
1 Ri*
f fN
PGN (i 1,2,3, n)(5 18)
(2)若f是相同的，多台发电机组承担总功率增
量为：
1 f
P
R*
fN
PN
(5 20)
其中：R*
PN n PGN
;f*
Ri*Pi PGiN
30
• 给定机构特性图
31
给定原理
• 1、图5-12，当D点上移---A、B、C、F各 点不动，只有E点下移，使油动机活塞上移。 增加进入汽轮机的功率
• 2、机组未并网时，调节到A` B` C`D`F`位 置时结束，结果是转速升高。
• 3、并网运行时，由于电网频率不变化，即 A点位置不变， D点上移，B点移到B`---B`` 结束，使发电机输出功率增加，如图5-13 所示，转速不变，功率从Pa---Pb,机组特性 平移。
14
4、结论：发电机组功率---频率的调差系数主要 决定于蒸汽机上调速器的静态调节特性。调节的 强度由调差系数R，R*，KG，KG*确定。 例题5-1, 5-2(P126面 )
6
K L*
dPL* df*
a1 2a2f*源自 3a3f2 *
.... nan
f*n (5 6)
用斜率或增量表示：
K L*
tg
PL* f*
, 或K L
PL f
(MW
/
HZ
)
所以K L*
KL
PL f
（5 9）
5、负荷的频率调节效应系数KL*应用举例 例5-1、1类负荷30%， 2类负荷40%， 3类负
（1）第i台发电机组的调节方程为
PGi
1 Ri*
f fN
PGN (i 1,2,3, n)(5 18)
(2)若f是相同的，多台发电机组承担总功率增
量为：
1 f
P
R*
fN
PN
(5 20)
其中：R*
PN n PGN
;f*
Ri*Pi PGiN
30
• 给定机构特性图
31
给定原理
• 1、图5-12，当D点上移---A、B、C、F各 点不动，只有E点下移，使油动机活塞上移。 增加进入汽轮机的功率
• 2、机组未并网时，调节到A` B` C`D`F`位 置时结束，结果是转速升高。
• 3、并网运行时，由于电网频率不变化，即 A点位置不变， D点上移，B点移到B`---B`` 结束，使发电机输出功率增加，如图5-13 所示，转速不变，功率从Pa---Pb,机组特性 平移。
14
4、结论：发电机组功率---频率的调差系数主要 决定于蒸汽机上调速器的静态调节特性。调节的 强度由调差系数R，R*，KG，KG*确定。 例题5-1, 5-2(P126面 )
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,
电力系统频率控制
4
③ 发电厂的厂用机械多使用异步电动机带动的，系统频率 降低将使电动机功率降低，影响电厂正常运行。 f↓ n↓ → P 2 → ↓f→ ↓ ↓
④ 电力系统频率下降时,异步电动机和变压器的励磁电流增 加,使无功消耗增加,引起系统电压下降。
V=E∝f: f ↓V → 不变 →
Im↑→ Qm↑V → ↓电 →压崩溃
2019/10/29
1.自动调速系统原理简介
19
1. 测转速元件 离心飞摆及其附件；
2. 放大元件一错油门； 3. 执行机构一油动机； 4. 转速控制机构或称同步器
2019/10/29
图 原动机调速系统示意图
调频器
A △PC、△xA
B
η
△ω
原动机轴
齿轮组
1.自动调速系统原理简介
20 蒸汽
C △xC
2019/10/29
25
三、电力系统的频率特性 电力系统主要由发电机、输电网络和负荷组成。 把输电网络的损耗看成负荷的一部分，则电力系统是 由两个环节组成的闭环系统。发电机组的功率频率特 性和负荷的功率频率特性的交点就是电力系统的频率 的稳定运行点。
2019/10/29
26
原始运行状态PD(f)，和发电机组静特性交点a。 负荷增加Δ PD0，特性曲线变为P´D(f)，新的运行点b。
给水泵。
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14
2.电力系统负荷与频率的关系：
P Da0P D Na1P D(N ffN)a2P D(N ffN)2
电力系统综合负荷由各种各样的负荷组成。这些负 荷吸取的有功功率有的与频率无关，有的与频率的一次 方成正比，有的与频率的二次方成正比，有的与频率的 更高次方成正比。但有：
电力系统自动化-调频-2015-李国杰
现出来，在测试过程中更直观的
监测机组一次调频的性能。
电力系统 自动装置原理
一次调频在线监测实施方案
总体框架
电网调度EMS系统发出测试信号给发电机组，发电机组的控制系 统模拟频差使机组一次调频动作，再由调度侧PMU系统采集实时数据 送到调度侧发电机组一次调频在线监测系统内计算出机组一次调频的 性能。
电力系统 自动装置原理
联调试验
测试结果
0->4r/min时调度侧PMU测试曲线
测试性能 设定频差 (r/min) 0->4 0->4 理论补偿电 量(kWh) 140.553 140.42 实际补偿电 量(kWh) 117.08 116.329 性能(%) 83.3 82.843 正确 1 1
机组侧 PMU
f
1.0
f*
PG* MG*
P*
1.0 M*
a ’ a” 1 a”’ 2
3
3’
P
电力系统 自动装置原理
发电机组的功率-频率特性
f fN f1 a
f
b
有差调节，其特性称为有差 调节特性。
PG
PG
PGa PGb
特性曲线的斜率： f R PG R为发电机的调差系数
有调速系统的发电机功率-频率特性
K G P 1 G R f
K G f PG 0
K G 发电机组的功率-频率静特性系数，或原动机 的单位调节功率
KG PG f
对汽轮发电机组 R*=4%~6% 或KG*=16.6～25； 对水轮发电机组 R*=2%~4% 或KG*=25～50.
PL PLN
PLb
频率下降时，负荷功率也下降到 PLb ；
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中国电力出版社
第四节 调速器原理
(四)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
中国电力出版社
第四节 调速器原理
(五)调速器的工作
按发电机组是否并入电网两种情况来讨论 调速器的工作。 1．发电机组未并网时
• 功率测值及功率给定值信号均为零。运行人员操作增速 或减速按钮，控制电动机正转或反转，使它驱动转速给 定电位器，改变转速给定值nREF电压。频率—电压变送 器输出电压与机组运行转速n相对应。可见这两个电压的 差值与(nREF－n)成正比，即 mn(nREF－n) • 经PID调节，功率放大器等环节，由电液转换器去控制调 节汽阀的开度，改变机组的转速，使mn(nREF－n)＝ mn△n的值趋于零，转速n趋于给定转速nREF为止，即 达到调速目的。
霍尔功率变送器
中国电力出版社
第四节 调速器原理
(二)功率测量
霍尔电动势
RH 8 EH ic B cos 10 d
• • • • • 式中 RH —— 霍尔系数，与材料性质有关(cm3／c)； d —— 薄片厚度(cm)； ic —— 控制电流（A）； B —— 磁感应强度（T）； θ—— 磁感应强度B与半导体薄片平面法线的夹角
m p P 0
*
*
G*
0
中国电力出版社
第四节 调速器原理
四、数字式电液调速器
中国电力出版社
第四节 调速器原理
• 作用是将水 轮机接力器 的行程Y(表 征导水叶的 开度)变成与 其成正比的 0~5v直流电 压信号。
位移传感器
中国电力出版社
中国电力出版社
第四节 调速器原理
三、模拟电气液压调速器
(1)灵敏度高，调节速度快，调节精度高，机组甩 负荷时转速的过调量小。
优 点 主 要
(2)容易实现各种信号的综合调节，有利于综合自 动控制。 (3)参数整定灵活方便，可在运行中改变参数，并 便于增添改善动态性能指标的校正控制部件。 (4)体积小，检修维护方便。
中国电力出版社
第四节 调速器原理
(二)功率测量
霍尔效应是物理学家 E·H·Hall于1879年发现 的半导体基本电磁效应之 一。如果把一片半导体材 料的薄片放在磁场中，并 使磁场磁力线与薄片平面 垂直，当在薄片的1、2端 通以电流I时，则在垂直 于磁场方向和电流方向的 3、4端就会有电动势EH产 生，这一物理现象称为霍 尔效应，EH称为霍尔电动 势。
与频率的二次方成正比的负荷，如变压器中的涡流损耗，这类 负荷在系统中所占比例较小；
4
5
与频率的三次方成正比的负荷，如通风机、静水头阻力不大的 循环水泵等；
与频率的更高次方成正比的负荷，如静水头阻力很大的给水泵 等。 中国电力出版社
第三节 电力系统的频率特性
综合负荷消耗的有功功率与频率的关系
f f f PL a0 PLn a1 PLn a2 PLn an PLn f f f n n n
2 n
a
i 0
n
i
1
PL* a0 a1 f* a2 f* an f*
2
中国电力出版社
n
第三节 电力系统的频率特性
负荷的频率调节效应系数为
K L*
dPL* f n* df *
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第三节 电力系统的频率特性
K L* fn PL* PLb PL.n f* fb f n PL.n
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第三节 电力系统的频率特性
一、电力系统负荷的静态频率特性
当频率变化时，系统负荷消耗 的有功功率也将随着改变。这种 有功负荷随频率而变化的特性称 为负荷的静态频率特性。
中国电力出版社
第三节 电力系统的频率特性
１
2 3
与频率变化基本无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉和整流 负荷等；
与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、往复式水泵、压 缩机和卷扬机等，这类负荷的特点是阻力矩为常数。
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第四节 调速器原理
功率—频率电液调速系统原理图
中国电力出版社
第四节 调速器原理
(一)转速测量 转速测量由磁阻发送器和频率—电压变送器完成。
1．磁阻发送器 磁阻发送器的作用是 将转速转换为相应频 率的电压信号
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第四节 调速器原理
(一)转速测量
2．频率—电压变送器 频率—电压变送器的作用是将磁阻发送器输出的 脉冲信号转换成与转速成正比的输出电压值Un
第三节 电力系统的频率特性
二、发电机组的静态调节特性
• 定义发电机组的调差系数为
f PG
• 发电机组的调差系数也可用标 么值
f / f n f * * PG / PGn PG*
• 发电机组的静态调节方程
f* *PG* 0
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第三节 电力系统的频率特性
中国电力出版社
第四节 调速器原理
(二)功率测量
霍尔元件
ic K1uG K1U M sin t B K 2iG K 2 I M sint
EH K3ic B K1 K 2 K3U M sin tI M sint
UM IM cos cos 2t EH K 2
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第四节 调速器原理
(一)转速测量 频率—变压变送器的工作电压波形图
中国电力出版社
第四节 调速器原理
(一)转速测量
滤波后输出电压Un的特性
中国电力出版社
第四节 调速器原理
(二)功率测量
将发电机的有功功率转换成与之成
正比的直流电压，即有功功率变送器。
功率测量通常用磁性乘法器和霍尔效应 原理等。
第一种负荷变化引起的频率偏移较小，可 由频率的一次调整完成。
第二种负荷变化引起的频率偏移较大，仅 靠调速器的作用往往不能将频率偏移限制 在容许范围之内，这时必须由调频器参与 调整，即只有借助于频率的二次调整才能 完成。
第三种负荷变化可用负荷预测的方法预先 估计得到，调度部门预先编制的系统日负 荷曲线基本上就反映了这部分负荷的大小， 这部分负荷要求在满足系统有功功率平衡 的条件下，按照经济运行的目标在各发电 厂间进行分配。
负荷的频率调节效应系数也 可表示为有名值
PL KL f
有名值与标么值间的换算关系
K L*
fn KL PLn
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第三节 电力系统的频率特性
例5-1
某电力系统中，与频率无关的负荷占30％，与频率一次 方成正比的负荷占40％，与频率二次方成正比的负荷占 10％，与频率三次方成正比的负荷占20％。求系统频率 由50HZ下降到47HZ时，负荷功率变化的百分数及负荷调 节效应系数KL* 。
中国电力出版社
第四节 调速器原理
(三)转速和功率给定环节 转速和功率给定环节可用高精度稳压电源供电的 精密多转电位器构成。 其输出电压值即可表示为给定转速或功率，多转 电位器由控制电机带动，以适应当地或远方控制 的需要。 图5-9中的放大器和PID调节，由运算放大器组成， 由于PID输出功率很小，不能驱动电液转换器， 因此加入一个功率放大环节。
中国电力出版社
第四节 调速器原理
(五)调速器的工作
2．机组在并网情况下运行时
• 假设电网频率恒定且为额定值，频差放大器 输出的△f信号为零。同样理由，如果改变功 率设定值PREF电压，功率测值P的电压与 PREF电压之差值信号为 mp(PREF－P) (V) • 通过PID等环节的调节作用，将使(PREF－P) 差值电压为零。即发电机功率P与给定值 PREF相等。达到调节发电机组输出功率目 的。
第一节 频率调节概述
三、系统频率的调节方式
调速器：反应机组转速和给定值之间的 偏差，并以此来改变调节阀门的开度以 增加或减少原动机的出力，使机组转速 维持在一定范围
调频器（或称同步器）：反应系统频率 与给定值之间的偏差，从而改变阀门的 开度。
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第二节 电力系统负荷变化与调频措施 一、系统负荷的特点与调频的关系
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第四节 调速器原理
(五)调速器的工作 频差放大器输出电压正比于， 为
f
mf
f
发电机输出功率与功率给定之差的电压值为 mp△P （V）
上述二信号之和给PID调节，控制电液转换器调节汽 阀开度，稳态时输入PID的电压信号应为零
mf
f
令功率和频率为标么值，mp和mf取相同值，这时调 速器的特性为 f P 0 f P
三、电力系统的频率特性
中国电力出版社
第四节 调速器原理
一、概述
按类型分
机械液压调速器 电气液压调速器 (简称电液调速器)
调速器
比例积分（PI）调 速器
比例积分（PI）调 速器
按其控制规律分
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二、机械液压调速器
中国电力出版社
第四节 调速器原理
二、机械液压调速器
同步器或调频器
• 控制电动机可由运行人 员或自动装置控制正转 或反转，从而可以使D 点位置作上下移动 • 机组并网运行时，由于 电网频率基本不变，即 A点位置基本不变，调 节结束时，调节汽阀增 大开度，使机组输出有 功功率增大 ，调整的结 果是使发电机组的功 率—频率特性曲线的平 移，即实现二次调频。
频率降为47Hz时，f*＝47／50＝0.94， 系统负荷为 PL* ＝ 0.3+0.4×0.94+0.1×0.942+0.2×0.943 ＝ 0.930 △PL* ＝ （1-0.930）＝0.07
K L*