第13章 电力系统的有功功率平衡和频率调整
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DA GA A
B ΔPAB ΔPDB ΔPGB KB
13.3
电力系统的频率调整
5. 互联系统的频率调整
习题13－7 KGA = 270 MW/HZ，KDA = 21 MW/HZ，
KGB = 480 MW/HZ，KDB = 39 MW/HZ， PAB = 300 MW，B 系统增加负荷150MW
（1）求 A、B均仅进行一次调频时的系统频率：
锅炉25%(中温中压)~75%(高温高压)额定容量，汽机
10~15%额定容量，每分钟仅能上升2~5%）
13.3
电力系统的频率调整
二次调频 负荷增量 功率增量
A B ΔPAB ΔPDB ΔPGB KB
5. 互联系统的频率调整
频率调整可能引起网络潮流的重新分布
PDA PAB P K Af GA PDB PAB PGB K B f
13.2
电力系统的频率特性
1. 负荷的 P–f 静态特性
② 当频率偏移不大时，用线性方程近似表示负荷静态频率特性。
PD K D f PD K D*f PD PDN fN K D KD f D f N PDN
PD
PDN
KD (KD*)：负荷频率调节效应系数（频率调节效应） KD* =1~3（频率下降1 %，负荷有功功率变化 KD* %）
ΔPDA ΔPGA KA
f
PDA PDB PGB PGB PD PG
K A KB K A KB
= 0, 则: △f = 0
K A PDB PGB K B PDA P = 0, 则: △PAB = 0 GA PAB K A KB
δ* 等值调差系数
13.2
电力系统的频率特性
5. 考虑二次调频的 P–f 分析
PD0 P 2 (KG KD )f G
二次调频不改变系统的单位 调节功率，但在同样的 f 偏 移下，能承受更大的负荷变 化。
P3 P2 P1 ΔPD0 P
PG ( f ) ΔPD ΔPG
P’D ( f )
K KG KD
K：系统的 P–f 静特性系数，
或系统的单位调节功率，计及发 电机和负荷的共同作用时，引起 f 单位变化的负荷变化量。
o
f2
f1
f
根据 K 可以确定在允许的频率偏移范围内，系统所能承受的负荷变化量。
K K r K G K D
PD 0* f*
Kr
PGN PDN
，在有功平衡的基础上，按最优化原则在发电厂之间分配。
13.2
电力系统的频率特性
1. 负荷的 P–f 静态特性
① 负荷静态频率特性：系统处于运行稳态时，系统中有功负荷 随频率的变化特性。各类负荷的频率特性：
P* a0 a1 f* a2 f*2 a3 f*2 , a0 a1 a2 a3 1 f* f fN
（2）A、B均参加一次调频，但二次调频仅由A承担，PABmax = 400MW，求系统频率的最小变化量 应充分利用二次调频容量，则：
A ΔPDA ΔPGA
A
B ΔPAB ΔPDB ΔPGB
B
△PAB = 100 并非全部是A的二次 △PAB = 100 K K − ( KGB + KDB ) × △f = 50 调频功率量 100 -△PGA = − ( KGA + KDA ) ×△f − 519 × △f = 50 △PGA = 71.482 △f = − 0.098 HZ
备用系数，一般应满足： Kr >1
13.2
电力系统的频率特性
4. 复杂电力系统的频率特性
KG KGi KGi
i 1 i 1 ng ng
P GiN fN
P
KG KG
fN PGN
K
i 1 ng i
ng
Gi GiN
P
GiN
*
1 K G
KG ( KG* ) 等值单位调节功率
来自百度文库第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整
1
13.0
概述
电压是衡量电能质量的一个重要指标 频率也是衡量电能质量的重要指标
13-1: 频率调整的必要性
13-2: 电力系统的频率特性 13-3: 电力系统的频率调整 13-4: 有功功率平衡和系统负荷的合理分配
13.1
频率调整的必要性
1、有功功率的基本概念：由发电机的转速决定，相联系统只有
2. 发电机的 P–f 静态特性
发电机静态频率特性：系统处于运行稳态时发电机有功功率与 频率的变化关系 f
PG KG f PG KGf*
P f P * * GN P* fN
PG PGN
KG ( KG* )：单位调节功率，f发生单位变化时 ，发电机组输出功率的变化量。
自动装置中详细介绍
单靠一次调频不能使频率偏移保持在允许的范围之内
13.3
电力系统的频率调整
2. 频率的二次调整
由发电机组调速系统的转速控制机构（同步器）来实现的
频率调整。 二次调整也就是通常所 说的频率调整
P3 PG ( f ) ΔPD0 ΔPD ΔPG PD ( f ) P’D ( f ) P
同步器平行移动发电机
A、B发电机和负荷功率的变化量：
PGA KGAf 270 0.185 49.95MW PDA K DAf 21 0.185 3.885MW PGB KGB f 480 0.185 88.8MW PDB K DB f 39 0.185 7.215MW
⑤ 全网频率统一，调频涉及整个系统；无功功率平衡和电压调
整可以按地区就地解决 ⑥ 当线路有功潮流不超过允许范围时，有功电源的任意分布不
会妨碍频率的调整；无功平衡和调压则同无功电源的合理分布关
系密切
13.4
有功功率平衡和系统负荷的合理分配
1. 有功功率电源
发电厂是目前电力系统唯一的有功功率电源
o fN f
δ(δ*)：静态调差系数，调差率（功率变化1%，频率变化δ*%） 调差系数越小，频率偏移越小！ 发电机的δ(δ*)和KG ( KG* )可以整定，而负荷的KD ( KD* )则不行 P f 1 1 1 fN KG * = 0.04~0.06，KG* KG N 汽轮机：δ G ， KG = 25~16.7 f P PGN 水轮机：δ = 0.02~0.04，K GN = 50~25
A ΔPDA ΔPGA KA ΔPAB
B ΔPDB ΔPGB KB
13.3
电力系统的频率调整
5. 互联系统的频率调整
习题13－7 KGA = 270 MW/HZ，KDA = 21 MW/HZ，
KGB = 480 MW/HZ，KDB = 39 MW/HZ， PAB = 300 MW，B 系统增加负荷150MW
的二次调整
13.3
电力系统的频率调整
4. 主调频发电厂的选择
条件： 1) 足够调整容量和范围 2) 调整速度 3) 安全经济原则，联络线功率波动和中枢点电压波动 水电厂最适宜承担调频任务，但应兼顾经济性。 （调整范围可以达到 50%PN 以上，速度快，一分钟可以 由空载→满载。火电厂锅炉、汽机受最小技术负荷限制，
*
G*
13.2
电力系统的频率特性
3. 电力系统的 P–f 静态特性
要确定电力系统的负荷变化引起
的频率波动，需要同时考虑负荷 及发电机两者的调节效应。考虑 一台发电机和一个负荷的情况。
ΔPD0 P2 P1 P PG ( f ) ΔPD ΔPG PD ( f ) P’D ( f )
假定系统的负荷增加ΔPD0。
f
13.3
电力系统的频率调整
3. 发电机的分类
有可调容量的机组均参加频率的一次调整 只有一台或少数几个机组参加频率的二次调整 主调频机组：参与二次调频的机组，条件：有足够大的调频容量 和调节范围，出力调整速度应满足系统负荷变化速度的要求等。 辅助调频机组：只有在系统频率超过某一规定的偏移范围时才参 与频率调整 非调频机组：按调度中心预先给定的负荷曲线运行，不参与频率
一个频率，是一个全局问题，与电压不同。 2、电力系统的频率水平由有功功率平衡决定，在负荷变化时， 如果有功电源充足，能保证用户需要，且具有及时进行调整的 能力，则能保证频率在合理的范围之内，反之，则将出现较大 的频率偏移。
13.1
频率调整的必要性
3、频率的重要性 ① 影响用户产品的质量（异步电动机的转速和输出功率均 与频率有关） ② 影响电子设备的准确性 ③ 对电力系统运行的不良影响 1）对发电机叶片的不良影响，振动 2）f↓，降低给水泵、循环水泵、风机等的出力和效率 （辅助效率和内能） 3）f↓，异步电动机和变压器的励磁电流↑，QL↑，为 Q平衡和电压调整增加困难。 4）互联系统解列 5）发电机解列
P2
的功频静特性来调节频率和 P1 分配机组间的有功功率
o
f2
f1
f
13.3
电力系统的频率调整
2. 频率的二次调整
发电机满载运行时的
功频静态特性 所以，系统有功电源 的出力不能仅满足在 额定功率下有功负荷
PG PGN PGN1 PGN PGN2 o
P'D
PD
的需求，应留有一定
的备用容量。
f2 ffNfN 1
O
fN
f
KD* 取决于全系统各类负荷的比重，不同系统或同一系统不同时刻的KD* 都可能不同。 KD* 是调度部门必须掌握的一个数据，是考虑按频率减负
荷方案和低频事故时用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。
13.2
电力系统的频率特性
2. 发电机的 P–f 静态特性
调速系统的工作原理：
13.2
电力系统的频率特性
PD ( f )
ΔPG2
o
f 2 f '2 f 1
f
13.3
电力系统的频率调整
1. 频率的一次调整
发电机组的调速器，根据系统频率的偏移，改变机组的出力，
使有功功率重新达到平衡，这就是频率的一次调整。 调速器的有差调节特性，一次调频是有差调频
所有发电机均装有调速器，均参加一次调频
机械液压调速系统 电气液压调速系统
13.1
频率调整的必要性
4、允许的频率偏移 严格保证频率不变是不可能的，fN =50HZ，允许的频率偏
移（系统运行频率与额定频率之差）：
△f =±0.2Hz ~ ±0.5Hz ( ±0.4%fN ~ ±1%fN )
5、频率调整的分类 ① 一次调整：调整变化幅度小、变化周期短（<10s）的负荷变 化引起的频率偏移，由发电机的调速器进行调整。 ② 二次调整：调整变化幅度较大、变化周期较长（10s～3min ）的负荷变化引起的频率偏移。调频器参与调整。 ③ 调度部门预先编制的日负荷曲线反映变化缓慢的持续变动负荷
13.3
电力系统的频率调整
5. 互联系统的频率调整
习题13－7 KGA = 270 MW/HZ，KDA = 21 MW/HZ，
KGB = 480 MW/HZ，KDB = 39 MW/HZ， PAB = 300 MW，B 系统增加负荷150MW
（1）求 A、B均仅进行一次调频时的系统频率： − ( KGA + KDA + KGB + KDB ) × △f = 150 A − 810 ×△f = 150 ΔP ΔP △f = − 0.185 HZ K f = 50 − 0.185 = 49.815HZ 联络线功率变化量（即A系统的负荷增加量）： △PAB = − ( KGA + KDA ) × △f = 291 × 0.185 = 53.835 MW
负荷的实际增量：
P PD0 PD G
o
f2
f1
f
( 负荷的实际增量应与发电机组的功率输出的增量相等 )
13.2
电力系统的频率特性
3. 电力系统的 P–f 静态特性
PD 0 PG PD KG f K D f K f
ΔPD0 P2 P1 P PG ( f ) ΔPD ΔPG PD ( f ) P’D ( f )
13.3
电力系统的频率调整
6. 频率调整与电压调整的关系
① 频率下降将引起无功缺口扩大，电压下降
f ↓ → Qg ↓ Qd ↑ → V ↓ △f ↓1% → △V ↓ 0.8～2%
② 电压下降使有功缺口减少
③ f、V 偏低时，先解决 f ，再解决 V ④ f、V 的独立性
因 f↑，Q 缺额↓，对 电压调整有利，若先 V↑，扩大有功缺额， 导致 f↓
B ΔPAB ΔPDB ΔPGB KB
13.3
电力系统的频率调整
5. 互联系统的频率调整
习题13－7 KGA = 270 MW/HZ，KDA = 21 MW/HZ，
KGB = 480 MW/HZ，KDB = 39 MW/HZ， PAB = 300 MW，B 系统增加负荷150MW
（1）求 A、B均仅进行一次调频时的系统频率：
锅炉25%(中温中压)~75%(高温高压)额定容量，汽机
10~15%额定容量，每分钟仅能上升2~5%）
13.3
电力系统的频率调整
二次调频 负荷增量 功率增量
A B ΔPAB ΔPDB ΔPGB KB
5. 互联系统的频率调整
频率调整可能引起网络潮流的重新分布
PDA PAB P K Af GA PDB PAB PGB K B f
13.2
电力系统的频率特性
1. 负荷的 P–f 静态特性
② 当频率偏移不大时，用线性方程近似表示负荷静态频率特性。
PD K D f PD K D*f PD PDN fN K D KD f D f N PDN
PD
PDN
KD (KD*)：负荷频率调节效应系数（频率调节效应） KD* =1~3（频率下降1 %，负荷有功功率变化 KD* %）
ΔPDA ΔPGA KA
f
PDA PDB PGB PGB PD PG
K A KB K A KB
= 0, 则: △f = 0
K A PDB PGB K B PDA P = 0, 则: △PAB = 0 GA PAB K A KB
δ* 等值调差系数
13.2
电力系统的频率特性
5. 考虑二次调频的 P–f 分析
PD0 P 2 (KG KD )f G
二次调频不改变系统的单位 调节功率，但在同样的 f 偏 移下，能承受更大的负荷变 化。
P3 P2 P1 ΔPD0 P
PG ( f ) ΔPD ΔPG
P’D ( f )
K KG KD
K：系统的 P–f 静特性系数，
或系统的单位调节功率，计及发 电机和负荷的共同作用时，引起 f 单位变化的负荷变化量。
o
f2
f1
f
根据 K 可以确定在允许的频率偏移范围内，系统所能承受的负荷变化量。
K K r K G K D
PD 0* f*
Kr
PGN PDN
，在有功平衡的基础上，按最优化原则在发电厂之间分配。
13.2
电力系统的频率特性
1. 负荷的 P–f 静态特性
① 负荷静态频率特性：系统处于运行稳态时，系统中有功负荷 随频率的变化特性。各类负荷的频率特性：
P* a0 a1 f* a2 f*2 a3 f*2 , a0 a1 a2 a3 1 f* f fN
（2）A、B均参加一次调频，但二次调频仅由A承担，PABmax = 400MW，求系统频率的最小变化量 应充分利用二次调频容量，则：
A ΔPDA ΔPGA
A
B ΔPAB ΔPDB ΔPGB
B
△PAB = 100 并非全部是A的二次 △PAB = 100 K K − ( KGB + KDB ) × △f = 50 调频功率量 100 -△PGA = − ( KGA + KDA ) ×△f − 519 × △f = 50 △PGA = 71.482 △f = − 0.098 HZ
备用系数，一般应满足： Kr >1
13.2
电力系统的频率特性
4. 复杂电力系统的频率特性
KG KGi KGi
i 1 i 1 ng ng
P GiN fN
P
KG KG
fN PGN
K
i 1 ng i
ng
Gi GiN
P
GiN
*
1 K G
KG ( KG* ) 等值单位调节功率
来自百度文库第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整
1
13.0
概述
电压是衡量电能质量的一个重要指标 频率也是衡量电能质量的重要指标
13-1: 频率调整的必要性
13-2: 电力系统的频率特性 13-3: 电力系统的频率调整 13-4: 有功功率平衡和系统负荷的合理分配
13.1
频率调整的必要性
1、有功功率的基本概念：由发电机的转速决定，相联系统只有
2. 发电机的 P–f 静态特性
发电机静态频率特性：系统处于运行稳态时发电机有功功率与 频率的变化关系 f
PG KG f PG KGf*
P f P * * GN P* fN
PG PGN
KG ( KG* )：单位调节功率，f发生单位变化时 ，发电机组输出功率的变化量。
自动装置中详细介绍
单靠一次调频不能使频率偏移保持在允许的范围之内
13.3
电力系统的频率调整
2. 频率的二次调整
由发电机组调速系统的转速控制机构（同步器）来实现的
频率调整。 二次调整也就是通常所 说的频率调整
P3 PG ( f ) ΔPD0 ΔPD ΔPG PD ( f ) P’D ( f ) P
同步器平行移动发电机
A、B发电机和负荷功率的变化量：
PGA KGAf 270 0.185 49.95MW PDA K DAf 21 0.185 3.885MW PGB KGB f 480 0.185 88.8MW PDB K DB f 39 0.185 7.215MW
⑤ 全网频率统一，调频涉及整个系统；无功功率平衡和电压调
整可以按地区就地解决 ⑥ 当线路有功潮流不超过允许范围时，有功电源的任意分布不
会妨碍频率的调整；无功平衡和调压则同无功电源的合理分布关
系密切
13.4
有功功率平衡和系统负荷的合理分配
1. 有功功率电源
发电厂是目前电力系统唯一的有功功率电源
o fN f
δ(δ*)：静态调差系数，调差率（功率变化1%，频率变化δ*%） 调差系数越小，频率偏移越小！ 发电机的δ(δ*)和KG ( KG* )可以整定，而负荷的KD ( KD* )则不行 P f 1 1 1 fN KG * = 0.04~0.06，KG* KG N 汽轮机：δ G ， KG = 25~16.7 f P PGN 水轮机：δ = 0.02~0.04，K GN = 50~25
A ΔPDA ΔPGA KA ΔPAB
B ΔPDB ΔPGB KB
13.3
电力系统的频率调整
5. 互联系统的频率调整
习题13－7 KGA = 270 MW/HZ，KDA = 21 MW/HZ，
KGB = 480 MW/HZ，KDB = 39 MW/HZ， PAB = 300 MW，B 系统增加负荷150MW
的二次调整
13.3
电力系统的频率调整
4. 主调频发电厂的选择
条件： 1) 足够调整容量和范围 2) 调整速度 3) 安全经济原则，联络线功率波动和中枢点电压波动 水电厂最适宜承担调频任务，但应兼顾经济性。 （调整范围可以达到 50%PN 以上，速度快，一分钟可以 由空载→满载。火电厂锅炉、汽机受最小技术负荷限制，
*
G*
13.2
电力系统的频率特性
3. 电力系统的 P–f 静态特性
要确定电力系统的负荷变化引起
的频率波动，需要同时考虑负荷 及发电机两者的调节效应。考虑 一台发电机和一个负荷的情况。
ΔPD0 P2 P1 P PG ( f ) ΔPD ΔPG PD ( f ) P’D ( f )
假定系统的负荷增加ΔPD0。
f
13.3
电力系统的频率调整
3. 发电机的分类
有可调容量的机组均参加频率的一次调整 只有一台或少数几个机组参加频率的二次调整 主调频机组：参与二次调频的机组，条件：有足够大的调频容量 和调节范围，出力调整速度应满足系统负荷变化速度的要求等。 辅助调频机组：只有在系统频率超过某一规定的偏移范围时才参 与频率调整 非调频机组：按调度中心预先给定的负荷曲线运行，不参与频率
一个频率，是一个全局问题，与电压不同。 2、电力系统的频率水平由有功功率平衡决定，在负荷变化时， 如果有功电源充足，能保证用户需要，且具有及时进行调整的 能力，则能保证频率在合理的范围之内，反之，则将出现较大 的频率偏移。
13.1
频率调整的必要性
3、频率的重要性 ① 影响用户产品的质量（异步电动机的转速和输出功率均 与频率有关） ② 影响电子设备的准确性 ③ 对电力系统运行的不良影响 1）对发电机叶片的不良影响，振动 2）f↓，降低给水泵、循环水泵、风机等的出力和效率 （辅助效率和内能） 3）f↓，异步电动机和变压器的励磁电流↑，QL↑，为 Q平衡和电压调整增加困难。 4）互联系统解列 5）发电机解列
P2
的功频静特性来调节频率和 P1 分配机组间的有功功率
o
f2
f1
f
13.3
电力系统的频率调整
2. 频率的二次调整
发电机满载运行时的
功频静态特性 所以，系统有功电源 的出力不能仅满足在 额定功率下有功负荷
PG PGN PGN1 PGN PGN2 o
P'D
PD
的需求，应留有一定
的备用容量。
f2 ffNfN 1
O
fN
f
KD* 取决于全系统各类负荷的比重，不同系统或同一系统不同时刻的KD* 都可能不同。 KD* 是调度部门必须掌握的一个数据，是考虑按频率减负
荷方案和低频事故时用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。
13.2
电力系统的频率特性
2. 发电机的 P–f 静态特性
调速系统的工作原理：
13.2
电力系统的频率特性
PD ( f )
ΔPG2
o
f 2 f '2 f 1
f
13.3
电力系统的频率调整
1. 频率的一次调整
发电机组的调速器，根据系统频率的偏移，改变机组的出力，
使有功功率重新达到平衡，这就是频率的一次调整。 调速器的有差调节特性，一次调频是有差调频
所有发电机均装有调速器，均参加一次调频
机械液压调速系统 电气液压调速系统
13.1
频率调整的必要性
4、允许的频率偏移 严格保证频率不变是不可能的，fN =50HZ，允许的频率偏
移（系统运行频率与额定频率之差）：
△f =±0.2Hz ~ ±0.5Hz ( ±0.4%fN ~ ±1%fN )
5、频率调整的分类 ① 一次调整：调整变化幅度小、变化周期短（<10s）的负荷变 化引起的频率偏移，由发电机的调速器进行调整。 ② 二次调整：调整变化幅度较大、变化周期较长（10s～3min ）的负荷变化引起的频率偏移。调频器参与调整。 ③ 调度部门预先编制的日负荷曲线反映变化缓慢的持续变动负荷
13.3
电力系统的频率调整
5. 互联系统的频率调整
习题13－7 KGA = 270 MW/HZ，KDA = 21 MW/HZ，
KGB = 480 MW/HZ，KDB = 39 MW/HZ， PAB = 300 MW，B 系统增加负荷150MW
（1）求 A、B均仅进行一次调频时的系统频率： − ( KGA + KDA + KGB + KDB ) × △f = 150 A − 810 ×△f = 150 ΔP ΔP △f = − 0.185 HZ K f = 50 − 0.185 = 49.815HZ 联络线功率变化量（即A系统的负荷增加量）： △PAB = − ( KGA + KDA ) × △f = 291 × 0.185 = 53.835 MW
负荷的实际增量：
P PD0 PD G
o
f2
f1
f
( 负荷的实际增量应与发电机组的功率输出的增量相等 )
13.2
电力系统的频率特性
3. 电力系统的 P–f 静态特性
PD 0 PG PD KG f K D f K f
ΔPD0 P2 P1 P PG ( f ) ΔPD ΔPG PD ( f ) P’D ( f )
13.3
电力系统的频率调整
6. 频率调整与电压调整的关系
① 频率下降将引起无功缺口扩大，电压下降
f ↓ → Qg ↓ Qd ↑ → V ↓ △f ↓1% → △V ↓ 0.8～2%
② 电压下降使有功缺口减少
③ f、V 偏低时，先解决 f ，再解决 V ④ f、V 的独立性
因 f↑，Q 缺额↓，对 电压调整有利，若先 V↑，扩大有功缺额， 导致 f↓