4.3电力系统的频率特性

4.3电力系统的频率特性

4.3.1发电机组自动调速系统工作原理

调整系统频率的主要手段是发电机组原动机的自动调节转速系统，或简称自动调速系统，特别是其中的调速器和调频器(又称同步器)。以下，就从自动调速系统的作用开始，讨论频率调整。

自动调速系统的种类很多，以下介绍的是一种相当原始的机械调速系统—离心飞摆式。这种调速系统比较直观，但它的调节机理又和新型调速系统(如电液式调速系统)没有很大差别。

离心飞摆式调速系统的示意图如图4-7。

图4-7离心飞摆式调速系统

其作用原理如下：

调速器的飞摆由套筒带动转动，套简则为原动机的主铀所带动。单机运行时，因机组负荷的增大，转速下降，飞摆由于离心力的减小，在弹簧的作用下向转轴靠拢，使A点向下移动到A``。但因油动机活塞两边油压相等，B点不动，结果使杠杆AB绕B点逆时针转动到A``B。在调频器不动作的情况下，D点也不动，因而在A点下降到A``时，杠杆DE绕D点顺时针转动到DE`，E点向下移动到E`。错油门活塞向下移动，使油管a、b的小孔开启，压力油经油管b进入油动机活塞下部，而活塞上部的油则经油管a经错油门上部小孔溢出。在油压作用下，油动机活塞向上移动，使汽轮机的调节汽门或水轮机的导向叶片开度增大，增加进汽量或进水量。

与油动机活塞上升的同时，杠杆AB绕A点逆时针转动，将连结点C从而错油门活塞提升，使油管a、b 的小孔重新堵住。油动机活塞又处于上下相等的油压下，停止移动。由于进汽或进水量的增加，机组转速上升，A点从A``回升到A`。调节过程结束。这时杠杆AB的位置为A`CB`。分析杠析AB的位置可见，杠杆上C 点的位置和原来相同，因机组转速稳定后错油门活塞的位置应恢复原状；B`位置较B高，A`的位置较A略低；相应的进汽或进水量较原来多，机组转速较原来略低。这就是频率的“一次调整”作用。

对应负荷的增大，发电机输出功率增加，频率略低于原来值；如果负荷降低，调速器调整作用将使输出功率减小，频率略高于原来值。这就是频率的一次调整，频率的一次调整由调速器自动完成的。调整的结果，频率不能回到原来值，因此一次调整为有差调节。

为使负荷增加后机组转速仍能维持原始转速，要求有“二次调整”。“二次调整”是借调频器完成的。调频器转动蜗轮、蜗杆，将D点抬高。D点上升时，杠杆DE绕F点顺时针转动，错油门再次向下移动，开启小孔。在油压作用下，油动机活塞再次向上移动，进一步增加进汽或进水量。机组转速上升，离心飞摆使A 点由A`向上升。而在油动机活塞向上移动时，杠杆AB又绕A逆时针转动，带动C、F、E点向上移动，再次堵塞错油门小孔，再次结束调节过程。如D点的位移选择得恰当，A点就有可能回到原来位置。这就是频率的“二次调整”作用。由于调整的结果，频率能回到原来值，因此二次调整为无差调节。

4.3.2发电机组的有功功率—频率静态特性

将上述调节过程中发电机组的有功功率与频率关系用发电机组的功频静特性或频率特性表示。图4-8中直线的斜率称为发电机的单位调节功率（或发电机组功频静特性系数），

（4-2）

其数值表示为频率发生单位变化时，发电机输出功率的变化量，负号表示二者变化方向相反，即发电机输出功率增加，频率是降低的。

用标幺值表示为

发电机组的调差系数是指机组由空载到满载时，转速（频率）变化与发电机输出功率变化之比，即

（4-3）

用标幺值表示为：

汽轮发电机组：

水轮发电机组：

若机组负荷升高使转速下降，可以通过伺服电动机来提高转速，调整的结果使原来的功频静特性2平行右移为特性1。若机组负荷降低使转速升高高，则可通过伺服电动机来降低机组转速，调整的结果使原来的功频静特性2平行左移为特性3.

图4-8功频静态特性的平移

4.3.3有功负荷的频率静态特性

根据所需的有功功率与频率的关系可将负荷分成以下几类：

不受频率影响的负荷；与频率成正比的负荷；与频率的二次方成比例的负荷；与频率的高次方成比例的负荷。根据统计资料，系统负荷以第二类占多数，因此负荷的静态频率特性可近似表示为一条直线，如图4-9所示。

图4-9有功负荷的频率静态特性

系统处于运行稳态时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的静态频率特性。所谓联结容量，是指频率、电压等于额定值时，接在电网上的用电设备的实际容量。如果联结容量改变，静态特性曲线将上下移动。

图4-9中直线的斜率为：

（4-4）

用标幺值表示为：

K D，K D*称为负荷的频率调节效应系数，或简称为负荷的频率调节效应。它反映了系统负荷对频率的自动调整作用。