《电力系统自动化(第三版)》王葵版-第3章 电力系统频率及有功功率的调节1

仿真
概述
自电 动力 控系 制统 系频 统率
就地 控制
就地控制部分就是发电 机的调速装置， 装设 在汽轮发电机上
控制阀门开度：当设定功 率增加或者减小， 阀门开 度就相应的开大或关小
中心 控制
在调度中心， 调度中心 的能量管理系统有自动 发电控制和经济负荷分 配功能（AGC/EDC）， 负责给就地控制部分发 出控制命令
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。 3）由于 C′′ 上升了，所以
测量元件Ⅰ
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。 通过伺服马达改变 D 点的 位置，就可以达到将调速
1 ∆f
R = − ∆ω 或R = − ∆f
∆P
∆P
∆P
∆P － 发电机组的输出功率增量； o PGa
P Gb
PG
∆f －对应于频率增量。
图3-4 发电机组的功率—频率特性
如发电机以额定频率fe运行时（相当于图中a点），其输出 功率为PGa；
当系统负荷增加而使频率下降到f1时，则发电机组由于调速 器的作用，使输出功率增加到PGb（相当于图中b点）。可见 ，对应于频率下降Δf， 发电机组的输出功率增加ΔP。
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第一节 电力系统的频率特性
P
负荷瞬时变动情况
随机分量 (<10 s) (一次调频)
脉冲分量(10 s~3min)
(二次调频) (负荷预测)
持续分量
t
图3-1 电力系统负荷变动情况
99
第一节 电力系统的频率特性
二、负荷的调节效应
• 有功负荷是和频率相关的，即
PL = F ( f )
• 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。
调度中心需要监视整个系 统的频率、 各发电机的输 出功率，并计算设定功率。
监视区域电网之间联络线 潮流
运行方式：发电 机的运行成本是 不一样的， 一般 大型机组效率高， 运行成本低。
EDC(Economic Dispatch Control)：按照等微增率法则分配发 电计划，使得整个系统的运行费用为最小。
EDC配合AGC(Automatic Generation Control):使得发电机的 设定功率既能满足经济负荷分配的要求， 又能满足频率控制 及联络线功率为计划值的要求
最优潮流OPF (Optimal Power Flow):不仅满足经济负荷分配、 频率和联络线功率的要求， 并且考虑了输电线路的传输能力。
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，力求使系统负荷在发 电机组之间实现经济分配。因为调频就是通过调整各机组的 输出功率来达到系统有功平衡的措施， 机组的输出功率一旦 改变， 所消耗的燃料及费用就随着改变， 直接关系着运行 费用的经济性。
K G* =
1 R
=
− ∆PG* ∆f *
K G* ——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：
对汽轮发电机组 R* = (4 ~ 6)% 或 K G* = 16.6 ~ 25 ；
对水轮发电机组R* = (2 ~ 4)% 或 K G* = 25 ~ 50 。
所以，在电力系统中，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。
推广到多台发电机组并联运行的情况：
∑ ∑ n
∆PΣ =
=i 1
= Pi =− ∆fNf in1
PiN Ri*
19
第一节 电力系统的频率特性
三、发电机组的功率——频率特性
（三）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
33
概述
频率是反映系统有功功率是否平衡的质量指标。 正常运行状态
• 全系统的频率是统一的； • 如果有功功率出现差额，频率就会增加或减少； • 频率改变量与有功缺额和系统频率特性有关。
事故运行状态
• 由于每台发电机的有功不平衡不一样，所以每台机组的频率变化不同 ；
• 其和功率不平衡量以及机组的转动惯量有关。
• 第二种为脉动分量，变化幅度较大，变化周期在10s～3min之 间。第二种负荷变化引起的频率偏移较大，仅仅靠调速器的控 制作用往往不能将频率偏移限制在允许范围之内，这时必须由 调频器参与控制和调整，这种调整称为频率的二次调整。
• 第三种为变化很缓慢的持续分量。第三种负荷变化可以用负荷 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 线主要反映这部分负荷的变化规律，这部分负荷要求在满足系 统有功功率平衡的条件下，按照经济分配原则在各发电厂间进 行分配。
测量元件Ⅰ
A A
′′
A′
D
Ⅳ
调频器
B B′
E E′
出口 高压油
入口 出口
F F′
Ⅱ
Ⅲ
控制器( 错油门)
汽（水）
Cห้องสมุดไป่ตู้′′ C
接力器( 油动机)
气门
图 3-3 机械式调速器原理图
13
第一节 电力系统的频率特性
三、发电机组的功率——频率特性
2）转速上升时——重锤开度增加—— A 、 B 、 E 、 F 各点也
当频率上升时，负荷需求功率
f
随之增加，阻止频率的上升；
0.95
0.96
0.97
0.98
0.99
1.00
1.01 1.02
1.03
频率下降时，负荷需求功率跟
着下降，抑止频率的下降。
图图3-32-3 有功负荷的静态频率特性
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， 斜率即为������������。 对于不同的电力系统， 因其负荷组成不同，������������值也不相同，
第三章 电力系统频率及有功功率 的自动调节
Inner Mongolia University of Science&Technology
第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节
本章就电力系统的频率 特性和调频的有关问题 展开讨论，阐述了经济 调度和自动调频的问题 。
第一节 电力系统的频率特性 第二节 调频与调频方程式 第三节 电力系统的经济负荷分配 第四节 电力系统低频减载 第五节 功率频率控制系统的模型与
为发电机组的功率—频率特性或调节特性。
1 ） 负 荷 增 加 —— 两 个 重 锤 开 度 减 小 —— A 降 至 A′ —— C 点 尚 未 移 动 —— B 点降至 B′ 点—— D 点代表有伺 服马达控制的转速整定元件 nREF ，它不 会因转速而变动—— E 、 F 下降至 E′ 、 F ′ ——活塞提升——汽门提升，进汽量 增加——转速就会回升。
系统频率稳定在 ：f1 1号机组的负荷增加了 ∆ P1
A
C
fN
B
2号机组的负荷增加了 ∆P2 2 两台机组增量之和等于 ∆PL
∆P2
f1ΣPL
∆P1
1 f

可得
∆P1 ∆P2
= R2 R1
或 ∆ P1* = R2*
∆ P2* R1*
ΣP '
P2
P2' P2 0
P1
P1'
P1
此式表明： 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
一般������������= 1~3 。 即使是同一系统的������������，也随季度及昼夜交替导致负荷组成的
改变而变化。
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第一节 电力系统的频率特性
三、发电机组的功率——频率特性
发电机组转速的调整是由原动机的调速系统来实现的。 发电机组的功率—频率特性取决于调速系统的特性。 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
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第一节 电力系统的频率特性
一、概述
8)系统中频率的波动是难免的，负荷的变动情况可以分成几 种不同的分量：
• 第一种是频率较高的随机分量，其变化周期一般小于10 s。第 一种负荷变化引起的频率偏移，一般利用发电机组上装设的调 速器来控制和调整原动机的输入功率，以维持系统的频率水平 ，这称为频率的一次调整。
• 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比例的负荷
• 如静水头阻力很大的给水泵等。
1111
第一节 电力系统的频率特性
二、负荷的调节效应
PL
1.10
为什么系统在频率变化后能稳 1.05
定于一个新的频率？
1.00
负荷的频率效应起到减轻系统 0.95
能量不平衡的作用。
β
0.90
系统频率为 ：fN
ΣP '
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
P2
号机承担的负荷为P2，于
是有
P2' P2 0
P1
P1'
P1 + P2 = ∑ PL
1 f
P1
1177
第一节 电力系统的频率特性
三、发电机组的功率——频率特性
（二）调差特性与机组间有功功率分配的关系
A A
′′