第五章电力系统频率及有功功率的自动调节
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电力系统分析_穆刚_电力系统的有功功率平衡和频率调整
第五章有功功率平衡和频率调整课程负责人：穆钢教授申报单位：东北电力大学内容提要⏹频率偏移产生的原因、影响、以及允许的频率偏离量？⏹保持频率偏移量不超过一定范围的条件⏹（如何保持有功功率的平衡）⏹电力系统的频率调整⏹有功功率的最优分配5.1电力系统的频率偏移频率变化的原因?频率变化对负荷的影响(1)异步机(2)电子设备(3)电钟频率变化对电力系统的影响(1)水泵、风机、磨煤机(2)汽轮机的叶片(3)变压器的励磁频率允许偏移的范围：50Hz ±(0.2~0.5)Hz系统中负荷的变化你答对了吗?5.2 电力系统有功功率的平衡运行中：规划、设计：◆备用容量:1.按作用形式分∑∑∑+=LDGPP P ∑∑∑+=RGNPP P 负荷备用(2-5%Plmax)检修备用(可能不安排)事故备用(5-10% Plmax 或系统中最大一台单机容量）国民经济发展备用(3-5%Plmax ）2、按存在形式分为两者差一个网损两者差一个厂用电热备用:运转中发电设备可能发的最大功率与发电负荷之差(旋转备用)冷备用:未运转的、但能随时启动的发发电设备可以发的最大功率(不含检修中的设备)负荷的分类:1.用电负荷2.供电负荷3.发电负荷PP1 P2P3 PΣ有功功率负荷变动曲线t有功功率负荷变动曲线据此图,负荷可以分为三种:第一种变动幅度很小，周期又很短。
变动有很大的偶然性属于这一种的主要有电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷这一种是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动第二种变动幅度较大，周期也较长.第三种变动幅度最大，周期也最长. 该种负荷基本可以预计。
据此,频率调整一次调整:由发电机组的调速器进行的对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整二次调整:由发电机的调频器进行的、对第二种负荷变动引起的频率偏移的调整三次调整:按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，即责成各发电厂按事先给定的发电荷曲线发电。
5.3 电力系统中有功功率的最优分配有功功率的最优分配:●有功功率电源的最优组合即指系统中发电设备或发电厂的合理组合,也就是所谓的机组合理开停.●有功功率负荷的最优分配即指系统的有功功率负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配.最常用的是按等耗量微增率准则分配.火电厂外景各类发电厂的运行特点和合理组合(1)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●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，为强迫功率丰满水电厂外景(2)水电厂特点：●不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条件影响。
第五章电力系统有功功率与频率的调整
第五章 电力系统有功功率与频率的调整
1
电力系统中负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力， 电力系统中负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力， 使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率， 使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使之 尽量保持不变。 尽量保持不变。 负荷无功的的变化则要求发电机和其他无功补偿设备的运 行情况作相应调整，使之满足负荷无功需求的同时，保证合 行情况作相应调整，使之满足负荷无功需求的同时， 格的供电电压质量。 格的供电电压质量。 在分配和调整各个发电机的功率时，需要考虑它们和线路、 在分配和调整各个发电机的功率时，需要考虑它们和线路、 变压器等设备的容量限制和其他条件， 变压器等设备的容量限制和其他条件，以保证设备和系统运 行的安全性。 行的安全性。 电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关， 电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关， 对系统的运行方式进行决策和调整时必须考虑经济性。 对系统的运行方式进行决策和调整时必须考虑经济性。以上 各点反映了电力系统运行的安全、经济、优质等进本要求。 各点反映了电力系统运行的安全、经济、优质等进本要求。 2
（1）不需燃料费，但一次投资大 不需燃料费， （2）出力调节范围比火电机组大 （3）启停费用低，且操作简单 启停费用低， （4）出力受水头影响 （5）抽水蓄能 （6）必须释放水量－－强迫功率 必须释放水量－－强迫功率 －－
16
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 ～15％。 ）最小技术负荷小，为额定负荷10～ ％。 （2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高； 启停 ）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高； 及急剧调节时，易于损坏设备。 及急剧调节时，易于损坏设备。 （3）一次投资大，运行费用小。 ）一次投资大，运行费用小。
1
电力系统中负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力， 电力系统中负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力， 使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率， 使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使之 尽量保持不变。 尽量保持不变。 负荷无功的的变化则要求发电机和其他无功补偿设备的运 行情况作相应调整，使之满足负荷无功需求的同时，保证合 行情况作相应调整，使之满足负荷无功需求的同时， 格的供电电压质量。 格的供电电压质量。 在分配和调整各个发电机的功率时，需要考虑它们和线路、 在分配和调整各个发电机的功率时，需要考虑它们和线路、 变压器等设备的容量限制和其他条件， 变压器等设备的容量限制和其他条件，以保证设备和系统运 行的安全性。 行的安全性。 电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关， 电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关， 对系统的运行方式进行决策和调整时必须考虑经济性。 对系统的运行方式进行决策和调整时必须考虑经济性。以上 各点反映了电力系统运行的安全、经济、优质等进本要求。 各点反映了电力系统运行的安全、经济、优质等进本要求。 2
（1）不需燃料费，但一次投资大 不需燃料费， （2）出力调节范围比火电机组大 （3）启停费用低，且操作简单 启停费用低， （4）出力受水头影响 （5）抽水蓄能 （6）必须释放水量－－强迫功率 必须释放水量－－强迫功率 －－
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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 ～15％。 ）最小技术负荷小，为额定负荷10～ ％。 （2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高； 启停 ）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高； 及急剧调节时，易于损坏设备。 及急剧调节时，易于损坏设备。 （3）一次投资大，运行费用小。 ）一次投资大，运行费用小。
《电力系统分析》第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
负荷的变化将引起频率的相应变化，电力系统的有功 功率和频率调整大体上分一次、二次、三次调整三种。 频率的一次调整（或称为一次调频）指由发电机组的调 速器进行的，是对一次负荷变动引起的频率偏移作调整。 频率的二次调整（或称为二次调频）指由发电机组的调 频器进行的，是对二次负荷变动引起的频率偏移作调整。 频率的三次调整（或称为三次调频）是对三次负荷变动 引起的频率偏移作调整。将在有功功率平衡的基础上，按 照最优化的原则在各发电厂之间进行分配。
PG 2
0.53 0.18 0.0036
97
PL PG1 PG2 197
因此，负荷继续增加时，增加的负荷应由发电设备2承担， 两套设备的综合耗量微增率也就取决于发电设备2。
（b）PL 100MW，按最优分配时，有
PL
PG1
PG 2
0.25
0.0028
0.18
（以下简称负荷）时刻都在 作不规则变化，如右图所示。 对系统实际负荷变化曲线的 分析表明，系统负荷可以看 作是由三种具有不同变化规 律的变动负荷所组成：第一 种变化幅度很小，变化周期 短，负荷变动有很大的偶然 性；第二种是变化幅度大， 变化周期较长；第三种是变 化缓慢的持续变动负荷。
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
2、水力发电厂的特点 （1）必须释放水量－－强迫功率。 （2）出力调节范围比火电机组大，启停费用低，且操作简
单。 （3）不需燃料费，但一次投资大，水电厂的运行依水库调
节性能的不同在不同程度上受自然条件的影响。
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
3、原子能发电厂的特点 （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，调节费用高；启停 及急剧调节时，易于损坏设备。 （3）一次投资大，运行费用小。
PG 2
0.53 0.18 0.0036
97
PL PG1 PG2 197
因此，负荷继续增加时，增加的负荷应由发电设备2承担， 两套设备的综合耗量微增率也就取决于发电设备2。
（b）PL 100MW，按最优分配时，有
PL
PG1
PG 2
0.25
0.0028
0.18
（以下简称负荷）时刻都在 作不规则变化，如右图所示。 对系统实际负荷变化曲线的 分析表明，系统负荷可以看 作是由三种具有不同变化规 律的变动负荷所组成：第一 种变化幅度很小，变化周期 短，负荷变动有很大的偶然 性；第二种是变化幅度大， 变化周期较长；第三种是变 化缓慢的持续变动负荷。
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
2、水力发电厂的特点 （1）必须释放水量－－强迫功率。 （2）出力调节范围比火电机组大，启停费用低，且操作简
单。 （3）不需燃料费，但一次投资大，水电厂的运行依水库调
节性能的不同在不同程度上受自然条件的影响。
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
3、原子能发电厂的特点 （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，调节费用高；启停 及急剧调节时，易于损坏设备。 （3）一次投资大，运行费用小。
电力系统有功功率平衡与频率调整
第五章 电力系统有功功率平衡与频率调整主要内容提示本章主要讨论电力系统中有功功率负荷的最优分配和频率调整。
§5-1电力系统中有功功率的平衡 一、电力系统负荷变化曲线 在电力系统运行中，负荷作功需要一定的有功功率，同时，传输这些功率也要在网络中造成有功功率损耗。
因此，电源发出的有功功率必须满足下列平衡式：∑∆+∑=∑P P P Li Gi式中Gi P ∑—所有电源发出的有功功率；Li P ∑—所有负荷需要的有功功率； ∑∆P —网络中的有功功率损耗。
可见，发电机发出的功率比负荷功率大的多才行。
当系统中负荷增大时，网络损耗也将增大，发电机发出的功率也要增加。
在实际电力系统中，负荷随时在变化，所以必须靠调节电源侧，使发电机发出的功率随负荷功率的变化而变化。
负荷曲线的形状往往是无一定规律可循，但可将这种无规则的曲线看成是几种有规律的曲线的迭加。
如图5-1所示，将一种负荷曲线分解成三种曲线负荷。
第一种负荷曲线的变化，频率很快，周期很短，变化幅度很小。
这是由于想象不到的小负荷经常性变化引起的。
第二种负荷曲线的变化，频率较慢，周期较长，幅度较大。
这是由于一些冲击性、间歇性负荷的变动引起的，如大工厂中大电机、电炉、电气机车等一开一停。
第三种负荷曲线的变化，非常缓慢，幅度很大。
这是由于生产、生活、气象等引起的。
这种负荷是可以预计的。
对于第一种负荷变化引起的频率偏移进行调整，称为频率的“ 一次调整”。
调节方法一般是调节发电机组的调速器系统。
对于第二种负荷变化引起的频率偏移进行调整，称为频率的“二次调整”，调节方法是调节发电机组的调频器系统。
对于第三种负荷的变化，通常是根据预计的负荷曲线，按照一定的优化分配原则，在各发电厂间、发电机间实现功率的经济分配，称为有功功率负荷的优化分配。
二、发电厂的备用容量电力系统中的有功功率电源是发电厂中的发电机，而系统中装机容量总是大于发电容t量，即要有一定的备用容量。
系统的备用容量包括：负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用。
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。
电力系统有功功率的平衡与频率调整
i1
(2)约束条件:
n
n
等式约束: 有功功率必须保持平衡
PGi PLi P
i 1
i 1
若忽略网损，则
n
n
PGi PLi 0
i 1
i 1
不等式约束: 系统的运行限制
PGi min PGi PGi max QGi min QGi QGi max Ui min Ui Ui max
解：按等耗量微增准则
1
dF1 dPG1
0.3 0.0014PG1
2
dF09PG3
PG1 14.29 0.572PG2 0.643PG3 PG1 PG2 PG3 400
1 2 3
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
5.2.1电力系统负荷的有功功率—频率静态特性
描述系统有功负荷随频率变化的关系曲线称为负荷的有功功率-频
率静态特性。简称负荷频率特性。
电力系统中各种用电设备与频率的关系大致如下
1)与频率变化无关的负荷，如照明，电阻炉等电阻性负荷
2)与频率变化成正比的负荷，如拖动金属切削机床的异步电动机
PL PLN
—系统频率为 —系统频率为
（2）运行中不宜承担急剧变化的负荷。 （3）一次投资大，运行费用小。
（应二指）出各: 类发电厂的合理组合 原则（枯1水）充季分节利往用往水由源系。统中的大型水电厂承担调频任务;洪水季
节（这2）任降务低火就电转机移组给的中单位温煤中耗压，火发电挥厂高.效抽机水组蓄的作能用电。厂在其发电 期间也可参加调频.但低温低压火电厂则因容量不足,设备
束条件如下：
F1 4 0.3PG1 0.0007PG21 100MW PG1 200MW
F2 3 0.32PG2 0.0004PG22 120MW PG2 250MW
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。
电力系统自动装置原理思考题及答案
复 习 思 考 题绪论1、葛洲坝水电厂，输送容量达120万kW ；大亚湾核电厂单机容量达90万kW ；上海外高桥火电厂装机容量320万kW ，最大单机容量90万kW 。
我国交流输电最高电压等级达500kV 。
2、电能在生产、传输和分配过程中遵循着功率平衡的原则。
3、发电厂转换生产电能，按一次能源的不同又分为火电厂，水电厂，核电厂3、自动控制装置对送来的信息进行综合分析，按控制要求发出控制信息即控制指令，以实现其预定的控制目标。
3、电力系统自动监视和控制，其主要任务是提高电力系统的安全、经济运行水平。
4、发电厂、变电所电气主接线设备运行的控制与操作的自动装置，是直接为电力系统安全、经济和保证电能质量服务的基础自动化设备。
5、同步发电机是转换产生电能的机械，它有两个可控输入量——动力元素和励磁电流。
6、电气设备的操作分正常操作和反事故操作。
7、发电厂、变电所等电力系统运行操作的安全装置，是为了保障电力系统运行人员的人身安全的监护装置。
8、电压和频率是电能质量的两个主要指标。
9、同步发电机并网运行操作是电气设备正常运行操作的重要内容。
10、电力系统自动装置有两种类型：自动调节装置和自动操作装置11、计算机控制技术在电力系统自动装置中已广泛应用，有微机控制系统、集散控制系统、以及分布式控制系统等。
12、频率是电能质量的重要指标。
有功功率潮流是电力系统经济运行和系统运行方式中的重要问题。
13、电力系统自动低频减载及其他安全自动控制装置：按频率自动减载装置是电力系统在事故情况下较为典型防止系统事故的安全自动装置。
第一章14、自动装置的首要任务是将连续的模拟信号采集并转换成离散的数字信号后进入计算机，即数据采集和模拟信号的数字化。
15、自动装置的结构形式主要有三种，微型计算机系统、工业控制计算机系统、集散控制系统和现场总线系统。
16、（简答）微型计算机系统的主要部件1） 传感器 2）模拟多路开关 3）采样/保持器 4）A/D 转换器 5）存储器 6）通信单元 7）CPU16、传感器的作用是把压力、温度、转速等非电量或电压、电流、功率等电量转换为对应的电压或电流的弱电信号。
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
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
电力系统的有功功率和频率调整
14
有功功率电源和备用容量 电源和备用容量* 5.1.3 有功功率电源和备用容量 ——有功功率电源 有功功率电源
系统中可供调度的系统电源容量可能小于总装机容量 系统中可供调度的系统电源容量可能小于总装机容量 定期停机检修 水电厂的发电机因水头极度降低不能按额定容量发电 各发电厂预计可投入运行的发电机组的可发功率之和 各发电厂预计可投入运行的发电机组的可发功率之和 可发功率 为可供调度的系统电源容量。 可供调度的系统电源容量。
4
有功备用容量的概念
各类机组的有功调节特性
5.1 电力系统中有功功率的平衡 ——基本概念 基本概念
负荷变动的类型及其特点？ 负荷变动的类型及其特点？ 频率调整的方法及其特点？ 频率调整的方法及其特点？ 负荷变动与频率调整的关系？ 负荷变动与频率调整的关系？ 什么是可供调度的系统电源容量、备用容量、 什么是可供调度的系统电源容量、备用容量、 热备用和冷备用、负荷备用（事故备用、 热备用和冷备用、负荷备用（事故备用、检修 备用、国民经济备用）？ 备用、国民经济备用）？ 两类备用容量的关系？ 两类备用容量的关系？
5
5.1 电力系统中有功功率的平衡
5.1.1 有功功率负荷的变动和调整控制 （1）有功功率负荷的变动 ——变动类型及其特点 ——变动类型及其特点 ——综合负荷的分解 ——综合负荷的分解 （2）有功功率和频率的调整 ——调整方法及其特点 ——调整方法及其特点 ——任务的分配 ——任务的分配 5.1.2 有功功率负荷曲线的预计 5.1.3 有功功率电源和备用容量
17
有功功率电源和备用容量 电源和备用容量* 5.1.3 有功功率电源和备用容量 ——各种备用容量的关系 各种备用容量的关系
负荷备用——热备用 负荷备用——热备用 —— 事故备用——至少包括一部份热备用（可含冷备用） ——至少包括一部份热备用 事故备用——至少包括一部份热备用（可含冷备用） 检修备用（通过检查年最大负荷曲线来确定） 检修备用（通过检查年最大负荷曲线来确定） 国民经济备用 具备了备用容量， 具备了备用容量，才可能谈及备用用量在各发电设备 和发电厂之间的最优分配以及系统的频率调整问题。 和发电厂之间的最优分配以及系统的频率调整问题。
电力系统频率及有功功率的自动调节
fN
fN
fN
fN
fN ——额定频率；
PL ——系统频率为f时，整个系统的有功负荷；
PLN ——系统频率为额定值fN时，整个系统的有功负荷；
a0，a1，…，an——各类负荷占PLN的比例系数。
化成标么值的形式
f
f 2
f 3
f n
PL 0 PLN 1 PLN ( ) 2 PLN ( ) 3 PLN ( ) n PLN ( )
，转速稍有降低。
4）调速器是一种有差调节器。
5）通过伺服电动机改变D点的位置
，就可以达到将调速器特性上下平
移的目的。
活塞
（二）发电机组的功率—频率静态特性
•
反映调整过程结束后发电机输出功率和频率关系
的曲线称为发电机组的功率—频率静态特性，可
以近似的表示为一条直线：
在特性曲线上任取两点，我们定
义机组的静态调差系数：
假设系统中有 m 台机组，
G1
m
各机组原动机的输入总功率为： PTi
i 1
各机组的发电功率总输出为：
m
P
i 1
Gi
当忽略机组内部损耗时，输入输出功率平衡：
m
P
i 1
Ti
m
PGi
i 1
G2
Gm
2、频率调节的原理系统来自（2）负荷突然增加△PL时：
使发电机组输出功率增加△PL ,
G1
K G*
PG
1
R*
KG*——发电机的功率-频率特
性系数，或原动机的单位调节功
率。
与KL﹡不同的是KG﹡可以人为调节整定，但其大小，即调整范围受机
fN
fN
fN
fN ——额定频率；
PL ——系统频率为f时，整个系统的有功负荷；
PLN ——系统频率为额定值fN时，整个系统的有功负荷；
a0，a1，…，an——各类负荷占PLN的比例系数。
化成标么值的形式
f
f 2
f 3
f n
PL 0 PLN 1 PLN ( ) 2 PLN ( ) 3 PLN ( ) n PLN ( )
，转速稍有降低。
4）调速器是一种有差调节器。
5）通过伺服电动机改变D点的位置
，就可以达到将调速器特性上下平
移的目的。
活塞
（二）发电机组的功率—频率静态特性
•
反映调整过程结束后发电机输出功率和频率关系
的曲线称为发电机组的功率—频率静态特性，可
以近似的表示为一条直线：
在特性曲线上任取两点，我们定
义机组的静态调差系数：
假设系统中有 m 台机组，
G1
m
各机组原动机的输入总功率为： PTi
i 1
各机组的发电功率总输出为：
m
P
i 1
Gi
当忽略机组内部损耗时，输入输出功率平衡：
m
P
i 1
Ti
m
PGi
i 1
G2
Gm
2、频率调节的原理系统来自（2）负荷突然增加△PL时：
使发电机组输出功率增加△PL ,
G1
K G*
PG
1
R*
KG*——发电机的功率-频率特
性系数，或原动机的单位调节功
率。
与KL﹡不同的是KG﹡可以人为调节整定，但其大小，即调整范围受机
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)
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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
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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,
第五章 电力系统的有功功率和频率讲解
• 由数学知识可知，为求有功功率负荷的最优分配 问题，可以用求条件极值的拉格朗日乘数法。
• 为求满足等约束条件f (PG1 ，PG2)＝0时，目标函 数C=C(PG1 ，PG2)的最小值，可根据给定的目标 函数和等约束条件建立如下拉格朗日函数
C* C(PG1，PG2)- f (PG1，PG2)
• 冷备用则指未运转的发电设备可能发的最大功率。
• 负荷备用是指调整系统中短时的负荷波动并担负 计划外的负荷增加而设置的备用。
• 事故备用是使电力用户在发电设备发生偶然性事 故时不受严重影响，维持系统正常供电所需的备 用。
• 检修备用是使系统中的发电设备能定期检修而设 置的备用。
• 电力工业是先行工业，除满足当前负荷的需要设 置上述备用外，还应计及负荷超计划增长而设置 一定的备用。这种备用就称国民经济备用。
•
得超过水库的容水量 对简单的系统有
PT 1
PH 2
PL1
PL2＝0
• 目标函数
不等约束条件
F
0 F1(PT1)dt
PT1min PT1 PT1max PH 2min PH 2 PH 2max
QT1min QT1 QT1max QH 2min QH 2 QH 2max
• 第三种负荷基本上可以预计。据此，电力系统的 有功功率和频率调整大体上也可分为一次、二次、 三次调整三种。
• 一次调整或频率的一次调整指由发电机组的调速 器进行的、对第一种负荷变动引起的频率偏移的 调整。
二次调整或频率的二次调整指由发电机的调频器 进行的、对第二种负荷变动引起的频率偏移的调 整。
• 就整个系统而言，
in
in
PGi PLi P 0
电力系统分析第05章电力系统有功功率平衡与频率调整
¾ 目标函数 ¾ 约束条件：
n
∑ F = Fi ( PGi ) i =1
∑ ∑ PGi − PLi = 0
¾ 等微增率准则的表达式
dF1 ( PG1 ) = dF2 ( PG2 ) = .... = dFn ( PGn ) = λ
dPG1
dPG 2
dPGn
18
3.最优分配方案的求解步骤
对于机组较少的情况，可以用解方程组的方法求解，机 组较多，可以迭代求解
算。
5) 直到满足条件。
19
例5-1同一发电厂内两套发电设备共同供电，耗量特性分别为
F1 = 3 + 0.25PG1 + 0.0014PG21 F2 = 5.0 + 0.25PG2 + 0.0018PG22
它们可发有功功率上下限分别为PG1max=100MW, PG1min=20MW,
PG2max=100MW, PG2min=20MW,求承担150MW负荷时的分配方案 解：两台发电设备的耗量微增率分别为
第五章 电力系统有功功率 平衡与频率调整
1
第五章电力系统有功功率平衡与频率调整
电力系统的调频问题实质上是正常运行时有功功率的平衡问题。 ¾ 发电机的输入功率、输出功率和系统的总负荷相等，发电机匀速运
转。 ¾ 当系统中发出的有功功率与负荷消耗的有功功率不平衡时，就会反映
为频率的变化。
当电力系统发生某种扰动（负荷减小），发电机输出的功率瞬间 减小。但发电机的输入功率是机械功率，不能瞬间变化。扰动后瞬间 发电机的输入功率大于输出功率，发电机转子将加速，电力系统的频 率上升。
投切增减负荷不增 加能耗，时间短 (4)有强迫功率，视不 同水电厂而定
调峰机组
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•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：
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•例5-2 某电力系统总有功负荷为3200MW(包括电网的有功
•
损耗),系统的频率为50HZ,若KL*=1.5,试求KL .
•解 •由式(4-8)可得
•KL = KL* ×( PLN / fN ) = 1.5 × ( 3200 / 50 ) = 96 ( MW / HZ )
电力系统的频率特性
❖ 思考题1
已知：某电力系统，
，
当PL=3000MW时，fN=50Hz。求负荷增加120MW 时，系统调速后的运行点。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•第二节 调速器原理
•调速器通常分为
➢
机械液压调速器：将转速的变化转变成离心 飞摆的位移量。
➢ 电气液压调速器：将转速的变化变成电信号。
•f
•a’
•1
•a” •a”’
•2
•3
•3’
•P
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
有调速系统的发电机功率-频率特性：
•f
•fN •f1
•Δf
•a •b
•ΔPG
•PGa •PGb
•功率调整时，频率有变化，为有 差调节特性。 •特性曲线的斜率为：
•标么化： •PG •或
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
• (三）调节特性的失灵区
•f • 调速器的最大频率呆滞 • 失灵度
•fN
•PW •PW
• 机组的最大误差•功P率N
•fW •fW
• 调速器的频率调节特性是 条带子，导致并联运行的发电 机组间有功功率分配产生误差。
•P
• 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%
•电液式与机械式比较有以下优点：
➢ 电液调速系统的灵敏度高，调节速度快。并有较高的调节精 度，特别是当机组甩负荷后，能稳定在额定转速运行；
➢ 易实现多种控制信号的综合控制； ➢ 参数的调节灵活； ➢ 省去结构复杂的飞摆机构，运行维护方便。
❖ 比例积分(PI)调速器 •按其控制规律来划分 ❖ 比例—积分—微分(PID)调速器
❖ （一）发电机的功率 - 频率特性
•ω* •f*
发电机转矩方程：
•PG*
功率方程：
•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。
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
❖ （一）发电机的功率 - 频率特性
但发电机配置调速器后， 随着转速的变动，不断调节 进气量，使原动机的运行点 从一条静态特性曲线向另一 条静态特性曲线过渡。
•随机分量
•脉动分量 •持续分量
和产品质量； •√ 频率过低过高都 会危及电网安全运 行
•t
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•二 电力系统负荷的功率—频率特性
1. 当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变, 这种 有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率—频率特性。
2. 电力系统中各种有功负荷与频率的关系，可以归纳为以下几类，
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
负荷的有功功率－频率静态特性简化表达
• 取决于负荷的性质，与各类负荷所占的比例有关。 •在电力系统运行中，允许频率变化的范围是很小的，负 荷有功－频率静态特性用一条近似直线来表示。
• 是系统调度部门要 求掌握的实测数据，取 值范围在1~3之间。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•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
•
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20％.试求当系统频率由50HZ
•
下降到47HZ时,负荷功率变化的百分数及其相应的KL*的大小.
•解: •由公式可以求出频率下降到47HZ时系统的负荷为:
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
（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。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
（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。
•1 调速器的传递函数
•调速器的输出量 给定值 和频率 间的关系。
表达为 两输入量
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•1 调速器的传递函数
•调速器的传递函数表示了原动机调节量与控制指令信号 及系统频率间的动态特性。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•2 原动机的传递函数 • 调速器根据转速变化控制进入原动机的动力元素， 下面进一步讨论原动机的传递函数。
•B •3
•1
•2
•4
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•TB
•UG
•TA
•i
•ic
•EH
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•3 转速和功率给定环节 •转速和功率给定环节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。
➢ 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。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
3. 负荷的功率—频率特性一般表达式
• 一般情况下，取到三次方即可。 • 负荷的组成和性质确定后，负荷静态频率特性也确
定。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
电力系统的频率特性
❖ 电力系统负荷的功率 - 频率特性
•PL* ＝ a0+a1f*+a2f*2+a3f*3
•=0.3+0.4×0.94+0.1×0.942+0.2× 0.943=0.93
•则 •Δ PL%=(1-0.93) ×100%=7%
•Δ f%=(1-47 / 50) ×100%=6%
•于是 •KL*=ΔPL*% / Δf*%= 7 / 6 =1.17
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
• （二）调差特性与机组间有功功率分配的关系
•f •A
•C •fN
•ΔP2
•f•1ΣPL
•ΣP’
•B •ΔP1
•两机组间的功 率增量分配
•P2 •P2’ •P2
•P1
•P1’ •P1
• 发电机的功率增量用用各自的标幺值表示时，在 发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比。调 差系数小的的机组承担的负荷增量标幺值较大，调差 系数大的的机组承担的负荷增量标幺值较小。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•几点注意
➢ 对没有调节容量的机组(调差系数趋于无限大)应以PiN／Ri*
为零代入； ➢ 多台机组调差系数等于零是不能并联运行的； ➢ 一台机组的调差系数等于零与多台有差调节机组的并列运
行是不现实的。
•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。
第五章电力系统频率及 有功功率的自动调节
2020/12/11
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
发电自动控制示意图
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
第一节 电力系统的频率特性
❖ 一、概述
频率是电能质量的重要指标之一。 电网稳态条件下的频率 f 是全系统一致的运行参数
忽略机组内部损耗时： 如果由于负荷的突然变动，是发电机组的输出功率增加
•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：
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•例5-2 某电力系统总有功负荷为3200MW(包括电网的有功
•
损耗),系统的频率为50HZ,若KL*=1.5,试求KL .
•解 •由式(4-8)可得
•KL = KL* ×( PLN / fN ) = 1.5 × ( 3200 / 50 ) = 96 ( MW / HZ )
电力系统的频率特性
❖ 思考题1
已知：某电力系统，
，
当PL=3000MW时，fN=50Hz。求负荷增加120MW 时，系统调速后的运行点。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•第二节 调速器原理
•调速器通常分为
➢
机械液压调速器：将转速的变化转变成离心 飞摆的位移量。
➢ 电气液压调速器：将转速的变化变成电信号。
•f
•a’
•1
•a” •a”’
•2
•3
•3’
•P
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
有调速系统的发电机功率-频率特性：
•f
•fN •f1
•Δf
•a •b
•ΔPG
•PGa •PGb
•功率调整时，频率有变化，为有 差调节特性。 •特性曲线的斜率为：
•标么化： •PG •或
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
• (三）调节特性的失灵区
•f • 调速器的最大频率呆滞 • 失灵度
•fN
•PW •PW
• 机组的最大误差•功P率N
•fW •fW
• 调速器的频率调节特性是 条带子，导致并联运行的发电 机组间有功功率分配产生误差。
•P
• 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%
•电液式与机械式比较有以下优点：
➢ 电液调速系统的灵敏度高，调节速度快。并有较高的调节精 度，特别是当机组甩负荷后，能稳定在额定转速运行；
➢ 易实现多种控制信号的综合控制； ➢ 参数的调节灵活； ➢ 省去结构复杂的飞摆机构，运行维护方便。
❖ 比例积分(PI)调速器 •按其控制规律来划分 ❖ 比例—积分—微分(PID)调速器
❖ （一）发电机的功率 - 频率特性
•ω* •f*
发电机转矩方程：
•PG*
功率方程：
•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。
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
❖ （一）发电机的功率 - 频率特性
但发电机配置调速器后， 随着转速的变动，不断调节 进气量，使原动机的运行点 从一条静态特性曲线向另一 条静态特性曲线过渡。
•随机分量
•脉动分量 •持续分量
和产品质量； •√ 频率过低过高都 会危及电网安全运 行
•t
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•二 电力系统负荷的功率—频率特性
1. 当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变, 这种 有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率—频率特性。
2. 电力系统中各种有功负荷与频率的关系，可以归纳为以下几类，
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
负荷的有功功率－频率静态特性简化表达
• 取决于负荷的性质，与各类负荷所占的比例有关。 •在电力系统运行中，允许频率变化的范围是很小的，负 荷有功－频率静态特性用一条近似直线来表示。
• 是系统调度部门要 求掌握的实测数据，取 值范围在1~3之间。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•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
•
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20％.试求当系统频率由50HZ
•
下降到47HZ时,负荷功率变化的百分数及其相应的KL*的大小.
•解: •由公式可以求出频率下降到47HZ时系统的负荷为:
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
（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。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
（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。
•1 调速器的传递函数
•调速器的输出量 给定值 和频率 间的关系。
表达为 两输入量
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•1 调速器的传递函数
•调速器的传递函数表示了原动机调节量与控制指令信号 及系统频率间的动态特性。
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•2 原动机的传递函数 • 调速器根据转速变化控制进入原动机的动力元素， 下面进一步讨论原动机的传递函数。
•B •3
•1
•2
•4
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•TB
•UG
•TA
•i
•ic
•EH
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•3 转速和功率给定环节 •转速和功率给定环节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。
➢ 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。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
3. 负荷的功率—频率特性一般表达式
• 一般情况下，取到三次方即可。 • 负荷的组成和性质确定后，负荷静态频率特性也确
定。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
电力系统的频率特性
❖ 电力系统负荷的功率 - 频率特性
•PL* ＝ a0+a1f*+a2f*2+a3f*3
•=0.3+0.4×0.94+0.1×0.942+0.2× 0.943=0.93
•则 •Δ PL%=(1-0.93) ×100%=7%
•Δ f%=(1-47 / 50) ×100%=6%
•于是 •KL*=ΔPL*% / Δf*%= 7 / 6 =1.17
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• （二）调差特性与机组间有功功率分配的关系
•f •A
•C •fN
•ΔP2
•f•1ΣPL
•ΣP’
•B •ΔP1
•两机组间的功 率增量分配
•P2 •P2’ •P2
•P1
•P1’ •P1
• 发电机的功率增量用用各自的标幺值表示时，在 发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比。调 差系数小的的机组承担的负荷增量标幺值较大，调差 系数大的的机组承担的负荷增量标幺值较小。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•几点注意
➢ 对没有调节容量的机组(调差系数趋于无限大)应以PiN／Ri*
为零代入； ➢ 多台机组调差系数等于零是不能并联运行的； ➢ 一台机组的调差系数等于零与多台有差调节机组的并列运
行是不现实的。
•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。
第五章电力系统频率及 有功功率的自动调节
2020/12/11
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
发电自动控制示意图
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
第一节 电力系统的频率特性
❖ 一、概述
频率是电能质量的重要指标之一。 电网稳态条件下的频率 f 是全系统一致的运行参数
忽略机组内部损耗时： 如果由于负荷的突然变动，是发电机组的输出功率增加