电力系统分析13章2015年5月修订

二、发电机组的有功功率~频率静态特性 1、调速系统的工作原理
负荷增加，发电机的有功功率输出增加， 机组的转速（系统频率）降低，飞摆的 离心力减小。 在弹簧力和重力的作用下，飞摆要到较 低位置才能达到新的平衡。 于是套筒从 B 点下移到B’点。此时油动 机还未动作，所以杠杆 AOB 中的 A 点 仍在原处不动，整个杠杆便以 A 点为支 点转动，使O点下降到O’点。 杠杆 DEF的D点是固定的，于是F点下 移，错油门2的活塞随之向下移动， 打开了通向油动机3的油孔，压力油便进 人油动机活塞的下部， 将活塞向上推，增大调节汽门（或导水 翼）的开度，增加进汽（水）量， 使原动机的输人功率增加， 结果机组的转速（频率）便开始回升。
机组的单位调节功率（功频静特性系数）
KG 的数值表示 f 发生单位变化时，发电机组输出功率的变化量，式中的负 号表示 f下降时，发电机组的有功出力是增加的。
与负荷的频率调节效应 KD*不同，发电机组的单位调节功率 KG*是可整定 的。 显然，机组的单位调节功率KG愈小，对应单位f变化, 机组有功输出变化愈 小。
K* KG*
PGN P P P K D* kr KG* K D* D 0 DN D 0* PDN f0 f N f0*
kr：称作备用系数， 其数值为发电机组额定容量PGN与PDN（PD(fN)）之比。 在kr>1情况下，有备用容量。Kr增大将增大系统的单位调节功率K*。
f 0.2 f* f f N 0.2 50 0.004
机组等值单位调节功率 系统备用系数： 系统的单位调节功率
二、发电机组的有功功率~频率静态特性
1、调速系统的工作原理 这时杠杆 AOB的A端由于汽门已开大 而略有上升，到达A‘点的位置，而O 点仍保持调速系统启动前的位置，相 应地B端将略有下降，到达B“的位置， 相应的转速，将略低于原来的数值。 可见，对应着增大了的负荷，发电机 组输出功率增加，频率略低于初始值。 如果负荷减小，则调速器调整的结果 使机组输出功率减小，频率略高于初 始值。 这种调整就是频率的一次调整，由调 速系统中的1（转速测量）、2（错油 门）、3（油动机）元件按有差特性 自动执行。
假定系统负荷增加了ΔPD0，
负荷增加后功频特性为P’D(f)。 发电机组仍是原来的特性。
那么新的稳态运行点将由P’D(f)和发电机组的 静态特性PG(f)的交点B决定，与此相应的系 统频率为 f2，发电机组的功率为P2
频率的变化量为 机组的功率输出的增量 负荷的频率调节效应所产生的负荷功率变化 负荷功率的实际增量为
电力系统的负荷时刻都在变化。 有功负荷的变化是引起系统频率变化的原因。
图 13 一 1
系统负荷以下面三种不同变化规律的变动负荷所组成： 一、 变化幅度很小，周期较短（一般为 10s 以内）的 负荷分量；其引起的频率偏移由发电机组的调速器进行 调整：称为频率的一次调整。 二、变化幅度较大，变化周期较长（一般为 10s 到 3min ）的负荷分量（属于这类负荷的主要有电炉，延 压机械，电气机车等），其引起的频率变动仅靠调速器 的作用往往不能将频率偏移限制在容许的范围之内，这 时必须有调频器参与频率调整：称为频率的二次调整。
1）应满足在额定频率下系统对有功功率的需求；
2）为了适应负荷的增长，应有一定的备用容量。
13-3电力系统的频率调整
一、频率的一次调整 当 n 台装有调速器的机组并联运行时，可根据各机组的调差系数或单位 调节功率算出其等值调差系数δ（δ*），或等值单位调节功率KG(KG*)。 频率变动△f时，第i 台机组的输出功率增量
系统频率降到45HZ时从系统取用的（有功）负荷比50HZ时减少11.3%
二、发电机组的有功功率~频率静态特性 原动机调速系统有很多种，根据测量环 节的工作原理，可分为以下两大类 。 1、机械液压调速系统 2、电气液压调速系统
1、调速系统的工作原理（离心式机 械液压调速系统由四个部分组成，其 结构原理如图13-3所示 ） 转速测量元件由离心飞摆、弹簧和套筒 组成，它与原动机转轴相联接，能直接 反映原动机转速的变化。 当原动机有某一恒定转速时，作用到飞 摆上的离心力、重力及弹簧力在飞摆处 于某一定位置时达到平衡，套筒位于B 点，杠杆AOB和DEF 处在某种平衡位 置，错油门的活塞将两个油孔堵塞，使 高压油不能进入油动机（接力器）, 油 动机活塞上、下两侧的油压相等，所以 活塞不移动，从而使进汽（水）阀门的 开度也固定不变。
第十三章 电力系统பைடு நூலகம்有功功率平衡和频率调整 13 -1 频率调整的必要性
作业13-2,13-3,13-4
频率也是衡量电能质量的另一个重要指标，保证系统的频率合乎标准也 是系统调整的一项基本任务。
电力系统的额定频率为 50Hz ，允许的频率偏差范围：±0.2~0.5Hz ， 百分数表示：±0. 4 ％~± 1 ％。
式中，
PD ：频率为f 时系统的有功负荷(f的函数)；
PDN：频率为fN时系统的有功负荷（常数）； ai (i=0,1, 2，… ）为常系数，表示与f的第 i 次方成正比的负荷在 PDN 中所占的份额。
若以PDN 和fN作为功率和频率的基准值，以PDN 去除式(13-1)的两边各 项，便得到用标么值表示的功率一频率特性
图13-5 电力系统功率一频 率静态特性
ΔPD是负的
K称作整个系统的功率-频率静特性系数（单位 调节功率），同时考虑了发电机和负荷的功率频率静特性。 表示引起系统频率单位变化的负荷变化量。 根据K值的大小，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的数值越大，负荷增减引起的频率变化就越小， 频率也就越稳定。 图13-5 电力系统功率一 频率静态特性
假定，发电机组已经满载运行，运行在图中的A点。 在A点后，再曾负荷，发电机组的静态特性将是一条 与横轴平行的直线， 即：KG=0，负荷增加时，发电机没有可调节的容量， 图13-6发电机组满载 不能增加输出了，只有靠频率下降后负荷本身的调节 时的功频静态特性 效应的作用来取得新的平衡。
这时 K*=KD*，由于KD*的数值很小，负荷增加所引 起的频率下降就相当严重了。 所以，系统中发电出力：
二、发电机组的有功功率~频率静态特性
1、调速系统的工作原理 随着转速的上升，套筒从B’点开始回 升，与此同时油动机活塞上移，
使杠杆 AOB 的 A 端也跟着上升，于 是整个杠杆 AOB 便向上移动，
并带动杠杆 DEF 以 D 点为支点向逆 时针方向转动。 当点O以及 DEF 恢复到原来位置时， 错油门活塞重新堵住两个油孔， 油动机活塞的上、下两侧油压又互相 平衡，它就在一个新的位置稳定下来， 调整过程便告结束。
当频率偏离额定值不大时，(P-f)静特性常用一条直 线表示（见图 13 一 2 ）。 图中直线的斜率：KD称作负荷的频率调节效应系数 （简称为负荷的频率调节效应）
K D tan
PD PD PDN f f fN
（13－3）
K D*
PD PDN f KD N f f N PDN
2．发电机组的静态调差系数
当有功功率平衡破坏，引起频率变化时，原动机调速系统自动改变 发电机的出力。调节过程结束后，建立新的稳态，发电机的有功出力同 频率之间的关系称为发电机组调速器的功率一频率静态特性（简称为功 频静态特性），可以近似地表示为一条直线，如图 13 一 4 所示。 在发电机组的功频静态特性上任取两点 1 和 2 。我们 定义机组的静态调差系数 以额定参数为基准 的标么值表示的 式中的负号是因为调差系数习惯上常取正值，而频率 变化量又恰与功率变化量的符号相反。 如果取点2为额定运行点，即P2=PGN和f2=fN；点1为空载运行点，即 P1=0和f1=f0，便得
实际系统中 KD* =1~ 3 ，它表示频率变化 1 ％时，负荷有功功率相应变 化( l~ 3 ) ％。
KD*的具体数值通常由试验或计算求得。
KD*的数值是调度部门必须掌握的一个数据
是考虑按频率增减负荷方案和低频率事故时用切除负荷来恢复频率的控 制依据。
2
3
PD*＝PD/PDN
系统频率降到48HZ时从系统取用的（有功） 负荷比50HZ时减少了4.7%
i i
*
PGi f* PGiN i*
fN PGiN
解（一）计算系统的单位调节功率
PD 0* K* f 0*
令系统中发电机组的总额定容量等于1，全部发电机组的等值单位调节功率
系统负荷功率： 系统备用系数： （二）系统负荷增加 5 ％时的频率偏移为 一次调整后的稳态频率为
静态调差系数
标么值静态调差系数
2．发电机组的静态调差系数 调差系数也叫调差率，可定量表明某台机组负荷改变时相应的转速（频 率）偏移。例如，当δ*=0.05 ，如负荷改变1% ，频率将偏移0.05 % ；
如负荷改变20% ，则频率将偏移1% ( 0.5Hz ）。
机组的静态调差系数
调差系数的倒数称作机组的单位调节功率（功频静特性系数），即
n 台机组的等值单位调节功率KG
n 台机组的等值单位调节功率KG远大于一台机组的单位调节功率KGi。
△PG相同条件下，多台机组同时参与频率的一次调整，对于相同的负 荷增量，其频率增量△f（负值）比仅有一台机组参与频率的一次调整 时要小得多。
频率变动△f时，第i 台机 组的输出功率增量
n 台机组的等值单位调节功率 把 n 台机组用一台等值机来代表，可求得等值单位调节功率的标么值为 倒数为等值调差系数
三、变化缓慢的持续变动负荷（由工厂的作息制度，人 民的生活规律，气象条件的变化等原因确定）。电力调 度部门预先编制的日负荷曲线大体上反映了第三种负荷 的变化规律。 该部分负荷将在有功功率平衡的基础上，按照最优化的 原则在各发电厂间进行分配。
13 － 2 电力系统的频率特性 一、系统负荷的有功功率一频率静态特性 当系统频率变化时，系统中的有功功率负荷也将发生变化。 稳态时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的有功功率一 频率静态特性。 负荷有功与频率的关系可以用以下泰勒级数描述
受机组调速机构的限制，调差系数δ的调整范围是有限的。通常调整范围是
汽轮发电机组： δ*= 0.04~0.06 , 水轮发电机组： δ*= 0.02~0.05 , 机组的静态调差系数 KG*=25~16.7 KG*=50~25 机组的单位调节功率
三、电力系统的有功功率一频率静态特性
确定系统的负荷变化引起的频率波动，需要同时 考虑负荷及发电机组两者的调节效应， 先考虑一台机组和一个负荷的情况。 负荷和发电机组的静态特性如图所示。 在原始运行状态下，负荷的功频特性为PD(f)， 它与发电机组功频静特性PG(f)的交点A确定了系 统的频率为f1，发电机组的功率（也就是负荷功 率）为P1， 在A点达到了机组有功输出与系统有功需求间的 平衡。 图13-5 电力系统功率一 频率静态特性
（13－4）
PD PD PDN K D tan f f fN
（13－3）
K D*
PD PDN f KD N f f N PDN
（13－4）
KD 、 KD*称为负荷的频率调节效应系数。 KD *的数值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 刻负荷的 KD*值都可能不同。
上式说明，系统负荷增加，频率下降，发电机按有差调节特性增加输出；
负荷实际取用的功率也因频率的下降而有所减小。
最后在发电机组功频特性和负荷本身的调节效应共同作用下（在B点） 又达到了新的功率平衡。
系统额定频率时的总有功负荷
PD 0 KG K D f 0
图13-5 电力系统功率一频 率静态特性
在计算KG时，如第j台机组已满载运行，负荷增加时应取KGj=0 有了KG后，就可像一台机组时一样来分析n台机组的频率一次调整。 算出负荷功率初始变化量△PD0引起的频率偏差△f 各台机组所承担的功率增量则为
f PGiN PGi KGi f f i i* f N 1