第五章 电力系统的频率调整

检修中的发电设备不属冷备用。 热备用越多，越有利于保证电能质量和供电可靠性，但经济性不好。
按用途分为：负荷备用，事故备用，检修备用，国民经济备用。
负荷备用—针对一类、二类负荷波动和预测 外负荷设置 （2%~5%）。 事故备用—针对事故导致发电设备退出设置 （5%~10%， 且不小于系统最大一台机组的额定容量）。 检修备用—针对发电设备检修退出运行设置 （视情况）。 国民经济备用—针对国民经济的超计划增长设 置（3%~5%）
4、对系统的影响
（1）由第二章知识，当频率下降时，系统无功损耗将会增大
（原因：励磁电流的增大）， 这必将导致整个系统的电压水 平下降。 （2）频率过低，可使整个电力系统瓦解，造成大面积停电。
二、自动调速系统及其调节特性
由上述分析知、频率的变动将会产生多方面的影响，因此有必要 对系统频率进行调整，使其变化范围控制在正负0.2-0.5Hz。而要 调节频率，实质上就是调节原动机的转速，即汽轮机的转速调节， 要调节汽轮机的转速，实质上就是要调节汽轮机阀门开度的大小， 即调节进气量。
示。
要求(识记)： 频率：50Hz，允许有±0.2~±0.5Hz的偏移 电压：设备应运行在额定电压的±5%z之间 波形：考核系统的谐波电压含有率
衡量运行经济性的主要指标为：比耗量
(煤耗率)和线损率（网损率）
有功功率的最优分布包括：有功功率负荷
预计、有功功率电源的最优组合、有功功率 负荷在运行机组间的最优分配等。
下面介绍一种自动调速系统-离心飞摆式调速系统。
原理图如下页所示：
离心飞摆式调速系统示意图
调速器：进行频率的一次调整，在图中D点不动。 调频器：进行频率的二次调整，使得D点上升。 一次调频、二次调频原理简介，见教材P203.
三、电力系统的频率特性
1、电力系统负荷的有功功率-频率静态特性
当频率变化时，电力系统中的有功功率负荷也将发生变化。当电力 系统稳态运行时，系统中的有功负荷随频率变化的特性称为负荷的 有功功率-频率静态特性（额定频率附近）。
第三节 电力系统的频率调整
一、频率调整的必要性 频率是电力系统运行的一个重要的质量指标，直接影响着负荷的正常运行。
负荷要求频率的偏差一般应控制在（±0.2~ ±0. 5）Hz的范围内。
要维持频率在正常的范围内，其必要的条件是系统必须具有充裕的
可调有功电源。
频率变动的影响：
1、对用户的影响
频率变化超出允许范围将使用户遭受损失 。 由于频率变化引起异步电动机转速变化，将会影响用户产品质 量。 例如：纺织及造纸行业可能产生残次品。
（2）当稳定运行于O点时，负荷突然增加△PL0 ，由O点跳至A点。
（3）因机组功率不能及时变动，机组将减速，频率将下降。 （4）随着频率的下降，负荷消耗的功率减少，负荷的功频特性 将沿着新的特性曲线PL’下降，由A点向O‘点移动。由于这种特 性是由负荷本身决定的，因此PL和PL’斜率相同。 以上都是针对负荷来分析，下面针对发电机组来分析。
有功功率-频率静态特性
KL也叫做负荷的单位调节功率，单位： Mw/Hz
用标幺值表示：
KL*的值受用户的影响，其值不能整定，大概在1.5左右。
负荷的频率调节效应：指在一定的频率下负荷随频率变化 的变化率。
2、发电机组的有功功率-频率静态特性
当系统频率变化时，汽轮机调速系统将自动的改变进气量，以相 应的增加或减少发电机输出功率，调整结束后达到新的稳定状态。 这种反映由频率变化而引起的汽轮机输出功率变化的关系，称为 发电机组有功功率-频率静态特性。
三、系统有功功率和备用容量
为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统中的发电 设备容量应大于系统负荷，我们把系统电源容量大于 负荷的部分称为备用容量，它是指可用发电出力的后 备补充力量，能够随时调整投入运行。
备用容量：可供调度的系统电源容量大于发电负荷的部分。
作用： 在系统出现第一类、第二类负荷的波动、负荷的超计划增 长、事故导致的发电机退出运行和设备检修导致的设备退出运 行情况下，保证电力系统在要求频率水平下的功率平衡，以保 证供电可靠性和电能质量。
这就是一次调频的整个过程。
因此： 整个系统的负荷功率的增大量= 发电机组功率的增大量-负荷功 率减少量 取功率和频率的上升为正
PL 0 K G f K L f
下面来分析负荷功率的增加量是由哪 几部分组成的，由图可知：
( K G K L )f K s f PL 0 / f K G K L K S
OA OB BA PL 0 OB PG K G f BA PL K L f
其中，OB是由于频率下降后发电机 组的增加量，BA表示负荷因频率下 降而减少的量。
KS：称为系统的单位调节功率，单位Mw/Hz。表示原动机 调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频率下降或 上升的多少。即系统的负荷增加或减少，对应频率的下降 或增加。 所以，可以通过该系统单位调节功率，可以求解在已 知的允许的频率偏移范围内，整个系统能够承受多大 的负荷增减。 由上可知，系统的单位调节功率取决于两个方面，即发电 机的单位调节功率和负荷的单位调节功率。 注意：
二、有功功率负荷的变动和调整控制
变化不规律
P1（幅度小，周期短，一次调频）
P2（幅度较大，周期较长，冲击性 负荷，二次调频）
P3（幅度最大，周期最长，由生活、 气象等引起，三次调频）
1.
不同的周期的负荷有不同的变化规律： 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；
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； 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。
K G* PGN PGN 1 1 1 100 K G K G* 100 % fN % fN
KG和调差系数是可以整定的。
四、一次调频
为了便于分析，现假设系统中只有一台发电机组和一个负荷。
频率的一次调整过程：
（1）系统正常运行时，稳定运行于O点，此时发电机发出的 功率等于负荷消耗的功率，处于平衡状态，即：
KG K G*
PG f
Mw / Hz
PG f N K G f N / PGN PGN f
负号表示发电机输出功率的变化和频率变化的方向相反。
其含义标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。
发电机组的调差系数：即发电机单位调节功率的倒数。
用百分数表示：
所以二者关系如下：
（
）
（2）配置自动调速系统的原动机机械功率的静态频率特性
一次调整（依靠调速器的作用）
二次调整
有调频器的二次调整后，原动机的运行点不断地从仅有一次 调整时的静态频率特性曲线，平行的移动到另一根曲线上， 连接不同直线上的点，得到有二次调整时静态频率特性曲线， 可实现误差调节和有差调节。
发电机组的单位调节功率：即发电机组功频静态特性的斜率，其斜率为负值。
• •
•
•
另外，还有一种调整叫做负荷控制，是指个别负荷大量 或长时间超计划用电以致影响系统运行质量时，由系统 运行管理部门在远方将其部分或者全部切除的控制方式。
三、系统有功功率（电源容量）和备用容量
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 为可供调度的系统电源容量。 为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统可供调度的电源 容量必须大于发电负荷。 系统电源容量=系统中可运行机组的可发容量之和
P(M W) 备用容 量
新增容 量
发电负荷
8760 t(h)
备用容量按照形式分为：热备用，冷备用。 • 热备用 – 处于运行状态的备用，亦称旋转备用。 – 如，负荷备用和部分事故备用。 只要电网需要时（出力不够或者出现故障时），随时 可动用的备用出力，这部分备用容量已经满足运行 的条件，处在运行当中，只要电网需要，立即启动， 所以系统不会出现停电故障 • 冷备用（和热备用相反理解） – 处于停机待用状态的备用，亦称停机备用。 – 如，检修备用、国民经济备用及部分事故备用。
( 2f )
q
发电机组 原动机＋发电机
原动机惯性大，有功调节慢，无法时刻保持与瞬变负荷及发电机功率的 平衡，而只能保证动态平衡，相应频率也只能保持动态稳定。
如刚才讲到，因为电能是不能储存的，所以上述有功功率平 衡方程在任何时刻t都是成立的（即保持平衡），但系统中 负荷时无时无刻不在变化的，所以上述平衡方程很容易被打 破，导致上述有功功率不平衡，这种不平衡只是短暂的，我
们可以根据负荷的变化情况来调节发电机发出的总功率，用
来调节整个系统的平衡，使得上述方程重新回到平衡状态。 若不加以调节，则有功功率的不平衡将对频率造成影响。
系统有功功率不平衡对频率的影响： 由电机学知识：n=60f/p 频率与发电机转速有关
转速又决定于发电机的电磁转矩（随负荷 变化）和原动机的拖动转矩（由原动机的 功率决定）。原动机拖动功率-电磁功率= 发电机的总功率。 请问发电机的电磁
第五章 电力系统的有功功率和 频率调整
1、电力系统的有功功率平衡 2、电力系统中有功功率的最优分配 3、电力系统的频率调整
概述
• 电力系统是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之 一。如何保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性
问题，是我们考虑的重点问题之一。
• 衡量电能质量的指标包括：频率质量、电压质量和波 形质量，分别以频率偏移、电压偏移和波形畸变率表
第一节
电力系统中有功功率的平衡
一、电力系统的有功功率平衡
发电机组的有功平衡
发电机组的有功平衡：发电机的电磁功率 PGi与原动机的机械功率PTi之间的平衡。 Nhomakorabead