电力系统频率调整
电力系统频率调节
第一节 安全用电知识
二、安全距离 为了保证电气工作人员在电气设备运行操作、维护检修时不致误碰带
电体，规定了工作人员离带电体的安全距离;为了保证电气设备在正常运 行时不会出现击穿短路事故，规定了带电体离附近接地物体和不同相带 电体之间的最小距离。安全距离主要有以下几方面: 1.设备带电部分到接地部分和设备不同相部分之间的距离，如表7-1所 示; 2.设备带电部分到各种遮栏间的安全距离，如表7-2所示; 3.无遮栏裸导体到地面间的安全距离，如表7-3所示; 4.电气工作人员在设备维修时与设备带电部分间的安全距离，如表7-4 所示。
由上式可知，要控制发电机频率就得控制机组转速。 在稳态电力系统，机组发出的功率与整个系统的负荷功率加上系统总损
耗之和是相等的。
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4. 1电力系统的频率特性
当系统的负荷功率增加时，系统就出现了功率缺额。此时，机组的转速 下降，整个系统的频率降低。
可见，系统频率的变化是由于发电机的负荷功率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调节是分不开的。
流 可达正常电流的几十倍甚至上百倍，产生的热量(正比于电流的平方)是 温度上升超过自身和周围可燃物的燃点引起燃烧，从而导致火灾。 (2)过载引起电气设备过热选用线路或设备不合理，线路的负载电流量 超过了导线额定的安全载流量，电气设备长期超载(超过额定负载能力)， 引起线路或设备过热而导致火灾。
(1)具有足够大的容量和可调范围。 (2)允许的出力调整速度满足系统负荷变化速度的要求。 (3)符合经济运行原则。 (4)联络线上交换功率的变化不致影响系统安全运行。
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4. 1电力系统的频率特性
水轮发电机组的出力调整范围大，允许出力变化速度快，一般宜选水电 厂担任调频。
电力系统的电压和频率调节
电力系统的电压和频率调节电力系统中的电压和频率调节是确保供电系统稳定、高效运行的关键措施。
在电力系统中，电压和频率的调节对于保持用电设备的正常运行以及保障用户的电能质量至关重要。
本文将探讨电力系统中电压和频率调节的原理、方法以及相关控制策略。
一、电压调节1. 电压调节的重要性电力系统中的电压调节是对电压进行稳定控制的过程。
电压的稳定控制是为了保持用电设备在正常范围内工作，同时保证电能质量。
过高或过低的电压都会对电力设备的正常运行产生不利影响，甚至导致设备故障。
2. 电压调节的原理电压调节的原理是通过调整发电机励磁电流或变压器的变比来实现。
在电力系统中，通过自动电压调节器（AVR）调节发电机励磁电流，来控制电压。
同时，变压器的变比调整也可以实现电压调节。
3. 电压调节的方法电压调节的方法主要包括电力系统的无功功率补偿、发电机励磁控制和变压器的变压器调节等。
无功功率补偿通过调整无功功率的流动来改变电网的电压；发电机励磁控制通过调节励磁电流来控制发电机输出电压；变压器调节通过调节变压器的变比来实现电网电压的调整。
二、频率调节1. 频率调节的重要性在电力系统中，频率的稳定性对于保证电力设备的运行和电能质量是至关重要的。
电网的负荷波动、运行状态的变化等因素都会导致频率的波动。
频率的稳定性是确保用电设备正常运行的基础。
2. 频率调节的原理频率调节的原理是通过调节电力系统的发电量来实现。
在电力系统中，发电量和负荷之间必须保持平衡，以维持频率的稳定。
当负荷增加时，发电量也需要增加，以保持频率不变。
3. 频率调节的方法频率调节的方法包括机械调节和自动调节两种方式。
机械调节是通过人工干预来调节机组的负荷和发电量，以维持频率的稳定。
而自动调节则通过采用自动调节装置来实现。
现代电力系统中，自动频率调节器（AGC）是常用的调节装置，它可以自动监测频率的变化并控制机组负荷的调整。
三、电压和频率调节的控制策略1. 电压和频率的联合调节为了确保电力系统供电稳定、高效运行，电压和频率调节是需要相互协调的。
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
电力系统的三种调频方式
电力系统一次、二次、三次调频的特点
频率调整，又称频率控制，是电力系统中维持有功功率供需平衡的主要措施，其根本目的是保证电力系统的频率稳定。
电力系统频率调整的主要方法是调整发电功率和进行负荷管理。
按照调整范围和调节能力的不同，频率调整可分为一次调频、二次调频和三次调频。
一次调频是指当电力系统频率偏离目标频率时，发电机组通过调速系统的自动反应，由发电机组调速器自动实现的不改变变速机构位置的调节过程，调整有功出力以维持电力系统频率稳定。
一次调频的特点是响应速度快，但是只能做到有差控制，是对第一种负荷变动引起的频率偏差进行调节。
二次调频也称为自动发电控制（AGC），是指发电机组提供足够的可调整容量及一定
的调节速率，在允许的调节偏差下实时跟踪频率，以满足系统频率稳定的要求。
需要运行人员手动或者自动操作调速器，使发电机的频率特性平行地上下移动，进而调整负荷，使频率保持不变。
二次调频可以做到频率的无差调节，且能够对联络线功率进行监视和调整。
三次调频即有功功率经济分配，其实质是完成在线经济调度，其目的是在满足电力系
统频率稳定和系统安全的前提下合理利用能源和设备，以最低的发电成本或费用获得更多
的、优质的电能。
电力系统频率调整也是电力市场的重要组成部分。
简述电力系统频率一次调整和二次调整的基本原理。
简述电力系统频率一次调整和二次调整的基
本原理。
电力系统频率一次调整是指在电网负荷发生突变时，通过控制发电机组的输出功率来维持电力系统的频率稳定。
其基本原理是根据频率与负荷之间的关系，通过调节负荷和发电机组的输出来平衡供需关系，从而使得系统频率保持恒定。
一次调整中，当负荷增加时，电力系统频率下降。
为了使频率恢复到额定值，需要增加发电机组的输出功率。
系统通过频率保护装置检测频率下降，然后发出信号给发电机组调速器，调整发电机的机械输入。
如果频率下降较小，则调速器使发电机提供更多的功率；如果频率下降较大，则调速器使发电机提供最大功率。
电力系统频率二次调整是指在电力系统频率下降或上升到一定范围内时，通过发电机组与负荷之间的功率交换来调整频率。
其基本原理是利用电力系统的惯性效应和动态响应特性来实现频率的稳定。
二次调整中，当频率下降时，发电机组的机械输入超过负荷需求，此时就有多余的功率可以反馈到电力系统中。
这些功率会使频率上升，直到达到额定频率为止。
同样地，当频率上升时，发电机组的机械输入小于负荷需求，此时电力系统需要额外的功率。
这些功率由电力系统中负荷释放，从而使频率下降，直到达到额定频率为止。
总体而言，一次调整通过控制发电机组的输出功率来维持电力系统的频率稳定，二次调整则通过发电机组与负荷之间的功率交换来调整频率。
两者相互配合，使得电力系统能够在负荷变化时保持频率稳定。
电力系统的频率稳定与调节
电力系统的频率稳定与调节电力系统是现代社会中至关重要的基础设施之一。
为了保证电力系统的稳定运行，频率的稳定与调节是最为关键的因素之一。
本文将探讨电力系统频率的稳定与调节机制，并分析影响频率稳定的因素以及调节的方法和技术。
一、频率稳定的重要性频率是电力系统中最基本的参数之一，通常以赫兹（Hz）为单位表示。
电力系统的稳定运行需要保持合适的频率范围，一般为50Hz或60Hz。
频率的稳定性直接影响到电力系统的供电质量和用户的正常用电。
如果频率不稳定，会导致电压波动、设备故障以及电力系统的不可靠性，甚至可能引发停电事故，给社会经济发展带来严重影响。
二、频率稳定的主要因素1. 负荷变化：负荷的增加或减少将直接影响到电力系统的频率。
当负荷增加时，电力需求增大，如果供电能力无法满足需求，则会导致频率下降。
反之，当负荷减少时，供电能力大于需求，可能会导致频率上升。
因此，负荷变化是影响频率稳定的主要因素之一。
2. 发电机调节能力：发电机作为电力系统的核心组成部分，其调节能力对频率稳定至关重要。
通过调整发电机的励磁和机械控制，可以控制输出功率和频率。
发电机的调节能力越强，频率调节越稳定。
3. 动力系统的机械阻尼：电力系统中的机械阻尼是通过转子惯性和机械负载实现的。
机械阻尼能够吸收短期负荷波动对频率的影响，提高系统的稳定性。
4. 频率调节器的准确性：频率调节器是用来监测并调节电力系统的频率的重要设备。
调节器的准确性越高，调节频率的效果越好。
三、频率调节的方法和技术1. 发电机速度调整：通过调整发电机的转速来改变其输出频率。
这需要精确的发电机控制系统，并配备高效的调速装置，以实现快速而准确的频率调节。
2. 发电机励磁调整：通过调整发电机的励磁电流来改变其输出频率。
励磁系统的优化设计和高精度的励磁调节装置可以实现精确的频率控制。
3. 负荷控制：通过调整负荷的供电方式和运行模式，实现对电力系统频率的调节。
例如，在面临频率下降的情况下，可以通过优化负荷分配和控制负荷的投入时间，来保持频率稳定。
电力系统自动调频方法
电力系统自动调频方法
电力系统自动调频是指通过控制发电机的发电频率，使其与负荷需求保持平衡的方法。
常见的电力系统自动调频方法包括以下几种：
1. 频率响应机制：根据系统频率变化情况，自动调整发电机的发电频率。
当系统频率下降时，调频机构会自动增加发电机输出功率，以保持频率稳定。
当系统频率升高时，调频机构会自动减少发电机输出功率。
2. 负荷跟随机制：根据系统负荷需求的变化情况，自动调整发电机的发电频率。
当负荷需求增加时，调频机构会自动增加发电机输出功率，以满足负荷需求。
当负荷需求减少时，调频机构会自动减少发电机输出功率。
3. 频率和功率协调机制：综合考虑系统频率和负荷需求的变化情况，自动调整发电机的发电频率和输出功率。
通过使用预测模型和优化算法，调频机构可以实时计算出最优的发电机输出功率，以实现系统频率稳定和负荷需求满足的双重目标。
通过这些自动调频方法，电力系统可以实现频率的稳定和负荷需求的平衡，提高系统的可靠性和稳定性。
同时，这些方法还可以减少系统频率的波动，降低供电误差，提高电网的能效和经济性。
电力系统频率调节策略
电力系统频率调节策略电力系统是现代社会重要的基础设施之一，其稳定运行对保障社会经济的正常运转至关重要。
而电力系统中频率的稳定调节也是确保电力供应质量的重要因素之一。
本文将探讨电力系统频率调节的策略，并介绍一些常见的应用方法。
一、电力系统频率调节的重要性电力系统的频率是指电力系统运行时交流电的频率，通常为50Hz 或60Hz。
频率的稳定对于电力系统中用户电器设备的正常运行至关重要。
若频率偏离正常值，会导致电器设备损坏甚至故障，对整个社会经济活动造成巨大影响。
二、1.燃煤电厂调节策略燃煤电厂是电力系统中常见的发电方式之一，其频率调节策略通常通过调整燃烧过程来实现。
具体来说，可以通过控制煤粉的供给量、风门的开度等参数来调节发电量，从而实现频率的调节。
2.水电站调节策略水电站是另一种常见的发电方式，其频率调节策略通常通过调整水流量来实现。
当电力系统频率偏高时，可以增大水电站的出力，增加发电量；当频率偏低时，可以减小水电站的出力，降低发电量，从而实现频率的调节。
3.新能源发电调节策略随着新能源的快速发展，如风力发电、光伏发电等，其频率调节面临着一定的挑战。
为了确保新能源的并网稳定，可采取将新能源与传统发电方式相结合的方式。
这样，当频率偏离正常值时，可通过调节传统发电方式来实现频率的调节。
三、电力系统频率调节的应用方法1.频率响应频率响应是电力系统中常用的一种频率调节方法。
当系统频率偏离正常值时，电力系统会启动调频控制，通过调整发电机的机械输出功率来调节发电量，从而实现频率的稳定。
2.备用容量除了频率响应外，备用容量也是一种重要的频率调节手段。
备用容量包括机组快速启动和备用发电机组等，当系统频率偏离正常值时，可以通过调用备用容量来增加或减少发电量，从而实现频率的调节。
3.电力市场调节电力市场调节是一种经济调节方法，通过设置电力市场价格，引导发电企业调整发电量，从而实现频率的调节。
当频率偏高时，提高电力市场价格，吸引发电企业增加发电量；当频率偏低时，降低电力市场价格，鼓励发电企业减少发电量。
电力系统有功功率与频率的调整
电力系统有功功率与频率的调整引言电力系统中，有功功率和频率是两个重要的参数。
有功功率是指电力系统中用于传输、传递和消耗电能的功率，频率那么代表了电力系统中交流电信号的周期性。
因各种原因，有功功率和频率可能会发生变化，因此需要对其进行调整以确保电力系统的正常运行。
本文将探讨电力系统中有功功率和频率的调整方法。
有功功率调整方法发电机调整发电机是电力系统中有功功率的主要来源，因此调整发电机的输出功率可以实现对有功功率的调整。
在调整发电机的输出功率时，可以通过调整发电机的燃料供应或调整转子的转速来实现。
调整燃料供应调整燃料供应是一种常用的调整发电机输出功率的方法。
通过增加或减少燃料供应，可以增加或减少发电机的输出功率。
这种调整方法比拟简单，但需要注意控制燃料供应的精度，以确保发电机输出功率的稳定性。
调整转速调整发电机转速是另一种调整发电机输出功率的方法。
通过增加或减少发电机的转速，可以实现对输出功率的调整。
这种调整方法需要对发电机的转速进行精确控制，以防止对发电机的运行造成过大的影响。
负荷调整除了调整发电机的输出功率外，还可以通过调整电力系统的负荷来实现对有功功率的调整。
负荷调整可以通过增加或减少供电设备的负载来实现。
增加负荷增加负荷是一种常用的调整有功功率的方法。
通过增加供电设备的负载，可以增加电力系统的有功功率。
这种调整方法可以通过增加电阻、连接额外的负载设备或调整电力系统的运行模式来实现。
减少负荷减少负荷是另一种调整有功功率的方法。
通过减少供电设备的负载，可以减少电力系统的有功功率。
这种调整方法可以通过断开某些负载设备、调整供电设备的运行模式或降低负载的使用率来实现。
频率调整方法频率是电力系统中交流电信号的周期性表征，其稳定性对电力系统的正常运行至关重要。
频率的调整方法通常包括调整发电机的转速和调整负载的负载。
调整发电机转速调整发电机转速是一种常用的调整频率的方法。
通过增加或减少发电机的转速，可以实现对频率的调整。
电力系统频率一次调整的基本原理
电力系统频率一次调整的基本原理1.引言1.1 概述概述部分的内容可以包括电力系统频率一次调整的基本概念和重要性。
概述部分:电力系统频率一次调整是指通过合理控制电力系统的负荷和发电能力，使电力系统的频率维持在稳定的范围内的过程。
频率调整是电力系统运行中非常重要的一项技术，对于保障电力系统的安全稳定运行具有至关重要的意义。
在电力系统中，发电厂的负荷、输电线路的负荷以及用户的用电负荷均会对电力系统的频率产生影响。
这些因素的不平衡会导致电力系统频率偏离额定值，从而对电力系统的正常运行产生负面影响。
因此，通过对电力系统的频率进行一次调整，可以有效保持电力系统的稳定运行状态。
电力系统频率一次调整需要考虑多个因素，包括电力负荷的波动、发电机组的响应速度以及电力系统的传输能力等。
同时，频率调整还需考虑到电力调度的经济性和环境友好性等方面的因素。
频率调整的过程通常由发电厂的发电机组以及调度中心的监测和控制系统共同完成。
当电力系统频率偏离额定值时，调度中心会通过监测系统获取实时数据，并下发指令，调节发电机组的出力，以实现频率的恢复。
这种反馈控制的机制保证了电力系统频率的稳定性和可靠性。
综上所述，电力系统频率一次调整是确保电力系统稳定运行的重要环节。
通过合理控制电力系统的发电能力和负荷，保持频率在合理范围内，可以提高电力系统的可靠性、经济性和环保性。
在日益增长的电力需求和能源结构转型的背景下，频率调整技术的发展将对电力系统的可持续发展产生积极的影响。
1.2 文章结构本文将按照以下结构来介绍电力系统频率一次调整的基本原理：第一部分，引言部分，将会对文章的主题进行一个概述，简要介绍电力系统频率调整的背景和意义，并阐明本文的研究目的。
第二部分，正文部分，将会重点讨论频率调整的基本原理。
首先，我们将介绍电力系统频率调整的背景，包括对电力系统频率一次调整的需求和现实挑战。
接着，我们将详细阐述频率调整的基本原理，包括频率控制的原则、频率调整的影响因素和频率调整的数学模型等内容。
电力系统频率调整
电力系统负荷可分为三种。
第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动由很大的偶然性。
第二种变动幅度较大，周期较长，属于这类负荷的主要有电炉、电气机车等带有冲击性的负荷。
第三种负荷变动幅度最大，周期也最长，这一种是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。
电力系统的有功功率和频率调整大体可分为一次、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。
三次调整其实就是指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负荷曲线发电。
在潮流计算中除平衡节点外其他节点的注入有功功率之所以可以给定，就是由于系统中大部分电厂属于这种类型。
这类发电厂又称为负荷监视。
至于潮流计算中的平衡节点，一般可取系统中担负调频任务的发电厂母线，这其实是指担负二次调频任务的发电厂母线。
一：调整频率的必要性电力系统频率变动时，对用户的影响：用户使用的电动机的转速与系统频率有关。
系统频率的不稳定将会影响电子设备的工作。
频率变动地发电厂和系统本身也有影响：火力发电厂的主要厂用机械一风机和泵，在频率降低时，所能供应的风量和水量将迅速减少，影响锅炉的正常运行。
低频运行还将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，缩短叶片的寿命，甚至使叶片断裂。
低频运行时，发电机的通风量将减少，而为了维持正常电压，又要求增加励磁电流，以致使发电机定子和转子的温升都将增加。
为了不超越温升限额，不得不降低发电机所发功率。
低频运行时，由于磁通密度的增大，变压器的铁芯损耗和励磁电流都将增大。
也为了不超越温升限额，不得不降低变压器的负荷。
频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大。
而无功功率负荷的增大又将促使系统电压水平的下降。
频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电。
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，特别时其中的调速器和调频器（又称同步器）。
电力系统有功功率和频率调整
电力系统有功功率和频率调整1. 引言在电力系统中，有功功率和频率是两个关键的电能参数。
有功功率是指电力系统中实际提供应负载的电能，而频率那么表示电力系统中电压和电流的周期性变化。
准确地调整有功功率和频率可以保证电力系统的稳定运行，提高能源利用率，保障用电的平安和可靠性。
2. 电力系统有功功率调整电力系统的有功功率调整主要通过控制发电机输出功率来实现。
有功功率调整的目标是使电力系统的供需平衡，以满足用户的用电需求。
有功功率调整可以通过控制发电机的机械输入来实现，也可以通过调整发电机的励磁电流来实现。
2.1 机械输入调整机械输入调整是通过控制发电机的机械输入来调整有功功率。
机械输入调整的方式包括调速和负载调整两种。
2.1.1 调速调整调速是通过调整发电机的键合阻抗或者转子的绕组来改变发电机的转速，从而改变机械输入功率。
调速调整的原理是根据负荷需求，通过调整发电机的转速来保持有功功率的平衡。
2.1.2 负载调整负载调整是通过调整发电机的输出负载来改变发电机的有功功率。
负载调整的方式包括直接调整负载阻抗、调整发电机馈线阻抗、调整发电机并联等。
2.2 励磁调整励磁调整是通过调整发电机的励磁电流来改变发电机的有功功率。
励磁调整的原理是控制发电机的磁场强度，从而改变发电机的输出电压和电流。
励磁调整可以通过调整励磁电流的大小、相位和波形等来实现。
3. 电力系统频率调整电力系统的频率调整主要通过控制发电机输出的机械输入来实现。
频率调整的目标是使电力系统的供电频率保持在额定值附近，以满足用户的用电需求。
3.1 负荷频率特性负荷频率特性是指负载的电流和供电频率之间的关系。
负荷频率特性可以分为正负荷频率特性和正负荷功率频率特性两种。
正负荷频率特性描述了负载对供电频率变化时的功率响应。
3.2 机械输入调整机械输入调整是通过调整发电机的机械转速来调整电力系统的频率。
机械输入调整的方式包括调速和负载调整两种。
3.2.1 调速调整调速调整是通过改变发电机的转速来调整电力系统的频率。
电力系统频率的三次调节
电力系统频率的三次调节根据电力系统频率三次调节是指按最优化的准则分配负荷组成中变化幅度最大、周期最长部分的负荷，即责成各发电厂或发电机组按事先给定的发电负荷曲线发电。
进行有功功率和频率的三次调节时主要是根据事先短期负荷预测或超短期负荷预测结果。
电力系统有功最优分配的主要内容分两个部分，即机组组合和经济调度。
机组组合决定发电机组的运行和起停，经济调度则是在运行机组之间应用等微增率原则或购电成本最小原则做到负荷最优分配。
一、机组组合（UC）（一）概述1072种，要全部列出它们以目前的计算机速度是不可能的。
此外，由于各种约束条件的存在，使得UC成为一个非常复杂的工程问题，求得最优解十分困难，在实用中一般采取快速而有效地求取准最佳解的方法。
UC问题归纳如下：⨯1.73≈机组组合（UC）是在已知系统负荷预测、水电计划、交换计划、燃料计划、网损修正、机组状态的情况下，制定一段时间内发电机组的运行计划和启停计划，使系统发电和启停总费用最低。
UC本质上是一个优化组合问题，理论上只要把所考察的机组群所有可能的组合进行比较即能得到最佳的组合方式。
但这种所有可能的组合在实际问题中是一个天文数字，以一个10机系统为例，其24点的发电机组所有可能组合多达2240最小化目标：在研究周期内总的发电和启停费用最小。
约束条件：满足系统功率平衡；满足系统备用需求；满足机组发电上限和下限约束；满足机组最小开机和停机时间约束；满足机组负荷调节速率限制约束。
（二）UC的数学模型1、机组启动费用模型（3.4.1）启动费用；−式中汽轮机启动耗热量；− hT锅炉冷态启动耗热量；−hb−t 锅炉停炉时间锅炉自然冷却时间常数（停炉后热量损失63%的小时数）；−τCF 单位燃料价格；−单位燃料发热量；−HF为启动分摊的维护费用−fSM2、机组发电费用模型机组发电费用可表示为（3.4.2）式中—机组在功率P时的单位时间发电费用；P —机组发电功率；CF—单位燃料价格；HF—单位燃料发热量；B—锅炉效率η3、UC的目标函数UC的目标函数为min = = （3.4.3）周期T内系统总费用；−式中−周期T内系统发电总费用；周期T内系统总启动费用；−机组m时段t发电功率；−m,t P−机组m时段t的启停状态，值为1表示运行，0则表示停机；机组m时段的发电费用；−m,tƒ−机组m到t时段累计停机时段数，0表示机组前一时段在运行，>0则表示机组已停运时段数；机组m时段t的启动费用。
电力系统中频率调节技术探讨
电力系统中频率调节技术探讨在现代社会中，电力系统就如同一个庞大而精密的“生命机体”，为我们的生产生活源源不断地输送着“能量血液”。
而在这个复杂的系统中，频率是一个至关重要的参数，它的稳定与否直接关系到电力系统的安全可靠运行以及电能质量的优劣。
频率调节技术，作为保障电力系统频率稳定的关键手段，其重要性不言而喻。
要理解频率调节技术，首先得清楚电力系统频率的概念。
简单来说，电力系统频率就是指交流电在单位时间内完成周期性变化的次数。
在我国，电力系统的标准频率是 50 赫兹（Hz），这意味着交流电每秒钟完成 50 个周期的变化。
如果电力系统的频率发生偏差，将会对各种电力设备和用户产生诸多不利影响。
比如，频率过低可能导致电动机转速下降，影响工业生产效率；频率过高则可能使电气设备过载，缩短其使用寿命。
那么，为什么电力系统的频率会发生变化呢？这主要是由于电力系统中的有功功率平衡被打破。
当电力系统中的有功功率输出大于有功功率需求时，系统频率会升高；反之，当有功功率输出小于有功功率需求时，系统频率会降低。
为了维持电力系统频率的稳定，就需要采取相应的频率调节技术。
在众多频率调节技术中，一次调频是电力系统频率调节的第一道防线。
它主要依靠发电机组的调速器自动调节机组的有功出力，以响应系统频率的变化。
当系统频率下降时，调速器会自动增加机组的有功出力；当系统频率升高时，调速器则会自动减少机组的有功出力。
一次调频的特点是响应速度快，但调节精度相对较低，只能在一定程度上缓解频率的变化。
与一次调频相比，二次调频则更加精确和主动。
二次调频通常由电力系统的调度部门根据系统频率的偏差，通过遥控或自动装置调整发电机组的有功出力。
常见的二次调频方法包括手动调频和自动调频。
手动调频需要调度人员根据经验和系统运行情况进行操作，灵活性相对较差；而自动调频则能够根据预设的算法和策略，快速、准确地调整发电机组的出力，提高了电力系统的频率稳定性。
除了发电机组的调节，负荷侧的管理也对电力系统频率调节起到了重要作用。
电力系统频率调整的基本原理
电力系统频率调整的基本原理负荷平衡是指通过对负荷进行合理调整，使得电网中的供需平衡，从而实现频率的稳定。
电力系统中的负荷主要包括个体用户的用电负荷和各种设备的运行负荷。
当负荷增加时，电网供电不足，系统频率将下降；而当负荷减少时，电网供电过剩，系统频率将上升。
为了保持电网频率稳定，需要及时调整负荷，使得供需平衡。
负荷调整的主要手段包括：调整发电机出力、调整变压器的转换等级、通过潮流控制降低负荷、启闭电源开关、合并或拆分供电网段等等。
发电机控制是指对发电机功率输出进行调节，以满足电力系统频率调整的需求。
发电机的转速与输出功率之间有一定关系，称为发电机的转速-功率特性曲线。
根据曲线上的一点，可以得出发电机此时的利用程度以及其输出功率。
当电力系统负荷增加时，需要增加发电机输出功率，因此需要提高发电机转速，使其更高效运行。
反之，当电力系统负荷减少时，需要减少发电机输出功率，因此需要降低发电机转速。
为了实现发电机的控制，需要采用自动调频（Automatic Generation Control, AGC）系统。
AGC系统主要包括测量环节、控制环节和执行环节。
测量环节通过各种测量仪表（如频率计、功率计等）获取当前系统的频率和负荷信息，以及各个发电机的输出功率信息。
控制环节根据测量结果以及预定的频率调整要求，计算出各发电机应有的负荷调整量，并将其作为控制命令发送给发电机控制器。
执行环节由发电机控制器负责接收控制命令，并通过调节发电机的燃料供给、励磁电流或转速等，实现发电机输出功率的调整。
为了实现电力系统频率调整的高效性和稳定性，各个发电机之间需要通过信号相互通信，以便协调调整功率输出。
通常采用电力系统自动化监测和控制（Supervisory Control and Data Acquisition, SCADA）系统来实现此功能。
SCADA系统通过通信网络和控制中心相连，接收和处理各个用户或发电厂的测量数据，并进行控制命令的下发和执行情况的监控。
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• 以上分析说明，当负荷功率增加导致频率降低时， 通过调速器调整原动机的出力，使其输出功率增 加，可使频率回升，但仍低于初始值； • 当负荷功率减少导致频率上升时，通过调速器调 整原动机的出力，使其输出功率减少、频率就会 下降，但仍高于初始值。 • 也就是说．这种频率调整是有差的。
（2）发电机组的功频静态特性
简称负荷功－频静特性，它取决于负荷的组成。由于 负荷类型不同，负荷的有功功率与系统频率的关系也 不同。负荷取用的有功功率有与频率无关的，还有与 频率一次方、二次方及高次方成正比的，其中，负荷 取用的有功功率与频率一次方成正比的占大多数。在 电力系统运行中，允许频率变化的范围为±(0.2～ 0.5)Hz，其值不大。 因此，在频率变化的过程中，实测得到的负荷功-频 静特性接近一直线 .
• 当负荷功率增加时，由于原动机输入功率未变，致使原动机转 轴上出现不平衡转矩，使得原动机转速降低。飞摆在弹簧力的 作用下相互靠拢，套筒便由A点下降到A/点。这时，油动机的 活塞上、下油压相等，B点不动，杠杆ACB就以B点为支点逆时 针旋转到A/C/B的位置。由于调频器没有动作，D点固定不动， 于是杠杆DFE就以D点为支点顺时针旋转到DF/E/的位置，错油 门活塞被迫下移，使a、b孔开启。压力油经b孔进入油动机下 部，推动其活塞上移，使汽轮机调速汽门开度增大，进汽量增 加，原动机的转速便开始回升。随着转速的回升，套筒从A/点 上移，同时，油动机活塞的上移使B点也随之上升。这样杠杆 ACB就平行上移，并带动杠杆DFE以D点为支点逆时针旋转。当c 点及杠杆DFE回复到原来位置时，错油门活塞就重新堵住a、b 油孔，油动机活塞上移停止，调节过程结束。由于进汽门开大， B点上移到B//，转速上升，套筒由A/点上移到A//点，但不能 回复到A点。ACB杠杆处于A//CB//的位置。 • 负荷减小时的调节过程可类似进行分析。
以标幺值表示为
fN PL PL / PLN kL f f / f N PLN
• • • •
式中 ——负荷的变化量； ——系统频率的变化量； ——系统额定运行频率； ——额定频率下的系统负荷。
k L 是电力系统调度部门应掌握的一个数据，实际系统中由实 测获得。一般系统的 k L 值为1～3，它表明频率变化1%时，
按备用形式分：
• 热备用及冷备用两种类型。 • 热备用(旋转备用)，是指运转中的发电设备可发最大 功率与系统发电负荷之差。 • 热备用容量储存于运行机组之中，能及时抵偿系统的 功率缺额。负荷备用容量和部分事故备用容量通常采 用热备用形式，并分布在各电厂或各运行机组之中。 • 冷备用(停机备用)则是指未运转但能随时启用的发电 设备可发最大功率。显然检修中的发电机组不属冷备 用。 • 冷备用容量储存于停运机组之中，检修备用和部分事 故备用多采用冷备用形式。动用冷备用时，需要一定 的启动、暖机和带负荷时间。火电机组需要的时间长， 一般25～50 MW的机组需1～2h，100MW的机组需4h， 300MW机组需10h以上。水电机组需要的时间短，从启 动到满负荷运行，一般不超过30min，快的只需要几分 钟。
（3）调频器的工作原理
• 从前面对调速器的工作原理分析可知，仅仅依 靠发电机的调速器及负荷的自动调整是不能维 持发电机的转速不变的，即不能维持系统的频 率不变。如果负荷功率的变化幅度较大，频率 偏移也就较大，有可能超出允许的范围。因此， 为了维持频率不变或限制频率偏移在允许范围 内，需要对频率做进一步的调整，即动用调频 器。下面以负荷增加的情况来说明其动作原理。
f0
发电机空载频率
Hale Waihona Puke PGN PGN kG 100 f0 f N f N %
k G
1 100 %
调差系数或与之对应的发电机的单位调节功率是可以整 定的，一般数值为： 汽轮发电机组 % =3～5 kG =33.3～20 水轮发电机组
%
=2～4
k G
=50～25
速器（满载的除外）自动动作，这就是系统的一次调频。但调
节容量有限。 (2) 当一次调频不能满足要求时，启动二次调频，即二次调频不是
所有发电机都参与。
4.4电力系统的频率调整
一、电力系统中有功负荷的变化 系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的 变动负荷组成：
目前，国内外原动机调速系统有很多类型，原理相差不大，下 面仅介绍最原始的机械调速系统－离心飞摆式调速系统。
弹簧 套筒
飞摆
B'
A
C C'
F F E E
B" B
A A 连接原动机 D 轴
1）组成 测速元件－飞摆、 弹簧和套筒。
放大元件－错油门。
a
b
油 动 机
压 力 油
执行部件－油动机。
错 油 门 调 频 器
1.0
P 1 P 2 P 3
0 1.0
f
图4. 1 有功负荷的频率静特性
PL 也称为负荷的频率调节效应系数， k L tg f
随频率变化的大小 。
（MW/Hz）
它反映了系统负荷对频率的自动调整作用。即负荷有功功率
不能人为整定，取决于全系统各类负荷的比重和性质。
• •
kL
k L
负荷备用：热备用 事故备用：冷、热均有 检修备用：冷备用
4.3 电力系统的频率特性
• 所谓频率特性，这里是指有功功率—频 率静态特性，简称功频静特性。 • 它反映稳态运行情况下有功功率和频率 变化的关系。 • 下面将介绍系统负荷的频率特性，发电 机组的频率特性。
• 4.3.1 电力系统负荷的频率特性 • 是指不考虑电压变化，在总负荷不变（负荷容 量不变)的情况下，负荷的有功功率与系统频率 变化的关系。
• 发电机组的有功功率与频率关系可用有 功功率-频率静态特性曲线表示，近似为 一直线
PG
图中直线斜率为负，其绝对值大小为
Pn PG kG tg （MW/Hz） f α KG——发电机单位调节功率，它反映系统频率变化fn
f
引起发电机输出功率的变化，可以看出二者变化方向 相反，即发电机输出功率增加时，频率是降低的。 发电机-频率特性中每一条斜线对应调频器的某一固 定位置，只有调速器动作的特性，即当负荷功率增加 导致频率下降时，调速器动作使发电机出力增加，当 负荷功率减少导致频率升高时，调速器动作使发电机
• 为保证频率质量及供电可靠性，负荷备用和事故 备用应全是热备用，但考虑运行的经济性热备用 容量又不宜过大。实际上热备用容量的大小不需 要按负荷备用和事故备用的总和来确定，两者是 可通用的。作为调频的负荷备用要随时应付系统 负荷的变化应全是热备用形式存在，但可将部分 事故备用以冷备用形式存在，在总的备用容量中， 热备用和冷备用的分配是有功功率电源的最优组 合问题，这个问题还处于继续深入研究之中，本 书不拟讨论。
系统有功电源所发的有功功率
在一般情况下，电力网有功损耗约占发电厂输出功率的 7%～8%；热电厂厂用电约占电厂出力的12%；凝汽式 火电厂厂用电约为5%～10%；水电厂厂用电约为1%； 核电厂厂用电约为5%～8%。
4.2.2
有功功率电源及备用容量
• 为了保证供电可靠性及电能质量合格，电力系 统有功电源容量必须大于包括用户最大有功功 率，网损及厂用电在内的全系统最大发电负荷。 • 电源容量大于发电负荷的部分称为系统的备用 容量。
出力减少
• 单位调节功率也可用标么值表示，即
PG PGN fN k G kG f f N PGN
• 通常，制造厂家提供的发电机组特性参 数不是单位调节功率，而是调差系数。 发电机组的单位调节功率与其调差系数 间有固定关系。发电机组的调差系数用 %来表示。
f0 f N % 100 fN
进 汽
转速控制部件－伺 服马达及蜗轮、蜗 杆传动机构，即调 频器。。
调 门速 汽
图10.2 离心飞摆式调速系统示意图
2）工作原理
• 正常运行时，发电机的输出功率与原动机的出 力平衡，发电机转速恒定，离心飞摆克服弹簧 的作用力和其自重而处于某一位置。此时，杠 杆ACB相应的处于水平位置，错油门活塞使a、 b孔堵塞，油动机将进汽门固定在一定的开度， 对应的频率为fA，在频率偏移的允许范围内保 持恒定。
• 在图4.2中，在外界信号（手动或自动操 PG 作）控制下，调频器转动蜗轮蜗杆，将D 点抬高，杠杆DE的F点不动，E点下降， 使错油门活塞再次向下移动，开启油道a、 b。压力油从b孔进入油动机活塞下部， 活塞向上移动，进一步加大汽门的开度， 原动机输入的功率进一步提高，转速增 大，频率升高，发电机输出有功功率增 f 加。同时，B点也进一步上升，使C点及F 点上升，并带动E点上升，错油门活塞再 图10. 4 发电机组频率静特性的平移 次将a、b孔堵住，调节过程结束，使机 组稳定在一个新的转速上。如果D点位置 调节得当，可使转速即频率回复原值。
0 1.0
可实现无差调节 这一调整过程（即D点的提升或下降）的结果，反映在机组的 功频静特性表现为特性线向上或向下的平行移动，
发电机功频特性小结：
(1) 调速器的作用
当 f 变化时，在发电机组技术条件允许范围内，由调速器自动地 改变气轮机的进汽量或水轮机的进水量，从而增减原动机的出 力，对 f 进行有差的自动调节——一次调频 (2) 调频器的作用 为使 f 维持不变，需要运行人员手动或由自动装置控制调频器， 增减发电机出力，对 f 进行进一步调整，可以是有差调节，也可 以实现无差调节 ——二次调频 讨论： (1) 调速器直接反映频率的大小，当频率偏移时，所有发电机的调
• 3）检修备用：为保证系统的发电设备进行定 期检修时不致影响供电，而在系统中留有的备 用容量。 • 发电设备的检修一般是分期分批安排在一年中 最小负荷季节(大修)和节假日(小修)进行。只 有当最小负荷期间的空余容量不能保证全部机 组周期性检修的需要时，才另设检修备用。一 般为系统最大有功负荷的8％～15％； • 4）国民经济备用：考虑用户的超计划生产， 新用户的出现等而设置的备用容量. • 这种备用容量的大小，要根据国民经济的增长 情况来确定，一般为最大发电负荷的（3～5） %。