电力系统频率及有功功率的自动调节
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电力系统有功功率及频率调整ppt课件
系统备用容量一般分负荷备用、事故备用、检修备用 和国民经济备用等。
（1）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。负荷备用容量的大小应根据系 统负荷的大小、运行经验并考虑系统中各类用电的比重确定。 一般为最大负荷的2％一5％，大系统采用较小数值，小系统 采用较大数值
2、发电机组的有功功率—频率静态特性 1. 概念介绍 1) 发电机的单位调节功率：发电机组原动机或电源频 率特性的斜率。
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。
2) 发电机是调差系数：单位调节功率的倒数。
发电机的单位调节功率与调差系数的关系：
一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：
和不等式约束条件
的前提下，使目标函数
为最优
有功负荷的最优分配的目的在于：在供应同样大小 负荷有功功率n pGi的前提下，单位时间内的能源消耗最少。 这目标函数应该i1 是总耗量。原则上，这总耗量应与所有 变量有关，但通常认为，它只是各发电设备所发有功功 率 的p函Gi数，即目标函数可写作
等式约束条件：有功功率必须保持平衡的条件。 对于每个节点：
第五章 电力系统有功功率的平衡和 频率调整
❖ 第一节 电力系统中有功功率的平衡 ❖ 第二节 电力系统的频率调整
第一节 电力系统中有功功率的平衡
一、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响
系统频率的变化将引起工业用户的电动机转速的变化， 这将影响产品的质量。当频率降低，使电动机有功功率降 低，将影响所有的转动机械的出力。频率的不稳定，将会 影响电子设备的准确性。
原则（1）充分利用水源。 （2）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。 （3）尽量降低火力发电成本。 根据上述原则，在夏季丰水期和冬季枯水期各类电厂在
（1）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。负荷备用容量的大小应根据系 统负荷的大小、运行经验并考虑系统中各类用电的比重确定。 一般为最大负荷的2％一5％，大系统采用较小数值，小系统 采用较大数值
2、发电机组的有功功率—频率静态特性 1. 概念介绍 1) 发电机的单位调节功率：发电机组原动机或电源频 率特性的斜率。
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。
2) 发电机是调差系数：单位调节功率的倒数。
发电机的单位调节功率与调差系数的关系：
一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：
和不等式约束条件
的前提下，使目标函数
为最优
有功负荷的最优分配的目的在于：在供应同样大小 负荷有功功率n pGi的前提下，单位时间内的能源消耗最少。 这目标函数应该i1 是总耗量。原则上，这总耗量应与所有 变量有关，但通常认为，它只是各发电设备所发有功功 率 的p函Gi数，即目标函数可写作
等式约束条件：有功功率必须保持平衡的条件。 对于每个节点：
第五章 电力系统有功功率的平衡和 频率调整
❖ 第一节 电力系统中有功功率的平衡 ❖ 第二节 电力系统的频率调整
第一节 电力系统中有功功率的平衡
一、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响
系统频率的变化将引起工业用户的电动机转速的变化， 这将影响产品的质量。当频率降低，使电动机有功功率降 低，将影响所有的转动机械的出力。频率的不稳定，将会 影响电子设备的准确性。
原则（1）充分利用水源。 （2）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。 （3）尽量降低火力发电成本。 根据上述原则，在夏季丰水期和冬季枯水期各类电厂在
电力系统频率及有功功率的自动调节
例1： a0 30% a1 40% a2 10% a3 20%
计算负荷的频率调节效应系数以及频率由50Hz下降1Hz时负荷功率变化。
* KL a1 2a2 f * 3a3 f *2 40% 2 10% 3 20% 1.2 1 * * * PL K L f 1.2 0.024 50 50 1 * f 0.98 50 * PL 30% 40% 0.98 10% 0.982 20% 0.983 0.9763 * P 1 0.9763 * * L P KL 1 . 186 L 0.9763 1 0.0237 * 6 f 1 / 50
R
1 1 1 1 R1 R2 Rn
f RnPcn 0
若系统增加负荷
1 1 1 f PL f R R R R 2 n 1
PL
R Pci PL Ri i 1,2,, n
15
f R PL 0
fdt K
若系统增加负荷
n
集中制积差调频：
集中由一个地方（如调度部门）高精度测 频和计算频差积分，然后通讯传送给各调频厂， 不过要占用远方通讯通道
Pcn 0
分散制积差调频：
由各调频厂高精度测频和计算频差积分， 不过难以保证各调频厂测量值一样，易混乱
1 1 1 PL K K K fdt 2 n 1
电力系统电压调整：就地无功平衡，分别调节节点电压 频率调整：全系统必须统一调整，另外还要考虑经济运行 最终是
f 0
13
主调频厂的选择：
具有足够的调频容量和调整范围 具有与负荷变化相适应的调整速度 调整出力符合安全及经济运行原则
第三章电力系统频率及有功功率的自动调节_电力系统自动化
在稳态下，配有调速器的发电机组转速n与所带有功功率P的关系..
n no nN n △f △P f
若发电机组原在（PN，nN） 点，当有功变化为P时，调 速器调节后，机组运行在 （P，n）,n≠ nN因此又称为 有差调节特性。
PN
P
PG
1.速度变动率R（调速系统静态特性的斜率）： 当发电机有功功率从0增加到PN时，转速从n0 变到nN, R=no-nN
b1＞b2:1号机组的功率减少 △P,其功率变为P1 ,相应的微增率 减小至b1 ;2号机组增加相同的△P,其功率变为P2 相应的微增率 增大至b2 1号机组减少的燃料消耗费用大于2号机组增加的消耗费用, 负荷转移可使消耗费用减少,当b1等于b2时,总的燃料消耗费用为
, , , ,
最小即最经济.
系统中并联运行的发电机组经济调度的准则是: 各机组的微增率相等
负荷变化较大时，调整结束时频率与额定值偏差较大——调节结果有差； 频率的二次调整通过调频器反应系统频率变化，调节原动力阀门开度
调节转速，表现为一条调节特性上、下平移，可以保证调整结束时频率与 额定值偏差很小或趋于零——调节结果是无差的；
复习思考
• • • 1.频率和有功功率调节的主要任务是什么? 2.在电力系统中,有了调速器对频率的一次调节, 为什么还要引入调频器,进行二次调节? 3.调速器的失灵区对频率调整有何影响?
×100%
nN
2.发电机组的频率调节方程 :
Δf* + R* · ΔPf* = 0
(三)调节特性的失灵区ε（迟缓率）
1．定义：由于测量元件的不灵敏性, 调速系统对于微小的转速
变化不能反应,调节特性实际上是一条具有一定宽度
f
不灵敏的带子, 称为失灵区。
n no nN n △f △P f
若发电机组原在（PN，nN） 点，当有功变化为P时，调 速器调节后，机组运行在 （P，n）,n≠ nN因此又称为 有差调节特性。
PN
P
PG
1.速度变动率R（调速系统静态特性的斜率）： 当发电机有功功率从0增加到PN时，转速从n0 变到nN, R=no-nN
b1＞b2:1号机组的功率减少 △P,其功率变为P1 ,相应的微增率 减小至b1 ;2号机组增加相同的△P,其功率变为P2 相应的微增率 增大至b2 1号机组减少的燃料消耗费用大于2号机组增加的消耗费用, 负荷转移可使消耗费用减少,当b1等于b2时,总的燃料消耗费用为
, , , ,
最小即最经济.
系统中并联运行的发电机组经济调度的准则是: 各机组的微增率相等
负荷变化较大时，调整结束时频率与额定值偏差较大——调节结果有差； 频率的二次调整通过调频器反应系统频率变化，调节原动力阀门开度
调节转速，表现为一条调节特性上、下平移，可以保证调整结束时频率与 额定值偏差很小或趋于零——调节结果是无差的；
复习思考
• • • 1.频率和有功功率调节的主要任务是什么? 2.在电力系统中,有了调速器对频率的一次调节, 为什么还要引入调频器,进行二次调节? 3.调速器的失灵区对频率调整有何影响?
×100%
nN
2.发电机组的频率调节方程 :
Δf* + R* · ΔPf* = 0
(三)调节特性的失灵区ε（迟缓率）
1．定义：由于测量元件的不灵敏性, 调速系统对于微小的转速
变化不能反应,调节特性实际上是一条具有一定宽度
f
不灵敏的带子, 称为失灵区。
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。
电力系统的有功功率和频率调整
高温高压－效率高，灵活调节的范围窄 中温中压－效率较低，但灵活调节的范围较宽 低温低压－技术经济指标最差，应淘汰 热电厂（供热式火力发电厂）效率高，最小负荷取决于 热负荷（强迫功率）
21
第二节 电力系统有功功率的最优分配
核电厂
反应堆的负荷没有限制 汽轮机的技术最小负荷为额定负荷的10%-15% 反应堆和汽轮机退出运行和再度投入或承担急
转动到DE’，使F点下降至F’和E点下降至E’。
38
测速元件 调频器
执行机构
39
第三节 电力系统的频率调整
错油门活塞下移使油管a、b的小孔开启，压力油 经b进入油动机活塞下部，活塞上部的油经a流入 错油门上部。
8
第一节 电力系统有功功率的平衡
说明：
担任二次调整任务的发电厂称为调频厂，其母 线通常可设为潮流计算中的平衡节点。
三次调整中按给定负荷曲线发电的发电厂称为 负荷监视厂。
近年来我国出现的一种新的调整手段—负荷控 制：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 方将其部分或全部切除的控制方式。
26
第二节 电力系统有功功率的最优分配
2.2 各类发电厂的合理组合
基荷和峰荷的概念
基荷：日负荷曲 P
线最低点以下的
部 分 ， 24 小 时 内峰荷不变。峰荷：基荷和最 大负荷之间的部 分，经常变动。
基荷
t
27
第二节 电力系统有功功率的最优分配
各类发电机的组合顺序 火电厂以承担基本不变的负荷为宜。高温高 压电厂优先投入，中温中压电厂其次。 核电厂原则上应承担额定容量负荷 无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库 水电厂的强迫功率应首先投入 有调节水库水电厂的可调功率：丰水期优先 投入；枯水期后投入 抽水蓄能电厂承担高峰负荷
21
第二节 电力系统有功功率的最优分配
核电厂
反应堆的负荷没有限制 汽轮机的技术最小负荷为额定负荷的10%-15% 反应堆和汽轮机退出运行和再度投入或承担急
转动到DE’，使F点下降至F’和E点下降至E’。
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测速元件 调频器
执行机构
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第三节 电力系统的频率调整
错油门活塞下移使油管a、b的小孔开启，压力油 经b进入油动机活塞下部，活塞上部的油经a流入 错油门上部。
8
第一节 电力系统有功功率的平衡
说明：
担任二次调整任务的发电厂称为调频厂，其母 线通常可设为潮流计算中的平衡节点。
三次调整中按给定负荷曲线发电的发电厂称为 负荷监视厂。
近年来我国出现的一种新的调整手段—负荷控 制：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 方将其部分或全部切除的控制方式。
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第二节 电力系统有功功率的最优分配
2.2 各类发电厂的合理组合
基荷和峰荷的概念
基荷：日负荷曲 P
线最低点以下的
部 分 ， 24 小 时 内峰荷不变。峰荷：基荷和最 大负荷之间的部 分，经常变动。
基荷
t
27
第二节 电力系统有功功率的最优分配
各类发电机的组合顺序 火电厂以承担基本不变的负荷为宜。高温高 压电厂优先投入，中温中压电厂其次。 核电厂原则上应承担额定容量负荷 无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库 水电厂的强迫功率应首先投入 有调节水库水电厂的可调功率：丰水期优先 投入；枯水期后投入 抽水蓄能电厂承担高峰负荷
第五章电力系统频率及有功功率的自动调节
•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：
•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：
《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。
88
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
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。
88
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
第3章_电力系统频率及有功功率的自动调节
§3-2 调速器的基本原理及特性
二、模拟电气液压调速器
图3-12 磁阻发生器
§3-2 调速器的基本原理及特性
二、模拟电气液压调速器
图3-13 频率-电压变送器原理框图
图3-14 频率-电压变送器的工作电压波形
§3-2 调速器的基本原理及特性
二、模拟电气液压调速器
图3-16 霍尔效应
§3-2 调速器的基本原理及特性
§3-4 自动发电控制技术（AGC）
二、 AGC的控制目标与模式 2．AGC的控制模式 AGC的控制模式有很多种，目前系统中主要应用的模式有以下三种：
(1) 定频率控制方式(CFC 或FFC)。在这种模式下，AGC 将控制机组 增、减出力来维持系统频率为恒定的计划值。
区域控制偏差为
ACE K f f
§3-4 自动发电控制技术（AGC）
二、 AGC的控制目标与模式 (2) 定联络线交换功率控制方式(CIC或CNIC)。在这种模式下，AGC 将控 制机组增、减出力来维持联络线交换功率为计划值。
区域控制偏差为
ACE P
控制调频机组保持交换功率恒定，而对系统的频率并不控制。这种 方式适用于两个电力相同间按照协议交换功率的情况。它要求保持联络 线上功率不变，而频率则要求通过两个相邻系统同时调整发电机的功率 来维持。
§3-3 电力系统的自动调频
二、无差调频法
调节方程式为
K i PC fdt 0 PC K I fdt
多台发电机组进行积差调频 时，调节方程式为
K i1 PC1 fdt 0 K i 2 PC 2 fdt 0 K in PCn fdt 0
图3-23 AGC总体机构
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。
电力系统自动化第3章电力系统频率及有功功率的自动调节全文编辑修改
水泵、循环水泵和磨煤机等火电厂厂用机械的出力随之下降，使火电
厂锅炉和汽轮机的出力随之下降，从而使火电厂发电机发出的有功功
率下降，这种趋势如果不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率
下降到不能允许的程度，这种现象称为频率雪崩。
出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。
培训专用
(二)频率对电力系统的影响
培训专用
第三种负荷变化，调度部门的计划
内负荷，这称为频率的三次调整。
二、电力系统负荷的功率—频率特性
1、负荷的功率—频率特性定义：
•
当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着
改变，即
P F( f )
L
•
这种有功负荷随频率而改变的特性称为负荷的功
率—频率特性，即负荷的静态频率特性。
培训专用
2、电力系统的负荷类型
也随季度及昼夜交替导致负荷组成
的改变而变化。
δ是调度部门必须掌握的一个数据！
培训专用
tan
p
f
L
三、发电机组的功率—频率特性
发电机组的功率—频率特性定义：
通常把由于频率变化而引起发电机组输出功率变化的
关系称为发电机组的功率—频率特性或调节特性。
发电机组的功率—频率特性取决于调速系统的特性。
P
Gi
PLj PLSk 0
培训专用
2. 提高电力系统运行的经济性
电力系统经济调度包括两个方面：
•
第一，在某一负荷情况下，哪些机组投入电力系统运行；
需要考虑发电机组的效率、各种发电机组(水电、火电、核电)的
协调、电力系统网损等问题，目的是提高电力系统运行的经济性，降
低电能成本。
厂锅炉和汽轮机的出力随之下降，从而使火电厂发电机发出的有功功
率下降，这种趋势如果不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率
下降到不能允许的程度，这种现象称为频率雪崩。
出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。
培训专用
(二)频率对电力系统的影响
培训专用
第三种负荷变化，调度部门的计划
内负荷，这称为频率的三次调整。
二、电力系统负荷的功率—频率特性
1、负荷的功率—频率特性定义：
•
当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着
改变，即
P F( f )
L
•
这种有功负荷随频率而改变的特性称为负荷的功
率—频率特性，即负荷的静态频率特性。
培训专用
2、电力系统的负荷类型
也随季度及昼夜交替导致负荷组成
的改变而变化。
δ是调度部门必须掌握的一个数据！
培训专用
tan
p
f
L
三、发电机组的功率—频率特性
发电机组的功率—频率特性定义：
通常把由于频率变化而引起发电机组输出功率变化的
关系称为发电机组的功率—频率特性或调节特性。
发电机组的功率—频率特性取决于调速系统的特性。
P
Gi
PLj PLSk 0
培训专用
2. 提高电力系统运行的经济性
电力系统经济调度包括两个方面：
•
第一，在某一负荷情况下，哪些机组投入电力系统运行；
需要考虑发电机组的效率、各种发电机组(水电、火电、核电)的
协调、电力系统网损等问题，目的是提高电力系统运行的经济性，降
低电能成本。
船电设备——第十五章电力系统频率及有功功率自动调整
结论： 结论：
负荷调节效应，对于限制系统频率变化是有利的， 负荷调节效应，对于限制系统频率变化是有利的， 但只依靠这个效应，频率的变化将是很大的。 但只依靠这个效应，频率的变化将是很大的。为了保证 系统的频率变化在一定的允许范围内， 系统的频率变化在一定的允许范围内，发电机组必需配 置（用以维持转速恒定的）调速器。 用以维持转速恒定的）
f
f0
1 1' 2' 2
P 1 2
0
P 1
P
转移过程: 为保持电网的频率稳定，在转移负载时， 转移过程: 为保持电网的频率稳定，在转移负载时，
必须同时向相反方向调节两机组的调速控制开关。 必须同时向相反方向调节两机组的调速控制开关。 1号机组减油门，曲线下移（负荷减小） 号机组减油门，曲线下移（负荷减小） 2号机组增油门，曲线上移（负荷增大） 号机组增油门，曲线上移（负荷增大）
2
去磁电枢反应
E0↓
15.1. 15.1. 电力系统有功功率自动调整基础知识 1.电力系统频率波动的原因及其影响 1.电力系统频率波动的原因及其影响 pn 的关系： 电网频率f 与发电机转速n的关系： f = 60
的变化导致电网频率 即：发电机转速n的变化导致电网频率 的变化 发电机转速 的变化导致电网频率f 与油门有关） 设原动机输入功率为PT（与油门有关），发电机负荷功率为PF 时输入与输出功率平衡，系统转速（即频率）不变。 当PT＝PF时输入与输出功率平衡，系统转速（即频率）不变。 如果系统中的负荷突然变化使发电机输出功率增加△PF，而由 于机械惯性， 于机械惯性，原动机的输入功率还来不及变化
输出电功率sui有功puicos同步发电机的负载运行输出无功q从而导致端电压下降为维持端电压不变则需增大励磁电流i若输出无功q不变增大励磁电流i则端电压u上升输出有功p下降为维持不变则需增大原动机输入功率柴油机油门若输出有功p不变增大油门则端电压频率上升若输出无功q励磁电流i端电压u输出有功p油门频率60pn电网频率f与发电机转速n的关系
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
电力系统自动化----第三版(王葵、孙莹编)第三章电力系统频率及有功功率的自动调节
*
*
配有调速系统的发电机组的功率-频率特性
图3-4 发电机组的功率—频率特性
（3-7）
－ 发电机组的输出功率增量； －对应于频率增量。
调差系数：
*
调差系数R的标幺值表示为
（3-8）
或写成
（3-9）
（3-9）式又称为发电机的静态调节方程。
*
发电机组调差系数主要决定于调速器的静态调节特性，它与机组间有功功率的分配密切相关。
——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：
*
图3-5 两台发电机并联运行情况
在发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比 调差系数小的机组承担的负荷增量要大，而调差系数大的机组承担的负荷增量要小。 电力系统中，如果多台机组调差系数等于零是不能并联运行的; 多台机组中有一台机组的调差系数等于零，也是不现实的。 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。
（3-2）
将上式除以 ，则得标么值形式，即
(3-1)式或(3-2)式称为电力系统有功负荷的静态频率特性方程。
*
图3-2 负荷的静态频率特性
负荷的频率调节效应
*
定义为负荷的频率调节效应系数。
（3-3）
为了反映有功功率随频率变化的程度，将
（3-16）
设系统的总负荷增量为 ，则调节过程结束时，必有
（3-17）
右端 是系统的等值调差系数。
调节过程
*
式（3-15）、式（3-16）、式（3-19）说明有差调频器具有下述优缺点。
可以求得每台调频机组所承担的计划外负荷为
（3-19）
当系统出现新的频率差值时，各调频器方程式的原有平衡状态同时被打破，因此各调频器都向同一个满足方程式的方向进行调整，同时发出改变有功出力增量 的命令。调频器动作的同时性，可以在机组间均衡的分担计划外负荷，有利于充分利用调频容量。
*
配有调速系统的发电机组的功率-频率特性
图3-4 发电机组的功率—频率特性
（3-7）
－ 发电机组的输出功率增量； －对应于频率增量。
调差系数：
*
调差系数R的标幺值表示为
（3-8）
或写成
（3-9）
（3-9）式又称为发电机的静态调节方程。
*
发电机组调差系数主要决定于调速器的静态调节特性，它与机组间有功功率的分配密切相关。
——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：
*
图3-5 两台发电机并联运行情况
在发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比 调差系数小的机组承担的负荷增量要大，而调差系数大的机组承担的负荷增量要小。 电力系统中，如果多台机组调差系数等于零是不能并联运行的; 多台机组中有一台机组的调差系数等于零，也是不现实的。 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。
（3-2）
将上式除以 ，则得标么值形式，即
(3-1)式或(3-2)式称为电力系统有功负荷的静态频率特性方程。
*
图3-2 负荷的静态频率特性
负荷的频率调节效应
*
定义为负荷的频率调节效应系数。
（3-3）
为了反映有功功率随频率变化的程度，将
（3-16）
设系统的总负荷增量为 ，则调节过程结束时，必有
（3-17）
右端 是系统的等值调差系数。
调节过程
*
式（3-15）、式（3-16）、式（3-19）说明有差调频器具有下述优缺点。
可以求得每台调频机组所承担的计划外负荷为
（3-19）
当系统出现新的频率差值时，各调频器方程式的原有平衡状态同时被打破，因此各调频器都向同一个满足方程式的方向进行调整，同时发出改变有功出力增量 的命令。调频器动作的同时性，可以在机组间均衡的分担计划外负荷，有利于充分利用调频容量。
第四章电力系统频率和有功功率自动控制第四章电力系统频率
第四章 电力系统频率和有功功率控制第一节 电力系统频率和有功功率调整的必要性一、 电力系统频率与有功功率的关系 频率、电压是电网电能质量的二大指标。
频率变化原因：负荷变动导致有功功率的不平衡。
变化过程：负荷变化→发电机转速变化→频率变化→负荷的调节效应→新频率下达到平衡。
消除偏移：原动机输入功率大小随负荷变动而改变。
结论：① 电网仅一个频率；② 电网可在偏离额定频率下稳定运行；（0.2Hz ） ③ 频率调整依靠有功进行调整；④ 维持电网频率，调速器调整原动机输入，跟踪负荷变化。
⑤ 转速与频率关系：60pn f二、 电网频率对电能用户及电力系统的影响 对用户影响：① 异步机：转速变化影响产品质量；电机输出功率变化影响输出功率大小。
② 电子测量设备：影响测量精度。
③照明、电热负荷：影响小。
对电网影响：①汽轮机叶片：振动、裂纹，影响寿命。
②火电厂：低于48Hz→辅助电机（送风、给水、循环、磨煤等）出力下降→锅炉、汽轮机出力下降→有功出力下降→频率进一步下降→恶性循环（频率雪崩）。
③电网电压：频率下降→异步机、变压器励磁电流增大，无功损耗增大。
发电机励磁电压下降→系统电压下降→有可能导致系统电压雪崩（大面积停电）。
④核电厂：频率下降→冷却介质泵跳开→反应堆停运。
第二节同步发电机调速器基本原理一、机械液压调速器（离心式调速器）原理简介组成: 测速环节、执行放大环节、转速给定装置①测速环节：主轴带动的齿轮传动机构和离心飞摆。
转速n上升→ A点上移（升高）；转速n下降→A点下移（降低）；②执行放大环节：错油门＋油动机。
稳定状态：错油门活塞堵死油动机活塞二个油管路，油动机上下油压相等，调节汽阀开度不变。
F上升→上管进油→活塞向下→汽阀开度减小→转速下降；F下降→下管进油→活塞向上→汽阀开度增大→转速上升；放大作用：小力量作用于F点，通过高压油作用，在活塞出生较大作用力。
③转速给定装置：同步器。
控制电机的正转、反转，使D点上下移动。
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)
page8
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
page11
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
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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,
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
引起频率单位变化时的负荷变化量。
14
第十四页，共96页。
标幺值表示
K KG K D
PD 0
f
K G
PGN
PD 0
PDN
K D
fN
fN
f
等式两端同除以PDN/fN
K G
PGN
PD 0 PDN
PD 0
K D
PDN
f f N
f
K * k r K G K D
（3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律
根据预测负
荷，在各机
组间进行最
优负荷分配
电力系统的经济运行调度（发电计划）
6
第六页，共96页。
4 有功功率平衡与备用容量
– 有功功率平衡：
P P P
Gi
Di
loss
–备用容量：15%～20%
• 作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量应大于
3有功功率负荷的变化及其调整
负荷总的变化情况
随机分量
脉冲分量
持续分量
5
第五页，共96页。
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：
（1）变动周期小于10s，变化幅度小:小操作、线路摇摆等
调速器
频率的一次调整
（2）变动周期在（10s，180s），变化幅度较大：大电机、电
炉启停
调频器
频率的二次调整
f
P2 P1
P
若2为额定运行点，1为空载
运行点：
P2 PGN
f2 f N
P1 0
f1 f 0
f / f N
14
第十四页，共96页。
标幺值表示
K KG K D
PD 0
f
K G
PGN
PD 0
PDN
K D
fN
fN
f
等式两端同除以PDN/fN
K G
PGN
PD 0 PDN
PD 0
K D
PDN
f f N
f
K * k r K G K D
（3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律
根据预测负
荷，在各机
组间进行最
优负荷分配
电力系统的经济运行调度（发电计划）
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第六页，共96页。
4 有功功率平衡与备用容量
– 有功功率平衡：
P P P
Gi
Di
loss
–备用容量：15%～20%
• 作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量应大于
3有功功率负荷的变化及其调整
负荷总的变化情况
随机分量
脉冲分量
持续分量
5
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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：
（1）变动周期小于10s，变化幅度小:小操作、线路摇摆等
调速器
频率的一次调整
（2）变动周期在（10s，180s），变化幅度较大：大电机、电
炉启停
调频器
频率的二次调整
f
P2 P1
P
若2为额定运行点，1为空载
运行点：
P2 PGN
f2 f N
P1 0
f1 f 0
f / f N