一次调频原理与作用
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在发生故障的情况下，性能优良的一次调频作用 是维持机组安全、电网稳定运行的有力保障。
2.控制对象概述
电力系统：主要由发电厂、变电站、输电线路和 电力用户四大部分组成。
为了提高供电的可靠性，通常将各个发电厂、变 电站通过超高压输电线路连接起来，组成一个容 量很大、地域很广的电网。电网中各个发电机组 输出的功率相互支援。
率可由下式给出：
NG
3UcIos
3UsEin
X
汽轮发电机组的转子运动方程为：
1 2JTddT2tNTNGNTW
电网电压
电
网
油开关
电流
电
网
油开关
变压器
总电抗
发电机电压
感应
Байду номын сангаас
电动势
励磁 发电机
定子
转 子
定
子
同 步 发电 机 概 念 示意图
3.电网调频原理
转子方程：机械功率NT与电磁功率NG和损耗功 率NTW之差对机组转子做功，引起转子动能变化。 因汽轮机的转子时间常数Ta及转子自平衡系数 βT较小，其自平衡能力很弱，需要良好的转速反 馈调节系统控制，才能维持转速稳定。
1 2 C T T a k d k d 2 T k t1 2 C D T D i d d i2 D it C T N T k C k T N T k W C k D N D i iC C N C j j
一次调频的原理与作用
电话:
主要内容
1.电网调频问题概述 2.控制对象概述 3.电网调频原理 4.发电机组转速调节系统 5.需要澄清的问题 6.改进传统DEH系统 7.总结
1.电网调频问题概述
电力部门的首要任务是持续稳定地向用户提供质 量（频率、电压等）符合国家规范要求的电能， 以保证国家经济建设、人民生产生活的需要。
用户负荷会随生产生活的需要而不断变化，发电 机组生产的功率也会随工艺过程变化，因此电网 有功功率总和的生产、消费间的平衡随时都会被 打破，从而引起供电频率变化。
有功功率利用现有的技术还不能廉价地大量储存。
发电机组生产的功率在一定范围内连续可调。
为了将电网频率控制在规定的范围内，在正常情 况下，通过调整发电机组生产的功率，使生产的 总功率随消费的总功率变化，两者达到动态平衡。
电网供电频率的稳定性和准确性，是供电质量的 重要指标。
国家规定额定供电频率为50Hz，频率允许偏差为 ±0.2Hz，对于小容量系统可放宽到±0.5Hz 。
从宏观上看电网各处的供电频率相等。 同步发电机组的转速与供电频率对应相等。 当电网中发电机组生产的有功功率总和大于电网
所消费的有关功率总和时，供电频率增大；反之 则减小。
当发生输电线路开关跳闸将某个局部电网从大电 网中分裂出来，形成小的孤立电网的情况时。若 调节系统的一次调频性能不完善，可能造成局部 电网供电频率大幅度波动，甚至出现大面积停电。
电网总负荷明显地表现为一种时变随机过程。 其 统计特性具有以下特点：变化很快的幅度很小、 变化周期较长的幅度较大、变化幅度很大的非常 缓慢。
电
所
变压器
当地输电电网
断路器
断路器
变压器
变压器
变压器
变压器
网
变
断路器
电
所
变压器
当地输电电网
断路器
断路器
变压器
变压器
发电机
发电机
用电户
发电机
用电户
发电机
用电户
电网结构示意图
在孤立小电网下，因单台发电机组的容量占电网 总容量的比例很大，发电机组输出的功率必须即 时跟随用户负荷而变，以维持供电频率稳定。当 单台机组进汽量变化时对电网频率影响很大。必 须具有良好的一次调频性能才能维持频率稳定。
随着电网容量的增大，电网功率负荷不平衡量相 对减小，因此电网容量越大供电频率稳定性越好。
在大电网下，因单台发电机组的容量占电网总容 量的比例很小，当单台机组进汽量变化时对电网 频率影响很小。表现为只是机组功率随之变化。
断路器 变压器
远
方
输
电
电
变
断路器
电
所
变压器
当地输电电网
断路器
断路器
变
断路器
对于幅度微小且变化很快的功率负荷不平衡扰动 量，由于电网中旋转机械的惯性作用（即自然调 频），即可维持供电频率稳定在规定的范围内。
对于幅度较小且变化较快的功率负荷不平衡扰动 量，利用电网的一次调频作用，即可维持供电频 率稳定在规定的范围内。
对于幅度较大且变化较慢的功率负荷不平衡扰动 量，可利用电网的二次调频作用，使供电频率恢 复到额定值。
地生产出电能。
汽轮机的机械功率正比于其进汽流量。
而流量又正比于蒸汽压力与进汽阀门有效开度之
积。因此，改变阀门开度或蒸汽压力，即可改变
机械功率。前者称为定压调节方式，后者称为滑
压调节方式。汽轮机调节系统通过改变调节阀开
度，使功率负荷达到平衡，最终达到稳定供电频
率的目的。
高压主汽阀 高压调节阀
再热主汽阀 再热调节阀
1 2JT dd T2tNT NGNTW
归一化后： Tadd TtTT(t)
转子时间常数：
Ta
J
T
2 e
N Ge
转子自平衡系数：
T
(NTWNT
)e
T
T
电网等效转子方程：所有净机械功率之和与所有负 载消耗功率之差对电网等效转子做功，引起等效转 子动能变化。
负荷
负荷变化曲线
时间
汽轮发电机组：
在锅炉中通过燃烧煤炭释放出热能。
水在锅炉中吸收热能后，转化为过热蒸汽。具有
热力势能的过热蒸汽进入汽轮机后膨胀做功，将
热力势能转换为驱动发电机组转子的机械功率。
发电机再将机械功率转换为电磁功率。做功后的
低能蒸汽在凝汽器中凝结成水。给水泵将水再打
入锅炉，强制形成连续循环，使发电机组可连续
通过发电机组上安装的转速反馈调节系统，即可 自动根据实际转速偏离额定值的程度来调节发电 机组生产的有功功率。
为了使电网中的发电机组均担功率负荷不平衡量， 且保证系统的稳定。此转速反馈调节系统（即一 次调频）要求采用比例调节方式，且比例系数基 本相等。比例调节使转速是有差的。
通过电网中调的积分调节作用，改变调频机组的 功率，使供电频率回到额定值（即二次调频） 。
锅
炉
过
再
热
热
器
器
汽轮机 高压缸
汽轮机 低压缸
低
压
高压逆止阀
旁
路
给水泵
凝汽器
电
网
油开关
发电机
冷却塔
空气
空气
循环泵
火力发电厂热力循环示意图
发电机：
同步发电机转子线圈励磁后，在汽轮机
的驱动下旋转。发电机定子线圈切割磁力线产生
感应电动势。当发电机出口开关闭合时，发电机
通过出口变压器与电网母线相连。发电机有关功
2.控制对象概述
电力系统：主要由发电厂、变电站、输电线路和 电力用户四大部分组成。
为了提高供电的可靠性，通常将各个发电厂、变 电站通过超高压输电线路连接起来，组成一个容 量很大、地域很广的电网。电网中各个发电机组 输出的功率相互支援。
率可由下式给出：
NG
3UcIos
3UsEin
X
汽轮发电机组的转子运动方程为：
1 2JTddT2tNTNGNTW
电网电压
电
网
油开关
电流
电
网
油开关
变压器
总电抗
发电机电压
感应
Байду номын сангаас
电动势
励磁 发电机
定子
转 子
定
子
同 步 发电 机 概 念 示意图
3.电网调频原理
转子方程：机械功率NT与电磁功率NG和损耗功 率NTW之差对机组转子做功，引起转子动能变化。 因汽轮机的转子时间常数Ta及转子自平衡系数 βT较小，其自平衡能力很弱，需要良好的转速反 馈调节系统控制，才能维持转速稳定。
1 2 C T T a k d k d 2 T k t1 2 C D T D i d d i2 D it C T N T k C k T N T k W C k D N D i iC C N C j j
一次调频的原理与作用
电话:
主要内容
1.电网调频问题概述 2.控制对象概述 3.电网调频原理 4.发电机组转速调节系统 5.需要澄清的问题 6.改进传统DEH系统 7.总结
1.电网调频问题概述
电力部门的首要任务是持续稳定地向用户提供质 量（频率、电压等）符合国家规范要求的电能， 以保证国家经济建设、人民生产生活的需要。
用户负荷会随生产生活的需要而不断变化，发电 机组生产的功率也会随工艺过程变化，因此电网 有功功率总和的生产、消费间的平衡随时都会被 打破，从而引起供电频率变化。
有功功率利用现有的技术还不能廉价地大量储存。
发电机组生产的功率在一定范围内连续可调。
为了将电网频率控制在规定的范围内，在正常情 况下，通过调整发电机组生产的功率，使生产的 总功率随消费的总功率变化，两者达到动态平衡。
电网供电频率的稳定性和准确性，是供电质量的 重要指标。
国家规定额定供电频率为50Hz，频率允许偏差为 ±0.2Hz，对于小容量系统可放宽到±0.5Hz 。
从宏观上看电网各处的供电频率相等。 同步发电机组的转速与供电频率对应相等。 当电网中发电机组生产的有功功率总和大于电网
所消费的有关功率总和时，供电频率增大；反之 则减小。
当发生输电线路开关跳闸将某个局部电网从大电 网中分裂出来，形成小的孤立电网的情况时。若 调节系统的一次调频性能不完善，可能造成局部 电网供电频率大幅度波动，甚至出现大面积停电。
电网总负荷明显地表现为一种时变随机过程。 其 统计特性具有以下特点：变化很快的幅度很小、 变化周期较长的幅度较大、变化幅度很大的非常 缓慢。
电
所
变压器
当地输电电网
断路器
断路器
变压器
变压器
变压器
变压器
网
变
断路器
电
所
变压器
当地输电电网
断路器
断路器
变压器
变压器
发电机
发电机
用电户
发电机
用电户
发电机
用电户
电网结构示意图
在孤立小电网下，因单台发电机组的容量占电网 总容量的比例很大，发电机组输出的功率必须即 时跟随用户负荷而变，以维持供电频率稳定。当 单台机组进汽量变化时对电网频率影响很大。必 须具有良好的一次调频性能才能维持频率稳定。
随着电网容量的增大，电网功率负荷不平衡量相 对减小，因此电网容量越大供电频率稳定性越好。
在大电网下，因单台发电机组的容量占电网总容 量的比例很小，当单台机组进汽量变化时对电网 频率影响很小。表现为只是机组功率随之变化。
断路器 变压器
远
方
输
电
电
变
断路器
电
所
变压器
当地输电电网
断路器
断路器
变
断路器
对于幅度微小且变化很快的功率负荷不平衡扰动 量，由于电网中旋转机械的惯性作用（即自然调 频），即可维持供电频率稳定在规定的范围内。
对于幅度较小且变化较快的功率负荷不平衡扰动 量，利用电网的一次调频作用，即可维持供电频 率稳定在规定的范围内。
对于幅度较大且变化较慢的功率负荷不平衡扰动 量，可利用电网的二次调频作用，使供电频率恢 复到额定值。
地生产出电能。
汽轮机的机械功率正比于其进汽流量。
而流量又正比于蒸汽压力与进汽阀门有效开度之
积。因此，改变阀门开度或蒸汽压力，即可改变
机械功率。前者称为定压调节方式，后者称为滑
压调节方式。汽轮机调节系统通过改变调节阀开
度，使功率负荷达到平衡，最终达到稳定供电频
率的目的。
高压主汽阀 高压调节阀
再热主汽阀 再热调节阀
1 2JT dd T2tNT NGNTW
归一化后： Tadd TtTT(t)
转子时间常数：
Ta
J
T
2 e
N Ge
转子自平衡系数：
T
(NTWNT
)e
T
T
电网等效转子方程：所有净机械功率之和与所有负 载消耗功率之差对电网等效转子做功，引起等效转 子动能变化。
负荷
负荷变化曲线
时间
汽轮发电机组：
在锅炉中通过燃烧煤炭释放出热能。
水在锅炉中吸收热能后，转化为过热蒸汽。具有
热力势能的过热蒸汽进入汽轮机后膨胀做功，将
热力势能转换为驱动发电机组转子的机械功率。
发电机再将机械功率转换为电磁功率。做功后的
低能蒸汽在凝汽器中凝结成水。给水泵将水再打
入锅炉，强制形成连续循环，使发电机组可连续
通过发电机组上安装的转速反馈调节系统，即可 自动根据实际转速偏离额定值的程度来调节发电 机组生产的有功功率。
为了使电网中的发电机组均担功率负荷不平衡量， 且保证系统的稳定。此转速反馈调节系统（即一 次调频）要求采用比例调节方式，且比例系数基 本相等。比例调节使转速是有差的。
通过电网中调的积分调节作用，改变调频机组的 功率，使供电频率回到额定值（即二次调频） 。
锅
炉
过
再
热
热
器
器
汽轮机 高压缸
汽轮机 低压缸
低
压
高压逆止阀
旁
路
给水泵
凝汽器
电
网
油开关
发电机
冷却塔
空气
空气
循环泵
火力发电厂热力循环示意图
发电机：
同步发电机转子线圈励磁后，在汽轮机
的驱动下旋转。发电机定子线圈切割磁力线产生
感应电动势。当发电机出口开关闭合时，发电机
通过出口变压器与电网母线相连。发电机有关功