电力系统频率调节

(4)电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，使异 步电动机和变压器的无功损耗增加，引起系统电压下降。频率下降还会 引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电压水平降低。
上一页 下一页 返回
4. 1电力系统的频率特性
4. 1 .3电力系统负荷的调节效应
1.调节效应 当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变，即
这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率一频率特性。 电力系统中各种有功负荷与频率的关系，可以归纳为以下几类。 (1)与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等。
上一页 下一页 返回
4. 1电力系统的频率特性
(2)与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、往复式水泵、压缩机、 卷扬机等。 (3)与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的涡流损耗，但这种损
图4 -5是3种典型的耗量特性与微增率曲线。
下一页 返回
4. 3电力系统频率及有功功率的自动调节
机组负荷发生变化时，耗量的变化是按照等微增率法则分配的，如图46所示。
图4-7为发电厂内n台机组按等微增率运行分配负荷时的示意图。
4. 3 .2发电厂之间负荷的经济分配
设有n个发电厂,每个发电厂承担的负荷P1， P2 ，… ， Pn,相应的燃料 消耗为F1， F2 ，… ， Fn,则全系统消耗的燃料为：
的缩写)(二次调整，10 s~3 min ); (3)按照经济调度控制(简称EDC，即英文(Economic Dispatch
Control)(三次调整，大于3 min ) . 2.自动发电控制的基本原理
上一页 下一页 返回
4. 3电力系统频率及有功功率的自动调节
图4 -8是最简单的AGC结构图，图中Pzd为输电线路功率的整定值， fzd 为系统频率整定值，P为输电线路功率的实际值，f为系统频率的实际值，
(4)优缺点。 ①各机组同时参加调频，没有先后之分。 ②计划外负荷在调频机组间是按一定的比例分配的。
上一页 下一页 返回
4. 2调频与调频方程式
③频率稳定值的偏差较大。 2.主导发电机法 (1)调频方程式:
上一页 下一页 返回
4. 2调频与调频方程式
(2)调频过程。无差调频系统原理图如图4-3所示。 (3)机组间有功功率的分配: 调频结束时: 各机组分担:
第一种负荷变化引起的频率偏移，一般利用发电机组上装设的调速器来 控制和调整原动机的输入功率，以维持系统的频率水平，称为频率的一 次调整。
上一页 下一页 返回
4. 1电力系统的频率特性
第二种负荷变化引起的频率偏移较大，仅仅靠调速器的控制作用往往不 能将频率偏移限制在允许范围内，这时必须由调频器参与控制和调整， 这种调整称为频率的二次调整。第三先编制的系统日负荷曲线主要反映这部分负 荷的变化规律。
第4章 电力系统频率调节
1 4. 1 电力系统的频率特性 2 4. 2 调频与调频方程式 3 4. 3 电力系统频率及有功功率的自动调节 4 4. 4 电力系统低频减载
返回
4. 1电力系统的频率特性
4. 1.1概述
电力系统的频率是指电力系统中同步发电机产生的正弦交流电压的频率， 是电力系统运行参数中重要的参数之一。在稳态运行条件下，所有发电 机同步运行，整个电力系统的频率是相等的。并列运行的每一台发电机 组的转速与系统频率的关系为:
1.有差调频法 (1)调频方程式。有差调频法指用有差调频器进行并联运行，达到系统
调频的目的的方法。有差调频器的稳态工作特性可以用下式表示，即:
(2)调频过程。调频器的调整是向着满足调频方程式的方向进行的，如图 4-2所示.
上一页 下一页 返回
4. 2调频与调频方程式
(3)机组间有功功率的分配。当系统中有n台机组参加调频，则
上一页 下一页 返回
4. 3电力系统频率及有功功率的自动调节
自动发电控制系统具有以下4个基本任务和目标。 ①使全系统的发电机输出功率和总负荷功率相匹配。 ②将电力系统的频率偏差调整控制到零，保持系统频率为额定值。 ③控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，以实现各个区域内有功
功率和负荷功率的平衡。 ④在区域网内各发电厂之间进行负荷的经济分配。 自动发电控制系统包括以下两大部分。 ①负荷分配器。 ②发电机组控制器。
Bf为频率修正系数，K(S)为外部控制回路，用来根据电力系统频率偏差 和输电线路上的功率偏差来确定输出控制信号，Pc为系统要求调整的控 制信号功率，N(S)为内部控制回路，用来控制调整调速器阀门开度，以 达到所需要的输出功率。 图4 -9为具有多台发电机的AGC系统， G1、G2、G3为发电机组;AGE称 为区域控制误差，用来根据系统频率偏差以及输电线路功率偏差来确定 输出控制信号;负荷分配器根据输入的控制信号大小及等微增率准则或其 他原则来控制各台发电机输出功率的大小。
4. 1. 2电力系统频率控制的必要性
1.频率对电力用户的影响 (1)电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化，这会使得电动机所驱
动的加工工业产品的机械转速发生变化。
上一页 下一页 返回
4. 1电力系统的频率特性
(2)系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能， 频率过低时有些设备甚至无法工作。这对一些重要工业和国防是不能允
上一页 下一页 返回
4. 1电力系统的频率特性
(2)下降到47 ~48 Hz时，由异步电动机驱动的送风机、吸风机、给水泵、 循环水泵和磨煤机等发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。
(3)核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率降到一 定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆停止运行。
电力系统负荷是不断变化的，而原动机输入功率的改变则较为缓慢，因 此系统中频率的波动是难免的。图4-1是电力系统中负荷瞬时变动情况 的示意图。从图中看出，负荷的变动情况可以分解成几种不同的分量:一 是变化周期一般小于10 s的随机分量;二是变化周期在10 s~3 min之间 的脉动分量，其变化幅度比随机分量要大些，如延压机械、电炉和电气 机车等。
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。
下一页 返回
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。
上一页 下一页 返回
4. 2调频与调频方程式
(4)优缺点。 ①各调频机组间的出力也是按照一定的比例分配的。 ②在无差调频器为主导调频器的主要缺点是各机组在调频过程中的作用
有先有后，缺乏“同时性”。 3.积差调频法(同步时间法) 积差调频法(或称同步时间法)是根据系统频率偏差的累积值进行工作的。 (1)单机积差调节的调频方程式为:
耗在电网有功损耗中所占比重较小。 (4)与频率的三次方成比例的负荷，如通风机、静水头阻力不大的循环
水泵等。 (5)与频率的更高次方成比例的负荷，如静水头阻力很大的给水泵等。 负荷的有功功率随着频率而变化的特性叫做负荷的静态频率特性。电力
系统负荷功率与频率的关系为:
上一页 下一页 返回
4. 1电力系统的频率特性
3.电力系统的有功功率控制 并联运行机组间的有功功率分配为:
上一页
返回
4. 2调频与调频方程式
调频器的控制信号有比例、积分、微分3种基本形式。 (1)比例调节，按频率偏移的大小，控制调频器按比例地增、减机组功率。 这种调频方式只能减小而不能消除系统的频率偏移。 (2)积分调节，按频率偏移对时间的积分来控制调频器。这种方式可以实
上一页 下一页 返回
4. 2调频与调频方程式
在频率积差调节的基础上增加频率瞬时偏差的信息。 (1)调频方程式: (2)调频过程。
上一页 下一页 返回
4. 2调频与调频方程式
(4)优缺点。 ①集中制调频的主要优点是各机组的功率分配是有比例的，也即式中的
ai, ai是按照经济分配的原则给出的。 ②主要缺点是各调频装置的误差会带来系统内无休止地功率交换。
上一页 下一页 返回
4. 1电力系统的频率特性
三是变化十分缓慢的持续分量并带有周期规律的负荷，大都是由于工厂 的作息制度、人民的生活习惯和气象条件的变化等原因造成的，这是负 荷变化中的主体，负荷预测中主要就是预报这一部分。
负荷的变化必将引起电力系统频率的变化，因此要求电力系统中发电机 发出的有功功率也要做相应的变化，以使系统在规定的频率水平上达到 功率平衡。
当频率下降时负荷从系统取用的有功功率将减小;系统频率升高时负荷从 系统取用的有功功率将增加。这种现象称为电力系统负荷的频率调节效 应，简称负荷调节效应，并用负荷调节效应系数来衡量负荷调节作用的 大小。
负荷调节效应与负荷的组成和比重有关。 2.电力系统频率控制的基本原理 电力系统中并联运行的发电机组都装有调速器。
上一页
返回
4. 3电力系统频率及有功功率的自动调节
4. 3. 1等微增率分配负荷的基本概念
微增率是指输入耗量微增量与输出功率微增量的比值。 等微增率法则，就是运行的发电机组按微增率相等的原则来分配负荷，
这样就可使系统总的燃料消耗(或费用)为最小。对应于某一输出功率时 的微增率就是耗量特性曲线上对应于该功率点切线的斜率，即:
上一页 下一页 返回
4. 1电力系统的频率特性
当系统负荷变化时，有可调容量的机组均参与频率的一次调整，而二次 调整只由部分发电厂承担。从是否承担频率的二次调整任务出发，可将 系统中所有发电厂分为调频厂和非调频厂两类。调频厂负责全系统的频 率调整任务;非调频厂在系统正常运行情况下只按调度控制中心预先安排 的负荷曲线运行，而不参加频率调整。选择调频电厂时，主要考虑下列 因素。
许的。 (3)电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带
动机械的转速和出力降低，影响电力用户设备的正常运行。 2.频率对电力系统的影响 (1)频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则
可能产生裂纹。对于额定频率为50 Hz的电力系统，当频率降低到45 Hz 附近时，某些汽轮机的叶片可能发生共振而断裂，造成重大事故。
上一页 下一页 返回
4. 2调频与调频方程式
(2)调频过程:单机调节过程如图4 -4所示。 (3)机组间有功功率的分配: (4)优缺点。 ①频率积差调节法的优点是能使系统频率维持稳定。 ②计划外的负荷能在所有参加调频的机组间按一定的比例进行分配。 ③缺点是频率积差信号滞后于频率瞬时值的变化，因此调节过程缓慢。 4.改进积差调频法
现无差调节，但负荷变动最初阶段，因控制信号不大而延缓了调节过程。 (3)微分调节，按频率偏移对时间的微分来控制调频器。在负荷变动最初 阶段，增、减调节较快，但随着时间推移△f趋于稳定时，调节量也就趋
于零，在稳态时不起作用。
下一页 返回
4. 2调频与调频方程式
这3种形式各有优缺点，应取长补短综合利用，将综合后的信号作为调 频器控制信号，改变功率给定值增量，直到控制信号为零时为止。常见 的频率和有功功率自动调节方法有以下几种。
上一页 下一页 返回
4. 3电力系统频率及有功功率的自动调节
4.3.3自动发电控制(AGC/EDC)功能
1.概述 电力系统中发电量的控制，一般分为以下3种情况。 (1)由同步发电机的调速器实现的控制(一次调整，10s) ; (2)由自动发电控制(简称AGC，即英文Automatic Generation Control
(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。
上一页 下一页 返回
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。