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1、第 5 章 电力系统电力系统的有功功率和频率调整的有功功率和频率调整 2021/9/211基本内容u有功平衡与频率变化的关系有功平衡与频率变化的关系（补充）（补充）u本章主要内容及其关系本章主要内容及其关系u5.1 5.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡u5.2 5.2 电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配u5.3 5.3 电力系统的频率调整电力系统的频率调整2021/9/212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：发电机的电磁功率PGi与原动机的机械功率与原动机的机械功率PTi之间的平衡。之间的平衡。原动机惯性大，有功调节慢，无法时刻保
2、持原动机惯性大，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，而只能保与瞬变负荷及发电机功率的平衡，而只能保证证动态平衡动态平衡，相应频率也只能保持，相应频率也只能保持动态稳定动态稳定。发电机组发电机组原动机发电机原动机发电机电力系统的有功平衡电力系统的有功平衡：发电机与负荷之间的电磁功率平衡，时刻平衡：发电机与负荷之间的电磁功率平衡，时刻平衡推力推力阻力阻力发电机组的发电机组的有功平衡与有功平衡与频率的关系频率的关系频率变化反映机组的有功平衡关系，是机组有功调节的依据。频率变化反映机组的有功平衡关系，是机组有功调节的依据。有功平衡与频率变化的关系有功平衡与频率变化的关系2021/9/
3、213本章主要内容及其关系本章主要内容及其关系目标：保证频率的质量与稳定，满足有功调度的经济与可靠性要求目标：保证频率的质量与稳定，满足有功调度的经济与可靠性要求负荷的变动类型负荷的变动类型频率的调整方法频率的调整方法发电机的电磁有功变化类型发电机的电磁有功变化类型原动机的有功调整方法原动机的有功调整方法各类机组的有功调节特性各类机组的有功调节特性有功备用容量的概念有功备用容量的概念一次调频一次调频二次调频二次调频三次调频三次调频频率变化与功率调频率变化与功率调整量的定量关系整量的定量关系偶然性偶然性冲击性冲击性周期性周期性2021/9/2145.1 5.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中
4、有功功率的平衡基本概念基本概念l负荷变动的类型及其特点？负荷变动的类型及其特点？l频率调整的方法及其特点？频率调整的方法及其特点？l负荷变动与频率调整的关系？负荷变动与频率调整的关系？l什么是可供调度的系统电源容量、备用容量、什么是可供调度的系统电源容量、备用容量、热备用和冷备用、负荷备用（事故备用、检修热备用和冷备用、负荷备用（事故备用、检修备用、国民经济备用）？备用、国民经济备用）？l两类备用容量的关系？两类备用容量的关系？2021/9/2155.1 5.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡l5.1.1 5.1.1 有功功率负荷的变动和调整控制有功功率负荷的变动和调整控制（
5、1 1）有功功率负荷的变动）有功功率负荷的变动变动类型及其特点变动类型及其特点综合负荷的分解综合负荷的分解（2 2）有功功率和频率的调整）有功功率和频率的调整调整方法及其特点调整方法及其特点任务的分配任务的分配l5.1.2 5.1.2 有功功率负荷曲线的预计有功功率负荷曲线的预计l5.1.3 5.1.3 有功功率电源和备用容量有功功率电源和备用容量2021/9/216负荷变动的类型及其特点u第一种：变动幅度很小，周期很短，有很大的偶然性。第一种：变动幅度很小，周期很短，有很大的偶然性。偶然性的负荷变动偶然性的负荷变动u第二种：变动幅度较大，周期较长，冲击性负荷（电第二种：变动幅度较大，周期较长
6、，冲击性负荷（电炉、压延机械、电气机车）炉、压延机械、电气机车）冲击性的负荷变动冲击性的负荷变动u第三种：变动幅度最大，周期最长，由生产、生活、第三种：变动幅度最大，周期最长，由生产、生活、气象变化引起（可以预计）气象变化引起（可以预计）可预见的负荷变动可预见的负荷变动2021/9/217图图5-1 5-1 有功功率负荷的变动曲线有功功率负荷的变动曲线 综合负荷曲线综合负荷曲线偶然性负荷变动偶然性负荷变动冲击性负荷变动冲击性负荷变动可预见性负荷变动可预见性负荷变动2021/9/218频率调整方法及其特点频率调整方法及其特点u频率的一次调整：用发电机组的频率的一次调整：用发电机组的调速器调速器(
7、第一种负荷变第一种负荷变动动)。u频率的二次调整：用发电机组的频率的二次调整：用发电机组的调频器调频器(第二种负荷的第二种负荷的变动变动)。调频厂，对应潮流计算中的平衡节点调频厂，对应潮流计算中的平衡节点u频率的三次调整：按频率的三次调整：按最优化准则最优化准则分配第三种有规律变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。线发电。u负荷侧管理：个别负荷大量或长时间超计划用电以致负荷侧管理：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，由系统管理部门在远方将其部影响系统运行质量时，由系统管理部门在远方将其部分或全部
8、切除的控制方式分或全部切除的控制方式(不同于前三种不同于前三种)2021/9/219电力系统电力系统中负荷变中负荷变动的幅度动的幅度愈大，周愈大，周期就愈长。期就愈长。图图5-2 5-2 调频任务的分配调频任务的分配P2021/9/21105.1.2 5.1.2 有功功率负荷曲线的预测有功功率负荷曲线的预测u作用：有功功率和频率三次调整的依据作用：有功功率和频率三次调整的依据u方法：方法：（1 1）传统方法传统方法（2 2）统计分析方法）统计分析方法回归分析法，时间序列分析法回归分析法，时间序列分析法等。（不讲）等。（不讲）2021/9/21115.1.2 5.1.2 有功功率负荷曲线的预计有
9、功功率负荷曲线的预计传统方法传统方法u收集未来若干天的预计负荷收集未来若干天的预计负荷(大用电量用户大用电量用户)；u参照长期积累的实测数据，汇总调整用电负荷；参照长期积累的实测数据，汇总调整用电负荷；u计入网络损耗：一般约为系统总负荷的计入网络损耗：一般约为系统总负荷的6%6%10%10%不变损耗：与负荷大小无关不变损耗：与负荷大小无关(变压器空载损耗变压器空载损耗)可变损耗：与负荷的平方成正比可变损耗：与负荷的平方成正比u考虑厂用电：水电厂，考虑厂用电：水电厂，0.1%0.1%1%1%；火电厂，；火电厂，5%5%8%8%；原子能电厂：原子能电厂：4%4%5%5%；相应必须考虑可投入的发电设
10、；相应必须考虑可投入的发电设备和发电容量，备和发电容量，u特别注意气象条件变化对负荷曲线的影响。特别注意气象条件变化对负荷曲线的影响。u实测负荷曲线形成以后，还需要实测负荷曲线形成以后，还需要负荷曲线的加工负荷曲线的加工。2021/9/2112图图5-3 5-3 负荷曲线加工负荷曲线加工加工原则：实加工原则：实测曲线加工前测曲线加工前后，最大和最后，最大和最小负荷特征及小负荷特征及曲线下的面积曲线下的面积应一致。应一致。5.1.2 5.1.2 有功功率负荷曲线的预计有功功率负荷曲线的预计负荷曲线的加工负荷曲线的加工实测曲线实测曲线加工后的曲线加工后的曲线2021/9/21135.1.3 5.1
11、.3 有功功率有功功率电源和备用容量电源和备用容量l有功功率电源有功功率电源l有功功率有功功率备用容量备用容量备用容量、热备用与冷备用备用容量、热备用与冷备用负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用各种备用容量的关系各种备用容量的关系2021/9/21145.1.3 5.1.3 有功功率有功功率电源和备用容量电源和备用容量*有功功率电源有功功率电源u系统中可供调度的系统电源容量可能小于系统中可供调度的系统电源容量可能小于总装机容量总装机容量定期停机检修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水电厂的发电机因水头极度降低不能按额定容量
12、发电u各发电厂预计可投入运行的发电机组的各发电厂预计可投入运行的发电机组的可发功率可发功率之和之和为为可供调度的系统电源容量可供调度的系统电源容量。2021/9/21155.1.3 5.1.3 有功功率有功功率电源和备用容量电源和备用容量*有功功率有功功率备用容量备用容量 为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统电源容量必须为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统电源容量必须大于发电负荷。大于发电负荷。u备用容量备用容量：可供调度的系统电源容量大于发电负荷的部：可供调度的系统电源容量大于发电负荷的部分。分。u热备用热备用(旋转备用旋转备用)：运转中的发电设备可能发的最大功：运转中的发电设备可能发的
13、最大功率与系统发电负荷之差。率与系统发电负荷之差。u冷备用冷备用：未运转的发电设备可能发的最大功率。检修中：未运转的发电设备可能发的最大功率。检修中的发电设备不属冷备用。发电设备从的发电设备不属冷备用。发电设备从“冷状态冷状态”至投入至投入系统发出额定功率所需时间几分钟（水电常）或十余小系统发出额定功率所需时间几分钟（水电常）或十余小时（火电厂）。热备用越多，越有利于保证电能质量和时（火电厂）。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。供电可靠性，但经济性不好。2021/9/21165.1.3 5.1.3 有功功率有功功率电源和备用容量电源和备用容量*有功功率有功功率备用容量
14、备用容量u负荷备用负荷备用：调整系统中的：调整系统中的短时负荷波动短时负荷波动并担负并担负计划外的负荷增加计划外的负荷增加而而设置的备用。负荷备用设置在调频厂内设置的备用。负荷备用设置在调频厂内,取最大负荷的取最大负荷的2%2%5%5%，（大系统取小值，小系统取大值。），（大系统取小值，小系统取大值。）u事故备用事故备用：使电力用户在：使电力用户在发电设备发电设备发生发生偶然性事故偶然性事故时不受严重影时不受严重影响，维持系统正常供电需要的备用。取最大负荷的响，维持系统正常供电需要的备用。取最大负荷的5%5%10%10%，但，但不得小于系统中最大机组的容量。不得小于系统中最大机组的容量。u检修
15、备用检修备用：使系统中的发电设备能：使系统中的发电设备能定期检修定期检修而设置的备用。系统而设置的备用。系统负荷季节性低落期间和节假日安排不下所有设备的大小检修时才负荷季节性低落期间和节假日安排不下所有设备的大小检修时才设置专门的检修备用。设置专门的检修备用。u国民经济备用国民经济备用：计及负荷的超计划增长而设置的备用：计及负荷的超计划增长而设置的备用。2021/9/21175.1.3 5.1.3 有功功率有功功率电源和备用容量电源和备用容量*各种备用容量的关系各种备用容量的关系u负荷备用负荷备用热备用热备用u事故备用事故备用至少包括一部份热备用（可含冷备用）至少包括一部份热备用（可含冷备用）
16、u检修备用（通过检查年最大负荷曲线来确定）检修备用（通过检查年最大负荷曲线来确定）u国民经济备用国民经济备用u具备了备用容量，才可能谈及备用用量在各发电设备具备了备用容量，才可能谈及备用用量在各发电设备和发电厂之间的最优分配以及系统的频率调整问题。和发电厂之间的最优分配以及系统的频率调整问题。2021/9/21185.2 电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配基本概念基本概念l有功功率最优分配的主要内容？有功功率最优分配的主要内容？l各类电厂的运行特点？各类电厂的运行特点？l各类电厂的投切费用特点？各类电厂的投切费用特点？l各类电厂的运行费用？水各类电厂的运行费用？水-原子能
17、原子能-火火l什么是水电厂与热电厂的强迫功率？什么是水电厂与热电厂的强迫功率？2021/9/21195.2 电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配l5.2.0 概述概述-有功电源的最优组合与有功负荷的最优分配有功电源的最优组合与有功负荷的最优分配l5.2.1 各类发电厂的运行特点和合理组合各类发电厂的运行特点和合理组合l5.2.2 最优分配负荷时的目标函数和约束条件（略）最优分配负荷时的目标函数和约束条件（略）l5.2.3 最优分配负荷时的等耗量微增率准则最优分配负荷时的等耗量微增率准则(火电火电)（略）（略）l5.2.4 等耗量微增率准则的推广运用（水火电）（略）等耗量微增
18、率准则的推广运用（水火电）（略）l5.2.5 网络损耗的修正（略）网络损耗的修正（略）l5.2.6 电力市场及其对电力系统经济运行的影响（略）电力市场及其对电力系统经济运行的影响（略）2021/9/21205.2.0 概述概述l有功功率的最优分配主要包括两个内容：有功功率的最优分配主要包括两个内容：l（1 1）有功功率电源的最优组合有功功率电源的最优组合：系统中发电设备或发电厂：系统中发电设备或发电厂的合理组合，即机组的最优启停调度（日调度问题）。主的合理组合，即机组的最优启停调度（日调度问题）。主要涉及冷热备用容量的合理分布问题。要涉及冷热备用容量的合理分布问题。l（2 2）有功功率负荷的最
19、优分配有功功率负荷的最优分配：有功功率负荷在各个正在：有功功率负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配，即负荷的经济运行的发电设备或发电厂之间的合理分配，即负荷的经济调度或者最优潮流问题。主要涉及热备用容量的合理分布调度或者最优潮流问题。主要涉及热备用容量的合理分布问题。问题。l目标有耗煤量最少、污染排放量最少、启停损失最少、发目标有耗煤量最少、污染排放量最少、启停损失最少、发电成本最少、耗水量最少、水电发电量最多等。约束条件电成本最少、耗水量最少、水电发电量最多等。约束条件有机组的运行特性约束、网络安全约束、水库流量约束等有机组的运行特性约束、网络安全约束、水库流量约束等2021/
20、9/21215.2.1 各类发电厂的运行特点和合理组合各类发电厂的运行特点和合理组合l5.2.1.1 5.2.1.1 各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点（1 1）火力发电厂的运行特点）火力发电厂的运行特点（2 2）原子能发电厂的特点）原子能发电厂的特点（3 3）水力发电厂的特点）水力发电厂的特点（4 4）无调节和有调节）无调节和有调节水水电厂的特点电厂的特点（5 5）抽水蓄能水电厂的特点）抽水蓄能水电厂的特点l5.2.1.2 5.2.1.2 各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合2021/9/21225.2.1.1 各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点火力发电厂的运行特点火力发电厂
21、的运行特点u锅炉和汽轮机都有技术最小负荷，前者为额定负荷的锅炉和汽轮机都有技术最小负荷，前者为额定负荷的25%25%70%70%，后者为额定负荷的，后者为额定负荷的10%10%15%15%，总，总35%35%85%85%u锅炉和汽轮机的投切或承担急剧变动负荷时都会耗能、费锅炉和汽轮机的投切或承担急剧变动负荷时都会耗能、费时，且易于损坏设备。时，且易于损坏设备。u火电厂锅炉和汽轮机的分类：火电厂锅炉和汽轮机的分类：(1)(1)高温高压设备：效率高；灵活调节的范围窄高温高压设备：效率高；灵活调节的范围窄(2)(2)中温中压设备：效率较高温高压设备低；灵活调节的范中温中压设备：效率较高温高压设备低；
22、灵活调节的范围较高温高压设备宽。围较高温高压设备宽。(3)(3)低温低压设备：技术经济指标最差，应淘汰低温低压设备：技术经济指标最差，应淘汰u热电厂热电厂(供热式火力发电厂供热式火力发电厂):):效率高效率高,技术最小负荷取决于技术最小负荷取决于热负荷热负荷(称为称为强迫功率强迫功率)2021/9/21235.2.1.1 5.2.1.1 各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点原子能发电厂的特点原子能发电厂的特点u反应堆的负荷没有限制，其技术最小负荷取决反应堆的负荷没有限制，其技术最小负荷取决于汽轮机，为其额定负荷的于汽轮机，为其额定负荷的10%10%15%15%u反应堆和汽轮机的投切或承担急
23、剧变动负荷时反应堆和汽轮机的投切或承担急剧变动负荷时会耗能、费时、易于损坏设备会耗能、费时、易于损坏设备u原子能发电厂的一次投资大，运行费用小。原子能发电厂的一次投资大，运行费用小。2021/9/21245.2.1.1 5.2.1.1 各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点水力水力发电厂的特点发电厂的特点u水电厂的水电厂的强迫功率强迫功率：为保证河流下游的灌溉、：为保证河流下游的灌溉、通航，向通航，向下游释放一定水量时发出的功率。下游释放一定水量时发出的功率。u水轮机也有技术最小负荷，其值因水电厂的具体条件而水轮机也有技术最小负荷，其值因水电厂的具体条件而异。异。u水轮机的投切或承担急剧变动
24、负荷时操作简单，不会耗水轮机的投切或承担急剧变动负荷时操作简单，不会耗费很多能量和花费很多时间。费很多能量和花费很多时间。u水电厂水头过分低落时，水轮发电机组可发的功率要降水电厂水头过分低落时，水轮发电机组可发的功率要降低。低。u水电厂按其有无调节水库、调节水库的大小或其功能分水电厂按其有无调节水库、调节水库的大小或其功能分为无调节、日调节、季调节、年调节、多年调节和抽水为无调节、日调节、季调节、年调节、多年调节和抽水蓄能等几类蓄能等几类2021/9/21255.2.1 5.2.1 各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点无调节和有调节无调节和有调节水水电厂的分类特点电厂的分类特点l无调节水库
25、的水电厂：无调节水库的水电厂：径流式水电厂径流式水电厂发出的功率取决于河流的天然流量。一昼夜间水量和机组发出的功率取决于河流的天然流量。一昼夜间水量和机组发出功率基本不变。发出功率基本不变。l有调节水库的水电厂：有调节水库的水电厂：运行方式取决于水库调度所给定的水电厂耗水量。运行方式取决于水库调度所给定的水电厂耗水量。洪水季节，满负荷运行。洪水季节，满负荷运行。来水多，避免弃水。来水多，避免弃水。枯水季节，承担急剧变动负荷。枯水季节，承担急剧变动负荷。来水少，可储存来水少，可储存根据水库容量分为：日、年、多年等调节方式，库容越大，根据水库容量分为：日、年、多年等调节方式，库容越大，调节能力越强
26、。所谓多年调节，指库容足够大，可存储多调节能力越强。所谓多年调节，指库容足够大，可存储多年的多余水量，说明其库容调节能力强。年的多余水量，说明其库容调节能力强。2021/9/21265.2.1 5.2.1 各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点抽水蓄能水电厂的特点抽水蓄能水电厂的特点l抽水蓄能水电厂：抽水蓄能水电厂：上下方各有一水库。上下方各有一水库。系统负荷出现低谷时，抽水至上水库储蓄水能系统负荷出现低谷时，抽水至上水库储蓄水能系统负荷出现高峰时，放水至下水库同时发电系统负荷出现高峰时，放水至下水库同时发电抽水蓄能，放水发电循环的总效率只有抽水蓄能，放水发电循环的总效率只有70%70%，但
27、由于其，但由于其具有很强的消峰填谷的作用，可以使火电厂的负荷比具有很强的消峰填谷的作用，可以使火电厂的负荷比较平稳，因此，当系统的有功调节能力不足，或者存较平稳，因此，当系统的有功调节能力不足，或者存在核电厂时，应该考虑建设抽水蓄能水电厂。在核电厂时，应该考虑建设抽水蓄能水电厂。2021/9/21275.2.1.2 5.2.1.2 各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合l考虑调节性能与能力的组合顺序考虑调节性能与能力的组合顺序l考虑网络与调频要求的组合考虑网络与调频要求的组合l组合顺序示意图组合顺序示意图l各类发电厂的日负荷曲线各类发电厂的日负荷曲线2021/9/21285.2.1.2 5.
28、2.1.2 各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合考虑调节性能与能力的组合顺序考虑调节性能与能力的组合顺序 (1)(1)各类发电厂的组合顺序各类发电厂的组合顺序考虑调节效率考虑调节效率/能力能力u火电厂以承担基本不变的负荷为宜，避免频繁调节。火电厂以承担基本不变的负荷为宜，避免频繁调节。高温高压电厂优先投入，其次是中温中压电厂。高温高压电厂优先投入，其次是中温中压电厂。u原子能电厂原则上应持续承担额定容量负荷，运行费原子能电厂原则上应持续承担额定容量负荷，运行费用小用小u无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库水电厂的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。强迫功率应
29、首先投入。u有调节水库水电厂的可调功率洪水季节先投入；枯水有调节水库水电厂的可调功率洪水季节先投入；枯水季节后投入。季节后投入。u抽水蓄能水电厂低谷负荷时当负荷，高峰负荷时当电抽水蓄能水电厂低谷负荷时当负荷，高峰负荷时当电源。源。2021/9/21295.2.1 5.2.1 各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合考虑网络与调频要求的组合考虑网络与调频要求的组合l(2)(2)不能忽视保证可靠供电、降低网损、维持良好的电不能忽视保证可靠供电、降低网损、维持良好的电能质量和足够的系统稳定性等要求。能质量和足够的系统稳定性等要求。l(3)(3)负荷曲线的最高处是肩负调整系统频率任务的发电负荷曲线的最
30、高处是肩负调整系统频率任务的发电厂的工作位置。负荷备用设置在厂的工作位置。负荷备用设置在调频厂调频厂调频厂调频厂内，枯水季节内，枯水季节由大水电厂承担调频任务，丰水期则为中温中压火电由大水电厂承担调频任务，丰水期则为中温中压火电厂，抽水蓄能电厂在其发电期间也可以参与调频。厂，抽水蓄能电厂在其发电期间也可以参与调频。2021/9/2130枯水期枯水期丰水期丰水期组合顺序示意图组合顺序示意图组合顺序示意图组合顺序示意图2021/9/2131各类发电厂的日负荷曲线各类发电厂的日负荷曲线2021/9/21325.3 5.3 电力系统电力系统的频率调整的频率调整基本概念与基本计算方法基本概念与基本计算方
31、法l发电机、负荷与系统的单位调节功率定义及物理意义发电机、负荷与系统的单位调节功率定义及物理意义l发电机、负荷与系统的单位调节功率的计算公式发电机、负荷与系统的单位调节功率的计算公式l一次调频的功率频率调整量计算方法一次调频的功率频率调整量计算方法l二次调频的功率频率调整量计算方法二次调频的功率频率调整量计算方法l一次或二次调频时互联系统联络线功率调整量的计算一次或二次调频时互联系统联络线功率调整量的计算方法方法l调频厂应满足的要求调频厂应满足的要求2021/9/21335.3 5.3 电力系统电力系统的频率调整的频率调整l5.3.1 频率调整的必要性频率调整的必要性l5.3.2 自动调速系统
32、及其调节特性自动调速系统及其调节特性l5.3.3 频率的一次调整频率的一次调整l5.3.4 频率的二次调整频率的二次调整l5.3.5 频率调整电厂的选择频率调整电厂的选择2021/9/21345.3.1 频率调整的必要性频率调整的必要性(1)(1)电力系统频率变动对用户的影响电力系统频率变动对用户的影响u频率变化将引起电动机转速的变化，从而影响用户的产品质量；频率变化将引起电动机转速的变化，从而影响用户的产品质量；u频率的不稳定将会影响电子设备的工作频率的不稳定将会影响电子设备的工作(2)(2)频率降低对系统本身和发电厂的影响频率降低对系统本身和发电厂的影响u系统的无功负荷将增大，使系统电压水
33、平下降系统的无功负荷将增大，使系统电压水平下降u影响锅炉的正常运行影响锅炉的正常运行u增加汽轮机叶片损坏的机会增加汽轮机叶片损坏的机会u发电机定子和转子的温升都将增加发电机定子和转子的温升都将增加u变压器的铁芯损耗和励磁电流都将增大变压器的铁芯损耗和励磁电流都将增大u可能会使整个系统瓦解，造成大面积停电可能会使整个系统瓦解，造成大面积停电(3)(3)调整频率的手段：调整频率的手段：发电机组发电机组原动机的自动调节转速系统原动机的自动调节转速系统u调速器调速器：进行频率的：进行频率的“一次调整一次调整”；u调频器调频器：进行频率的：进行频率的“二次调整二次调整”。2021/9/21355.3.2
34、 自动调速系统及其调节特性自动调速系统及其调节特性l5.3.2.1 离心飞摆式自动调速系统离心飞摆式自动调速系统（1 1）原理图）原理图（2 2）频率的）频率的“一次调整一次调整”作用原理作用原理（3 3）频率的）频率的“二次调整二次调整”作用原理作用原理l5.3.2.2 5.3.2.2 电源有功功率静态频率特性电源有功功率静态频率特性发电机组中原动机机械功率的静态频率特性发电机组中原动机机械功率的静态频率特性（1）未配置自动调速系统的静态频率特性）未配置自动调速系统的静态频率特性（2）配置自动调速系统）配置自动调速系统调速器作用的静态频率特性调速器作用的静态频率特性调频器作用的静态频率特性调
35、频器作用的静态频率特性2021/9/2136D1E1C1F1B1离心飞摆式自动调速系统离心飞摆式自动调速系统转速偏差对进汽转速偏差对进汽/水门开度水门开度的负反馈作用的负反馈作用负荷负荷转速转速2021/9/21375.3.2.1 离心飞摆式自动调速系统离心飞摆式自动调速系统频率的频率的“一次调整一次调整”作用原理作用原理u原动机主轴带动套筒，套筒带动飞摆转动；原动机主轴带动套筒，套筒带动飞摆转动；u机组负荷增大，转速下降，飞摆向转轴靠拢，机组负荷增大，转速下降，飞摆向转轴靠拢，A点下点下移到移到A点；点；u油动机活塞两边油压相等，油动机活塞两边油压相等，B点不动，杠杆点不动，杠杆AB绕绕B点
36、点逆时针转动到逆时针转动到A B，使，使C点下降至点下降至C。u调频器不动时，调频器不动时，D点不动，杠杆点不动，杠杆DE绕绕D点顺时针转动点顺时针转动到到 DE，使，使F点下降至点下降至F和和E点下降使点下降使E。2021/9/21385.3.2.1 离心飞摆式自动调速系统离心飞摆式自动调速系统频率的频率的“一次调整一次调整”作用原理（续）作用原理（续）u错油门活塞下移使油管错油门活塞下移使油管a a、b b的小孔开启，压力油经的小孔开启，压力油经b b进入进入油动机活塞下部，活塞上部的油经油动机活塞下部，活塞上部的油经a a流入错油门上部。流入错油门上部。u油动机活塞向上移动，使汽轮机的调
37、节汽门或水轮机的油动机活塞向上移动，使汽轮机的调节汽门或水轮机的导向叶片开度增大，增加进汽量或进水量。相应使导向叶片开度增大，增加进汽量或进水量。相应使机组机组转速上升，转速上升，A点回升，点回升，提升提升C C点；点；同时，同时，活塞上移，使活塞上移，使杠杆杠杆A AB B绕绕A A逆时针转动，也提升逆时针转动，也提升C C点。点。u当当A点回升到点回升到A点，点，C C点回升点回升C C点点,E点点回升回升E时，使时，使油管油管a a、b b的小孔重新堵住，油动机活塞停止移动。的小孔重新堵住，油动机活塞停止移动。2021/9/21395.3.2.1 离心飞摆式自动调速系统离心飞摆式自动调速
38、系统频率的频率的“一次调整一次调整”作用原理（续）作用原理（续）u调节过程结束时，杠杆调节过程结束时，杠杆AB的位置为的位置为ACB。C点为原点为原位置，位置，B的位置较的位置较B高，高，A的位置较的位置较A略低。相应的略低。相应的进汽量或进水量较原来多，机组转速较原来略低。进汽量或进水量较原来多，机组转速较原来略低。u特点：调速器的一次频率调整，一定是有差调节（调特点：调速器的一次频率调整，一定是有差调节（调整后原动机的转速或频率有所变动，转速或频率偏差整后原动机的转速或频率有所变动，转速或频率偏差不为不为0 0）2021/9/21405.3.2.1 离心飞摆式自动调速系统离心飞摆式自动调速
39、系统频率的频率的“二次调整二次调整”作用原理作用原理u调频器转动蜗轮、蜗杆，抬高调频器转动蜗轮、蜗杆，抬高D D点，杠杆点，杠杆DEDE绕绕F F点顺时点顺时针转动；针转动；u错油门活塞再次下移开启小孔，在油压作用下，油动错油门活塞再次下移开启小孔，在油压作用下，油动机活塞再次向上移动，进一步增加进汽或进水量。机机活塞再次向上移动，进一步增加进汽或进水量。机组转速上升，飞摆使组转速上升，飞摆使A A点由点点由点AA上升。上升。u油动机活塞向上移动时，杠杆油动机活塞向上移动时，杠杆ABAB绕绕A A逆时针转动，带动逆时针转动，带动C C、F F、E E点上移，再次堵塞错油门小孔，结束调节过程。点
40、上移，再次堵塞错油门小孔，结束调节过程。uD D点位移选择恰当，点位移选择恰当，A A点可能回到原来位置点可能回到原来位置u特点：可以实现有差调节特点：可以实现有差调节/无差调节无差调节2021/9/21415.3.2.2 5.3.2.2 电源有功功率静态频率特性电源有功功率静态频率特性未配置自动调速系统的静态频率特性未配置自动调速系统的静态频率特性u机组转速很小，蒸汽或机组转速很小，蒸汽或水在叶轮上加的转矩很水在叶轮上加的转矩很大，功率输出小。大，功率输出小。u机组转速很大，蒸汽或机组转速很大，蒸汽或水在叶轮上加的转矩很水在叶轮上加的转矩很小，功率输出小小，功率输出小u额定条件时转速转矩适额
41、定条件时转速转矩适中，功率输出最大中，功率输出最大线性直线线性直线二次曲线二次曲线2021/9/21425.3.2.2 5.3.2.2 电源有功功率静态频率特性电源有功功率静态频率特性配置有自动调速系统配置有自动调速系统(一次调频一次调频)（1 1）频率一次调整时的静态频率特性）频率一次调整时的静态频率特性调速器随机组转速的变动不断改变进汽调速器随机组转速的变动不断改变进汽(水水)量，相应量，相应机组的静态频率特性平行移动，使原动机的运行点不机组的静态频率特性平行移动，使原动机的运行点不断从一根静态频率特性曲线向另一根静态频率特性曲断从一根静态频率特性曲线向另一根静态频率特性曲线过渡。线过渡。
42、连接不同曲线上运行点连接不同曲线上运行点,得到有频率一次调整时的静态得到有频率一次调整时的静态频率特性。频率特性。2021/9/21435.3.2.2 5.3.2.2 电源有功功率静态频率特性电源有功功率静态频率特性配置有自动调速系统配置有自动调速系统(一次调频曲线一次调频曲线)为简化分析，直线为简化分析，直线1-21-2代替曲线代替曲线1-21-2，直线，直线2-32-3代替曲线代替曲线2-2-3 3图图5-24 5-24 一次调整时原动机的静态频率特性一次调整时原动机的静态频率特性进汽进汽/水水斜线，功率增大，频率减小，有差调节斜线，功率增大，频率减小，有差调节最大开度，最大开度，Pm不变
43、不变2021/9/21445.3.2.2 5.3.2.2 电源有功功率静态频率特性电源有功功率静态频率特性配置有自动调速系统配置有自动调速系统(二次调频二次调频)（2 2）频率二次调整时的静态频率特性）频率二次调整时的静态频率特性手动或自动操作调频器，改变机组进汽（水）量时，手动或自动操作调频器，改变机组进汽（水）量时，进一步使有一次调整时的静态频率特性平行移动，相进一步使有一次调整时的静态频率特性平行移动，相应原动机的运行点也不断从仅有一次调整时的静态频应原动机的运行点也不断从仅有一次调整时的静态频率特性曲线过渡另一根曲线。连接不同曲线上的运行率特性曲线过渡另一根曲线。连接不同曲线上的运行点
44、，得到有频率二次调整时的静态频率特性。可实现点，得到有频率二次调整时的静态频率特性。可实现有差有差或或无差无差调节。调节。2021/9/21455.3.2.2 5.3.2.2 电源有功功率静态频率特性电源有功功率静态频率特性配置有自动调速系统配置有自动调速系统(二次调频曲线二次调频曲线)图图5-25 5-25 有二次调整时原动机的静态频率特性有二次调整时原动机的静态频率特性无差调节无差调节有差调节有差调节进汽进汽/水水近似直线近似直线-曲线曲线-2021/9/21465.3.3 频率的一次调整频率的一次调整l5.3.3.1 原动机和综合负荷的静态频率特性原动机和综合负荷的静态频率特性l5.3.
45、3.2 发电机的单位调节功率发电机的单位调节功率l5.3.3.3 发电机的单位调节功率与机组调差系数发电机的单位调节功率与机组调差系数的关系的关系l5.3.3.4 负荷的单位调节功率和频率调节效应负荷的单位调节功率和频率调节效应l5.3.3.5 系统的单位调节功率系统的单位调节功率l5.3.3.6 算例分析算例分析2021/9/21475.3.3.1 原动机和综合负荷的静态频率特性原动机和综合负荷的静态频率特性图图5-26 5-26 静态频率特性静态频率特性发电机组原动机发电机组原动机综合负荷综合负荷2021/9/21485.3.3.2 发电机的单位调节功率发电机的单位调节功率l即发电机组原动
46、机或电源频率特性的斜率即发电机组原动机或电源频率特性的斜率l意义：表示随频率的意义：表示随频率的升降升降发电机组发出功率发电机组发出功率减少减少或或增增加加的量的量发电机的单位调节功率单位：MW/Hz，MW/(0.1Hz)标幺值2021/9/21495.3.3.3 发电机的单位调节功率发电机的单位调节功率与机组调差系数的关系与机组调差系数的关系u单位调节功率是机组调差系数的倒数单位调节功率是机组调差系数的倒数调差系数调差系数可整定可整定汽轮发电机组：汽轮发电机组：%=35或或KG*=33.220水轮发电机组：水轮发电机组：%=24或或KG*=50252021/9/21505.3.3.4 负荷的
47、单位调节功率和频率调节效应负荷的单位调节功率和频率调节效应u负荷的单位调节功率为负荷静态频率特性的斜率u意义：随频率的升降负荷消耗功率增加或减少的量uKL*不能整定，大致为1.5负荷的单位调节功率单位：MW/Hz，MW/(0.1Hz)标幺值:额定条件下负荷的频频率调节效应率调节效应（一定频率下负荷随频率变化的变化率）2021/9/21515.3.3.5 系统的单位调节功率l一次调频的功率频率调整原理图一次调频的功率频率调整原理图l一次调频的发电机与负荷功率变化量一次调频的发电机与负荷功率变化量l一次调频的功率方程与系统单位调节功率定义一次调频的功率方程与系统单位调节功率定义l系统单位调节功率的
48、补充说明系统单位调节功率的补充说明lN N台机组的单位调节功率计算公式台机组的单位调节功率计算公式2021/9/21525.3.3.5 系统的单位调节功率一次调频的功率频率调整原理图图图5-28 5-28 频率的一次调整频率的一次调整2021/9/21535.3.3.5 系统的单位调节功率系统的单位调节功率一次调频的发电机与负荷功率变化量一次调频的发电机与负荷功率变化量u原始点原始点O O点，负荷点，负荷突然增加突然增加PLO；PL到到PLu机组功率不能及时变动，减速，机组功率不能及时变动，减速，系统频率下降系统频率下降。调速器调速器动作，动作，机组功率增大机组功率增大u频率下降，频率下降，负
49、荷减少负荷减少u新运行点为新运行点为OO点。点。2021/9/21545.3.3.5 系统的单位调节功率系统的单位调节功率一次调频的功率方程与系统单位调节功率定义一次调频的功率方程与系统单位调节功率定义u定义：系统负荷定义：系统负荷增加增加或减少时，频率的或减少时，频率的下降下降或上升的量或上升的量u负荷负荷功率突然增大量功率突然增大量=机组功率增大量机组功率增大量负荷减少量负荷减少量u功率增大和频率上升为正。功率增大和频率上升为正。功率增大功率增大功率减小功率减小频率下降频率下降2021/9/21555.3.3.5 系统的单位调节功率系统的单位调节功率系统单位调节功率的补充说明系统单位调节功
50、率的补充说明uKS*的基准功率取为系统原始运行状态的总负荷。的基准功率取为系统原始运行状态的总负荷。u用调速器进行频率的一次调整只能限制周期较短、幅用调速器进行频率的一次调整只能限制周期较短、幅度较小的负荷变动引起的频率偏移。度较小的负荷变动引起的频率偏移。为保证发电机组调速器运行的稳定性，不能采用过小为保证发电机组调速器运行的稳定性，不能采用过小的调差系数或过大的单位调节功率的调差系数或过大的单位调节功率原因？无法根原因？无法根据频率变化确定机组功率增量。据频率变化确定机组功率增量。系统中有些机组满载不能调整使其增加输出功率系统中有些机组满载不能调整使其增加输出功率，从，从而使全系统发电机组