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1、第第3 3章章 电力系统频率及有功功率的自动调节电力系统频率及有功功率的自动调节2021/9/211本章主要内容本章主要内容第一节第一节第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性电力系统的频率特性电力系统的频率特性第二节第二节第二节第二节 调频与调频方程式调频与调频方程式调频与调频方程式调频与调频方程式第三节第三节第三节第三节 电力系统的经济调度与自动调频电力系统的经济调度与自动调频电力系统的经济调度与自动调频电力系统的经济调度与自动调频第四节第四节第四节第四节 电力系统低频减载电力系统低频减载电力系统低频减载电力系统低频减载第五节第五节第五节第五节 功率频率控制系统的模型与仿真功率频
2、率控制系统的模型与仿真功率频率控制系统的模型与仿真功率频率控制系统的模型与仿真2021/9/212第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性学习目的：学习目的：学习目的：学习目的：了解电力系统频率及有功功率控制的必要性；了解电力系统频率及有功功率控制的必要性；了解电力系统频率及有功功率控制的必要性；了解电力系统频率及有功功率控制的必要性；了解频率调节的原理；了解频率调节的原理；了解频率调节的原理；了解频率调节的原理；掌握电力系统负荷的功率掌握电力系统负荷的功率掌握电力系统负荷的功率掌握电力系统负荷的功率频率特性；频率特性；频率特性；频率特性；了解调速器的工作原理，掌握配有调速器的发电了
3、解调速器的工作原理，掌握配有调速器的发电了解调速器的工作原理，掌握配有调速器的发电了解调速器的工作原理，掌握配有调速器的发电机组的功率机组的功率机组的功率机组的功率频率特性，以及发电机组的频率调节频率特性，以及发电机组的频率调节频率特性，以及发电机组的频率调节频率特性，以及发电机组的频率调节特性与机组间有功功率分配的关系；特性与机组间有功功率分配的关系；特性与机组间有功功率分配的关系；特性与机组间有功功率分配的关系；掌握电力系统的频率特性；掌握电力系统的频率特性；掌握电力系统的频率特性；掌握电力系统的频率特性；2021/9/213第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性补充（回顾）：
4、补充（回顾）：补充（回顾）：补充（回顾）：一、电力系统频率控制的必要性一、电力系统频率控制的必要性一、电力系统频率控制的必要性一、电力系统频率控制的必要性(一一一一)频率对电力用户的影响频率对电力用户的影响频率对电力用户的影响频率对电力用户的影响1 1 1 1、电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化，、电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化，、电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化，、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这会使得电动机所驱这会使得电动机所驱这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化。动的加工工业产品的机械的转速发生变化。动的加工工业产品
5、的机械的转速发生变化。动的加工工业产品的机械的转速发生变化。2 2 2 2、电力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、电力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、电力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、电力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。能，频率过低时有些设备甚至无法工作。能，频率过低时有些设备甚至无法工作。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许的。这对一些重要工业和国防是不能允许的。这对一些重要工业和国防是不能允许的。这对一些重要工业和国防是不
6、能允许的。3 3 3 3、电力系统频率降低会使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动、电力系统频率降低会使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动、电力系统频率降低会使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动、电力系统频率降低会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。机械的转速和出力降低，影响电力用户设备的正常运行。机械的转速和出力降低，影响电力用户设备的正常运行。机械的转速和出力降低，影响电力用户设备的正常运行。2021/9/214(二二二二)频率对电力系统的影响频率对电力系统的影响频率对电力系统的影响频率对电力系统的影响1 1 1 1、
7、频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，、频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，、频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，、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。重则可能产生裂纹。重则可能产生裂纹。重则可能产生裂纹。对于额定频率为对于额定频率为对于额定频率为对于额定频率为50HZ50HZ50HZ50HZ的电力系统。当频率低到的电力系统。当频率低到的电力系统。当频率低到的电力系统。当频率低到45HZ45HZ45HZ45HZ附近时，某附近时，某附近时，某附近时，某些汽轮机的叶片可能因发生共振而断裂，造成重大事故。些汽轮机
8、的叶片可能因发生共振而断裂，造成重大事故。些汽轮机的叶片可能因发生共振而断裂，造成重大事故。些汽轮机的叶片可能因发生共振而断裂，造成重大事故。2 2 2 2、频率下降到、频率下降到、频率下降到、频率下降到4747474748HZ48HZ48HZ48HZ时，由异步电功机驱动的送风机、吸风机、时，由异步电功机驱动的送风机、吸风机、时，由异步电功机驱动的送风机、吸风机、时，由异步电功机驱动的送风机、吸风机、给水泵、循环水泵和磨煤机等火电厂厂用机械的出力随之下降，给水泵、循环水泵和磨煤机等火电厂厂用机械的出力随之下降，给水泵、循环水泵和磨煤机等火电厂厂用机械的出力随之下降，给水泵、循环水泵和磨煤机等火
9、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，发出的有功功率下降，这种趋势如果不能及时制止，发出的有功功率下降，这种趋势如果不能及时制止，发出的有功功率下降，这种趋势如果不能及时制止，就会在短就会在短就会在短就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度，这种现象时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度，这种现象时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度
10、，这种现象时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度，这种现象称为称为称为称为频率雪崩频率雪崩频率雪崩频率雪崩。出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。2021/9/215 3 3 3 3、在核电厂中，在核电厂中，在核电厂中，在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。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，使反应当
11、频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应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。堆停止运行。堆停止运行。堆停止运行。4 4 4 4、电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流、电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流、电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流、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消耗增加，引起系统增加，使异步电动机和变压器的无功消耗增加，引起系统增加，使异步电动机和变压器的无功消耗增加，引起系统增加，使异步电动机和变压器的无功消耗增加
12、，引起系统电压下降。电压下降。电压下降。电压下降。频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电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。如果电力系统原机电势下降，导致全系统电压水平降低。如果电力系统原机电势下降，导致全系统电压水平降低。如果电力系统原机电势下降，导致全系统电压水平降低。如果电力系统原来的电压水平偏低，在频率下降到一定值时可能出现电压来的电压水平偏低，在频率下降到一定值时可能出现电压来的电压水平偏低，在频率下降到一定值时可能出现电压来的电压水平偏低，在频率下降到一定值时可
13、能出现电压快速而不断地下降，即所谓快速而不断地下降，即所谓快速而不断地下降，即所谓快速而不断地下降，即所谓电压雪崩现象电压雪崩现象电压雪崩现象电压雪崩现象。出现电压雪崩会造成大面积停电，甚至使系统瓦解。出现电压雪崩会造成大面积停电，甚至使系统瓦解。出现电压雪崩会造成大面积停电，甚至使系统瓦解。出现电压雪崩会造成大面积停电，甚至使系统瓦解。(二二二二)频率对电力系统的影响频率对电力系统的影响频率对电力系统的影响频率对电力系统的影响2021/9/2161 1、维持电力系统频率在允许范围之内、维持电力系统频率在允许范围之内 电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机组发电力系统频率是靠电力系统内
14、并联运行的所有发电机组发电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机组发电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损包括网损包括网损包括网损)的有功的有功的有功的有功功率总和之间的平衡来维持的。功率总和之间的平衡来维持的。功率总和之间的平衡来维持的。功率总和之间的平衡来维持的。二、电力系统有功功率控制的必要性二、电力系统有功功率控制的必要性2021/9/2172.2.提高电力系统运行的经济性提高电力系统运行的经济性 电力系统经济调度包
15、括两个方面：电力系统经济调度包括两个方面：电力系统经济调度包括两个方面：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；第一，在某一负荷情况下，哪些机组投入电力系统运行；第一，在某一负荷情况下，哪些机组投入电力系统运行；第一，在某一负荷情况下，哪些机组投入电力系统运行；需需需需要要要要考考考考虑虑虑虑发发发发电电电电机机机机组组组组的的的的效效效效率率率率、各各各各种种种种发发发发电电电电机机机机组组组组(水水水水电电电电、火火火火电电电电、核核核核电电电电)的的的的协协协协调调调调、电电电电力力力力系系系系统统统统网网网网损损损损等等等等问问问问题题题题，目目
16、目目的的的的是是是是提提提提高高高高电电电电力力力力系系系系统统统统运运运运行的经济性，降低电能成本。行的经济性，降低电能成本。行的经济性，降低电能成本。行的经济性，降低电能成本。第二，确定该负荷情况下并联运行机组的有功出力。第二，确定该负荷情况下并联运行机组的有功出力。第二，确定该负荷情况下并联运行机组的有功出力。第二，确定该负荷情况下并联运行机组的有功出力。前前前前者者者者是是是是发发发发电电电电机机机机组组组组经经经经济济济济调调调调度度度度问问问问题题题题，后后后后者者者者是是是是有有有有功功功功负负负负荷荷荷荷的的的的经经经经济济济济分配问题。分配问题。分配问题。分配问题。2021/
17、9/2183 3、保证联合电力系统的协调运行、保证联合电力系统的协调运行 电力系统的规模在不断地扩大，已经出现了将几个区域电电力系统的规模在不断地扩大，已经出现了将几个区域电电力系统的规模在不断地扩大，已经出现了将几个区域电电力系统的规模在不断地扩大，已经出现了将几个区域电力系统联在一起组成的联合电力系统。力系统联在一起组成的联合电力系统。力系统联在一起组成的联合电力系统。力系统联在一起组成的联合电力系统。有的联合电力系统实行分区域控制，要求不同区域系统间有的联合电力系统实行分区域控制，要求不同区域系统间有的联合电力系统实行分区域控制，要求不同区域系统间有的联合电力系统实行分区域控制，要求不同
18、区域系统间交换的电功率和电量按事先约定的协议进行。交换的电功率和电量按事先约定的协议进行。交换的电功率和电量按事先约定的协议进行。交换的电功率和电量按事先约定的协议进行。这时电力系统这时电力系统这时电力系统这时电力系统有功功率控制要对不同区域系统之间联络线上通过的功率和有功功率控制要对不同区域系统之间联络线上通过的功率和有功功率控制要对不同区域系统之间联络线上通过的功率和有功功率控制要对不同区域系统之间联络线上通过的功率和电量实行控制。电量实行控制。电量实行控制。电量实行控制。电力系统频率和有功功率控制是密切相关和不可分割的，电力系统频率和有功功率控制是密切相关和不可分割的，电力系统频率和有功
19、功率控制是密切相关和不可分割的，电力系统频率和有功功率控制是密切相关和不可分割的，应统一考虑并协同控制。应统一考虑并协同控制。应统一考虑并协同控制。应统一考虑并协同控制。2021/9/219一、概述一、概述一、概述一、概述1 1 1 1、并列运行的每一台发电机组的转速与系统频率的、并列运行的每一台发电机组的转速与系统频率的、并列运行的每一台发电机组的转速与系统频率的、并列运行的每一台发电机组的转速与系统频率的关系为：关系为：关系为：关系为：PPPP发电机组转子极对数发电机组转子极对数发电机组转子极对数发电机组转子极对数n n n n 发电机组的转数（发电机组的转数（发电机组的转数（发电机组的转
20、数（r/minr/minr/minr/min）ffff电力系统频率（电力系统频率（电力系统频率（电力系统频率（HzHzHzHz）显然，电力系统的频率控制实际上就是调节发电机组的转速显然，电力系统的频率控制实际上就是调节发电机组的转速显然，电力系统的频率控制实际上就是调节发电机组的转速显然，电力系统的频率控制实际上就是调节发电机组的转速！第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性2021/9/21102 2 2 2、频率调节的原理、频率调节的原理、频率调节的原理、频率调节的原理（1 1 1 1）正常运行时：）正常运行时：）正常运行时：）正常运行时：假设系统中有假设系统中有假设系统中有假设
21、系统中有 m m m m 台机组，台机组，台机组，台机组，各机组原动机的输入总功率为：各机组原动机的输入总功率为：各机组原动机的输入总功率为：各机组原动机的输入总功率为：G1G2Gm 系统系统各机组的发电功率总输出为：各机组的发电功率总输出为：各机组的发电功率总输出为：各机组的发电功率总输出为：当忽略机组内部损耗时，输入输出功率平衡：当忽略机组内部损耗时，输入输出功率平衡：当忽略机组内部损耗时，输入输出功率平衡：当忽略机组内部损耗时，输入输出功率平衡：2021/9/2111（2 2 2 2）负荷突然增加）负荷突然增加）负荷突然增加）负荷突然增加P P P PL L L L时：时：时：时：使发电
22、机组输出功率增加使发电机组输出功率增加使发电机组输出功率增加使发电机组输出功率增加P P P PL L L L,但由于机械惯性，输入功率来不及做出反应但由于机械惯性，输入功率来不及做出反应但由于机械惯性，输入功率来不及做出反应但由于机械惯性，输入功率来不及做出反应，此时：此时：此时：此时：2 2、频率调节的原理、频率调节的原理机组只有把转子的一部分动能转换成电功率，致使机机组只有把转子的一部分动能转换成电功率，致使机机组只有把转子的一部分动能转换成电功率，致使机机组只有把转子的一部分动能转换成电功率，致使机组转速下降，系统频率下降。组转速下降，系统频率下降。组转速下降，系统频率下降。组转速下降
23、，系统频率下降。为了保持功率平衡为了保持功率平衡为了保持功率平衡为了保持功率平衡Wki各机组各机组的动能的动能G1G2Gm 系统系统2021/9/2112设机组运行在设机组运行在设机组运行在设机组运行在a a a a点，机组以转速点，机组以转速点，机组以转速点，机组以转速n n n na a a a稳定运行。稳定运行。稳定运行。稳定运行。当负荷增加时，发电机电磁转矩特性曲线向上方平移设移到当负荷增加时，发电机电磁转矩特性曲线向上方平移设移到当负荷增加时，发电机电磁转矩特性曲线向上方平移设移到当负荷增加时，发电机电磁转矩特性曲线向上方平移设移到曲线曲线曲线曲线M M M MG2G2G2G2的位置
24、。的位置。的位置。的位置。如果此时不调节进入原动机的动力元素如果此时不调节进入原动机的动力元素如果此时不调节进入原动机的动力元素如果此时不调节进入原动机的动力元素(蒸汽或水蒸汽或水蒸汽或水蒸汽或水),),),),机组调速机组调速机组调速机组调速器不动作，则原动机的机械转矩器不动作，则原动机的机械转矩器不动作，则原动机的机械转矩器不动作，则原动机的机械转矩特性仍为曲线特性仍为曲线特性仍为曲线特性仍为曲线M M M MT1T1T1T1。机组就会在新的平衡点机组就会在新的平衡点机组就会在新的平衡点机组就会在新的平衡点b b b b以转速以转速以转速以转速n n n nb b b b稳定运行稳定运行稳
25、定运行稳定运行.用图示说明：用图示说明：用图示说明：用图示说明：这说明，即使没有调速器参与调节原动机的输入功率，这说明，即使没有调速器参与调节原动机的输入功率，机组也可以从一个稳定运行工况过渡到另一个稳定工况机组也可以从一个稳定运行工况过渡到另一个稳定工况运行。这种能力称为自平衡能力或调节能力。运行。这种能力称为自平衡能力或调节能力。转速转速n nb b远离了原来的转速远离了原来的转速n na a。这说明仅仅依靠机组的自平。这说明仅仅依靠机组的自平衡能力进行调节，机组的转速衡能力进行调节，机组的转速(频率频率)会在较大范围内变会在较大范围内变化。化。2021/9/2113发电机的负荷功率发电机
26、的负荷功率原动机输入功率原动机输入功率系统频率系统频率的变化的变化电力系统负荷电力系统负荷:不断变化不断变化 原动机输入功率的改变原动机输入功率的改变:缓慢缓慢频率频率的波动的波动:难免难免维持系统频率在规定范围内维持系统频率在规定范围内;力求使系统负荷在发电机组之间力求使系统负荷在发电机组之间实现经济分配。实现经济分配。电力系统运行中的主要电力系统运行中的主要任务之任务之，就是对频率，就是对频率进行监视和控制。进行监视和控制。2021/9/21143、电力系统负荷的变动情况、电力系统负荷的变动情况电力系统负荷变动情况电力系统负荷变动情况负荷分类：负荷分类：负荷分类：负荷分类：一是变化周期一般
27、小于一是变化周期一般小于一是变化周期一般小于一是变化周期一般小于10s10s10s10s的随机分量；的随机分量；的随机分量；的随机分量；二是变化周期在二是变化周期在二是变化周期在二是变化周期在10s10s10s10s3min3min3min3min之间的脉动分量；之间的脉动分量；之间的脉动分量；之间的脉动分量；三是变化周期在三是变化周期在三是变化周期在三是变化周期在3min3min3min3min以上以上以上以上的持续分量，负荷预测预的持续分量，负荷预测预的持续分量，负荷预测预的持续分量，负荷预测预报这一部分。报这一部分。报这一部分。报这一部分。第一种负荷变化引起的频第一种负荷变化引起的频第一
28、种负荷变化引起的频第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来调率偏移，利用调速器来调率偏移，利用调速器来调率偏移，利用调速器来调整原动机的输入功率，这整原动机的输入功率，这整原动机的输入功率，这整原动机的输入功率，这称为频率的称为频率的称为频率的称为频率的一次调整一次调整一次调整一次调整。第二种负荷变化引起的频率偏第二种负荷变化引起的频率偏第二种负荷变化引起的频率偏第二种负荷变化引起的频率偏移较大，必须由调频器参与控移较大，必须由调频器参与控移较大，必须由调频器参与控移较大，必须由调频器参与控制和调整，这称为频率的制和调整，这称为频率的制和调整，这称为频率的制和调整，这称为频率的二次二次二次二
29、次调整调整调整调整。第三种负荷变化，调度部门的第三种负荷变化，调度部门的第三种负荷变化，调度部门的第三种负荷变化，调度部门的计划内负荷，这称为频率的计划内负荷，这称为频率的计划内负荷，这称为频率的计划内负荷，这称为频率的三三三三次调整次调整次调整次调整。2021/9/2115二、二、电力系统负荷的功率电力系统负荷的功率频率特性频率特性1 1 1 1、负荷的功率、负荷的功率、负荷的功率、负荷的功率频率特性定义：频率特性定义：频率特性定义：频率特性定义：当当当当系系系系统统统统频频频频率率率率变变变变化化化化时时时时，整整整整个个个个系系系系统统统统的的的的有有有有功功功功负负负负荷荷荷荷也也也也
30、要要要要随随随随着着着着改变，即改变，即改变，即改变，即这这这这种种种种有有有有功功功功负负负负荷荷荷荷随随随随频频频频率率率率而而而而改改改改变变变变的的的的特特特特性性性性称称称称为为为为负负负负荷荷荷荷的的的的功功功功率率率率频率特性，即负荷的静态频率特性。频率特性，即负荷的静态频率特性。频率特性，即负荷的静态频率特性。频率特性，即负荷的静态频率特性。2021/9/21162 2、电力系统的负荷类型、电力系统的负荷类型按负荷与频率的关系分类：按负荷与频率的关系分类：按负荷与频率的关系分类：按负荷与频率的关系分类：(1)(1)(1)(1)与频率变化无关的负荷与频率变化无关的负荷与频率变化无
31、关的负荷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。如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整流负荷等。如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整流负荷等。如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整流负荷等。(2)(2)(2)(2)与频率成正比的负荷与频率成正比的负荷与频率成正比的负荷与频率成正比的负荷如如如如切切切切削削削削机机机机床床床床、球球球球磨磨磨磨机机机机、压压压压缩缩缩缩机机机机和和和和卷卷卷卷扬扬扬扬机机机机等等等等。这这这这类类类类负负负负荷荷荷荷占占占占有有有有较较较较大大大大比重。比重。比重。比重。(3)(3)(3)(3)与频率的二次方成比例的负荷与频率的二次方成比例的负荷与频率的二次方成比例的负荷
32、与频率的二次方成比例的负荷如如如如变变变变压压压压器器器器中中中中的的的的涡涡涡涡流流流流损损损损耗耗耗耗。这这这这种种种种损损损损耗耗耗耗在在在在电电电电网网网网有有有有功功功功损损损损耗耗耗耗中中中中所所所所占占占占比比比比重重重重较小。较小。较小。较小。(4)(4)(4)(4)与频率的三次方成比例的负荷与频率的三次方成比例的负荷与频率的三次方成比例的负荷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。如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等。如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等。如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等。(5)(5)(5)(5)与频率的更高次方成比例的负荷与频率的
33、更高次方成比例的负荷与频率的更高次方成比例的负荷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。如静水头阻力很大的给水泵等。如静水头阻力很大的给水泵等。如静水头阻力很大的给水泵等。2021/9/21173 3、负荷的功率、负荷的功率频率特性方程式频率特性方程式f fN N 额定频率；额定频率；P PL L 系系统频统频率率为为f f时时，整个系，整个系统统的有功的有功负负荷；荷；P PLN LN 系系统频统频率率为额为额定定值值f fN N时时，整个系，整个系统统的有功的有功负负荷；荷；a a0 0，a a1 1，a an n各类负荷占各类负荷占P PLNLN的比例系数。的比例系数。化
34、成标么值的形式化成标么值的形式2021/9/2118将上式除以将上式除以PLN，则得标么值形式，即，则得标么值形式，即 当系统的频率为额定值时当系统的频率为额定值时:通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，可忽略其影响。通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，可忽略其影响。于是于是2021/9/21194 4、负荷的静态频率特性、负荷的静态频率特性 当当当当系系系系统统统统负负负负荷荷荷荷的的的的组组组组成成成成及及及及性性性性质质质质确确确确定定定定后后后后，负负负负荷荷荷荷的的的的静静静静态态态态频频频频率率率率特特特特性性性性方方方方程程程程也就确定了，因此也可以用曲线来表示，如图所
35、示：也就确定了，因此也可以用曲线来表示，如图所示：也就确定了，因此也可以用曲线来表示，如图所示：也就确定了，因此也可以用曲线来表示，如图所示：由图可知：由图可知：在系统频率下降时在系统频率下降时，系统负荷从系统取系统负荷从系统取用的有功功率下降。用的有功功率下降。如果系统的频率升高，如果系统的频率升高，系统负荷从系统系统负荷从系统取用的有功功率将增大。取用的有功功率将增大。当系统内机组的输入功率和负荷功率间失去平衡时，系统负荷当系统内机组的输入功率和负荷功率间失去平衡时，系统负荷当系统内机组的输入功率和负荷功率间失去平衡时，系统负荷当系统内机组的输入功率和负荷功率间失去平衡时，系统负荷也参与了
36、调节作用，这种特性有利于系统中有功功率在另一频也参与了调节作用，这种特性有利于系统中有功功率在另一频也参与了调节作用，这种特性有利于系统中有功功率在另一频也参与了调节作用，这种特性有利于系统中有功功率在另一频率下重新平衡。这种现象称为率下重新平衡。这种现象称为率下重新平衡。这种现象称为率下重新平衡。这种现象称为负荷的频率调节效应负荷的频率调节效应负荷的频率调节效应负荷的频率调节效应。通常用负荷的频率调节效应系数通常用负荷的频率调节效应系数来衡量负荷调节效应的大小。来衡量负荷调节效应的大小。2021/9/21205 5、负荷的频率调节效应系数、负荷的频率调节效应系数由由由由上上上上式式式式可可可
37、可知知知知，系系系系统统统统的的的的 值值值值决决决决定定定定于于于于负负负负荷荷荷荷的的的的性性性性质质质质，它它它它与各类负荷所占总负荷的比例有关。与各类负荷所占总负荷的比例有关。与各类负荷所占总负荷的比例有关。与各类负荷所占总负荷的比例有关。而而定义：定义：2021/9/2121 根据国内外一些实例，负荷的静态特性曲线在额定频根据国内外一些实例，负荷的静态特性曲线在额定频根据国内外一些实例，负荷的静态特性曲线在额定频根据国内外一些实例，负荷的静态特性曲线在额定频率附近（率附近（率附近（率附近（4848484851HZ51HZ51HZ51HZ）接近于一条直线，如图所示。）接近于一条直线，如
38、图所示。）接近于一条直线，如图所示。）接近于一条直线，如图所示。直线的斜率为：直线的斜率为：直线的斜率为：直线的斜率为：2021/9/2122 是调度部门必须掌握的一个数据！是调度部门必须掌握的一个数据！是调度部门必须掌握的一个数据！是调度部门必须掌握的一个数据！说明：说明：说明：说明：1 1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。3 3）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与）电力系统允许频率变
39、化的范围很小，为此负荷功率与）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与频率的关系曲线可近似地视为具有不变斜率的直线。这频率的关系曲线可近似地视为具有不变斜率的直线。这频率的关系曲线可近似地视为具有不变斜率的直线。这频率的关系曲线可近似地视为具有不变斜率的直线。这斜率即为斜率即为斜率即为斜率即为 。4 4）表明系统频率变化表明系统频率变化表明系统频率变化表明系统频率变化1%1%时，负荷功率变化的百分数。时，负荷功率变化的百分数。时，负荷功率变化的百分数。时，负荷功率变化的百分数。5 5）对于不同的电力系统，）对于不同的电力系统，）对于不同的电力系统，）对于不同的电力系统，值也不相同。值也不
40、相同。值也不相同。值也不相同。一般一般一般一般 =13=13。即使是同一系统的。即使是同一系统的。即使是同一系统的。即使是同一系统的 ，也随季度及昼夜交替导致负荷组成也随季度及昼夜交替导致负荷组成也随季度及昼夜交替导致负荷组成也随季度及昼夜交替导致负荷组成的改变而变化。的改变而变化。的改变而变化。的改变而变化。2021/9/2123三、发电机组的功率三、发电机组的功率频率特性频率特性发电机组的功率发电机组的功率发电机组的功率发电机组的功率频率特性取决于频率特性取决于频率特性取决于频率特性取决于调速系统调速系统调速系统调速系统的特性。的特性。的特性。的特性。当系统的负荷变化引起频率改变时，发电机
41、组调速系统工作，当系统的负荷变化引起频率改变时，发电机组调速系统工作，当系统的负荷变化引起频率改变时，发电机组调速系统工作，当系统的负荷变化引起频率改变时，发电机组调速系统工作，改变原动机进汽量改变原动机进汽量改变原动机进汽量改变原动机进汽量(或进水量或进水量或进水量或进水量)，调节发电机组的输入功率以，调节发电机组的输入功率以，调节发电机组的输入功率以，调节发电机组的输入功率以适应负荷的需要。适应负荷的需要。适应负荷的需要。适应负荷的需要。发电机组的功率发电机组的功率发电机组的功率发电机组的功率频率特性定义：频率特性定义：频率特性定义：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
42、化通常把由于频率变化而引起发电机组输出功率变化通常把由于频率变化而引起发电机组输出功率变化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的关系称为发电机组的功率的关系称为发电机组的功率的关系称为发电机组的功率频率特性或调节特性。频率特性或调节特性。频率特性或调节特性。频率特性或调节特性。2021/9/2124（一）机械式调速器简介（一）机械式调速器简介E E E E、F F F F下降至下降至下降至下降至EEEE、FFFF，活塞提升，活塞提升，活塞提升，活塞提升，汽门提升，进汽量增加汽门提升，进汽量增加汽门提升，进汽量增加汽门提升，进汽量增加转速就会回升。转速就会回升。转
43、速就会回升。转速就会回升。当机组因负荷增加而转速下降时：当机组因负荷增加而转速下降时：当机组因负荷增加而转速下降时：当机组因负荷增加而转速下降时：活塞调节气阀错油门错油门从锅炉来的蒸汽从锅炉来的蒸汽1 1）两个重锤开度减小）两个重锤开度减小）两个重锤开度减小）两个重锤开度减小A A降至降至降至降至AA C C点尚未移动点尚未移动点尚未移动点尚未移动B B点降至点降至点降至点降至BBD D点代表有伺服电动机控制点代表有伺服电动机控制点代表有伺服电动机控制点代表有伺服电动机控制的转速整定元件的的转速整定元件的的转速整定元件的的转速整定元件的n nDEFDEF，它，它，它，它不会因转速而变动。不会因
44、转速而变动。不会因转速而变动。不会因转速而变动。活塞2021/9/21252 2 2 2）转速上升后）转速上升后）转速上升后）转速上升后重锤开度增加重锤开度增加重锤开度增加重锤开度增加A A A A、B B B B、E E E E、F F F F各点也随之不断改变；各点也随之不断改变；各点也随之不断改变；各点也随之不断改变；这个过程要到这个过程要到这个过程要到这个过程要到C C C C点升到某一位置时，比如点升到某一位置时，比如点升到某一位置时，比如点升到某一位置时，比如C C C 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
45、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DEFDEFDEFDEF重新回复到使重新回复到使重新回复到使重新回复到使的活门完全关闭的位置时才会结束，这时的活门完全关闭的位置时才会结束，这时的活门完全关闭的位置时才会结束，这时的活门完全关闭的位置时才会结束，这时B B B B点就回到原来的位置。点就回到原来的位置。点就回到原来的位置。点就回到原来的位置。3 3 3 3）由于）由于）由于）由于C C C C上升了，上升了，上升了，上升了，所以所以所以所以A A A A必必必必定低于定低于定低于定低于A A A A。这说明调速过程结束时
46、，出力这说明调速过程结束时，出力这说明调速过程结束时，出力这说明调速过程结束时，出力增加，转速稍有降低。增加，转速稍有降低。增加，转速稍有降低。增加，转速稍有降低。4 4 4 4）调速器是一种有差调节器。）调速器是一种有差调节器。）调速器是一种有差调节器。）调速器是一种有差调节器。5 5 5 5）通过伺服电动机改变）通过伺服电动机改变）通过伺服电动机改变）通过伺服电动机改变D D D D点的点的点的点的位置，就可以达到将调速器特位置，就可以达到将调速器特位置，就可以达到将调速器特位置，就可以达到将调速器特性上下平移的目的。性上下平移的目的。性上下平移的目的。性上下平移的目的。活塞2021/9/
47、2126（二）发电机组的功率（二）发电机组的功率频率静态特性频率静态特性反映调整过程结束后发电机输出功率和频率关系反映调整过程结束后发电机输出功率和频率关系反映调整过程结束后发电机输出功率和频率关系反映调整过程结束后发电机输出功率和频率关系的曲线称为的曲线称为的曲线称为的曲线称为发电机组的功率发电机组的功率发电机组的功率发电机组的功率频率静态特性频率静态特性频率静态特性频率静态特性，可，可，可，可以近似的表示为一条直线以近似的表示为一条直线以近似的表示为一条直线以近似的表示为一条直线：在特性曲线上任取两点，我们在特性曲线上任取两点，我们定义机组的定义机组的静态调差系数静态调差系数：负号表示发电
48、机输出功率的变化负号表示发电机输出功率的变化负号表示发电机输出功率的变化负号表示发电机输出功率的变化和频率的变化符号相反和频率的变化符号相反和频率的变化符号相反和频率的变化符号相反。2021/9/2127（三）发电机组的静态调差系数（三）发电机组的静态调差系数R R用标么值表示用标么值表示用标么值表示用标么值表示：称为发电机组的静称为发电机组的静称为发电机组的静称为发电机组的静态调节方程。态调节方程。态调节方程。态调节方程。2021/9/2128发电机组的功率发电机组的功率发电机组的功率发电机组的功率频率静态特性系数频率静态特性系数频率静态特性系数频率静态特性系数K K K KG*G*G*G*
49、在计算功率与频率的关系时，常常采用调差系数的倒数。在计算功率与频率的关系时，常常采用调差系数的倒数。在计算功率与频率的关系时，常常采用调差系数的倒数。在计算功率与频率的关系时，常常采用调差系数的倒数。一般发电机的调差系数或单位调节功率，可采用下列数值：一般发电机的调差系数或单位调节功率，可采用下列数值：对汽轮发电机组对汽轮发电机组 R*=(46)%或或KG*=6.16 25；对水轮发电机组对水轮发电机组R*=(24)%或或KG*=25 50；与与KL 不同的是不同的是KG 可以人为调节整定，但其大小，即调整范围可以人为调节整定，但其大小，即调整范围受机组调速机构的限制。受机组调速机构的限制。K
50、G*发电机的功率发电机的功率发电机的功率发电机的功率-频率频率频率频率特性系数，或原动机的单位特性系数，或原动机的单位特性系数，或原动机的单位特性系数，或原动机的单位调节功率。调节功率。调节功率。调节功率。2021/9/2129（四）调差特性与机组间有功功率分配的关系（四）调差特性与机组间有功功率分配的关系（四）调差特性与机组间有功功率分配的关系（四）调差特性与机组间有功功率分配的关系 假设此时系统总负荷为假设此时系统总负荷为假设此时系统总负荷为假设此时系统总负荷为 P PL L，如线段，如线段，如线段，如线段CBCB的长度所示：的长度所示：的长度所示：的长度所示：以两台发电机组为例，分析并列