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1、电力系统频率及有功功率的调节电力系统频率及有功功率的调节一、电力系统一、电力系统的频率特性的频率特性二、调频二、调频与调频方法与调频方法三、电力系统三、电力系统低频减载低频减载P发电机组转子极对数发电机组转子极对数 n发电机组的转数（发电机组的转数（r/min）f电力系统频率（电力系统频率（Hz）显然，电力系统的频率控制实际上就是显然，电力系统的频率控制实际上就是调节发电机组的转速。调节发电机组的转速。一、电力系统一、电力系统的频率特性的频率特性1)1)电力系统频率一致；任一时刻，发供平衡。电力系统频率一致；任一时刻，发供平衡。2)2)调频与有功功率调节是不可分开的；负荷调频与有功功率调节是不
2、可分开的；负荷增加时，系统出现了功率缺额，机组的转增加时，系统出现了功率缺额，机组的转速下降，整个系统的频率降低。速下降，整个系统的频率降低。3)3)调频是一个要由整个系统来统筹调度与协调频是一个要由整个系统来统筹调度与协调的问题，不允许任何电厂有一点调的问题，不允许任何电厂有一点“各自各自为政为政”的趋向。的趋向。4)4)调频与运行费用的关系也十分密切；力求调频与运行费用的关系也十分密切；力求使系统负荷在发电机组之间实现经济分配。使系统负荷在发电机组之间实现经济分配。负荷的变动情况可以分负荷的变动情况可以分成几种不同的分量：成几种不同的分量：（1）变化周期一般小于）变化周期一般小于10s的随
3、机分量；的随机分量；（2）变化周期在）变化周期在10s3min之间的脉动分量；之间的脉动分量；（3）变化周期在）变化周期在3min以上的持续分量，负荷以上的持续分量，负荷预测预报这一部分。预测预报这一部分。第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来调整原动机的输入功率，这称为频率器来调整原动机的输入功率，这称为频率的一次调整。的一次调整。第二种负荷变化引起的频率偏移较大，必须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制和调整，这称为频率的由调频器参与控制和调整，这称为频率的二次调整。二次调整。第三种负荷变化，调度部门的计划内负荷，第三种负荷变化，
4、调度部门的计划内负荷，这称为频率的三次调整。这称为频率的三次调整。电力系统中各种有功负荷与频率的关系电力系统中各种有功负荷与频率的关系负荷的调节效负荷的调节效应系数应系数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。2）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，为此负荷功率与频率的关系曲线可近似地视为具有不变斜率的直线。这斜频率的关系曲线可近似地视为具有不变斜率的直线。这斜率即为调节效应系数。率即为调节效应系数。3）对于不同的电力系统，调节效应系数的值也不相同。）对于不同的电力系统，调节效应系数的值也不相同。
5、一般为一般为13。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，也随季度及昼夜交替导致负荷组成的改变而变化。导致负荷组成的改变而变化。例例1 某电力系统中，与频率无关的负荷占某电力系统中，与频率无关的负荷占30，与频率一次方成比例的负荷占与频率一次方成比例的负荷占40，与频率二，与频率二次方成比例的负荷占次方成比例的负荷占10，与频率三次方成比，与频率三次方成比例的负荷占例的负荷占20。求系统频率由。求系统频率由50Hz下降到下降到47Hz时，负荷功率变化的百分数及其相应的值。时，负荷功率变化的百分数及其相应的值。二、调频二、调频与调频方法与调频方法1、发电机的调差系数、发电机的调
6、差系数负号表示发电机输出功率负号表示发电机输出功率的变化和频率的变化符号的变化和频率的变化符号相反。相反。上式上式称为发电机组称为发电机组的静态调节方程。的静态调节方程。在计算功率与频率的关系时，常常采用调在计算功率与频率的关系时，常常采用调差系数的倒数，差系数的倒数，KG*发电机的功率发电机的功率-频率特性系数，或频率特性系数，或原动机的单位调节功率。原动机的单位调节功率。一般发电机的调差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，可采用下列数值：可采用下列数值：对汽轮发电机组对汽轮发电机组 R*=(4-6)%或或KG*=16.6-25；对水轮发电机组对水轮发电机组 R*=(2-
7、4)%或或KG*=25-50；若系统频率稳定在若系统频率稳定在f1：1号机组的负荷增加号机组的负荷增加了了P1 2号机组的负荷增加号机组的负荷增加了了P2 两台机组增量之和等两台机组增量之和等于于PL 2、电力系统的功率、电力系统的功率频率特性频率特性3、调频方法、调频方法有差调频法有差调频法 调频方程式：调频方程式：有差调频法指用有差调频器进行并联运行，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，的稳态工作特性可以用下式表示，即即 f f+R RP Pc c =0=0式中式中f f 、P Pc c
8、调频过程结束时系统频调频过程结束时系统频率的增量与调频机组有功功率的增量率的增量与调频机组有功功率的增量 R R 有差调频器的调差系数有差调频器的调差系数 机组间有功功率的分配：机组间有功功率的分配：当系统中有当系统中有 n 台机组参加调频台机组参加调频 式中式中 f系统的频率增量系统的频率增量 Ri 第第 i 台机组的调差特性台机组的调差特性 PCi第第 i 台机组的有功功率增量（调台机组的有功功率增量（调频功率频功率)设系统的负荷增量（即计划外的负荷）为设系统的负荷增量（即计划外的负荷）为P PL L，则调节过程结束时，必有，则调节过程结束时，必有 上式也可以写为上式也可以写为其中其中 是
9、系统的等值调节系数是系统的等值调节系数 则每台调频机组所承担的计划外负荷为则每台调频机组所承担的计划外负荷为主导发电机法主导发电机法 调频方程式：调频方程式：式中式中 Pci第第 i 调频发电机的有功增量调频发电机的有功增量 Ki 功率分配系数功率分配系数调频过程：调频过程：设系统负荷有了新的增量设系统负荷有了新的增量P P ，主导发电机调主导发电机调频器的调节方程的原有平衡状态被首先打破，频器的调节方程的原有平衡状态被首先打破，无差调频器向着满足其调节方程的方向对机组无差调频器向着满足其调节方程的方向对机组的有功出力进行调整，随之出现了新的的有功出力进行调整，随之出现了新的P P 1 1 值
10、，于是其余值，于是其余 n n1 1 个调频机组的功率分配。个调频机组的功率分配。方程式的原有平衡状态跟着均被打破，它们都方程式的原有平衡状态跟着均被打破，它们都会向着满足其功率分方程的方向对各自机组的会向着满足其功率分方程的方向对各自机组的有功出力进行调节，即出现了有功出力进行调节，即出现了“成组调频成组调频”的的状态。调频过程一直要到状态。调频过程一直要到P PC C1 1不再出现新值才不再出现新值才告结束。告结束。机组间有功功率的分配：机组间有功功率的分配：调频结束时必有调频结束时必有 而各调频机组分担的功率为而各调频机组分担的功率为上式上式说明各调频机组间的出力也是按照一定说明各调频机
11、组间的出力也是按照一定的比例分配的。的比例分配的。积差调频法（同步时间法）积差调频法（同步时间法）调频方程式：调频方程式：积差调频法（或称同步时间法）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。是根据系统频率偏差的累积值进行工作的。单机积差调节的调频方程式为：单机积差调节的调频方程式为：式中式中 K-K-调频功率比例系数调频功率比例系数调频方程调频方程每台调频机组分担的计划外负荷为每台调频机组分担的计划外负荷为多台机组用积差法实现调频时，可采用集中制、多台机组用积差法实现调频时，可采用集中制、分散制两种方式分散制两种方式三、电力系统三、电力系统低频减载低频减载a)a)事故
12、情况下，系统可能产生严重的有事故情况下，系统可能产生严重的有功缺额，因而导致系统频率大幅度下功缺额，因而导致系统频率大幅度下降。降。b)b)所缺功率已经大大超过系统热备用容所缺功率已经大大超过系统热备用容量，只能在系统频率降到某值以下，量，只能在系统频率降到某值以下，采取切除相应用户的办法来减少系统采取切除相应用户的办法来减少系统的有功缺额，使系统频率保持在事故的有功缺额，使系统频率保持在事故允许的限额之内。允许的限额之内。系统频率的事故限额系统频率的事故限额（1 1）系统频率降低使厂用机械的出力大为下降，）系统频率降低使厂用机械的出力大为下降，有时可能形成恶性循环，直至频率雪崩。有时可能形成
13、恶性循环，直至频率雪崩。（2 2）系统频率降低使励磁机等的转速也相应降低，）系统频率降低使励磁机等的转速也相应降低，当励磁电流一定时，发送的无功功率会随着频当励磁电流一定时，发送的无功功率会随着频率的降低而减少，可能造成系统稳定的破坏。率的降低而减少，可能造成系统稳定的破坏。（3 3）电力系统频率变化对用户的不利影响：）电力系统频率变化对用户的不利影响：频率变化将引起异步电动机转速的变化。频率变化将引起异步电动机转速的变化。系统频率降低将使电动机的转速和功率降低。系统频率降低将使电动机的转速和功率降低。（4 4）汽轮机对频率的限制。）汽轮机对频率的限制。（5 5）频率升高对大机组的影响。）频率
14、升高对大机组的影响。（6 6）频率对核能电厂的影响。）频率对核能电厂的影响。系统频率的动态特性系统频率的动态特性系统频率变化不是瞬间完成的，而是按指数规律变化，系统频率变化不是瞬间完成的，而是按指数规律变化，其表示式为其表示式为式中式中 -由功率缺额引起的另一个稳定运行频率由功率缺额引起的另一个稳定运行频率 -系统频率变化的时间常数，它与系统系统频率变化的时间常数，它与系统等值机组惯性常数以及负荷调节效应系数等值机组惯性常数以及负荷调节效应系数L LK K 有有关，一般在（关，一般在（4 41010）间。大系统）间。大系统T Tf f较大，小较大，小系统系统T Tf f较小。较小。自动低频减载
15、（按频率自动减负荷装置自动低频减载（按频率自动减负荷装置“ZPJHZPJH”）的工作原理的工作原理“轮轮”：计算点：计算点f f1 1、f f2 2,f fn n 点点1 1：系统发生了大量的有功功率缺额：系统发生了大量的有功功率缺额 点点2 2：频率下降到：频率下降到f f1 1，第一轮继电器起动，经一第一轮继电器起动，经一定时间定时间t t1 1 点点3 3：断开一部分用户，这就是第一次对功率缺：断开一部分用户，这就是第一次对功率缺额进行的计算。额进行的计算。点点3-43-4：如果功率缺额比较大，第一次计算不能：如果功率缺额比较大，第一次计算不能求到系统有功功率缺额的数值，那么频率还会求到
16、系统有功功率缺额的数值，那么频率还会继续下降，很显然由于切除了一部分负荷，功继续下降，很显然由于切除了一部分负荷，功率缺额已经减小，所有频率将按率缺额已经减小，所有频率将按3-43-4的曲线而的曲线而不是不是3-33-3曲线继续下降。曲线继续下降。点点4 4：当频率下降到：当频率下降到f f2 2时，时，ZPJHZPJH的第二轮频率继的第二轮频率继电器启动，经一定时间电器启动，经一定时间t t2 2后后 点点5 5：又断开了接于第二轮频率继电器上的用户。：又断开了接于第二轮频率继电器上的用户。点点5-65-6：系统有功功率缺额得到补偿。频率开始：系统有功功率缺额得到补偿。频率开始沿沿5 56
17、6曲线回升，最后稳定在曲线回升，最后稳定在f f(2)(2)。逐次逼近：进行一次次的计算，直到找到系统功逐次逼近：进行一次次的计算，直到找到系统功率缺额的数值（同时也断开了相应的用户）。即率缺额的数值（同时也断开了相应的用户）。即系统频率重新稳定下来或出现回升时，这个过程系统频率重新稳定下来或出现回升时，这个过程才会结束。才会结束。最大功率缺额的确定最大功率缺额的确定 1 1）保证在系统发生最大可能的功率缺额时，也）保证在系统发生最大可能的功率缺额时，也能断开相应的用户，避免系统的瓦解，使频率能断开相应的用户，避免系统的瓦解，使频率趋于稳定。趋于稳定。2 2）对系统中可能发生的最大功率缺额应作
18、具体）对系统中可能发生的最大功率缺额应作具体分析：有的按系统中断开最大容量的机组来考分析：有的按系统中断开最大容量的机组来考虑；有的要按断开发电厂高压母线来考虑等。虑；有的要按断开发电厂高压母线来考虑等。3 3）系统功率最大缺额确定以后，就可以考虑接）系统功率最大缺额确定以后，就可以考虑接于减负荷装置上的负荷的总数。要求恢复频率于减负荷装置上的负荷的总数。要求恢复频率f fhfhf可以低于额定频率。可以低于额定频率。4 4）考虑到负荷调节效应，接于减负荷装置上的）考虑到负荷调节效应，接于减负荷装置上的负荷总功率负荷总功率P PJHJH可以比最大功率缺额可以比最大功率缺额P Pqeqe小些。小些
19、。例例 某系统的用户总功率为某系统的用户总功率为P Pfhefhe =28002800MWMW，系统，系统最大的功率缺额最大的功率缺额P Pqeqe=900=900MWMW，负荷调节效应系数，负荷调节效应系数L LK K=2=2，自动减负荷动作后，希望恢复频率值，自动减负荷动作后，希望恢复频率值f fhfhf =4848HzHz，求接入减负荷装置的负荷总功率，求接入减负荷装置的负荷总功率P PJHJH。解解 减负荷动作后，残留的减负荷动作后，残留的频率偏差相对值频率偏差相对值 各轮动作功率的选择各轮动作功率的选择1 1）第一级动作频率）第一级动作频率一般的一级启动频率整定在一般的一级启动频率整
20、定在49Hz49Hz。2 2）最后一轮的动作频率最后一轮的动作频率自动减负荷装置最后一轮的动作频率最好不低于自动减负荷装置最后一轮的动作频率最好不低于464646.5Hz46.5Hz3 3）前后两级动作的频率间隔前后两级动作的频率间隔前后两级动作的时间间隔是受频率测量元件的动前后两级动作的时间间隔是受频率测量元件的动作误差和开关固有跳闸时间限制的。作误差和开关固有跳闸时间限制的。各轮最佳断开功率的计算各轮最佳断开功率的计算 1)1)系统频率的最后稳定值在最大恢复频率系统频率的最后稳定值在最大恢复频率f ffh.fh.max.imax.i与与最小恢复频率最小恢复频率f ffh.fh.min.im
21、in.i之间之间 2)2)（f ffh.fh.max.imax.i f ffh.fh.min.imin.i ）是正比于）是正比于ZPJHZPJH第第i i次次的计算误差的的计算误差的 3)3)当当ZPJHZPJH动作后，可能出现的最大误差为最小动作后，可能出现的最大误差为最小时，时，ZPJHZPJH就具有最高的选择性。就具有最高的选择性。4)4)f ffh.fh.minmin.事实上等于特殊轮的动作频率事实上等于特殊轮的动作频率f fdztsdzts 5)5)一般情况下，各轮的一般情况下，各轮的f ffh.fh.max.imax.i是不同的，而是不同的，而ZPJHZPJH的最终计算误差则应按其
22、中最大的计算。的最终计算误差则应按其中最大的计算。根据极值原理，显而易见，要使根据极值原理，显而易见，要使ZPJHZPJH装置的误装置的误差为最小的条件是：差为最小的条件是：f ffh.fh.max.1max.1=f ffh.fh.max.2max.2=f ffh.fh.max.nmax.n =f fhfhf0 0 6)6)各轮恢复频率的最大值各轮恢复频率的最大值f fhfhf0 0可考虑如下：当系可考虑如下：当系统频率缓慢下降，并正好稳定在第统频率缓慢下降，并正好稳定在第i i轮继电器轮继电器的动作频率的动作频率f fdzidzi时，第时，第i i轮继电器动作，并断开轮继电器动作，并断开了相
23、应的用户功率了相应的用户功率P Pi i，于是频率回升到这一于是频率回升到这一轮的最大恢复频率轮的最大恢复频率f fhf.hf.max.max.i i。特殊轮的功用与断开功率的选择特殊轮的功用与断开功率的选择 1 1）第第i i轮动作后，系统频率稳定在低于恢复频率的低轮动作后，系统频率稳定在低于恢复频率的低 限限f fhf.hf.min.min.i i但但又不足使又不足使i i+1+1轮减负荷装置动作轮减负荷装置动作 2 2）特殊轮的动作频率特殊轮的动作频率f fdztsdzts=f fhf.hf.minmin3 3）它是在系统频率已比较稳定时动作的，因此其动作它是在系统频率已比较稳定时动作的，因此其动作时限可以取系统频率时间常数时限可以取系统频率时间常数T Tf f的的2 23 3倍，一般为倍，一般为151525s 25s