第十讲 频率及有功功率的自动调节

1、 通过本章的学习，应当了解电力系统调频的实质和重要通过本章的学习，应当了解电力系统调频的实质和重要 性；了解负荷的静态频率特性及负荷调节效应；了解调速器性；了解负荷的静态频率特性及负荷调节效应；了解调速器 的工作原理及其静态调节特性、配有调速器的发电机组的功的工作原理及其静态调节特性、配有调速器的发电机组的功 率频率特性，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。率分配的关系。 学习目的及要求学习目的及要求 本节需要掌握的主要知识点本节需要掌握的主要知识点 一、负荷的功率一、负荷的功率- -频率特性频率特性 二、发电机组的功率二

2、、发电机组的功率- -频率特性频率特性 三、电力系统的频率特性三、电力系统的频率特性 答案：答案：电源发出的功率与网络损耗及用户的负荷相平衡，电源发出的功率与网络损耗及用户的负荷相平衡， 系统中的机组同步运行，系统频率维持在额定频率系统中的机组同步运行，系统频率维持在额定频率50Hz。 60 pn f 水库水库 11 mm TiGi PP 11 mm TiGiL PPP 111 () mmm TiGiLKi d PPPW dt 系统频率变化是由于系统频率变化是由于发电机的发电机的 负荷负荷与与原动机的输入功率之间原动机的输入功率之间 失去平衡所致失去平衡所致，因此，因此调频与有调频与有 功功率

3、调节功功率调节是不可分不开的。是不可分不开的。 电力系统负荷是不断变化的，电力系统负荷是不断变化的， 而原动机输入的功率改变较慢，而原动机输入的功率改变较慢， 因此系统中频率的波动是难免因此系统中频率的波动是难免 的。的。 第二种变动幅度较大，周期也较长第二种变动幅度较大，周期也较长. . 第三种变动幅度最大，周期也最长第三种变动幅度最大，周期也最长. . 该种负荷基本可以预计。该种负荷基本可以预计。 电力系统运行中的主要任务之一就是对频率进行监视和电力系统运行中的主要任务之一就是对频率进行监视和 控制，保证电力系统频率的偏移在允许范围内控制，保证电力系统频率的偏移在允许范围内 调节频率就是改

4、变单位时间内进入原动机的动力元素调节频率就是改变单位时间内进入原动机的动力元素 （蒸汽或水）（蒸汽或水） 力求电力系统负荷在安全运行约束条件下，实现经济运行力求电力系统负荷在安全运行约束条件下，实现经济运行 及在发电机组之间实现经济分配。及在发电机组之间实现经济分配。 励磁调节基本目标：励磁调节基本目标：发电机端电压发电机端电压和和无功功率分配无功功率分配 调速器的基本目标：调速器的基本目标：发电机频率发电机频率和和有功功率分配有功功率分配 当系统频率变化时，整个系统的有功功率也要随着改变，即当系统频率变化时，整个系统的有功功率也要随着改变，即 L PF f 这种有功负荷随频率而改变的特性称为

5、负荷的这种有功负荷随频率而改变的特性称为负荷的 电力系统中有功功率与频率之间的关系电力系统中有功功率与频率之间的关系： 1、与频率变化无关的负荷：、与频率变化无关的负荷：照明、电弧炉、整流负荷照明、电弧炉、整流负荷 2、与频率成正比的负荷：、与频率成正比的负荷：切削机床、球磨机、压缩机切削机床、球磨机、压缩机 3、与频率的二次方成正比的负荷：、与频率的二次方成正比的负荷：变压器中的涡流损耗变压器中的涡流损耗 4、与频率的三次方成正比的负荷：、与频率的三次方成正比的负荷：通风机、静水头阻力不大的通风机、静水头阻力不大的 循环水泵循环水泵 5、与频率的高次方成正比的负荷：、与频率的高次方成正比的负

6、荷：静水头阻力很大的循环水泵静水头阻力很大的循环水泵 23 0123 . n LLNLNLNLNnLN NNNn ffff Pa Pa Pa Pa Pa P ffff 1. . 3210 * 3 *3 2 *2*10* n n nL aaaaa fafafafaaP 电力系统有功负荷的静态频率特性方程电力系统有功负荷的静态频率特性方程 当电力系统内机组的输入功率当电力系统内机组的输入功率 和负荷功率之间失去平衡时和负荷功率之间失去平衡时,系系 统负荷也参与了调节作用。统负荷也参与了调节作用。 这种特性有利于系统中的有功这种特性有利于系统中的有功 功率在另一个频率下重新获得平功率在另一个频率下重

7、新获得平 衡衡负荷的频率调节效应负荷的频率调节效应 * * * df dP K L L 23 0123 . n LLNLNLNLNnLN NNNn ffff Pa Pa Pa Pa Pa P ffff 211 * *12*3* 1 * 3. n ni L Lni i dP Kaa fa fna fia f df 为负荷的频率调节效应系数，用为负荷的频率调节效应系数，用 以衡量调节效应的大小。以衡量调节效应的大小。 根据国内外的实测数据表明，在频根据国内外的实测数据表明，在频 率允许变化的范围内，有功负荷与率允许变化的范围内，有功负荷与 频率之间的关系曲线接近于一条直频率之间的关系曲线接近于一条

8、直 线。线。 * * * f P tgK L L f P K L L LN N LL P f KK * 有功功率有功功率 变化量变化量 相对应有功功相对应有功功 率变化的频率率变化的频率 的变化量的变化量 KL*是电力系统调度部门要求掌握的一个数据。对于不是电力系统调度部门要求掌握的一个数据。对于不 同的电力系统，因负荷的组成不同，同的电力系统，因负荷的组成不同， KL*也不同，一般也不同，一般 在在13之间。同时，每个系统的之间。同时，每个系统的KL*值亦随季节及昼夜值亦随季节及昼夜 交替而有所变化。交替而有所变化。 23 *01*2*3* . n Ln Paa fa fa fa f 发电机

9、组的发电机组的转速调整转速调整是由原动机的是由原动机的调速系统调速系统来实现的，来实现的，发电机的功率发电机的功率-频率特频率特 性取决于性取决于调速器系统的特性。调速器系统的特性。通常把由于通常把由于频率变化频率变化而引起而引起发电机组输出功率发电机组输出功率 变化变化的关系称为的关系称为发电机组的功率发电机组的功率-频率特性频率特性或或调节特性。调节特性。 * BWAM G 2 *1*2*G PC fC f 发电机组无调速器发电机组无调速器 2 *1*2*G PCC 由图可知，输出功率由图可知，输出功率最大值最大值是在是在额定额定 条件条件下，即下，即转速和转矩都为额定值转速和转矩都为额定

10、值时时 出现。出现。 在调速器的作用下不断改在调速器的作用下不断改 变进气量，使原动机的运行变进气量，使原动机的运行 点不断地从一根静态特性向点不断地从一根静态特性向 另一根静态特性曲线过渡。另一根静态特性曲线过渡。 此时原动机进气量达到最大值，调速器不起作用，当频率此时原动机进气量达到最大值，调速器不起作用，当频率 f 继续下降时，运行点只能沿着对应于最大进气量的静态继续下降时，运行点只能沿着对应于最大进气量的静态 特性曲线移动。特性曲线移动。 对应于频率下降对应于频率下降 ，发电机组输出功，发电机组输出功 率增加率增加 ，这是一种有差调节特性，这是一种有差调节特性 f G P G P f

11、R 发电机组的发电机组的 调差系数调差系数 负号表示发电机输出功率负号表示发电机输出功率 的变化和频率变化相反的变化和频率变化相反 * * * G GN G N P f P P f f R 0 * G PRf 发电机组的静态调节方程发电机组的静态调节方程 计算功率和频率关系时，常采用调差系数的倒数来表示计算功率和频率关系时，常采用调差系数的倒数来表示 * * * * 1 f P R K G G 0 * GG PfK KG*为发电机组的为发电机组的功率功率-频率静态特性系数频率静态特性系数，或者是，或者是原动机的单原动机的单 位调节功率。位调节功率。 发电机组的发电机组的调差系数调差系数主要决定

12、于主要决定于调速器的静态调节特性。调速器的静态调节特性。 与机组间的有功功率分配相关。与机组间的有功功率分配相关。 调节特性的失灵区又造成机组间的有功功率分配的不确定性。调节特性的失灵区又造成机组间的有功功率分配的不确定性。 调差系数调差系数 机组间有功分配机组间有功分配 调速器的静态特性调速器的静态特性 调节特性的失灵区调节特性的失灵区 *G PRf *1 *2 *2 *1 R R P P 机组间的有功功率分配与机机组间的有功功率分配与机 组的调差系数成反比组的调差系数成反比 n i i GiN N n i Gi R P f f PP 1 * 1 推广到多台发电机组并联运行的情况：推广到多台

13、发电机组并联运行的情况： N N P f f R P * 1 * 1 * N n GiN i i P R P R 系统等值机组的调差系数系统等值机组的调差系数 * * i GiN N Gi R P P PR P 系统中负荷变化后，每台系统中负荷变化后，每台 发电机所承担的功率发电机所承担的功率 1、多台发电机的调差系数为零是不能并联运行的；、多台发电机的调差系数为零是不能并联运行的； 2、含有一台调差系数为零机组的系统在理论上是可行的，但是、含有一台调差系数为零机组的系统在理论上是可行的，但是 在实际上是不能运行的。原因是就目前的系统容量而言不可能仅在实际上是不能运行的。原因是就目前的系统容量

14、而言不可能仅 由一台机组来完成全部的调差任务。因此，只能是由多台有差调由一台机组来完成全部的调差任务。因此，只能是由多台有差调 节机组并联运行节机组并联运行 机械式调速器对于微小的转速变化是不能反应的，因此调速器具机械式调速器对于微小的转速变化是不能反应的，因此调速器具 有一定的失灵区，调节特性实际上就是一条具有一定宽度的带子。有一定的失灵区，调节特性实际上就是一条具有一定宽度的带子。 不灵敏区宽度可以用失灵度不灵敏区宽度可以用失灵度 来描述：来描述： N w f f w P为机组间的最大误差功率为机组间的最大误差功率 为调速器最大的频率呆滞为调速器最大的频率呆滞 w f * * * ww w PP f R Rtg P f w w * * * ww w PP f R 与与 成正比，与成正比，与 成反比。成反比。 w P * R 若调差系数很小，则机组间若调差系数很小，则机组间 的最大误差功率就会很大，这的最大误差功率就会很大，这 样就会引起机组间功率分配误样就会引起机组间功率分配误 差的增大。差的增大。 若不灵敏区宽度很小，则调若不灵敏区宽度很小，则调 速器在频率的微小波动时就会速器在频率的微小波动时就会 动作，机械动作会频繁。动作，机械动作会频繁。 调差系数不能很小调差系数不能很小 在电液调速器中形成在电液调速器中形成 一个人为的不灵敏区一个人