第五章电力系统有功功率与频率的调整

1、1第五章第五章电力系统有功功率与频率的调整电力系统有功功率与频率的调整2n 电力系统中负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力，电力系统中负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力，使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使之使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使之尽量保持不变。尽量保持不变。n负荷无功的的变化则要求发电机和其他无功补偿设备的运负荷无功的的变化则要求发电机和其他无功补偿设备的运行情况作相应调整，使之满足负荷无功需求的同时，保证合行情况作相应调整，使之满足负荷无功需求的同时，保证合格的供电电压质量。格的供电电压质量。n在分配和调整各个发电机的功率时，需要考虑它们

2、和线路、在分配和调整各个发电机的功率时，需要考虑它们和线路、变压器等设备的容量限制和其他条件，以保证设备和系统运变压器等设备的容量限制和其他条件，以保证设备和系统运行的安全性。行的安全性。n电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关，电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关，对系统的运行方式进行决策和调整时必须考虑经济性。以上对系统的运行方式进行决策和调整时必须考虑经济性。以上各点反映了电力系统运行的安全、经济、优质等进本要求。各点反映了电力系统运行的安全、经济、优质等进本要求。 3n 衡量电能质量的指标：频率、电压、波形；分别以频率衡量电能质量的指标：频率、电压、波形；分别以频

3、率偏移、电压偏移和波形畸变率表示；偏移、电压偏移和波形畸变率表示；n 衡量经济性的主要指标：比耗量和线损率（或网损率），衡量经济性的主要指标：比耗量和线损率（或网损率）， 比耗量指生产单位电能所需消耗的一次能源。比耗量指生产单位电能所需消耗的一次能源。4第一节第一节 有功平衡和频率调整有功平衡和频率调整 1.1.电力系统频率变化的影响电力系统频率变化的影响 对用户的影响对用户的影响（1 1）异步电机转速：纺织工业、造纸工业）异步电机转速：纺织工业、造纸工业（2 2）异步电机功率下降）异步电机功率下降（3 3）电子设备的准确度）电子设备的准确度 对发电厂和电力系统的影响对发电厂和电力系统的影响（

4、1 1）对发电厂厂用机械设备运行的影响）对发电厂厂用机械设备运行的影响（2 2）对汽轮机叶片的影响）对汽轮机叶片的影响（3 3）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无 功消耗。功消耗。52 2 频率与有功平衡的关系频率与有功平衡的关系 转矩平衡与功率平衡转矩平衡与功率平衡 转矩不平衡时转矩不平衡时, ,转子转转子转 速变化速变化, ,引起频率变化引起频率变化 保持频率恒定不变是十分困难的保持频率恒定不变是十分困难的 ! ! ETETPPMM 60pnf 6有功功率负荷的变化及其调整有功功率负荷的变化及其调整 7 系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变

5、动系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动 负荷组成：负荷组成：（1 1）变动周期小于）变动周期小于10s10s，变化幅度小，变化幅度小: :小操作、线路摇摆等小操作、线路摇摆等（3 3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律（2） 变动周期在（变动周期在（10s10s，180s180s），变化幅度较大：大电机、），变化幅度较大：大电机、电电 炉启停炉启停调速器调速器频率的一次调整频率的一次调整调频器调频器频率的二次调整频率的二次调整根据预测负根据预测负荷，在各机荷，在各机组间进行最组间进行最优负荷分配优负荷分配电力系统的经济

6、运行调度（发电计划）电力系统的经济运行调度（发电计划）8根据负荷变化，电力系统的有功功率和频率调整大体上根据负荷变化，电力系统的有功功率和频率调整大体上可分为：可分为：n一次调频：由发电机调速器进行；一次调频：由发电机调速器进行；n二次调频：由发电机调频器进行；二次调频：由发电机调频器进行；n三次调频：由调度部门根据负荷曲线进行最优分配。三次调频：由调度部门根据负荷曲线进行最优分配。前两种是事后的，第三种是事前的。前两种是事后的，第三种是事前的。一次调频是所有运行中的发电机组都可参加的，取决于一次调频是所有运行中的发电机组都可参加的，取决于发电机组是否已经满负荷发电。这类发电机组是否已经满负荷

7、发电。这类 发电厂称为负荷监发电厂称为负荷监视厂。视厂。1.二次调频是由平衡节点来承担。二次调频是由平衡节点来承担。 9有功功率负荷曲线的预计有功功率负荷曲线的预计根据不同的周期，负荷预测分为以下几种：根据不同的周期，负荷预测分为以下几种：n 日负荷预测日负荷预测 周负荷预测周负荷预测 年负荷预年负荷预测测n 长期负荷预测长期负荷预测 短期负荷预测短期负荷预测 超短期负荷预超短期负荷预测测任何一种负荷预测，都是以历史资料为依据，采用统计方法，任何一种负荷预测，都是以历史资料为依据，采用统计方法，找出负荷变化的规律，建立负荷模型，同时根据一些特殊因找出负荷变化的规律，建立负荷模型，同时根据一些特

8、殊因素加以修正，即可获得未来时段的负荷值。素加以修正，即可获得未来时段的负荷值。还应考虑网损和厂用电两个重要指标，从而最终确定系统的还应考虑网损和厂用电两个重要指标，从而最终确定系统的总负荷总负荷。10网络损耗分为：网络损耗分为：n 不变损耗：与负荷大小无关，主要是系统中变压器的空载不变损耗：与负荷大小无关，主要是系统中变压器的空载 损耗；损耗；n 可变损耗：与负荷的平方成正比，主要是系统中变压器和可变损耗：与负荷的平方成正比，主要是系统中变压器和 线路电阻中的损耗；线路电阻中的损耗； 网损约占系统总负荷的网损约占系统总负荷的6%-10%6%-10%114 4 有功功率平衡与备用容量有功功率平

9、衡与备用容量备用容量：备用容量：15%15%20%20% 作用：作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量应大于发电负荷。量应大于发电负荷。定义：定义：备用容量备用容量 系统可用电源容量系统可用电源容量 发电负荷发电负荷 有功功率平衡：有功功率平衡：,GiLiLossPPP8760t(h)P(MW)发电负荷发电负荷备用容备用容量量新增容新增容量量12按作用分：按作用分：(1)负荷备用：满足负荷波动、计划外负荷备用：满足负荷波动、计划外的负荷增量的负荷增量2%5%(2)事故备用：发电机因故退出运行而事故备用：发电机因故退出运行而预留的容量预留

10、的容量5%10%(3)检修备用：发电机计划检修检修备用：发电机计划检修4%5%(4)国民经济备用：满足工农业超计划国民经济备用：满足工农业超计划增长增长3%5%按其存在形式分：按其存在形式分：(1)热备用：运转中的热备用：运转中的发电设备可能发的发电设备可能发的最大功率与系统发最大功率与系统发电负荷之差电负荷之差(2)冷备用：未运转的冷备用：未运转的发电设备可能发的发电设备可能发的最大功率最大功率备用容量的分类备用容量的分类系统装机容量系统装机容量=最大发电负荷最大发电负荷+备用容量备用容量maxmaxmaxLPPP13第二节第二节 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有功

11、功率的最优分配，包括有功功率的最优分配，包括n有功功率电源的最优组合有功功率电源的最优组合n有功功率负荷的最优分配。有功功率负荷的最优分配。一一. .有功功率电源的最优组合有功功率电源的最优组合有功功率电源的最优组合有功功率电源的最优组合：是指系统中发电设：是指系统中发电设 备或发电备或发电厂的合理组合即机组的合理开停，包括三个部分：厂的合理组合即机组的合理开停，包括三个部分：机组的最优组合顺序机组的最优组合顺序机组的最优组合数量机组的最优组合数量机组的最优开停时间机组的最优开停时间 方法：最优组合顺序法，动态规划法，整数规划法方法：最优组合顺序法，动态规划法，整数规划法14 各类发电厂的合理

12、组合各类发电厂的合理组合 系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优分配问系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优分配问题，包括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配。题，包括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配。 有功电源的最优组合有功电源的最优组合：系统中发电设备和发电厂的合：系统中发电设备和发电厂的合理组合。理组合。 有功负荷的最优分配有功负荷的最优分配：系统中的有功负荷在各个正在：系统中的有功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。运行的发电设备或发电厂之间的合理分配。15一、一、 各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点1 1 火电厂火电厂（1 1）燃料及运输费用）燃料及

13、运输费用（2 2）有功出力最小限制）有功出力最小限制（3 3）效率与蒸汽参数有关）效率与蒸汽参数有关（4 4）启停时间长且启停费用高）启停时间长且启停费用高（5 5）热电厂总效率较高，但与热负荷相应的输出功率是）热电厂总效率较高，但与热负荷相应的输出功率是不可调节的强迫功率。不可调节的强迫功率。 16一、一、 各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点2 2 水电厂水电厂（1 1）不需燃料费，但一次投资大）不需燃料费，但一次投资大（2 2）出力调节范围比火电机组大）出力调节范围比火电机组大（3 3）启停费用低，且操作简单）启停费用低，且操作简单（4 4）出力受水头影响）出力受水头影响（5 5）抽

14、水蓄能）抽水蓄能（6 6）必须释放水量强迫功率）必须释放水量强迫功率17一、一、 各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点3 3 核电厂核电厂（1 1）最小技术负荷小，为额定负荷）最小技术负荷小，为额定负荷10101515。（2 2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高；）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高； 启停及急剧调节时，易于损坏设备。启停及急剧调节时，易于损坏设备。（3 3）一次投资大，运行费用小。）一次投资大，运行费用小。18二、各类发电厂的合理组合二、各类发电厂的合理组合 原则原则（1 1）充分利用水源。）充分利用水源。（2 2）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。）

15、降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。（3 3）尽量降低火力发电成本。）尽量降低火力发电成本。19枯水期枯水期丰水期丰水期抽水抽水发电发电20结论：结论：枯水季节，原子能电厂、火电厂承担基本不变的负枯水季节，原子能电厂、火电厂承担基本不变的负荷，主要由带调节水库的水电厂调节负荷的波峰和波谷的变荷，主要由带调节水库的水电厂调节负荷的波峰和波谷的变动；洪水季节，为防止水资源的浪费，水电厂、原子能电厂、动；洪水季节，为防止水资源的浪费，水电厂、原子能电厂、高温高压火电厂承担基本不变的负荷，由中温中压火电厂承高温高压火电厂承担基本不变的负荷，由中温中压火电厂承担调节任务担调节任务。21有功功率的

16、最优分配有功功率的最优分配 有功功率负荷的最优分配：有功功率负荷的最优分配：是指系统的有功功率负荷在各是指系统的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。其核心个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配。其核心是按是按等耗量微增率准则等耗量微增率准则进行分配。进行分配。 电力系统有功负荷的最优分配的目标电力系统有功负荷的最优分配的目标：在满足系统有功功：在满足系统有功功率平衡的条件下，使系统一次能源的消耗量为最低，使系率平衡的条件下，使系统一次能源的消耗量为最低，使系统经济性达到最优。统经济性达到最优。 电力系统最优运行电力系统最优运行是电力系统分析的一个重要分支，它所是电力

17、系统分析的一个重要分支，它所研究的问题主要是在保证用户用电需求（负荷）的前提下，研究的问题主要是在保证用户用电需求（负荷）的前提下，如何优化地调度系统中各发电机组或发电厂的运行工况，如何优化地调度系统中各发电机组或发电厂的运行工况，从而使系统发电所需的总费用或所消耗的总燃料耗量达到从而使系统发电所需的总费用或所消耗的总燃料耗量达到最小这样决策问题。最小这样决策问题。225.2 5.2 电力系统有功功率的最优分配电力系统有功功率的最优分配1 1 发电机组的耗量特性：发电机组的耗量特性：反映发电机组单位时间内能量反映发电机组单位时间内能量输入输入和和输出输出关系的曲线。关系的曲线。耗量特性耗量特性

18、235.2 5.2 电力系统有功功率的最优分配电力系统有功功率的最优分配比耗量：比耗量：耗量特性曲线上某耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，点的纵坐标和横坐标之比，即输入和输出之比即输入和输出之比效率：效率：比耗量倒数比耗量倒数耗量微增率耗量微增率：耗量特性曲线：耗量特性曲线上某点切线的斜率，表示在上某点切线的斜率，表示在该点的输入增量与输出增量该点的输入增量与输出增量之比。之比。PF / FP / dPdF / 效率曲线和微增率曲线效率曲线和微增率曲线 24二、目标函数和约束条件二、目标函数和约束条件 有功负荷最优分配的目的有功负荷最优分配的目的：在满足对一定量负荷持续供电：在满足对一定

19、量负荷持续供电的前提下，使发电设备在生产电能的过程中单位时间内所的前提下，使发电设备在生产电能的过程中单位时间内所消耗的能源最少。消耗的能源最少。 满足条件：满足条件： 等式约束等式约束 f(xf(x、u u、d)=0 d)=0 不等式约束不等式约束 g g( (x x、u u、d d)0 )0 使使 目标函数目标函数 F F= =F F( (x x、u u、d d) ) 最最优优251 1 目标函数目标函数 系统单位时间内消耗的燃料（火电机组）系统单位时间内消耗的燃料（火电机组） niGiiGnnGGPFPFPFPFF12211)()()()(该目标函数是各发电设备发出有功功率的函数，该目标

20、函数是各发电设备发出有功功率的函数，描述的是单位时间内能源的消耗量。描述的是单位时间内能源的消耗量。262 2 约束条件约束条件 等式约束等式约束 不等式约束不等式约束 nimjLLDjGiPPP11 nimjLDjGiPP11忽略有功网损忽略有功网损 maxminmaxminGiGiGiGiGiGiQQQPPP27三、三、 等耗量微增率准则等耗量微增率准则 以两台火电机组为例，忽略有功网损；假定各台机组的燃料以两台火电机组为例，忽略有功网损；假定各台机组的燃料消耗量和输出功率不受限制，要求：消耗量和输出功率不受限制，要求：确定负荷功率在两台机确定负荷功率在两台机组间的分配，使总的燃料消耗量最

21、小组间的分配，使总的燃料消耗量最小。 等式约束等式约束 目标函数目标函数021 LDGGPPP)()( min2211GGPFPFF 28三、三、 等耗量微增率准则等耗量微增率准则 作图法求解（只有两台机组）作图法求解（只有两台机组） 在在OOOO上找到一点作垂线，上找到一点作垂线， 与两条耗量特性曲线的交点与两条耗量特性曲线的交点 间距离最短。间距离最短。 在耗量特性曲线具有凸性的情在耗量特性曲线具有凸性的情 况下，况下，两条曲线的切线平行时，两条曲线的切线平行时， 燃料消耗量最少燃料消耗量最少。 曲线的切线即斜率，就是该点的曲线的切线即斜率，就是该点的耗量微增率。耗量微增率。29 切切线平

22、行时，斜率相等，也就是耗量微增率相等。这就是等线平行时，斜率相等，也就是耗量微增率相等。这就是等微增率准则。微增率准则。 物理意义物理意义2211GGdP/dFdP/dF ，节约的燃料消耗为：增加，机组减少调整负荷分配，机组，并且总输出功率不变等：假如两台机组微增率不PPdPdFdPdFGG212211022112211 P)dPdFdPdF(PdPdFPdPdFFGGGG 30四、多个发电厂间的负荷经济分配四、多个发电厂间的负荷经济分配1 1. .不计网损的有功最优分配不计网损的有功最优分配 目标函数最小：目标函数最小： 等式约束条件：等式约束条件： 这是多元函数求条件极值问题，可以利用拉格

23、朗日乘数法求这是多元函数求条件极值问题，可以利用拉格朗日乘数法求解。解。 构造拉格朗日函数构造拉格朗日函数 niGii)P(FF1 niLDGiPP10 niLDGiPPFL1 31 求拉格朗日函数的无条件极值求拉格朗日函数的无条件极值 niLDGiPPFL1 )n,i (PFPLGiGi21 0 GiPF)n,1,2,i (dPdFGii niGii)P(FF132不等式约束的处理不等式约束的处理 功率上下限约束功率上下限约束 先不考虑该约束条件进行经济分配计算，若发现越限，越先不考虑该约束条件进行经济分配计算，若发现越限，越限的发电厂按极限分配负荷，其余发电厂再按经济分配。限的发电厂按极限

24、分配负荷，其余发电厂再按经济分配。 节点电压及无功功率约束节点电压及无功功率约束 在经济功率分配后的潮流计算中处理。在经济功率分配后的潮流计算中处理。maxGiGiminGiPPP maxGiGiminGiQQQ maxiiminiVVV 332.2.考虑网损的有功最优分配考虑网损的有功最优分配 等式约束变为等式约束变为 目标函数不变目标函数不变 拉格朗日函数为拉格朗日函数为 niLDLGiPPP10 niniLDLGiiPPPFL11 01 GiLGiiGiPPdPdFPL )n,i (dPdFPPdPdFiGiiGiLGii 2 1 11 经过网损修正后经过网损修正后的等微增率准则的等微增

25、率准则网损修正系数网损修正系数34五、一个水电厂和一个火电厂间有功负荷的最优分配五、一个水电厂和一个火电厂间有功负荷的最优分配 目标：目标：在整个运行周期内满足用户的电力需求，合理在整个运行周期内满足用户的电力需求，合理分配水火电厂的负荷，使总燃料消耗量最少。分配水火电厂的负荷，使总燃料消耗量最少。 等式约束等式约束： 目标函数最小目标函数最小：0 )t (P)t (P)t (PLDTH0 0 Wdt)t (PWH 0 dt)t (PFFT这是一个求泛函极值问题，一般应用变分法求解。这是一个求泛函极值问题，一般应用变分法求解。355. 5. 等耗量微增率准则的推广运用等耗量微增率准则的推广运用

26、 用于解决火力发电厂与水力发电厂之间的最优分配问题。用于解决火力发电厂与水力发电厂之间的最优分配问题。 其目标函数不变，不等式约束不变，忽略网损；其目标函数不变，不等式约束不变，忽略网损； 等式约束中加水量特性方程：等式约束中加水量特性方程： w wj j：单位时间内水力发电设备的水量消耗。：单位时间内水力发电设备的水量消耗。 另外还有所不同的是须各时段联立求解。另外还有所不同的是须各时段联立求解。 解解P212P212（5-215-21），得到：），得到：KdtPwGjj02222111HHTTdPPdWrdPPdF365. 5. 等耗量微增率准则的推广运用等耗量微增率准则的推广运用即：即：

27、 实际可看作是一个换算系数，也称为实际可看作是一个换算系数，也称为水价系数水价系数。在在枯水季节枯水季节，水电厂承担，水电厂承担调频调频任务，任务， 比较小，比较小，比较大；比较大；在在洪水洪水季节，水电厂承担季节，水电厂承担基荷基荷任务，任务， 比较大，比较大，比较小。比较小。221WTr2r2r2r375. 等耗量微增率准则的推广运用等耗量微增率准则的推广运用n根据给定的可消耗水量根据给定的可消耗水量K2，设换算系数的初值，设换算系数的初值 ；n求与求与 相对应的，各个不同时刻的有功功率负荷最相对应的，各个不同时刻的有功功率负荷最优分配方案；优分配方案；n计算与这最优分配方案对应的消耗水量

28、计算与这最优分配方案对应的消耗水量 ；n校验求得的校验求得的 是否与给定的是否与给定的K2相等；相等；n当当 时，取时，取 ；当；当 ，取取 。自第二步开始重复计算；。自第二步开始重复计算；n继续计算，直到求得的继续计算，直到求得的 与给定的与给定的K2相等为止。相等为止。)0(2r)0(2r)0(2K)0(2K2)0(2KK)0(2)1(2rr2)0(2KK)0(2)1(2rr)(2kK383940第三节第三节 电力系统的频率调整电力系统的频率调整一.概述概述频率是电力系统运行的一个重要的质量指标，直接影频率是电力系统运行的一个重要的质量指标，直接影响着负荷的正常运行。负荷要求频率的偏差一般

29、应控响着负荷的正常运行。负荷要求频率的偏差一般应控制在（制在（0.2 0. 5）Hz的范围内。的范围内。一般而言，系统综合负荷的有功功率与频率大致呈一一般而言，系统综合负荷的有功功率与频率大致呈一次方关系。次方关系。要维持频率在正常的范围内，其必要的条件是系统必要维持频率在正常的范围内，其必要的条件是系统必须具有充裕的可调有功电源。须具有充裕的可调有功电源。41电力系统频率与有功功率的关系电力系统频率与有功功率的关系 频率频率、电压是电网电能质量的二大指标。、电压是电网电能质量的二大指标。 频率变化原因频率变化原因：负荷变动导致有功功率的不平衡。：负荷变动导致有功功率的不平衡。 变化过程变化过

30、程：负荷变化：负荷变化发电机转速变化发电机转速变化频率变化频率变化负荷的负荷的调节效应调节效应新频率下达到平衡。新频率下达到平衡。 消除偏移消除偏移：原动机输入功率大小随负荷变动而改变。：原动机输入功率大小随负荷变动而改变。 结论结论： 电网仅一个频率；电网仅一个频率； 电网可在偏离额定频率下稳定运行；（电网可在偏离额定频率下稳定运行；（0.2Hz0.2Hz） 频率调整依靠有功进行调整；频率调整依靠有功进行调整； 维持电网频率，调速器调整原动机输入，跟踪负荷变化。维持电网频率，调速器调整原动机输入，跟踪负荷变化。 转速与频率关系：转速与频率关系：42电力行业标准电力行业标准电网运行准则电网运行

31、准则 6.6.16.6.1频率控制频率控制6.6.1.16.6.1.1电力调度机构负责指挥电网的频率调整，并使电网运行在规定的频电力调度机构负责指挥电网的频率调整，并使电网运行在规定的频率范围。率范围。6.6.1.26.6.1.2电网调频厂由电力调度机构根据电厂调整能力确定。电网调频厂由电力调度机构根据电厂调整能力确定。6.6.1.36.6.1.3在正常运行时，电力调度机构应安排适当的备用容量，并组织备用在正常运行时，电力调度机构应安排适当的备用容量，并组织备用容量分配。容量分配。6.6.1.56.6.1.5控制电网频率的手段有：控制电网频率的手段有：一次调频、二次调频，高频切机、低频减一次调

32、频、二次调频，高频切机、低频减载、低频自启动载、低频自启动等。等。6.6.1.66.6.1.6电网必须具有适当的高频切机容量、低频自启动机组容量和低频低电网必须具有适当的高频切机容量、低频自启动机组容量和低频低压切负荷容量，由电力调度机构负责管理。压切负荷容量，由电力调度机构负责管理。6.6.1.76.6.1.7频率异常的处理频率异常的处理：a) a) 当系统频率高于正常频率范围上限时，为保证系统安全，电力调度机构当系统频率高于正常频率范围上限时，为保证系统安全，电力调度机构可采用调整发电机出力、解列部分发电机组等手段；可采用调整发电机出力、解列部分发电机组等手段；b) b) 当系统频率低于正

33、常频率范围下限时，为保证系统安全，电力调度机构当系统频率低于正常频率范围下限时，为保证系统安全，电力调度机构可采用调整发电机出力、调用系统紧急备用容量、进行指令控制负荷等手段。可采用调整发电机出力、调用系统紧急备用容量、进行指令控制负荷等手段。43频率不稳定给运行中的电气设备带来的危害：频率不稳定给运行中的电气设备带来的危害：1 对用户影响：对用户影响： 异步机：转速变化影响产品质量；电机输出功率变化影响输异步机：转速变化影响产品质量；电机输出功率变化影响输出功率大小。出功率大小。 电子测量设备：影响测量精度。电子测量设备：影响测量精度。 照明、电热负荷：影响小。照明、电热负荷：影响小。 2

34、2 对电网影响：对电网影响： 汽轮机叶片：振动、裂纹，影响寿命。汽轮机叶片：振动、裂纹，影响寿命。 火电厂：低于火电厂：低于48Hz48Hz辅助电机（送风、给水、循环、磨煤等）辅助电机（送风、给水、循环、磨煤等）出力下降出力下降锅炉、汽轮机出力下降锅炉、汽轮机出力下降有功出力下降有功出力下降频率频率进一步下降进一步下降恶性循环（频率雪崩）。恶性循环（频率雪崩）。 电网电压：频率下降电网电压：频率下降异步机、变压器励磁电流增大，无功异步机、变压器励磁电流增大，无功损耗增大。发电机励磁电压下降损耗增大。发电机励磁电压下降系统电压下降系统电压下降有可能有可能导致系统电压雪崩（大面积停电）。导致系统电

35、压雪崩（大面积停电）。 核电厂：频率下降核电厂：频率下降冷却介质泵跳开冷却介质泵跳开反应堆停运。反应堆停运。 44二二. . 自动调速系统及其特性自动调速系统及其特性 离心飞摆调速系统示意图离心飞摆调速系统示意图转速测量元件转速测量元件离心离心飞摆及其附件；飞摆及其附件；放大元件放大元件错油门错油门( (或或称配压阀称配压阀) )；执行机构执行机构油动机油动机( (或或称接力器称接力器) )；转速控制机构或称同转速控制机构或称同步器步器( (调频器调频器) )关键在于利用杠杆的作用调整汽轮机或水轮机的导向叶片，关键在于利用杠杆的作用调整汽轮机或水轮机的导向叶片，使其开度增大，增加进汽量或进水量

36、使其开度增大，增加进汽量或进水量。45组成组成: : 测速环节、执行放大环节、转速给定装置测速环节、执行放大环节、转速给定装置 测速环节：主轴带动的齿轮传动机构和离心飞摆。测速环节：主轴带动的齿轮传动机构和离心飞摆。 转速转速n n上升上升 A A点上移（升高）；点上移（升高）； 转速转速n n下降下降A A点下移（降低）；点下移（降低）； 46 执行放大环节：错油门油动机。稳定状态：错油门活塞堵死油动机执行放大环节：错油门油动机。稳定状态：错油门活塞堵死油动机活塞二个油管路，油动机上下油压相等，调节汽阀开度不变。活塞二个油管路，油动机上下油压相等，调节汽阀开度不变。 F F上升：上管进油上升

37、：上管进油- -活塞向下活塞向下- -汽阀开度减小汽阀开度减小- -转速下降；转速下降；F F下降：下管进油下降：下管进油- -活塞向上活塞向上- -汽阀开度增大汽阀开度增大- -转速上升；转速上升； 放大作用：小力量作用于放大作用：小力量作用于F F点，通过高压油作用，在活塞出生较大作用力。点，通过高压油作用，在活塞出生较大作用力。 47 转速给定装置：同步器。控制电机的正反转，使转速给定装置：同步器。控制电机的正反转，使D D点上下移动点上下移动 a) a) 机组空载调速：机组空载调速：D D点下降点下降- -（E E点未动）点未动）F F点上升点上升- -活塞向下活塞向下- -汽阀开度减

38、小汽阀开度减小- -转转速下降速下降-C-C点下降、点下降、A A点下降点下降-B -B 点下降（杠杆连接）点下降（杠杆连接）E E下降下降-F-F下降下降- -平衡。平衡。 b) b) 机组并网调功（系统频率基本不变，机组并网调功（系统频率基本不变，A A点不动）：点不动）：D D点下降点下降- -（E E点未动）点未动）-F-F点上升点上升- -活塞向下活塞向下- -汽阀开度减小汽阀开度减小- -转速不动转速不动C C点下降、点下降、A A点不动点不动-B -B 点下降（杠杆连接）点下降（杠杆连接）-E-E下降下降-F-F下降下降- -平衡。平衡。 48A A点：测速点，反映速度（频率）的

39、变化，上升下降。点：测速点，反映速度（频率）的变化，上升下降。 D D点：定值给定，给定速度定值或功率定值，调速或调功；上升下降。点：定值给定，给定速度定值或功率定值，调速或调功；上升下降。 C C点：效果点。反映调节后开度大小，上大下小。点：效果点。反映调节后开度大小，上大下小。 B B点：中间点。传递点：中间点。传递A A点或点或C C点作用。点作用。E E点：中间点。反映点：中间点。反映D D点、点、B B点的作用。点的作用。 F F点：平衡点。控制输出执行点：平衡点。控制输出执行, ,最后要恢复才能结束调整过程。最后要恢复才能结束调整过程。 49调速器功能：调速器功能： 1) 1) 调

40、速（调频）调速（调频） a)a)由测速装置动作后进行调节由测速装置动作后进行调节( (一次调整一次调整) )； b)b)由同步器给定环节进行调整（二次调整）。由同步器给定环节进行调整（二次调整）。 2) 2) 调功：由同步器给定环节进行调整。调功：由同步器给定环节进行调整。 结论：结论： 调速器的调速器的一次调整是一种有差调节器一次调整是一种有差调节器。测速环节反映的转。测速环节反映的转速变化速变化( (起因起因) )（ABCABC连杆，连杆，B B不动）不动）C C（开度）动（开度）动A A（转速）（转速）动，说明转速或频率调节并非完全恢复，而是有一定误差。动，说明转速或频率调节并非完全恢复

41、，而是有一定误差。 如移动如移动B B点位置（通过转速给定装置点位置（通过转速给定装置D D点，点，F F点始终不动），点始终不动），就可以改变机组出力或实现调速器特性曲线的上下平移（以达就可以改变机组出力或实现调速器特性曲线的上下平移（以达到到无差调节无差调节）。 501.1.负荷的有功功率频率静态特性负荷的有功功率频率静态特性2 2 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 332210NDNNDNNDNDNDffPaffPaffPaPaP13210 aaaa 332210fafafaaPD的的标标幺幺值值表表达达式式为为基基准准值值和和以以DNNPf51负荷的有功功率频率静态特性负荷的有功功

42、率频率静态特性简化表达简化表达当频率偏离额定值不大时当频率偏离额定值不大时，负荷有功频率静态特性用一，负荷有功频率静态特性用一条近似直线来表示。条近似直线来表示。fPtgKDD fPffPPKDNDNDD/负荷的负荷的频率调节效应系数频率调节效应系数或称或称为负荷的为负荷的频率调节效应频率调节效应，表示，表示负荷随频率的变化程度。负荷随频率的变化程度。例例5 53 352调速器静态特性和调差系数调速器静态特性和调差系数 有差调节：负荷上升有差调节：负荷上升- -调速器动调速器动作作-PG-PG上升（保持平衡）上升（保持平衡）- -同同时时f f有所下降。有所下降。 曲线平移：曲线平移：为了维持

43、为了维持f f保持不变，曲线必保持不变，曲线必须向上（下）平移。须向上（下）平移。2) 2) 平移可增大或减小出力平移可增大或减小出力。 53发电机组的有功功率频率静态特性发电机组的有功功率频率静态特性（1 1）静态调差系数静态调差系数: :某台机组负荷改变时相应的频率偏移某台机组负荷改变时相应的频率偏移若若2 2为额定运行点，为额定运行点，1 1为空载为空载运行点：运行点：PfPPff 1212 PfPPffGNN/ 01122 0 ffPffPPNGN GNNPff0 NNNNffffff 00 100(%)0 NNfff 54单位调节功率单位调节功率: :调差系数的倒数，表示频率变化时调

44、差系数的倒数，表示频率变化时发电机组输出功率的变化量。发电机组输出功率的变化量。fPKGG1fPKGG1NGNGGfPKK小结：小结：调差系数越小，单位调节功率越大，频率偏移越小。调差系数越小，单位调节功率越大，频率偏移越小。调差系数是可以整定的。调差系数是可以整定的。55三三. . 频率的一次调整频率的一次调整n概念介绍概念介绍n发电机的单位调节功率发电机的单位调节功率：发电机组原动机或电源频率特性的：发电机组原动机或电源频率特性的斜率。斜率。 标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。* /GGGNGGNGNGNPKMWHzfP

45、 fKK fPPf 561. 概念介绍概念介绍n发电机是调差系数发电机是调差系数：单位调节功率的倒数。：单位调节功率的倒数。发电机的单位调节功率与调差系数的关系：发电机的单位调节功率与调差系数的关系：一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：汽轮发电机组汽轮发电机组 =35或或 =33.320水轮发电机组水轮发电机组 =24或或 =5025100100% 0 000NNGNNGNGNNGNNGfffPffPPffPffPf*11100%GGKK%*GK%*GK571. 1. 概念介绍概念介绍n负荷的单位调节功率负荷的单位调节功率：综合负荷的静态频率特性

46、的斜率。一般而言：一般而言：* /LLLNLLNLNLNPKMWHzfP fKK fPPf 5 . 1*LK582. 频率的一次调整频率的一次调整n简述：由于负荷突增，发电机组功率不能及时变动而使机简述：由于负荷突增，发电机组功率不能及时变动而使机组减速，系统频率下降，同时，发电机组功率由于调速器组减速，系统频率下降，同时，发电机组功率由于调速器的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身的调节效应而的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身的调节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程，达到新的平衡。减少，经过一个衰减的振荡过程，达到新的平衡。n数学表达式：数学表达式：K KS S：称为：称为系统的单位调节

47、功率系统的单位调节功率，单位，单位Mw/HzMw/Hz。表示原动机调速。表示原动机调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频率下降或上升器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频率下降或上升的多少。的多少。SLGLLGLKKKfPfKKP/00593 电力系统的有功功率频率静态特性电力系统的有功功率频率静态特性P1AP0f1f0GPofLPC0LLPPBfPLPGP0LP60100fff fKPGGLLPKf负荷功率的实际增量：负荷功率的实际增量：它同发电机功率增量平衡：它同发电机功率增量平衡：00LLLLPPPKf 0LLGPPP 0()LGLGLSPPPKKfKf 0LSGLPKKKf 系统的

48、单位调节功率系统的单位调节功率：计及发电机和负荷的调节效：计及发电机和负荷的调节效应时，引起频率单位变化时的负荷变化量。应时，引起频率单位变化时的负荷变化量。61标幺值表示标幺值表示fPKKKDDG 0fPfPKfPKDNDNDNGNG 0 fPffPPKPPKDNDNDDDNGNG00 fPKKkKDDGr0*系统的单位调节功率系统的单位调节功率k kr r= =P PGNGN/ /P PDNDN为备用系数为备用系数 等式两端同除以等式两端同除以PDN/fN小结：小结：系统中有功功率电源的出力不仅应满足在额定频系统中有功功率电源的出力不仅应满足在额定频率下系统对有功功率的需求，而且应有一定的

49、备用。率下系统对有功功率的需求，而且应有一定的备用。625.3 5.3 电力系统的频率调整电力系统的频率调整一、频率的一次调整一、频率的一次调整n n台装有调速器的机组并列运行时，系统频率变化台装有调速器的机组并列运行时，系统频率变化f f时时)21(,n,i fKPGiGiniGniGiGiGfKfKPP11NGiNniGiniGiGfPKKK11n n台机组的等值台机组的等值单位调节功率单位调节功率结论：结论：n n台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的 单位调节功率。单位调节功率。63一、频率的一次调整一、频率的一次调整NGiNniGiniGiGfPKKK11把把n n台机组用一台等值机代表，等值单位调节功率标幺值台机组用一台等值机代表，等值单位调节功率标幺值GNGiNniGiGPPKK1niiGiNGNGPPK11niGiNGNPP1NGNGGfPKK代入代入64频率的一次调整的计算过程频率的一次调整的计算过程fPKKKDDG0NGiNniGiniGiGfPKKK11NGiNiiGiGifPfffKP1iGiNGifPP求出频率偏差求出频率偏差每台机组的功每台机组的功率增量率增量小结：小结：调差系数越小的机组增加的有功输出相对越多调差系数越小的机