电力系统分析：第13章 电力系统的有功功率平衡和频率调整

频率调整的必要性电力系统的频率特性系统负荷的有功功率—频率静态特性发电机组的有功功率—频率静态特性电力系统的有功功率—频率静态特性电力系统的频率调整频率一次调整、频率二次调整、互联系统的频率调整有功功率平衡和系统负荷在各类发电厂间的合理分配CH13电力系统的有功功率平衡和频率调整13.1频率调整的必要性频率调整的必要性：f是衡量电能质量的重要指标频率的基本概念：由发电机的转速决定，

相联系统只有一个频率，是一个全局问题，

与电压不同。电力系统的频率水平由有功功率平衡决定，

在负荷变化时，如果有功电源充足，能保证

用户需要，且具有及时进行调整的能力，则

能保证频率在合理的范围之内，反之，则将

出现较大的频率偏移。频率调整的必要性：f是衡量电能质量的重要指标频率偏移对设备运行的影响异步电动机：转速和输出功率降低汽轮发电机：叶片脉振发电厂辅机：f↓，给水泵、风机、给煤机出力

下降，严重情况下可导致系统频率崩溃电机变压器：f↓，无功损耗增加，调压问题电网频率总在波动：发电机转子功率平衡频率允许偏移：

fN=50Hz;±(0.2~0.5)Hz;±(0.4~1)%13.1频率调整的必要性负荷曲线组成：有功负荷分为三种不同变化规律的变动负荷，如右图1、2、3所示；第1种负荷分量：变化幅度小，变化周期短（一般10秒以内）（调速器：一次调频）第2种负荷分量：变化幅度较大，变化周期一般在10s~3min的负荷，如电炉、延压机械、电气机车，等；（调频器：二次调频）第3种负荷分量：变化缓慢的持续变动负荷，由工厂作息制度、居民生活规律、气象条件等决定；（调度员：日运行方式）13.1频率调整的必要性13.2电力系统的频率特性系统负荷的有功功率-频率静态特性：系统处于运行稳态时，系统中有功负荷随频率的变化特性与频率无关：照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷，等与频率一次方成正比：阻力矩为常数的负荷，如球磨机、切削机床、往复式水泵、压缩机、卷扬机，等与频率的二次方成正比：变压器涡流损耗与频率的三次方成正比：通风机、净水头阻力不大的循环水泵与频率更高次方成正比：净水头阻力很大的给水泵；KD：负荷频率调节效应系数KD*=1~3调度部门必须掌握的数据确定低频减载切除负荷数量发电机组的有功功率-频率静态特性：系统处于运行稳态时发电机有功功率与频率的变化关系调速系统的工作原理（离心式机械液压调速系统）发电机组的静态调差系数δ、单位调节功率KG13.2电力系统的频率特性转速测量元件放大元件执行机构转速控制机构

(同步器)油动机KG可以整定KD

不能整定电力系统的有功功率-频率静态特性考虑一台机组和一个负荷，计及

两者的频率静态特性13.2电力系统的频率特性假定系统的负荷增加ΔPD0。负荷的实际增量：(负荷的实际增量应与发电机组功率输出的增量相等)电力系统的有功功率-频率静态特性考虑一台机组和一个负荷，计及

两者的频率静态特性采用标幺值形式无备用容量(kr=1)，f0=fN，发电机单位调节功率为零13.2电力系统的频率特性备用系数13.3电力系统的频率调整频率的一次调整：发电机组的调速器，根据系统频率的偏移，改变机组的出力，使有功功率重新达到平衡，这就是频率的一次调整。调速器的有差调节特性，一次调频是有差调频所有发电机均装有调速器，均参加一次调频机械液压调速系统电气液压调速系统自动装置中详细介绍单靠一次调频不能使频率偏移保持在允许的范围之内13.3电力系统的频率调整频率的一次调整n台机组的等值单位调节功率单台等值机组和系统负荷的一次调频计算等值单位调节功率时，如第j台机组满载运行，则KGj

=0，或δj

=∞

调差系数越小，机组增加有功输出越多（相对于自身额定值）频率的一次调整—Ex13-2某电力系统中，一半机组的容量已经完全利用，其余25%为火电厂，有10%备用容量，单位调节功率为16.6；25%为水电厂，有20%备用容量，单位调节功率为25；系统有功负荷的频率调节效应系数KD*=1.5。（1）求系统单位调节功率（2）求负荷增加5%时的系统稳态频率；（3）若允许频率降低0.2Hz，系统能够承受的负荷增量13.3电力系统的频率调整频率的一次调整—Ex13-3某电力系统中，一半机组的容量已经完全利用，其余25%为火电厂，无备用容量，单位调节功率为16.6；25%为水电厂，有10%备用容量，单位调节功率为25；系统有功负荷的频率调节效应系数KD*=1.5。（1）求系统单位调节功率（2）求负荷增加5%时的系统稳态频率，由于备用容量仅为2.6%，余下部分由负荷的频率调节效应来补偿；13.3电力系统的频率调整频率的一次调整—Ex13-3某电力系统中，一半机组的容量已经完全利用，其余25%为火电厂，无备用容量，单位调节功率为16.6；25%为水电厂，有10%备用容量，单位调节功率为25；系统有功负荷的频率调节效应系数KD*=1.5。（3）若允许频率降低0.2Hz，系统能够承受的负荷增量；13.3电力系统的频率调整（1）求系统单位调节功率思考：若允许∆f=-0.3Hz，系统能够承受的负荷增量?同步器的不同位置，对应于一组平行的机组功频静态特性直线；维持机组转速恒定，同步器位置越高，机组输出功率越大；同步器位置对应的额定频率下的机组输出功率同步器位置对应的机组空载转速13.3电力系统的频率调整频率的二次调整——通常所说的“频率调整”同步器的工作原理—功频静态特性的平移利用同步器平移机组功频静态特性，调节系统频率和分配机组间的有功功率，就是频率的二次调整13.3电力系统的频率调整频率的二次调整——通常所说的“频率调整”同步器的工作原理—功频静态特性的平移频率的二次调整——通常所说的“频率调整”负荷增加，所有具有备用容量的机组

调速器动作，系统频率下降同步器动作，增大机组输出功率，系统功频静态特性平移，系统频率一定程度上恢复13.3电力系统的频率调整FF频率的二次调整——通常所说的“频率调整”由于频率的二次调整，系统增加的

发电功率，由少数电厂或机组承担剩余负荷增量，由全网具有调节容量的机组，通过调速器动作，按照功频静态调节特性平衡；主调频电厂输出功率增量按经济调度原则在主调频厂间分配13.3电力系统的频率调整频率的二次调整——通常所说的“频率调整”二次调整可实现系统频率的无差调节13.3电力系统的频率调整互联系统的频率调整：频率调整可能引起网络潮流的重新分布，频率调整时，往往需要注意互联多区域电网间的联络线交换功率控制问题13.3电力系统的频率调整二次调频功率增量负荷增量=0,则:△f=0=0,则:△PAB=0当一个子系统的负荷增量全部由另一个子系统的二次调频来承担时，联络线功率增量最大。互联系统的频率调整13.3电力系统的频率调整习题13－7KGA

=270MW/HZ，KDA

=21MW/HZ，KGB

=480MW/HZ，

KDB

=39MW/HZ，PAB

=300MW，B

系统增加负荷150MW

（1）求A、B均仅进行一次调频时的系统频率

−(KGA

+KDA

+KGB

+KDB

)×△f=150−810×△f=150△f=−0.185HZf=50−0.185=49.815HZ联络线功率变化量（即A系统的负荷增加量）△PAB

=−(KGA

+KDA)×△f=291×0.185=53.835MW

互联系统的频率调整13.3电力系统的频率调整习题13－7KGA

=270MW/HZ，KDA

=21MW/HZ，KGB

=480MW/HZ，

KDB

=39MW/HZ，PAB

=300MW，B

系统增加负荷150MW

（1）求A、B均仅进行一次调频时的系统频率

联络线功率变化量（即A系统的负荷增加量）

A、B发电机和负荷功率的变化量△PAB

=100MW并非全部是A的二次调频功率100-△PGA=−(KGA

+KDA

)×△f

△PGA=71.482应充分利用二次调频容量，则：△PAB=100MW−(KGB

+KDB

)×△f=50−519×△f=50△f=−0.098HZ

互联系统的频率调整13.3电力系统的频率调整习题13－7KGA

=270MW/HZ，KDA

=21MW/HZ，KGB

=480MW/HZ，

KDB

=39MW/HZ，PAB

=300MW，B

系统增加负荷150MW

（2）A、B均参加一次调频，但二次调频仅由

A承担，PABmax=400MW，求系统频率的最小变化量思考：△PAB

=100MW全部是A的二次调频功率吗？主调频电厂的选择主调频电厂：负责全系统的频率调整，即频率的二次调整，一般选1-2个电厂辅助调频电厂：系统频率超过某一规定的偏移范围时才参与频率调整，一般也只有少数电厂非调频电厂：系统正常运行时，按照预先给定的负荷曲线运行选择主调频电厂时，主要应考虑：（1）机组具有足够的调节容量及调整范围（2）调频机组具有与负荷变化速度相适应的调整速度（3）调整出力时符合安全及经济的原则（4）调频引起的联络线功率波动、中枢点电压波动是否越限13.3电力系统的频率调整各类电厂调节能力对比机组类型出力调整

范围负荷增减速度调频能力评价水轮发电机组>50%PN0→100%PN,1min☆☆☆汽轮发电机组中温中压<75%PN(50%-100%)PN范围内，(2%~5%)PN/min☆☆高温高压<30%PN☆枯水期：水电厂—主调频电厂，效率较低的火电机组—辅助调频丰水期：水电厂带稳定负荷，避免弃水；中温中压凝汽式火电厂—主调频

（兼顾经济性）13.3电力系统的频率调整频率调整与电压调整的关系13.3电力系统的频率调整频率下降将引起无功缺口扩大，电压下降

f↓→Qg↓Qd↑→V↓

△f↓1%→△V↓0.8～2%电压下降使有功缺口减少，有助于阻止f

急剧下降f、V

偏低时，先解决f，再解决Vf、V

的独立性全网频率统一，调频涉及整个系统；无功功率平衡和电压调整可以按地区就地解决当线路有功潮流不超过允许范围时，有功电源的任意分布不会妨碍频率的调整；无功平衡和调压则同无功电源的合理分布关系密切因f↑，Q

缺额↓，对电压调整有利。若先V↑，扩大有功缺额，加剧

f↓13.4有功功率平衡和系统负荷在各类发电厂间的合理分配有功功率平衡&备用容量实现额定频率下的有功平衡，并具有备用容量备用容量—按作用分负荷备用：2%~5%Pmax事故备用：5%~10%Pmax

>PGmax检修备用国民经济备用热备用—旋转备用（Spinning

Reserve）担负频率调整任务：短时间负荷波动；日负荷曲线的预测误差；发电机组因偶然事故退出运行；包含负荷备用和部分事故备用冷备用停运待命机组，作为检修备用、国民经济备用、部分事故备用热备用不足：低频减载水电机组低频自启动有功功率电源13.4有功功率平衡和系统负荷在各类发电厂间的合理分配分类容量（万kW）总装机容量105,576水电23,051火电76,546核电1,257风电4,505其它217数据来源：

/news/201202/02/91447_97.shtml

有功功率电源13.4有功功率平衡和系统负荷在各类发电厂间的合理分配发电厂是目前电力系统唯一的有功功率电源①火力发电厂：总容量一半以上，有功调整范围小燃油火力发电厂燃汽火力发电厂燃煤火力发电厂低温低压（450℃，35大气压）中温中压（520℃，100大气压）高温高压（550℃，180大气压）超临界机组（575℃，200以上大气压）效率容量高大有功功率电源13.4有功功率平衡和系统负荷在各类发电厂间的合理分配②热力发电厂：发电+供热强迫出力：为保证供热而必须发出的有功功率，不可调节③水力发电厂：有功调整范围大多年调节库容水力发电厂日、季、年调节库容水力发电厂抽水蓄能库容水力发电厂，两级水库水电厂径流式水力发电厂：无调节水库④核能发电厂：不宜带急剧变动的负荷⑤风力发电场：波动性大有功功率负荷13.4有功功率平衡和系统负荷在各类发电厂间的合理分配有功功率负荷随天气、季节、每天的时间、天气、人们的生活工作习惯等变化，以各种负荷曲线来反映，是电力调度部门的重要依据。右