第3章电力系统频率及有功功率的自动调节

第3章电力系统频率及有功功率的自动调理本章主要内容第一节电力系统的频率特性第二节调频与调频方程式第三节电力系统的经济调度与自动调频第四节电力系统低频减载第五节功率频率控制系统的模型与仿真第一节电力系统的频率特性学习目的：了解电力系统频率及有功功率控制的必要性；了解频率调理的原理；掌握电力系统负荷的功率—频率特性；了解调速器的任务原理，掌握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理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；第一节电力系统的频率特性补充〔回想〕：一、电力系统频率控制的必要性(一)频率对电力用户的影响1、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动的加工工业产品的机械的转速发生变化。2、电力系统频率动摇会影响某些丈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任务。这对一些重要工业和国防是不能允许的。3、电力系统频率降低会使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动机械的转速和出力降低，影响电力用户设备的正常运转。(二)频率对电力系统的影响1、频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻那么影响运用寿命，重那么能够产生裂纹。对于额定频率为50HZ的电力系统。当频率低到45HZ附近时，某些汽轮机的叶片能够因发生共振而断裂，呵斥艰苦事故。2、频率下降到47～48HZ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，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，这种趋势假设不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度，这种景象称为频率雪崩。出现频率雪崩会呵斥大面积停电，甚至使整个系统瓦解。3、在核电厂中，反响堆冷却介质泵对供电频率有严厉要求。当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反响堆停顿运转。4、电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流添加，使异步电动机和变压器的无功耗费添加，引起系统电压下降。频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电压程度降低。假设电力系统原来的电压程度偏低，在频率下降到一定值时能够出现电压快速而不断地下降，即所谓电压雪崩景象。出现电压雪崩会呵斥大面积停电，甚至使系统瓦解。(二)频率对电力系统的影响1、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转的一切发电机组发出的有功功率总和与系统内一切负荷耗费(包括网损)的有功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2.提高电力系统运转的经济性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转；需求思索发电机组的效率、各种发电机组(水电、火电、核电)的协调、电力系统网损等问题，目的是提高电力系统运转的经济性，降低电能本钱。第二，确定该负荷情况下并联运转机组的有功出力。前者是发电机组经济调度问题，后者是有功负荷的经济分配问题。3、保证结合电力系统的协调运转电力系统的规模在不断地扩展，曾经出现了将几个区域电力系统联在一同组成的结合电力系统。有的结合电力系统实行分区域控制，要求不同区域系统间交换的电功率和电量按事先商定的协议进展。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经过的功率和电量实行控制。电力系统频率和有功功率控制是亲密相关和不可分割的，应一致思索并协同控制。一、概述1、并列运转的每一台发电机组的转速与系统频率的关系为：P——发电机组转子极对数n——发电机组的转数〔r/min〕f——电力系统频率〔Hz〕显然，电力系统的频率控制实践上就是调理发电机组的转速！第一节电力系统的频率特性2、频率调理的原理〔1〕正常运转时：假设系统中有m台机组，各机组原动机的输入总功率为：G1G2Gm系统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：〔2〕负荷忽然添加△PL时：使发电机组输出功率添加△PL,但由于机械惯性，输入功率来不及做出反响，此时：2、频率调理的原理机组只需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。为了坚持功率平衡Wki—各机组的动能G1G2Gm系统设机组运转在a点，机组以转速na稳定运转。当负荷添加时，发电机电磁转矩特性曲线向上方平移．设移到曲线MG2的位置。假设此时不调理进入原动机的动力元素(蒸汽或水),机组调速器不动作，那么原动机的机械转矩特性仍为曲线MT1。机组就会在新的平衡点b以转速nb稳定运转.用图示阐明：这阐明，即使没有调速器参与调理原动机的输入功率，机组也可以从一个稳定运转工况过渡到另一个稳定工况运转。这种才干称为自平衡才干或调理才干。转速nb远离了原来的转速na。这阐明仅仅依托机组的自平衡才干进展调理，机组的转速(频率)会在较大范围内变化。发电机的负荷功率原动机输入功率系统频率的变化电力系统负荷:不断变化原动机输入功率的改动:缓慢频率的动摇:难免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实现经济分配。电力系统运转中的主要义务之—，就是对频率进展监视和控制。3、电力系统负荷的变动情况电力系统负荷变动情况负荷分类：一是变化周期普通小于10s的随机分量；二是变化周期在10s～3min之间的脉动分量；三是变化周期在3min以上的继续分量，负荷预测预告这一部分。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，这称为频率的一次调整。第二种负荷变化引起的频率偏移较大，必需由调频器参与控制和调整，这称为频率的二次调整。第三种负荷变化，调度部门的方案内负荷，这称为频率的三次调整。二、电力系统负荷的功率—频率特性1、负荷的功率—频率特性定义：当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改动，即这种有功负荷随频率而改动的特性称为负荷的功率—频率特性，即负荷的静态频率特性。2、电力系统的负荷类型按负荷与频率的关系分类：(1)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。(2)与频率成正比的负荷如切削机床、球磨机、紧缩机和卷扬机等。这类负荷占有较大比重。(3)与频率的二次方成比例的负荷如变压器中的涡流损耗。这种损耗在电网有功损耗中所占比重较小。(4)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。(5)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。3、负荷的功率—频率特性方程式fN——额定频率；PL——系统频率为f时，整个系统的有功负荷；PLN——系统频率为额定值fN时，整个系统的有功负荷；a0，a1，…，an——各类负荷占PLN的比例系数。化成标么值的方式将上式除以PLN，那么得标么值方式，即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。于是4、负荷的静态频率特性当系统负荷的组成及性质确定后，负荷的静态频率特性方程也就确定了，因此也可以用曲线来表示，如下图：由图可知：在系统频率下降时，系统负荷从系统取用的有功功率下降。假设系统的频率升高，系统负荷从系统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，系统负荷也参与了调理作用，这种特性有利于系统中有功功率在另一频率下重新平衡。这种景象称为负荷的频率调理效应。通常用负荷的频率调理效应系数δ来衡量负荷调理效应的大小。5、负荷的频率调理效应系数由上式可知，系统的值决议于负荷的性质，它与各类负荷所占总负荷的比例有关。而定义：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〔48～51HZ〕接近于一条直线，如下图。直线的斜率为：δ是调度部门必需掌握的一个数据！阐明：1〕负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。3〕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。这斜率即为δ。4〕δ阐明系统频率变化1%时，负荷功率变化的百分数。5〕对于不同的电力系统，δ值也不一样。普通δ=1~3。即使是同一系统的δ，也随季度及昼夜交替导致负荷组成的改动而变化。三、发电机组的功率—频率特性发电机组的功率—频率特性取决于调速系统的特性。当系统的负荷变化引起频率改动时，发电机组调速系统任务，改动原动机进汽量(或进水量)，调理发电机组的输入功率以顺应负荷的需求。发电机组的功率—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化的关系称为发电机组的功率—频率特性或调理特性。〔一〕机械式调速器简介→E、F下降至E′、F′，→活塞提升，→汽门提升，进汽量添加→转速就会上升。当机组因负荷添加而转速下降时：活塞调理气阀错油门从锅炉来的蒸汽1〕两个重锤开度减小→A降至A′C点尚未挪动B点降至B′D点代表有伺服电动机控制的转速整定元件的nDEF，它不会因转速而变动。活塞2〕转速上升后→重锤开度添加→A、B、E、F各点也随之不断改动；这个过程要到C点升到某一位置时，比如C〞，即汽门开大到某一位置时，机组的转速经过重锤的开度使杠杆DEF重新回复到使Ⅱ的活门完全封锁的位置时才会终了，这时B点就回到原来的位置。3〕由于C〞上升了，所以A〞必定低于A。这阐明调速过程终了时，出力添加，转速稍有降低。4〕调速器是一种有差调理器。5〕经过伺服电动机改动D点的位置，就可以到达将调速器特性上下平移的目的。活塞〔二〕发电机组的功率—频率静态特性反映调整过程终了后发电机输出功率和频率关系的曲线称为发电机组的功率—频率静态特性，可以近似的表示为一条直线：在特性曲线上任取两点，我们定义机组的静态调差系数：负号表示发电机输出功率的变化和频率的变化符号相反。〔三〕发电机组的静态调差系数R用标么值表示：称为发电机组的静态调理方程。发电机组的功率—频率静态特性系数KG*在计算功率与频率的关系时，经常采用调差系数的倒数。普通发电机的调差系数或单位调理功率，可采用以下数值：对汽轮发电机组R*=(4~6)%或KG*=6.16~25；对水轮发电机组R*=(2~4)%或KG*=25~50；与KL﹡不同的是KG﹡可以人为调理整定，但其大小，即调整范围受机组调速机构的限制。KG*——发电机的功率-频率特性系数，或原动机的单位调理功率。〔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∑PL，如线段CB的长度所示：以两台发电机组为例，分析并列运转时有功功率的分配情况：曲线1代表1号发电机组的调理特性，曲线2代表2号发电机组的调理特性。系统频率为fN时:1号发电机组承当的负荷为P1，2号发电机组承当的负荷为P2，于是有:当系统负荷添加，经过调速器调理后，系统频率稳定在f1，这时1号发电机组的负荷为P1′，添加了△P1；2号发电机组的负荷为P2′，添加了△P2；两台发电机组的增量之和为△PL。∵结论：当发电机组的功率增量用各自的标么值表示时，发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比，与单位调理功率成正比。调差系数小的机组承当的负荷增量标么值就会增大，而调差系数大的机组承当的负荷增量标么值就会变小。在电力系统中，假设没有调理容量的发电机，那么取该机组的单位调理功率为零。电力系统中一切机组的调速器都为有差调理，由它们共同承当负荷的动摇。2、调理特性的失灵区(1)失灵区的构成以上讨论中，都是假定机组的调理特性是一条理想的直线。但是实践上，由于丈量元件的不灵敏性，对微小的转速变化不能反响，特别是机械式调速器更为明显。也就是说调速器具有一定的失灵区，因此调理特性实践上是一条具有一定宽度的带子，如图6.8所示。失灵区的宽度可以用失灵度ε来描画：即---调速器不能分辨的最大频率误差

f1f2fN(2)失灵区的影响由于调速器的频率调理特性是条带子，因此会导致各并联运转的发电机组间有功功率的分配产生误差。对应于一定的失灵度,最大误差功率与调差系数R存在如下关系:f1f2fN〔1〕△PW*与失灵度成正比，而与调差系数成反比。过小的调差系数将会引起较大的功率分配误差，所以调差系数R的值不能太小。〔2〕不灵敏区的存在虽然会引起一定的功率误差或频率误差。但是，不灵敏区不能太小或完全没有。由于当不灵敏区不能太小或完全没有，当系统频率发生微小动摇时，调速器也要调理，这样会使阀门的调理过分频繁。通常：汽轮发电机组调速器的不灵敏区为0.1%～0.5%；水轮发电机组调速器的不灵敏区为0.1%～0.7%。最大误差功率与调差系数的关系:结论：f1f2fN四、电力系统的频率特性发电机组的功率—频率特性与负荷的功率、频率特性曲线的交点就是电力系统频率的稳定运转点。电力系统主要由发电机组、输电网络及负荷组成，假设把输电网络的功率损耗看成是负荷的一部分，那么电力系统功率频率关系可简化为如下图。在频率稳态为f时:四、电力系统的频率特性以一台发电机组和一个负荷的情况为例引见：负荷和发电机组的静态特性如图6.9所示。1、正常运转时：发电机组的功率—频率特性与负荷的功率-频率特性曲线相交于1点。对应的频率为fN，功率为PL1。在频率为fN时，发电机的输出功率和负荷功率到达了平衡。图6.9电力系统功率-频率特性2、当系统中的负荷添加△PL时:即负荷由PL1添加到PL2，也就是将PL1(

f

)曲线平行移到PL2(

f

)曲线，〔1〕假设此时系统内的一切机组均无调速器：机组的输入功率恒定为PT且等于PL1，那么系统频率将逐渐下降，负荷所取用的有功功率也将逐渐减小。依托负荷调理效应系统到达新的平衡，运转点移到图中2点。图6.9电力系统功率-频率特性频率稳定值下降到f2，系统负荷所取用的有功功率依然为原来的PL1值。在这种情况下，频率偏向值△f决议于△PL值的大小，普通是相当大的。△f〔2〕实践上各发电机组均装有调速器当系统负荷添加，频率开场下降后，调速器动作，以添加机组的输入功率PT。经过一段时间后，运转点稳定在3点，这时系统负荷所取用的功率为PL3，其值小于额定频率下所需的功率PL2，频率稳定在f3。此时的频率偏向△f比无调速器时小得多。此时，发电机组增发的功率为：负荷的频率调理效应所产生的负荷功率变化为：△f负荷功率的实践增量为：负荷增量应同发电机组的功率增量相平衡，即：上式阐明，系统负荷添加时，在发电机组功频特性和负荷本身的调理效应共同作用下，又到达了新的平衡。一方面，负荷添加，频率下降，发电机组按照有差调理特性添加输出；另一方面，负荷实践取用的功率也因频率下降而有所减少。称为系统的功频特性系数,或系统的单位调理功率。五、电力系统的频率调整1、一次调频的概念：当电力系统负荷发生变化引起系统频率变化时，系统内并联运转机组的调速器会根据电力系统频率变化自动调理进入它所控制的原动机的动力元素，改动输入原动机的功率，使系统频率维持在某一值运转，这就是电力系统频率的一次调整，也称为一次调频。〔一〕一次调频2、一次调频的情况:△f结论：一次调频的作用是有限的，它只适用于变化幅值小、变化周期短的负荷，对于变化幅值较大、变化周期较长的负荷。一次调频不能保证频率偏移在运转范围之内。在这种情况下，需求发电机的转速控制机构〔调频器〕来进展频率的二次调整。〔二〕二次调频1、二次调频概念：当机组负荷变动引起频率变化时，利用同步器〔调频器〕平移机组工频特性来调理系统频率，称为电力系统频率的二次调理，也称为二次调频。经过伺服电动机改动D点的位置，就可以到达将调速器特性上下平移的目的。当转速给定安装推进D点向上挪动时，由于机组转速和油动机活塞的位置尚未来的及变化，A,B,C,F各点都不会动。这样，D点向上挪动，就以F点为轴推进E点向下挪动，引起错油门凸肩下移，压力油进入油动机活塞下腔，……引起阀门开度增大，机组转速添加，A点上移,C、F点上移，E点上移，直到错油门完全堵住高压油入口，调理过程终了。显然调理过程终了后，发电机组的转速升高了。D’进展二次调频时：在同步器的作用下，机组的功频特性上移到PG2(

f

)，运转点也随之移到3点，此时的频率为f3。由图6.10可知，系统负荷的增量△PL=PL2-PL1由三部分组成，可表示为：△PG——由二次调频而得到的发电机组的功率增量(图中4～5段)-KG△f——由一次调频而得到的发电机组的功率增量(图中1～4段)；-KL△f——由负荷本身的调理效应所得到的功率增量(图中5～6段)。2、调理过程当负荷添加△PL=PL2-PL1时，即负荷由PL1添加到PL2时，未进展二次调频时：运转点将移到2点，系统频率将下降到f2，进一步进展二次调频时：在同步器的作用下，机组的功频特性上移到PG3(

f

)，运转点也随之移到6点，此时的频率恢复为fN，这样就实现了无差调理。结论1：经过二次调理，系统负荷的变化△PL就完全由等效机组输入功率的添加承当了，即：结论2：〔1〕在多台发电机组并联运转的电力系统中，当负荷变化时，配置了调速器的机组，只需还有可调的容量，都毫无例外地按静态特性参与频率的一次调整。〔2〕而频率的二次调整普通只是由一台或少数几台发电机组(一个或几个厂)承当，这些机组(厂)称为主调频机组(厂)。例3-1两个发电单元，额定功率分别为250MW和400MW,调差系数分别为6.0%和6.4%，两个发电单元并行向500MW负荷供电，假定调速器以各自的调差系数运转，试求各自承当的负荷。解：将两个发电单元的调速器调差系数转化为同一基准容量下的值〔基准容量为1000MVA)例3-2一个区域有两个发电单元，见表3-1，这两个单元并联运转，在额定频率下提供700MW的功率，其中单元1提供200MW,其中单元2提供500MW,先添加负荷130MW。系统初始频率为f0=60HZ.(1)假定没有频率敏感型负荷，即δ=0，试求稳态频率偏向和两个发电单元新的发电量。〔2〕频率变化1%时，负荷变化率为0.804%，即δ=0.804，试求稳态频率偏向和每个发电单元新的发电量。解：将两个发电单元的调速器调差系数转化为同一基准容量下的值〔基准容量为1000MVA)单元号额定容量调差系数1400MVA4%2800MVA5%负荷变化量〔1〕由于δ=0，稳态频率偏向标幺值为：因此，稳态频率偏向为：新的频率为：两个单元的发电变化量分别为：〔1〕当δ=0.804时，稳态频率偏向标幺值为：因此，稳态频率偏向为：新的频率为：两个单元的发电变化量分别为：负荷功率变化：小结负荷吸收的有功功率随频率而改动的特性称为负荷的功率频率特性，也称为负荷的静态频率特性，这是负荷本身固有的调理效应。调速系统动作的原因是系统内负荷变化，发电机阻力转矩变化，呵斥与发电机的原动转矩〔汽轮机输出转矩〕不平衡；调速系统动作的目的是到达新的转矩平衡，即功率平衡。频率的一次调整经过汽轮发电机组调速系统反响机组转速变化，调理原动力阀门开度调理转速，其表如今某一条调理特性上运转点的变化，当负荷变化较大时，调整终了时频率与额定值偏向较大——调理结果有差；频率的二次调整经过调频器反响系统频率变化，调理原动力阀门开度调理转速，表现为一条调理特性上、下平移，可以保证调整终了时频率与额定值偏向很小或趋于零——调理结果是无差的；第二节调频与调频方程式主要内容：了解调频有哪几种方法；掌握积差调频方法；掌握改良积差调频方法；第二节调频与调频方程式调频定义：借助调频器对频率进展二次调整,此时机组上装有有差特性的调速器,调频器的输出作用于调速器,将发电机频率调理特性适当挪动,以坚持系统频率在额定值。控制调频器的信号包括下面三种方式：〔1〕比例调理：按△f的大小，控制调频器按比例增减机组功率△Pref，只能减小△f，不能消除频率偏移。〔2〕微分调理：按△f对时间的微分调理调频器，最初调理作用明显，末段调理不是很明显，稳态时不起作用。〔3〕积分调理：按△f的积分调理，最初调理作用不明显，延缓调理过程，末段调理作用明显，可以实现无差调理。实践中往往几种信号综合后作为调频器控制信号，改动△Pref直到控制信号为零。第二节调频与调频方程式第二节调频与调频方程式一、电力系统自动调频方法〔1〕有差调频法〔2〕主导发电机法〔3〕积差调理法〔4〕改良积差调理法第二节调频与调频方程式一、有差调频法有差调频法指系统中的调频机组用有差调频器并联运转，到达系统调频的目的。1、调频方程式：有差调频器的稳态任务特性可以用下式表示，即Δf、ΔPref——调频过程终了时系统频率的增量与调频机组有功功率设定值的增量。R——有差调频器的调差系数第二节调频与调频方程式2、调频过程：调频器的调整是向着满足调频方程式的方向进展的。第二节调频与调频方程式3、机组间有功功率的分配：当系统中有n台机组参与调频：设系统的负荷增量〔即方案外的负荷〕为ΔPL，那么调理过程终了时，必有：上式也可以写为：那么每台调频机组所承当的方案外负荷为：4、优缺陷：〔1〕各机组同时参与调频，没有先后之分；〔2〕方案外负荷在调频机组间是按一定的比例分配的；〔3〕频率稳定值的偏向较大。负荷增量越大，频率的偏向值也就越大。第二节调频与调频方程式第二节调频与调频方程式二、主导发电机法无差调频器虽具有频率偏向值为零的优点，但无差调频器不能并联运转。为此，只可在一台主要的调频机组上运用无差调频器，而在其他的调频机组上均只安装功率分配器，这样的调频方法称为主导发电机法。1、调频方程式：2、调频过程：当负荷变动，系统f发生变化时，调频厂中的主导机组的调频系统先动作，改动主导机组的功率，力图维持系统f恒定，此时由于主导机组的功率变化，协助调频的其他机组也随之作相应的功率调整，力图使它们的调理功率与主导机组的调理功率间维持给定的比例关系。在调理过程中，主导机组按系统f不断调理，协助调频机组也跟随主导机组进展调理直到系统频率恢复到额定值，协助调频机组和主导机组的调理功率符合给定比例关系时为止。此时，系统内不参与调频的其他机组的功率维持不变，方案外负荷的变动全部由调频机组承当。第二节调频与调频方程式3、机组间有功功率的分配调频终了后，必有：各调频机组承当的功率：4、优缺陷：1〕各调频机组间的出力也是按照一定的比例分配的。2〕在无差调频器为主导调频器的主要缺陷是各机组在调频过程中的作用有先有后，缺乏“同时性〞。稳态性能较好，但动态性能不够理想。3〕主导机组与协调机组如在同一电厂，较易实施，因此适用于中小型电力系统。第二节调频与调频方程式三、积差调频法〔同步时间法〕积差调理法是根据系统频率偏向的累积值调理频率的。1、单台发电机组进展频率积差：〔1〕调理方程式为：——系统频率偏向；——调频机组的有功出力增量；——调频功率比例系数；〔2〕调理过程在0～t1时段内：f=fN，△f=0，那么有设t1时出现了方案外负荷增量:在t1～t2时段内：f<fN，△f<0，那么有即调频机组添加有功出力，频率下降到达某一最低值后，逐渐上升，直至t2时辰为止.在t2～t3时段内：调频机组添加的有功出力与方案外负荷增量相等，系统以额定频率稳定运转：f=fN，△f=0，调频机组坚持t2时辰的有功出力不再增大。设t3时出现了方案外负荷增量:在t3～t4时段内，f>fN，△f>0，即调频机组有功出力减小，直至t4时辰，调频机组出力增量又与方案外负荷变化相等，调理过程又一次终了。(3)积差调理法的特点随着负荷的变化，频率发生变化，产生频率偏向，即。

就不断积累，调频器动作挪动调速器调理特性，改动进入机组的进汽(或进水)量，使频率力求恢复额定值，频率调理过程只能在△f=0时终了。此时系统中的功率到达新的平衡。

推行到电力系统中，采用多台发电机组进展积差调频时，调理方程式为：2、多台发电机组进展积差调频时：〔1〕调理方程式为由于各机组的△f是相等的。设系统方案外负荷为△PL，那么式〔6-38〕(2)每台调频机组承当的方案外负荷为:上式阐明，调理过程终了后，各调频发电机组按一定比例分担了系统方案外负荷，使系统有功功率重新平衡，实现了无差调理。第i台调频机组的有功功率分配系数3、积差调理法的缺陷：频率的积差信号滞后于频率瞬时值的变化，因此调理过程缓慢。不能保证频率的瞬时偏向在规定范围内。4、改良：通常不单纯采用积差调理，而是采用在频率积差调理的根底上，添加频率瞬时偏向调理信号，构成改良的频率积差调理方程。四、改良的频率积差调频法1、调频方程式在频率积差调理的根底上添加频率瞬时偏向的信息△Prefi—第i台机组承当的功率调理量；Ri—第i台机组的调差系数；αi—第i台机组调理功率的分配系数，k—系统功率与频率的转换系数；2、调频过程当系统频率变化时，按Δf启动的调速器会使按积差任务的调频器先进展大幅度的调整,但不会到达额定频率；到频差累积到一定值时，调频器会取代调速器的任务特性，使调频按照式〔6-38〕调理，使频率稳定在fN。在调理过程终了时△f必需为零。方案外负荷调理量:每台机组分担的容量：调理过程终了后，方案外负荷按照一定比例在调频机组间进展分配。即四、多台机组积差调频的实现积差调理法维持系统频率的精度取决于各调频机组的频差积分信号数值的一致性。〔一〕集中调频制积差调理法的频差积分信号在电网调度中心集中产生，即装设一套高精度频率发生器集中产生积差信号，从而确定各调频电厂应该承当的负荷变化量，经过远动通道送给各调频电厂，各调频电厂再根据运转方式分配给各调频机组。集中调频制的优点：各调频电厂的频差积分信号是一致的；集中调频制的缺陷：需求远动通道。〔二〕分散调频制当采用多个调频电厂调频时，可以采用分散方式，即参与调频的电厂各有一套频差信号发生器，就地产生信号进展调频。分散调频的特点：1〕在各调频厂均设置一套精度满足要求的频差积分信号发生器，免去远动通道传送积差信号。2〕分散制方式能够存在各厂的积分信号略有差别，这会产生功率分配上的误差。3〕各调频安装的误差会带来系统内无休止的无谓的功率交换。五、结合电力系统的自动调频两种观念：1〕把结合电力系统看成是一个一致电力系统;2〕把结合电力系统看成是假设干个区域电力系统.结合电力系统的调频方式:①按系统的频差要求进展调理〔恒定频率控制法FFC〕按频差要求进展调理时，最终维持的是系统频率，而对联络线上的交换功率不加控制。②按系统内联络线上交换功率的偏向要求进展调理〔恒定交换功率控制FTC〕按联络线上交换功率的偏向进展调理时，最终是交换功率维持恒定，而对系统的频率并不控制。③既按频差要求又按联络线交换功率的偏向要求进展调理〔频率联络线功率偏向控制TBC〕既按频差又按联络线交换功率调理时，维持的是各区域电网功率。分区调频法〔一〕分区控制误差ACE联络线功率应维持为方案功率。1、判别负荷的变动能否在本区之内A区负荷不变时，B区负荷增长，Δf<0，联络线上出现A端流向B端的功率增量，即ΔPtie.A>0，ΔPtie.B<0。Δf和ΔPtie.B的符号一样，本区有负荷变动；Δf和ΔPtie.A的符号不同，它区有负荷变动结论：结合电力系统中，可用流出某区功率增量的正负与系统频率的符号进展比较，来判别负荷变动能否在该区之内。ABPtie.APtie.B2、非负荷变化区内的调频机组在系统调频过程中尽能够少输出调频功率。A区调频方程式：KAΔf+ΔPtie.A+ΔPA=0�为了使A区机组尽能够不向B区输出调频功率〔ΔPA≈0〕可以找到KA：使KAΔf+ΔPtie.A≈03、定义分区控制误差ACE〔areacontrolerror〕ACE=KΔf+ΔPtie

分区调频法ΔPA为A区机组输出的调频功率式中—系统频率的偏向,即—i区联络线功率和的实践值，该区输出联络线功率为正。—i区联络线功率和的方案值—i区联络线功率对方案值的偏向—i区调频机组的功率设定值增量〔二〕分区调频方程式1、调频方程式ACE积差调频方程式为：分区调频法2、频率恢复到额定值：在调频过程终了时，必有分区控制误差ACE为零，系统频率回到额定值。3、调频过程：系统分区调频方程组为：

分区调频法ABPtie.APtie.B分区调频终了时，各区的控制误差ACE都等于零，任何调频机组都不再出现新的功率增量，即有由于，假设各区调频中心都没有安装误差，即

系统频率必维持在额定值fN，并有ΔPtie.i=0。

ABPtie.APtie.B分区调频法本节小结有差调频法主导发电机法积差调频与改良积差调频方法积差调频方法的实现分区调频法一、等微增率分配负荷的根本概念1、燃料本钱曲线

第三节电力系统的经济负荷分配电力系统经济调度〔EDC〕：在保证频率质量和系统平安的前提下,使电力系统负荷在各机组间获得最正确分配,使所需的运转总费用为最小。热率曲线燃料输入量本钱费用燃料本钱曲线第三节电力系统的经济调度与自动调频2、微增率微增率是指本钱费用微增量与输出功率微增量的比值。

dC----本钱费用微增量;dP----输出功率微增量.微增率曲线微增率以两台机组并联运转为例，阐明等微增量法那么：3、等微增率法那么：运转的发电机组按微增率相等的原那么来分配负荷。等微增量法那么数学推导：设有n台机组，每台机组承当的负荷为P1，P2，⋯，Png，对应的发电本钱为C1，C2，⋯，Cng，那么总的发电本钱为：第三节电力系统的经济调度与自动调频而总负荷功率PD为：用拉格朗日乘子法那么来求解：取拉格朗日方程第三节电力系统的经济调度与自动调频这里功率平衡就是相应的约束条件，即〔3-31〕使发电总本钱最小的条件是〔3-31〕式对功率的偏导数为零。即第三节电力系统的经济调度与自动调频因PD是常数，同时各机组的输出功率又是相互无关的，所以设每台机组都是独立的，那么每台机组的发电本钱只与本身的输出功率有关。第三节电力系统的经济调度与自动调频由可得：结论：发电厂内并联运转机组的经济调度准那么为：各机组运转时微增率b1,b2,⋯,bn相等，并等于全厂的微增率λ。第三节电力系统的经济调度与自动调频图3-16为发电厂内n台机组按等微增率运转分配负荷时的表示图。二、发电厂之间负荷的经济分配〔思索网损时〕设有个发电厂，每个电厂承当的负荷分别为P1，P2，⋯，Png，相应的发电本钱为C1，C2，⋯，Cng，

那么全系统总的发电本钱为：第三节电力系统的经济调度与自动调频总的发电功率与总负荷PD及线损PL相平衡，即拉格朗日方程为：上式对功率的偏导数为零，得：第三节电力系统的经济调度与自动调频结论：在思索网损条件下，负荷经济分配的准那么是每个电厂的微增率与相应电厂的惩罚因子的乘积相等。第三节电力系统的经济调度与自动调频三、自动发电控制〔AGC/EDC功能〕〔一〕概述电力系统中发电量的控制，普通分为三种情况:1、由同步发电机的调速器实现的控制〔一次调整，10S〕；2、由自动发电控制〔简称AGC，即英文AutomaticGenerationControl的缩写〕〔二次调整，10S~3min〕；〔以控制发电机组输出功率来顺应负荷动摇的反响控制。〕3、按照经济调度〔简称EDC，即英文EconomicDispatchControl〕〔三次调整，>3min〕〔在保证频率质量和系统平安运转前提下、如何使电力系统运转具合良好的经济性，这就是电力系统经济调度控制。〕第三节电力系统的经济调度与自动调频〔二〕自动发电控制的根本原理1、单台发电机组的AGC系统第三节电力系统的经济调度与自动调频2、具有多台发电机的AGC系统第三节电力系统的经济调度与自动调频G1、G2、G3为发电机组；ACE称为区域控制误差，用来根据系统频率偏向以及输电线路功率偏向来确定输出控制信号；负荷分配器根据输入的控制信号大小并且根据等微增率准那么或其他原那么来控制各台发电机输出功率的大小。〔三〕自动发电控制系统的根本义务和目的：①使全系统的发电机输出功率和总负荷功率相匹配；②将电力系统的频率偏向调整控制到零，坚持系统频率为额定值；③控制区域间联络线的交换功率与方案值相等，以实现各个区域内有功功率和负荷功率的平衡；④在区域网内各发电厂之间进展负荷的经济分配。第三节电力系统的经济调度与自动调频〔四〕自动发电控制系统的组成：〔1〕负荷分配器作用：根据电力系统频率和其它有关丈量信号，按照一定的调理控制准那么确定各发电机组的最正确设定输出功率。〔2〕发电机组控制器作用：根据负荷分配器所确定的各发电机组的最正确输出功率，控制调速器的调理特性，使发电机组在电力系统额定频率下所发出的实践功率与设定的输出功率相一致。第三节电力系统的经济调度与自动调频第三节电力系统的经济调度与自动调频经济负荷分配〔EDC〕每隔五分钟修正一次Pbi和αi值，以顺应经济调度的要求。各台发电机组的设定调整功率按以下公式分配：有时为了增大加到发电机组上的误差信号信息，可以运用一个或者多个附加的负荷分配回路，如图3-19所示。这样的附加分配回路可以用一个分配系数βi来表示，但它与按经济调度调整负荷的“分配系数αi〞不同，它不受经济调度的约束，所以称为调整分配。第三节电力系统的经济调度与自动调频自动发电控制〔AGC〕的分配方式为：第三节电力系统的经济调度与自动调频当ACE=0，负荷按经济调度〔EDC〕分配；当ACE≠0，ACE功率按(αi+βi)分配。第三节电力系统的经济调度与自动调频〔五〕自动发电控制系统的硬件实现：第三节电力系统的经济调度与自动调频〔六〕互联电力系统的AGC控制N满足：地域间规定的净交换功率PA+PB+PC坚持本系统的频率为额定值。本节小结掌握经济调度的概念及微增率分配负荷的含义；掌握发电机组间负荷的经济分配原那么；掌握发电厂间负荷的经济分配；掌握自动发电控制的作用、根本原理、系统组成，了解自动发电控制的硬件实现及结合电力系统的AGC；了解常用的常规稳定安装的作用；重点掌握低频减载安装原理；第四节电力系统稳定控制安装一、概述在电力系统发惹事故时，忽然呵斥系统有功功率严重不平衡，引起系统频率的猛烈变化，将呵斥系统运转稳定性破坏。呵斥系统有功功率平衡关系破坏的主要缘由有：(1)系统内忽然缺点，呵斥大面积切除负荷；(2)系统之间的联络线缺点，断路器跳闸，呵斥系统解列；(3)系统内大机组因故忽然退出运转；(4)系统内大量负荷忽然投入；(5)系统内大机组忽然投入。第四节电力系统稳定控制安装由于出现电源和负荷间有功功率的严重不平衡，会引起系统频率急剧变化，要挟系统平安稳定运转。

系统频率过高：系统频率急剧下降：会对电力系统呵斥灾难性的影响，必需迅速制止频率下降，同时又要在不使频率解体的前提下尽量保住更多的用户用电。采取措施：及时切除部分电源就可使系统频率下降；采取措施：一方面：立刻添加具有旋转备用容量的发电机组的有功出力。另一方面：采取特殊的稳定控制安装。稳定控制安装的作用：〔1〕加快切除缺点时间，提高系统暂态稳定性。〔2〕维持送受端功率平衡：保证送端机组不至于加速而与系统失步；受端系统不至于功率缺额而导致电压、频率解体等恶性事故的发生。1、低频自起动发电机安装适用于：水轮发电机组对于处在低频自起动备用形状的水轮发电机组，在系统频率下降到低频起动整定值(49.5Hz～49.0Hz)时，低频起动安装会自动起动机组，并以自同期方式并入电力系统，整个过程可以在40s内将水轮发电机组从静止形状升速到额定转速，并入系统接带负荷。二、电力系统平安安装的种类(2)低频调相改发电安装水轮发电机可根据系统需求作调相运转，此时发电机组不发有功功率。当系统频率下降时，可经过低频继电器起动这一安装，使处于调相运转的发电机组迅速转为发电运转。这种安装很简单，实践上是水轮发电机组控制回路中的一部分。目前国内安装的水轮发电机组都具有这一功能。(3)低频降低电压安装当系统频率降低到某一定值时，低频降低电压安装动作，自动调理变压器有载调压分接头位置，运用户电压在短时间内降低5%～8%。由于电压的降低，负荷所吸收的有功功率随之减小，这样就会借助于负荷的调理效应缓解有功功率供求不平衡的矛盾，抑制系统频率下降。可以为其他措施发扬作用博得珍贵时间。这一方法在国外的一些电力系统中已被采用。(4)低频抽水改发电安装在抽水蓄能水电厂，当系统频率下降时，利用低频继电器使发电机组由抽水运转方式迅速改为发电运转方式。抽水蓄能机组都是可逆的，既可抽水蓄能，又可放水发电。(5)自动低频减载安装当频率下降到某一定值时，低频减负荷安装起动，自动切除预先安排的部分负荷，同时迅速启动备用发电机组，能有效地抑制频率的继续下降，使之逐渐恢复到稳定运转形状。这种方法称为按频率自动减负荷。中文简拼为“ZPJH〞；英文为UFLS〔UnderFrequencyLoadShedding〕。当系统频率超越某一整定值时，利用高频继电器起动，将部分运转的发电机组退出运转，以减轻系统功率过剩。(6)高频切机安装(7)高频减出力安装当系统频率升高时，可用短时减小汽轮机主汽门或水轮机导水叶开度的方法，减少发电机组的出力，当系统缺点消除后，又很容易恢复到正常出力。这种方法比高频切机安装的灵敏性好。低频自起动发电机安装适用于：水轮发电机组对于处在低频自起动备用形状的水轮发电机组，在系统频率下降到低频起动整定值(49.5Hz～49.0Hz)时，低频起动安装会自动起动机组，并以自同期方式并入电力系统，整个过程可以在40s内将水轮发电机组从静止形状升速到额定转速，并入系统接带负荷。自动低频减载安装当频率下降到某一定值时，低频减负荷安装起动，自动切除预先安排的部分负荷，同时迅速启动备用发电机组，能有效地抑制频率的继续下降，使之逐渐恢复到稳定运转形状。这种方法称为按频率自动减负荷。中文简拼为“ZPJH〞；英文为UFLS〔UnderFrequencyLoadShedding〕。“轮〞：计算点f1、f2⋯⋯fn点1：系统发生了大量的有功功率缺额；点2：频率下降到f1，第一轮继电器起动，经一定时间△t1点3：断开一部分用户，这就是第一次对功率缺额进展的计算。点3-4：假设功率缺额比较大，第一次计算不能求到系统有功功率缺额的数值，那么频率还会继续下降，很显然由于切除了一部分负荷，功率缺额曾经减小，一切频率将按3-4的曲线而不是3-3′曲线继续下降。三、自动低频减载安装〔一〕自动低频减载安装的任务原理点4：当频率下降到f2时，ZPJH的第二轮频率继电器启动，经一定时间Δt2后，点5：又断开了接于第二轮频率继电器上的用户。点5-6：系统有功功率缺额得到补偿。频率开场沿5～6曲线上升，最后稳定在f2(∞)。逐次逼近：进展一次次的计算，直到找到系统功率缺额的数值〔同时也断开了相应的用户〕。即系统频率重新稳定下来或出现上升时，这个过程才会终了。自动低频减负荷必需经过严厉的整定计算，普通经过ZPJH动作五级(轮)之后，就会使系统频率恢复到允许频率值。〔二〕最大功率缺额确实定：1、最大功率缺额确实定目的：保证在系统发生最大能够的功率缺额时，也能断开相应的用户，防止系统的瓦解，使频率趋于稳定。对系统中能够发生的最大功率缺额应作详细分析：有的按系统中断开最大容量的机组来思索；有的要按断开发电厂高压母线来思索等。2、系统功率最大缺额确定以后，就可以思索接于减负荷安装上的负荷的总数。〔1〕思索到负荷调理效应，接于减负荷安装上的负荷总功率PJH可以比最大功率缺额Pqe小些。三、自动低频减载安装根据负荷调理效应系数公式:可以得到:〔2〕接于减负荷安装上的负荷总功率PJH确实定：PJH—接于减负荷安装上的负荷总功率Pqe—最大功率缺额。三、自动低频减载安装〔三〕各轮动作功率的选择1、第一级动作频率2、最后一轮的动作频率电力系统允许最低频率受“频率解体〞和“电压解体〞的限制，因此自动减负荷安装最后一轮的动作频率以不低于46～46.5Hz为宜。〔最后一轮动作后，频率不应低于使大型机组跳闸的程度，因此大型机组应大于等于48Hz〕3、前后两级动作的频率间隔前后两