工学电力系统频率控制

2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整15-1频率调整必要性

5-2电力系统频率特性

5-3电力系统频率调整

第五章电力系统的有功功率和频率调整2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整25-1频率调整必要性A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,出现次品和废品。（2）电力系统频率波动会影响某些测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工作。（3）电力系统频率降低将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行。1、电力系统频率控制的必要性2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整3

B频率对电力系统的影响频率下降时,汽轮机叶片的振动会变大。频率下降到47-48Hz时,火电厂由异步电动机驱动的辅机（如送风机）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。不能及时制止,出现频率雪崩会造成大面积停电,甚至使整个系统瓦解。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整4发电厂的厂用机械多使用异步电动机带动的，系统频率降低将使电动机功率降低，影响电厂正常运行。电力系统频率下降时,异步电动机和变压器的励磁电流增加,使无功消耗增加,引起系统电压下降。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整5A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行的所有发电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。但是电力系统的负荷是时刻变化的,从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内，就是要及时调节系统内并联运行机组有功功率。2、电力系统有功功率控制的必要性2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整6当系统频率在额定值附近时，虽然频率满足要求，但没有说明哪些机组参与并联运行，并联运行的机组各应该发多少有功功率。电力系统有功功率控制的任务之一就是要解决这个问题。这就是电力系统经济调度问题。

B提高电力系统运行的经济性2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整7电力系统的规模在不断地扩大,已经出现了将几个区域电力系统联在一起组成的联合电力系统，有的联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约定的协议进行。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通过的功率和电量实行控制。

C保证联合电力系统的协调运行2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整8

①为什么P和f联系起来②有功功率平衡③调频原理④调频方法和措施3、本章的主要内容2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整9事故分析1972年7月20日，浙江电网因常湖线输送功率过大，导致发热弛度增大，而对低压线放电，继电保护动作跳闸造成系统稳定破坏，频率急剧下降，结果造成浙江电网全面瓦解，全省约71.5％的用户停电1972年7月27日，湖北电网因继电保护误动作，武汉电网频率急剧下降，迫使青山、黄石两个电厂全停。瑞典南部系统，于1983年12月27日因斯德哥尔摩西北部的海尔迈变电所进行倒闸操作时设备损坏造成单相接地故障，使几条线路切除造成电压大幅度降低。后来甚至发展到南北电网解列，频率和电压急剧下降，南部电网完全崩溃而大面积停电，事故损失达5000万美元2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整10

5-2电力系统频率特性一、电力系统综合负荷的静态频率特性二、发电机组和电力系统等效发电机组的

功率频率静态特性

三、电力系统的频率特性

2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整11系统负荷组成图13-1有功功率负荷的变化1－第一种负荷分量；2－第二种负荷分量3－第三种负荷分量4－实际的负荷变化曲线变化幅度很小，变化周期较短（一般为10s以内）的负荷分量；变化幅度较大，变化周期较长（一般为10s～3min）的负荷分量，属于这类负荷的主要有电炉，延压机械，电气机车等；变化缓慢的持续变动负荷，引起负荷变化的原因主要是工厂的作息制度，人民的生活规律，气象条件的变化等。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整12频率的调整负荷的变化将引起频率的相应变化。第一种变化负荷引起的频率偏移将由发电机组的调速器进行调整。这种调整通常称为频率的一次调整。第二种变化负荷引起的频率变动仅靠调速器的作用往往不能将频率偏移限制在容许的范围之内，这时必须有调频器参与频率调整，这种调整通常称为频率的二次调整。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整131、负荷分类（有功功率与频率的关系）与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉和整流负荷等。与频率的一次方成正比的负荷，负荷的阻力矩等于常数的属于此类，如球磨机、切削机床、往复式水泵、压缩机和卷扬机等。与频率的二次方成正比的负荷，如变压器中的涡流损耗。与频率的三次方成正比的负荷，如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等。与频率的更高次方成正比的负荷，如静水头阻力很大的给水泵。一、电力系统综合负荷的静态频率特性2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整14负荷静特性：一组描述负荷功率随节点电压和频率变化的代数方程式。式中a、b、c分别描述了负荷中恒定阻抗、恒定电流和恒定功率等成分所占的百分比，d为负荷的频率调节效应系数。各参数可以根据实验得到的负荷静态特性曲线获得，也可由对各种典型负荷静特性的综合得到。2、系统的负荷功率与频率的关系：2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整15电力系统负荷与频率的关系：电力系统综合负荷由各种各样的负荷组成。这些负荷吸取的有功功率有的与频率无关，有的与频率的一次方成正比，有的与频率的二次方成正比，有的与频率的更高次方成正比。但有：2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整16用标么值表示为（PDN、fN）2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整173、负荷有功－频率的静态频率特性在额定频率附近，负荷的静态频率特性近似为直线负荷的静态频率特性曲线的斜率称为负荷的频率调节效应系数KD。PDOfPDNfNβ2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整18实际系统中KD*＝1～3频率变化1％，负荷有功功率相应变化（1～3）％调度部门必须掌握的一个数据，考虑按频率减负荷方案和低频率事故时用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。低频减载是电力系统抑制频率下降、维持系统频率稳定的有效方法，控制电力系统一般故障及大面积复杂故障重要而有效的手段。合理而快速地切除负荷或解列，可以使整个电网在最短的时间内恢复至稳定运行状态。

※不同电力系统或同一电力系统不同时刻的KD、KD*都可能不同，是不能控制的。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整19二、发电机组的功率－频率静态特性发电机的频率是由原动机的调速系统来实现的。当系统有功功率平衡遭到破坏，引起频率变化时，原动机的调速系统将自动改变原动机的进汽(水)量，相应增加或减少发电机的出力。当调速器的调节过程结束，建立新的稳态时，发电机的有功功率与频率之间的关系，称为发电机组的有功功率频率静态特性。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整20测转速元件离心飞摆及其附件；放大元件一错油门；执行机构一油动机；转速控制机构或称同步器图原动机调速系统示意图1.自动调速系统原理简介2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整211.自动调速系统原理简介2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整22频率一次调整：变化幅度很小，变化周期比较短的负荷分量，它所引起的频率偏移可以由发电机组调速器调整。当频率一次调整结束后，所得发电机的输出功率与频率关系——机组有功功率与频率静特性。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整23图发电机组的功率-频率静态特性oPGPGNff0fN122.发电机组静态调差系数

2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整24由此可见，发电机组和等效发电机组的功率频率静态特性都是向下倾斜的，其程度用调差系数表示：δ*——表征机组负荷变化后相应转速（f）偏移的程度。调差系数也叫调差率。δ*＝0.05，如负荷改变1％，频率将偏移0.05％；如负荷改变20％，则频率偏移1％。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整25调差系数的倒数就是机组的单位调节功率KG*机组单位调节功率——表征频率发生单位变化后，机组输出功率的变化量。δ*、KG*——可控的（可整定的）负号表示频率下降时，发电机组的有功出力增加。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整26电力系统主要由发电机、输电网络和负荷组成。把输电网络的损耗看成负荷的一部分，则电力系统是由两个环节组成的闭环系统。发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性的交点就是电力系统的频率的稳定运行点。三、电力系统的频率特性

2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整27OPPG(f)P1ff2f1abP2P'D(f)PD(f)cΔPD0ΔPGΔPD原始运行状态PD(f)，和发电机组静特性交点a。负荷增加ΔPD0，特性曲线变为P´D(f)，新的运行点b。发电机组的功率输出的增量：负荷的频率调节效应产生的负荷功率变化：频率变化：2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整28OPPG(f)P1ff2f1abP2P'D(f)PD(f)cΔPD0ΔPGΔPD频率下降时负荷功率的实际增量：<0以上同发电机组的功率增量相平衡：2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整29系统负荷增加时，在发电机组功频特性和负荷本身的调节效应共同作用下又达到了新的功率平衡。负荷↑，频率↓，发电机按有差调节特性增加输出；负荷实际取用的功率也因频率的下降而有所减小。这种由发电机特性和负荷调节效应共同承担系统负荷变化使系统运行在另一频率的频率调整称为频率的一次调整。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整30K——系统的功率－频率静特性系数，或系统的单位调节功率。表示在计及发电机组和负荷的调节效应时，引起频率单位变化的负荷变化量。根据K值的大小，可以确定在允许的频率偏移范围内，系统所能承受的负荷变化量。K的数值越大，负荷增减引起的频率变化就越小，频率也就越稳定。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整31采用标幺制备用系数PD表示发电机组额定容量与系统额定频率时的总有功负荷之比。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整32f2AOPPGNfP'D(f)PD(f)f1系统中有功功率电源的出力不仅应该满足在额定频率下系统对有功功率的需求，并且为了适应负荷增长，还应该有一定的备用容量。初始状态，运行在A点（满载运行）。A点以后，发电机组的静态特性是一条与横轴平行的直线，KG＝0。系统的负荷再增加，发电机不能再增加输出了，发电机组满载时只有靠频率下降后负荷本身的调节效应的作用来取得新的平衡。K*=KD*KD*很小→负荷增加所引起的频率下降相当严重。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整335－4电力系统频率调整一、电力系统频率的一次调整（n台）

n台机组输出功率总增量为n台机组的等值单位调节功率为n台机组的等值单位调节功率>>一台机组的单位调节功率。在输出功率变动值ΔPG相同的条件下，多台机组并列运行时的频率变化比一台机组运行时的要小得多。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整34求出了n台机组的等值调差系数和等值单位调节功率后，就可像一台机和等值单位调节功率组时一样来分析频率的一次调整。算出负荷功率初始变化量ΔPD0引起的频率偏差。而各台机组所承担的功率增量则为或由上式可见，调差系数越小的机组增加的有功出力（相对于本身的额定值）就越多。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整352024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整362024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整372024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整38※频率一次调整小节δ整定过小，KG*整定过大，设δ→0，KG*→∞：负荷的变动不会引起频率的变动，从而保证频率恒定。但负荷变化量在各发电机组的分配无法固定，使得各机组的调速系统无法稳定工作。因此，为了调速系统的稳定性，不能采用过小的调差系数δ或者过大的单位调节功率KG*。δ整定过大，KG*整定过小，设δ→∞，KG*→0：无法保证频率质量。K*=KD*。KD*很小，发电机又不可能增加输出，所以当负荷增加，频率下降很严重。增加备用容量，可增加kr，kr=PGN/PDN,kr∝k*,从而提高系统的单位调节容量。备用容量是有限的，备用容量过大时发电机设备得不到充分利用。变化幅度较大、变化周期长的负荷，仅靠调速器的作用，往往不能降频率限制到容许的范围内，必须有调频器（同步器）参与调频——电力系统频率的二次调整。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整39二、电力系统频率二次调整为什么要进行频率的二次调整？所以系统的功频特性为基础的频率一次调整的作用是有限的，只适用于负荷变化幅度很小、变换周期较短的变化负荷。因此，必须进行频率的二次调整，以实现频率的无差调节。

无差调节：负荷变动时，原动机转速或者频率保持不变。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整40同步器二次调频测转速元件离心飞摆及其附件；放大元件一错油门；执行机构一油动机；转速控制机构或称同步器2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整41频率的“二次调整”，也就是通常所说的“频率调整”。手动控制同步器的称为“人工”调频自动调频装置控制的称为自动调频。

调整的结果：功频静特性平行右移→1。负荷降低：功频静特性平行左移→32024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整42图13-8频率的二次调整2024/11/6第十三章电力系统的有功功率平衡和频率调整43当系统负荷变化较大，通过改变发电机调速系统的设定值使系统频率恢复到规定范围内的频率调整称为频率的二次调整。电力系统频率的二次调整任务是由调频发电厂中的发电机组承担的。2024/11/6第十三章电力系统的有功功率