电力系统分析13章2015年5月修订

1、第十三章 电力系统的有功功率平衡和频率调整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 频率也是衡量电能质量的另一个重要指标，保证系统的频率合乎标准也是系统调整的一项基本任务。电力系统的额定频率为电力系统的额定频率为 50Hz ，允许的频率偏差范围：，允许的频率偏差范围：0.20.5Hz ，百，百分数表示：分数表示：0. 4 1 。电力系统的负荷时刻都在负荷时刻都在变化变化。有功负荷的变化是引起系统频率变化的原因。图 13 一 1作业13-2,13-3,13-4系统负荷以下面三种不同变化规律的变动负荷所组成：系统负荷以下面三种不同变化规律的变动负荷所组成：一、 变化幅度很小，

2、周期较短（一般为变化幅度很小，周期较短（一般为 10s 以内）的以内）的负荷分量；其引起负荷分量；其引起的频率的频率偏移由偏移由发电机组的发电机组的调速器调速器进行进行调整：调整：称为频率的一次调整称为频率的一次调整。二、变化二、变化幅度较大，变化周期较长（一般为幅度较大，变化周期较长（一般为 10s 到到 3min ）的）的负荷分量（属于这类负荷的主要有电炉，延负荷分量（属于这类负荷的主要有电炉，延压机械，电气机车等），其引起压机械，电气机车等），其引起的频率变动仅靠调速器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

3、须有时必须有调频器调频器参与频率调整：参与频率调整：称为频率的二次调整。称为频率的二次调整。三、三、变化缓慢的持续变动负荷（由变化缓慢的持续变动负荷（由工厂的作息制度，人工厂的作息制度，人民的生活规律，气象条件的变化等原因确定）。电力民的生活规律，气象条件的变化等原因确定）。电力调调度部门预先编制的度部门预先编制的日负荷曲线日负荷曲线大体上反映了第三种负荷大体上反映了第三种负荷的变化的变化规律。规律。该部分该部分负荷将在有功功率平衡的基础上，按照最优化的负荷将在有功功率平衡的基础上，按照最优化的原则在各发电厂间进行分配。原则在各发电厂间进行分配。13 2 电力系统的频率特性一、系统负荷的有功功

4、率一频率静态特性负荷的有功功率一频率静态特性当系统频率变化时，系统中的有功功率负荷也将发生变化。稳态时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的有功功率一系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的有功功率一频率静态特性频率静态特性。负荷有功与负荷有功与频率的关系频率的关系可以用以下泰勒级数描述式中，PD ：频率为f 时系统的有功负荷(f的函数)；PDN：频率为fN时系统的有功负荷（常数）； ai (i=0,1, 2， ）为常系数，表示与f的第 i 次方成正比的负荷在PDN 中所占的份额。若若以以PDN 和和fN作为功率和频率的基准值作为功率和频率的基准值，以，以PDN 去除式去除式(13-1)的

5、两边各的两边各项，便得到用项，便得到用标么值表示的功率一频率特性标么值表示的功率一频率特性当频率偏离额定值不大时，(P-f)静特性常用一条直线表示（见图 13 一 2 ）。图中直线的斜率：KD称作负荷的频率调节负荷的频率调节效应系数效应系数（简称为负荷的频率调节效应）频率调节效应）tanDDNDDNPPPKfff（133）*DDNNDDNDNPPfKKffP（134）KD 、 KD*称为负荷的频率调节负荷的频率调节效应系数效应系数。KD *的数值取决于全系统各类负荷的比重，不同系统或同一系统不同系统或同一系统不同时不同时刻刻负荷的负荷的 KD*值都可能不同值都可能不同。实际系统中 KD* =1

6、 3 ，它表示频率变化 1 时，负荷有功功率相应变化( l 3 ) 。 KD*的具体数值通常由试验或计算求得。 KD*的数值是调度部门必须掌握的一个数据是考虑按频率增减负荷方案和低频率事故时用切除负荷来恢复频率的控制依据。tanDDNDDNPPPKfff（133）*DDNNDDNDNPPfKKffP（134）23PD*PD/PDN系统频率降到45HZ时从系统取用的（有功）负荷比50HZ时减少11.3%系统频率降到48HZ时从系统取用的（有功）负荷比50HZ时减少了4.7%二、发电机组的有功功率二、发电机组的有功功率频率静态特性频率静态特性 转速测量元件由转速测量元件由离心飞摆、弹簧和套筒离心飞

7、摆、弹簧和套筒组成组成，它与原动机转轴相联接，能，它与原动机转轴相联接，能直接直接反映原动机转速的变化反映原动机转速的变化。当原动机有某一恒定转速时，作用到飞当原动机有某一恒定转速时，作用到飞摆上的离心力、重力及弹簧力在飞摆处摆上的离心力、重力及弹簧力在飞摆处于某一定位置时达到平衡，于某一定位置时达到平衡，套筒位于套筒位于B点点，杠杆，杠杆AOB和和DEF 处在某种平衡位处在某种平衡位置，置，错油门的活塞错油门的活塞将两个油孔堵塞，使将两个油孔堵塞，使高压油不能进入高压油不能进入油动机（接力器）油动机（接力器）, 油油动机活塞上、下两侧的油压相等，所以动机活塞上、下两侧的油压相等，所以活塞不移

8、动活塞不移动，从而使，从而使进汽（水）阀门进汽（水）阀门的的开度也固定不变。开度也固定不变。 原动机调速系统有很多种，根据测量环节的工作原理，可分为以下两大类 。1、调速系统的工作原理（、调速系统的工作原理（离心式机离心式机械液压调速系统械液压调速系统由四个部分组成，其由四个部分组成，其结构原理如图结构原理如图13-3所示所示 ）1、机械液压调速系统、机械液压调速系统2、电气液压调速系统、电气液压调速系统二、发电机组的有功功率二、发电机组的有功功率频率静态特性频率静态特性 1、调速系统的工作原理负荷增加负荷增加，发电机的有功功率输出增加，发电机的有功功率输出增加，机组的机组的转速（系统频率）降

9、低转速（系统频率）降低，飞摆的，飞摆的离心力减小。离心力减小。在弹簧力和重力的作用下，飞摆要到较在弹簧力和重力的作用下，飞摆要到较低位置才能达到新的平衡。低位置才能达到新的平衡。于是套筒从于是套筒从 B 点下移到点下移到B点点。此时油动。此时油动机还未动作，所以杠杆机还未动作，所以杠杆 AOB 中的中的 A 点点仍在原处不动，整个杠杆便仍在原处不动，整个杠杆便以以 A 点为支点为支点转动点转动，使，使O点下降到点下降到O点。点。杠杆杠杆 DEF的的D点是固定的点是固定的，于是，于是F点下移，点下移，错油门错油门2的活塞随之向下移动，的活塞随之向下移动，打开了通向打开了通向油动机油动机3的油孔，

10、压力油便进的油孔，压力油便进人油动机活塞的下部，人油动机活塞的下部，将活塞向上推将活塞向上推，增大调节汽门（或导水，增大调节汽门（或导水翼）的开度，翼）的开度，增加进汽（水）量增加进汽（水）量，使原动机的输人功率增加，使原动机的输人功率增加，结果机组的转速（频率）便开始回升。结果机组的转速（频率）便开始回升。二、发电机组的有功功率二、发电机组的有功功率频率静态特性频率静态特性 1、调速系统的工作原理随着转速的上升，套筒从随着转速的上升，套筒从B点开始回点开始回升，与此同时油动机活塞上移，升，与此同时油动机活塞上移，使杠杆使杠杆 AOB 的的 A 端也跟着上升，于端也跟着上升，于是整个杠杆是整个

11、杠杆 AOB 便向上移动，便向上移动，并带动杠杆并带动杠杆 DEF 以以 D 点为支点向逆点为支点向逆时针方向转动。时针方向转动。当点当点O以及以及 DEF 恢复到原来位置时，恢复到原来位置时，错油门活塞重新堵住两个油孔，错油门活塞重新堵住两个油孔，油动机活塞的上、下两侧油压又互相油动机活塞的上、下两侧油压又互相平衡，它就在一个新的位置稳定下来，平衡，它就在一个新的位置稳定下来，调整过程便告结束。调整过程便告结束。二、发电机组的有功功率二、发电机组的有功功率频率静态特性频率静态特性 1、调速系统的工作原理、调速系统的工作原理这时杠杆这时杠杆 AOB的的A端由于汽门已开大端由于汽门已开大而略有上

12、升，到达而略有上升，到达A点的位置，而点的位置，而O点仍保持调速系统启动前的位置，相点仍保持调速系统启动前的位置，相应地应地B端将略有下降，到达端将略有下降，到达B“的位置，的位置，相应相应的转速，将略低于原来的数值的转速，将略低于原来的数值。可见，可见，对应着增大了的负荷，发电机对应着增大了的负荷，发电机组输出功率增加，频率略低于初始值组输出功率增加，频率略低于初始值。 如果如果负荷减小，则调速器调整的结果负荷减小，则调速器调整的结果使机组输出功率减小，频率略高于初使机组输出功率减小，频率略高于初始值。始值。这种调整就是频率的一次调整，由调这种调整就是频率的一次调整，由调速系统中的速系统中的

13、1（转速测量）、（转速测量）、2（错油（错油门）、门）、3（油动机）元件按有差特性（油动机）元件按有差特性自动执行自动执行。 2发电机组的静态调差系数发电机组的静态调差系数 当有功功率平衡破坏，引起频率变化时，原动机调速系统自动改变发电机的出力。调节过程结束后，建立新的稳态，发电机的有功出力同频率之间的关系称为发电机组调速器的功率一频率静态特性发电机组调速器的功率一频率静态特性（简称为功功频静态特性频静态特性），可以近似地表示为一条直线，如图 13 一 4 所示。在发电机组的功频静态特性上任取两点 1 和 2 。我们定义机组的静态调差系数机组的静态调差系数以额定参数为基准的标么值表示的式中的负

14、号是因为调差系数习惯上常取正值，而频率变化量又恰与功率变化量的符号相反。如果取点2为额定运行点，即P2=PGN和f2=fN；点1为空载运行点，即P1=0和f1=f0，便得静态调差系数静态调差系数标么值静态调差系数静态调差系数2发电机组的静态调差系数发电机组的静态调差系数调差系数调差系数也叫调差率叫调差率，可定量表明某台机组负荷改变时相应的转速（频率）偏移。例如，当*=0.05 ，如负荷改变1% ，频率将偏移0.05 % ；如负荷改变20% ，则频率将偏移1% ( 0.5Hz ）。调差系数的倒数调差系数的倒数称作机组的单位调节功率机组的单位调节功率（功频静特性系数功频静特性系数），即机组的静态调

15、差系数机组的静态调差系数机组的单位调节功率机组的单位调节功率（功频静特性系数功频静特性系数）KG 的数值表示的数值表示 f 发生单位变化时，发电机组输出功率的变化量，式中的负发生单位变化时，发电机组输出功率的变化量，式中的负号表示号表示 f下降时，发电机组的有功出力是增加的。下降时，发电机组的有功出力是增加的。与与负荷的频率调节效应负荷的频率调节效应 KD*不同，不同，发电机组的单位调节功率发电机组的单位调节功率 KG*是可整定是可整定的的。显然，机组的单位调节功率显然，机组的单位调节功率KG愈小，对应单位愈小，对应单位f变化变化, 机组有功输出变化愈机组有功输出变化愈小。小。受机组调速机构的

16、限制，调差系数受机组调速机构的限制，调差系数的调整范围是有限的。通常调整范围是的调整范围是有限的。通常调整范围是汽轮发电机组：汽轮发电机组： *= 0.040.06 , KG*=2516.7 水轮发电机组：水轮发电机组： *= 0.020.05 , KG*=5025机组的静态调差系数机组的静态调差系数机组的单位调节功率机组的单位调节功率三、电力系统的有功功率一频率静态特性三、电力系统的有功功率一频率静态特性确定系统确定系统的负荷变化引起的频率波动，需要同时的负荷变化引起的频率波动，需要同时考虑负荷及发电机组两者的调节效应，考虑负荷及发电机组两者的调节效应，先考虑一台机组和一个负荷的情况。先考虑

17、一台机组和一个负荷的情况。负荷和发电机组的静态特性如图所示。负荷和发电机组的静态特性如图所示。在原始运行状态下，在原始运行状态下，负荷的功频特性为负荷的功频特性为PD(f)，它与它与发电机组功频静特性发电机组功频静特性PG(f)的交点的交点A确定了系确定了系统的频率为统的频率为f1，发电机组的功率（也就是负荷功，发电机组的功率（也就是负荷功率）为率）为P1，在在A点达到了机组有功输出与系统有功需求间的点达到了机组有功输出与系统有功需求间的平衡。平衡。图图13-5 电力系统功率一电力系统功率一频率静态特性频率静态特性 图13-5 电力系统功率一频率静态特性 假定系统负荷增加了假定系统负荷增加了P

18、D0，负荷增加后功频特性为负荷增加后功频特性为PD(f)。发电机组仍是原来的特性。发电机组仍是原来的特性。那么新的稳态运行点将由那么新的稳态运行点将由PD(f)和发电机组的和发电机组的静态特性静态特性PG(f)的交点的交点B决定，与此相应的系统决定，与此相应的系统频率为频率为 f2，发电机组的功率为发电机组的功率为P2频率的变化量为频率的变化量为机组的功率输出的增量机组的功率输出的增量 负荷的频率调节效应负荷的频率调节效应所产生的负荷功率变化所产生的负荷功率变化 负荷功率的实际增量为负荷功率的实际增量为 PD是负的 图13-5 电力系统功率一频率静态特性 上式说明，系统负荷增加，频率下降，发电

19、机按有差调节特性增加输出；上式说明，系统负荷增加，频率下降，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。负荷实际取用的功率也因频率的下降而有所减小。最后在最后在发电机组功频特性发电机组功频特性和和负荷本身的调节效应负荷本身的调节效应共同作用下（在共同作用下（在B点）又点）又达到了新的功率平衡。达到了新的功率平衡。 K称作整个称作整个系统的功率系统的功率-频率静特性系数频率静特性系数（单位（单位调节功率），同时考虑了发电机和负荷的调节功率），同时考虑了发电机和负荷的功率功率-频率静特性。频率静特性。表示引起系统频率单位变化的负荷变化量。表示引起系统频率单位变化的负荷

20、变化量。根据根据K值的大小，值的大小，可以确定在允许的频率偏移范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，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。频率也就越稳定。 图13-5 电力系统功率一频率静态特性 kr：称作备用系数称作备用系数，其数值为发电机组额定容量PGN与PDN（PD(fN)）之比。在kr1情况下，有备用容量。Kr增大将增大系统的单位调节功率系统的单位调节功率K*。 系统额定频率时的总有功负荷*00*00*GNrDDNDNGDGDDNKKKKKPkPPPffPf 00GDD

21、fKKP图13-6发电机组满载时的功频静态特性 假定，发电机组已经满载运行，运行在图中的假定，发电机组已经满载运行，运行在图中的A点。点。在在A点后，再曾负荷，点后，再曾负荷，发电机组的静态特性发电机组的静态特性将是一条将是一条与横轴平行的直线，与横轴平行的直线，即：即：KG=0，负荷增加时，发电机没有可调节的容量，负荷增加时，发电机没有可调节的容量，不能增加输出了，只有靠频率下降后负荷本身的调节不能增加输出了，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。效应的作用来取得新的平衡。这时这时 K*=KD*，由于，由于KD*的数值很小，负荷增加所引的数值很小，负荷增加所引起的频率下降就

22、相当严重了。起的频率下降就相当严重了。所以，系统中发电出力：所以，系统中发电出力：1）应满足在额定频率下系统对有功功率的需求；）应满足在额定频率下系统对有功功率的需求；2）为了适应负荷的增长，应有一定的备用容量。）为了适应负荷的增长，应有一定的备用容量。 13-3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、频率的一次调整当当 n 台装有调速器的机组并联运行时，可根据各机组的调差系数或单位台装有调速器的机组并联运行时，可根据各机组的调差系数或单位调节功率算出其调节功率算出其等值调差系数等值调差系数（*），），或或等值单位调节功率等值单位调节功率KG(KG*)。频率变动频率变动f时，

23、第时，第i 台机组的输出功率增量台机组的输出功率增量n 台机组的台机组的等值单位调节功率等值单位调节功率KG n 台机组的等值单位调节功率等值单位调节功率KG远大于一台机组的单位调节功率一台机组的单位调节功率KGi。PG相同条件下，多台机组同时参与频率的一次调整相同条件下，多台机组同时参与频率的一次调整，对于相同的负，对于相同的负荷增量，其频率增量荷增量，其频率增量f（负值）比（负值）比仅有一台机组参与频率的一次调整仅有一台机组参与频率的一次调整时要小得多。时要小得多。频率变动频率变动f时，第时，第i 台机台机组的输出功率增量组的输出功率增量n 台机组的台机组的等值单位调节功率等值单位调节功率

24、 把 n 台机组用一台等值机来代表，可求得等值单位调节功率等值单位调节功率的标么值为倒数为等值调差系数等值调差系数 在计算在计算KG时，如第时，如第j台机组已满载运行，负荷增加时应取台机组已满载运行，负荷增加时应取KGj=0 有了有了KG后，就可像一台机组时一样来分析后，就可像一台机组时一样来分析n台机组的频率一次调整。台机组的频率一次调整。算出负荷功率初始变化量算出负荷功率初始变化量PD0引起的频率偏差引起的频率偏差f各台机组所承担的功率增量则为各台机组所承担的功率增量则为*1GiNGiGiNGiGiiiNiPfPKffPfPf *NiiNiGfP解（一）计算系统的单位调节功率令系统中发电机

25、组的总额定容量等于1，全部发电机组的等值单位调节功率等值单位调节功率 系统负荷功率： 系统备用系数： （二）系统负荷增加 5 时的频率偏移为 一次调整后的稳态频率为 *0.20.2 500.004Nffff 0*0*DKPf 机组等值单位调节功率机组等值单位调节功率系统备用系数：系统备用系数： 系统的单位调节功率系统的单位调节功率 1*1*7.9120.0260.00329ff 42*0.0040.003297.14 10f *0.026( 1.5)*( 0.0040.00329)0.0271P 0.975*0.0260.0240.0197.9121.5f 500.019 5049.04f 0

26、.2 500.004系统负荷功率从系统负荷功率从0.925增加为增加为0.975上述例题表明：系统的单位调节功率单位调节功率越大，频率就越稳定。一般，系统的单位调节功率 K*的值不可能很大。备用容量较小时， K*亦较小。增加备用容量虽可增大 kr 值以提高 K* ，但备用容量过大时发电设备得不到充分的利用。系统一次调频的作用是有限的，它只能适应变化幅度小、变化周期较短的变化负荷。对于变化幅度较大，变化周期较长的变化负荷，一次调频不一定能保证频率偏移在允许范围内。（允许的频率偏差范围：允许的频率偏差范围：0.20.5Hz ，百分数表示：，百分数表示：0. 4 1 ）二、频率的二次调整二、频率的二

27、次调整1同步器的工作原理二次调频是由机组同步器来实现的由机组同步器来实现的。在人工手动操作或自动装置控制下，伺服电动机既可正转也可反转，因而使杠杆DEF的D点上升或下降。D点固定，当负荷增加引起频率下降时，由机组调速器自动进行的“一次调整”并不能使系统频率完全恢复。为恢复初始的频率，可通过伺服电动机令D点上移。E点不动，杠杆DEF便以E点为支点转动，使F点下降，错油门2的油门被打开。于是压力油进人油动机3，使它的活塞向上移动，开大进汽（水）阀门，增加进汽（水）量，因而使原动机输出功率增加，机组转速随之上升。同步器同步器D F 汽（水）门增大 转速D F 汽（水）门减小 转速二、频率的二次调整1

28、同步器的工作原理负荷增加，使频率升高，控制负荷增加，使频率升高，控制 D 点的上移，点的上移，可使频率恢复到初始值可使频率恢复到初始值, 使整个调速系统处于使整个调速系统处于新的平衡状态。新的平衡状态。调整的结果调整的结果, 使原来的机组功频静特性使原来的机组功频静特性2平行平行右移为特性右移为特性1（见图（见图13-7）。）。同步器同步器系统系统负荷降低使频率升高，可控制负荷降低使频率升高，可控制D点下移来点下移来降低机组转速。降低机组转速。调整的结果使原来机组的功频静特性调整的结果使原来机组的功频静特性2平行左平行左移为特性移为特性3。当机组负荷变动引起频率变化时，利用同步器当机组负荷变动

29、引起频率变化时，利用同步器平行移动机组功频静特性来调节系统频率和分平行移动机组功频静特性来调节系统频率和分配机组间的有功功率，这就是频率的配机组间的有功功率，这就是频率的“二次调二次调整整” 。2 频率的二次调整过程频率的二次调整过程假定，系统中只有一台发电机组向负荷供电，原始假定，系统中只有一台发电机组向负荷供电，原始运行点特性曲线运行点特性曲线PG(f)和和PD(f)的交点的交点A，系统的频，系统的频率为率为f1。系统的负荷增加系统的负荷增加PD0后，在未进行二次调频时，后，在未进行二次调频时，运行点将移到运行点将移到B点，系统的频率便下降到点，系统的频率便下降到f2。在同步器的作用下，机

30、组的静态特性右移为曲线在同步器的作用下，机组的静态特性右移为曲线PG(f)，运行点也随之转移到点，运行点也随之转移到点B。此时系统的频率为此时系统的频率为f2，偏移值，偏移值f= f2-f1。（13-17）二次调频产生的有功增量二次调频产生的有功增量频率的二次调整并不能改变系统的单位调节功率频率的二次调整并不能改变系统的单位调节功率K的的数值。数值。但是由于二次调整增加了发电机的出力但是由于二次调整增加了发电机的出力(PG=AE)，在相同的负荷变化量下，系统频率的偏移减小了。在相同的负荷变化量下，系统频率的偏移减小了。当二次调整使当二次调整使PD0-PG(AC)=0时，频率将维持不时，频率将维

31、持不变，变，f=0，实现了无差调节实现了无差调节。当二次调整使当二次调整使PD0-PG0时，系统的频率就不能时，系统的频率就不能恢复到原来的数值。恢复到原来的数值。多机组系统中，负荷变化时，配置了调速器的机组，只要还有可调的容量，多机组系统中，负荷变化时，配置了调速器的机组，只要还有可调的容量，都毫无例外地按其静态特性参加频率的一次调整。都毫无例外地按其静态特性参加频率的一次调整。频率的二次调整由主调频机组（厂）承担。频率的二次调整由主调频机组（厂）承担。为提高运行经济性，还要在为提高运行经济性，还要在各主调频机组之间各主调频机组之间分配负荷增量，分配负荷增量，把频率调整和负荷的经济分配统一考

32、虑。把频率调整和负荷的经济分配统一考虑。 三、互联系统的频率调整三、互联系统的频率调整大型互联电网频率调整会引起网络中潮流的重新分布。大型互联电网频率调整会引起网络中潮流的重新分布。对大型系统，在调整频率时，须注意联络线交换功率的控制问题。图对大型系统，在调整频率时，须注意联络线交换功率的控制问题。图13- - 9 表示系统表示系统 A 和和 B 通过联络线组成互联系统。通过联络线组成互联系统。假定系统假定系统 A 和和 B 的负荷变化量分别为的负荷变化量分别为 PDA 和和 PDB；由二次频率调整得到的发电功率增量分别为由二次频率调整得到的发电功率增量分别为 PGA 和和 PGB ；A 和和

33、 B单位调节功率分别为单位调节功率分别为 KA 和和 KB 。联络线交换功率增量为联络线交换功率增量为 PAB ，这样，这样， PAB 对系统对系统 A 相当于负荷增量；相当于负荷增量； PAB对系统对系统 B 相当于发电功率增相当于发电功率增量。于是有量。于是有以由A至B为正方向。A子系统单位调节功率子系统单位调节功率B子系统单位调节功率子系统单位调节功率三、互联系统的频率调整互联系统应有相同的频率，故 fA=fB=f 。于是，由以上两式可解出式（13- 20）说明， 若PG 能同全系统负荷增量 PD 相平衡，可实现无差调节，即f =0。PG 小于 PD，将出现频率偏移。上式说明，当 A 、

34、 B 两系统都进行二次调整，而且满足条件联络线上的交换功率增量 PAB 便等于零。如果对其中的一个系统（例如系统 B ）不进行二次调整，则 PGB=0 ，其负荷变化量 PDB 将由系统 A 的二次调整来承担，这时联络线的功率增量。当互联系统的功率能够满足 PD-PGA=0，便有 PAB-PDB=0。系统 B 的负荷增量全由联络线的功率增量来平衡，这时联络线的功率增量最大。在其他情况下联络线的功率变化量将介于上述两种情况之间。()()ADBGBBDAGAABABKPPKPPPKK()()();ADBBDAGABDBBDAGAABABBDGADDBDAAADBBDBABBBDKPKPKKPKPPK

35、PKPPPKKKPPPPKPPKK 情况1情况2(13-21)()()0ADBGBBDAGAKPPKPP()()DBGBBDAGAAPPKPPK 四、主调频厂的选择四、主调频厂的选择 系统有调整能力的发电机组都参与频率的一次调整；只有少数厂（机系统有调整能力的发电机组都参与频率的一次调整；只有少数厂（机组）承担频率的二次调整。组）承担频率的二次调整。分为主调频厂、辅助调频厂和非调频厂三类，分为主调频厂、辅助调频厂和非调频厂三类，主调频厂主调频厂（一般是（一般是 1 2 个电厂）负责全系统的频率调整（即二次调整）；个电厂）负责全系统的频率调整（即二次调整）；辅助调频厂辅助调频厂（也只有少数几个）

36、只在系统频率超过某一规定的偏移范围时（也只有少数几个）只在系统频率超过某一规定的偏移范围时才参与频率调整；才参与频率调整；非调频厂非调频厂在系统正常运行情况下则按预定发电计划发电。在系统正常运行情况下则按预定发电计划发电。选择主调频厂，主要考虑：选择主调频厂，主要考虑：(1)应拥有足够的调整容量及范围；应拥有足够的调整容量及范围； (2)调频机组具有与负荷变化速度相适应的调整速度；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，调整出力时符合安全及经济的原则，进行频率二次调整时要考虑（进行频率二次调整时要考虑（1）联络线上交换功率的波动，（联络线上交换功率的波

37、动，（2）中枢点）中枢点的电压波动的电压波动是否超出允许范围。是否超出允许范围。四、主调频厂的选择四、主调频厂的选择水轮机组具有较宽的出力调整范围，一般可达额定容量的水轮机组具有较宽的出力调整范围，一般可达额定容量的50以上，负荷以上，负荷的增长速度也较快，一般在一分钟以内即可从空载过渡到满载状态，而且的增长速度也较快，一般在一分钟以内即可从空载过渡到满载状态，而且操作方便、安全。操作方便、安全。火力发电厂的锅炉和汽轮机都有火力发电厂的锅炉和汽轮机都有最小技术负荷最小技术负荷的限制，出力调整范围不大的限制，出力调整范围不大（汽轮机为（汽轮机为（1015)的额定容量的额定容量 ）；且负荷增减速度

38、也受汽轮机热膨胀）；且负荷增减速度也受汽轮机热膨胀的限制，不能过快，每分钟仅能上升（的限制，不能过快，每分钟仅能上升（25)。所以，水电厂最适宜承担调频任务。所以，水电厂最适宜承担调频任务。在枯水季节，宜选水电厂作为主调频厂，火电厂中效率较低的机组则承担在枯水季节，宜选水电厂作为主调频厂，火电厂中效率较低的机组则承担辅助调频的任务；辅助调频的任务；在丰水季节，为了充分利用水力资源，避免弃水，水电厂宜带稳定的负荷，在丰水季节，为了充分利用水力资源，避免弃水，水电厂宜带稳定的负荷，而由效率不高的中温中压凝汽式火电厂承担调频任务。而由效率不高的中温中压凝汽式火电厂承担调频任务。五、频率调整和电压调整

39、的关系五、频率调整和电压调整的关系电力系统的有功功率和电力系统的有功功率和无功功率负荷需求无功功率负荷需求既同电压有关，也同频率有关。既同电压有关，也同频率有关。当当频率下降频率下降时，时，系统的无功需求略有增加系统的无功需求略有增加(系统的电压将要下降系统的电压将要下降)。通常频率下降通常频率下降 1%，电压将下降，电压将下降(0.82) 。如果系统的无功电源充足，则。如果系统的无功电源充足，则在频率下降时，为满足正常电压下的无功平衡，发电机将输出更多的无功在频率下降时，为满足正常电压下的无功平衡，发电机将输出更多的无功功率。功率。所以若系统的无功电源不足，则在频率下降时，将很难维持电压的所

40、以若系统的无功电源不足，则在频率下降时，将很难维持电压的正常水平正常水平。当系统当系统频率增高时，系统的无功需求略有减少频率增高时，系统的无功需求略有减少，因此系统的，因此系统的电压将要上升电压将要上升。为维持电压的正常水平，发电机的无功出力可以略为减少。为维持电压的正常水平，发电机的无功出力可以略为减少。F Q VF Q V五、频率调整和电压调整的关系五、频率调整和电压调整的关系从负荷的角度考虑，从负荷的角度考虑，当电力网当电力网中中电压水平提高时，系统总的有功需求有所增加电压水平提高时，系统总的有功需求有所增加。如果有功。如果有功电源不很充裕，将引起电源不很充裕，将引起频率的下降频率的下降

41、。当当电压水平降低时，系统总的有功需求将要减少电压水平降低时，系统总的有功需求将要减少，从而导致，从而导致频率的升频率的升高高。当系统由于有功不足和无功不足因而频率和电压都偏低时，当系统由于有功不足和无功不足因而频率和电压都偏低时，应该首先解决有功功率平衡的问题，因为频率的提高能减少无功功率应该首先解决有功功率平衡的问题，因为频率的提高能减少无功功率的缺额，这对于调整电压是有利的。的缺额，这对于调整电压是有利的。如果首先去提高电压，就会扩大有功的缺额，导致频率更加下降，因如果首先去提高电压，就会扩大有功的缺额，导致频率更加下降，因而无助于改善系统的运行条件。而无助于改善系统的运行条件。V P

42、fV P fF Q V13-4 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和系统负荷在各类发电厂间的合理分配一、有功功率平衡和备用容量一、有功功率平衡和备用容量电力系统运行中，所有发电厂发出的有功功率的总和电力系统运行中，所有发电厂发出的有功功率的总和PG ，在任何时刻都是，在任何时刻都是同系统的总负荷同系统的总负荷PD相平衡的，即相平衡的，即电力系统的有功功率平衡必须在额定运行参数下确立，还应具有一定的备电力系统的有功功率平衡必须在额定运行参数下确立，还应具有一定的备用容量。用容量。按其作用可分为按其作用可分为负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用负荷备用、事故备用、检修

43、备用和国民经济备用，按其存，按其存在形式可分为在形式可分为旋转备用（亦称热备用）和冷备用。旋转备用（亦称热备用）和冷备用。 厂用电损耗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按其作用可分为按其作用可分为负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用，按其存在，按其存在形式可分为旋转备用（亦称热备用）和冷备用形式可分为旋转备用（亦称热备用）和冷备用。 负荷备用：适应系统中的短时负荷波动的备用。一般为最大负荷的负荷备用：适应系统中的短时负荷波动的备用。一般为最大负荷的25。事故备用：当发电机组由于偶然性事故退出运行时，为保证连续供电所需要事故备

44、用：当发电机组由于偶然性事故退出运行时，为保证连续供电所需要的备用。事故备用容量一般为最大负荷的的备用。事故备用容量一般为最大负荷的510%，但不应小于运转中最大，但不应小于运转中最大一台机组的容量。一台机组的容量。检修备用：发电设备计划检修时为保证对用户供电而留有的备用。发电设备检修备用：发电设备计划检修时为保证对用户供电而留有的备用。发电设备运转一段时间后必须进行检修。检修分为大修和小修。大修一般安排在系统运转一段时间后必须进行检修。检修分为大修和小修。大修一般安排在系统负荷的季节性低落期间。小修一般在节假日进行，以尽量减少检修备用容量。负荷的季节性低落期间。小修一般在节假日进行，以尽量减

45、少检修备用容量。国民经济备用：用为满足工农业生产的超计划增长对电力的需求而设置的备国民经济备用：用为满足工农业生产的超计划增长对电力的需求而设置的备用。用。 旋转备用（或热备用）旋转备用（或热备用）：所有开启的发电机组的最大可能出力之与总负荷：所有开启的发电机组的最大可能出力之与总负荷容量的差值。旋转备用容量的作用在于即时抵偿由于随机事件引起的功率容量的差值。旋转备用容量的作用在于即时抵偿由于随机事件引起的功率缺额。缺额。这些随机事件包括短时间的负荷波动、日负荷曲线的预测误差和发电机组这些随机事件包括短时间的负荷波动、日负荷曲线的预测误差和发电机组因偶然性事故而退出运行等。因此，旋转备用中包含

46、了负荷备用和事故备因偶然性事故而退出运行等。因此，旋转备用中包含了负荷备用和事故备用。用。一般情况下，这两种备用容量可以通用。全部的旋转备用容量都承担一般情况下，这两种备用容量可以通用。全部的旋转备用容量都承担频率频率的一次调整任务的一次调整任务。如果在高峰负荷期间，某台发电机组因事故退出运行，同时又遇负荷突然如果在高峰负荷期间，某台发电机组因事故退出运行，同时又遇负荷突然增加，为保证系统的安全运行，还可采取按频率自动减负荷或水轮发电机增加，为保证系统的安全运行，还可采取按频率自动减负荷或水轮发电机组低频自动启动等措施，以防止系统频率过分降低。组低频自动启动等措施，以防止系统频率过分降低。冷备

47、用容量：系统中处于停机状态，但可随时待命启动的发电设备可能发冷备用容量：系统中处于停机状态，但可随时待命启动的发电设备可能发出的最大功率。它作为检修备用、国民经济备用及一部分事故备用。出的最大功率。它作为检修备用、国民经济备用及一部分事故备用。电力系统拥有适当的备用容量为保证其安全、优质和经济运行准备了必要电力系统拥有适当的备用容量为保证其安全、优质和经济运行准备了必要的条件的条件 二、各类发电厂负荷的合理分配二、各类发电厂负荷的合理分配电力系统中的发电厂主要有火力发电厂、水力发电厂和核能发电厂三类。电力系统中的发电厂主要有火力发电厂、水力发电厂和核能发电厂三类。火力发电厂的主要特点：火力发电

48、厂的主要特点： （1）需要支付燃料费用，但它的运行不受自然条件的影响。）需要支付燃料费用，但它的运行不受自然条件的影响。（2）发电效率同蒸汽参数有关（高温高压设备效率高，中温中压设备效）发电效率同蒸汽参数有关（高温高压设备效率高，中温中压设备效率较低，低温低压设备效率更低）。率较低，低温低压设备效率更低）。（3）火电厂有功出力的调整范围比较小，其中高温高压设备可以灵活调）火电厂有功出力的调整范围比较小，其中高温高压设备可以灵活调节的范围最窄，中温中压设备的略宽。负荷的增减速度也慢。机组的节的范围最窄，中温中压设备的略宽。负荷的增减速度也慢。机组的投入和退出运行费时长，消耗能量多，易损坏设备。投

49、入和退出运行费时长，消耗能量多，易损坏设备。（4）带有热负荷的火电厂称为热电厂，它采用抽汽供热，其总效率要高）带有热负荷的火电厂称为热电厂，它采用抽汽供热，其总效率要高于一般的凝汽式火电厂。与热负荷相适应的那部分发电功率是不可调于一般的凝汽式火电厂。与热负荷相适应的那部分发电功率是不可调节的强迫功率。节的强迫功率。 二、各类发电厂负荷的合理分配二、各类发电厂负荷的合理分配电力系统中的发电厂主要有火力发电厂、水力发电厂和核能发电厂三类。电力系统中的发电厂主要有火力发电厂、水力发电厂和核能发电厂三类。水力发电厂的特点：水力发电厂的特点： (1)不要支付燃料费用。运行因水库调节性能的不同在不同程度上受自然不要支付燃料费用。运行因水库调节性能的不同在不同程度上受自然条件（水文条件）的影响。有调