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1、2021-12-15河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院1 1电力系统分析电力系统分析河北科技大学电气工程系河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院22021-12-15第五章第五章 电力系统的有功功率电力系统的有功功率 平衡和频率调整平衡和频率调整n 5.1 电力系统中有功功率的平衡n 5.2 电力系统的频率调整河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院32021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡 一、频率变化对负荷和电力系统的影响一、频率变化对负荷和电力系统的影响频率变化会引起工业用户异步电动机转速变化，将会影响产频率变化会引起工

2、业用户异步电动机转速变化，将会影响产品质量。品质量。频率波动会影响电子设备的准确性和性能。频率波动会影响电子设备的准确性和性能。频率下降将会使汽轮机叶片的振动变大，缩短其使用寿命。频率下降将会使汽轮机叶片的振动变大，缩短其使用寿命。频率下降到频率下降到47-48Hz时，会使火电厂由异步电动机驱动的辅时，会使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，这种趋势若不能及时制止，将会引起频率的有功功率下降，这种趋势若不能及时制止，将会引起频率崩溃。崩溃。当频率降到一定数值时，会使核电厂中的反应堆冷却

3、介质泵当频率降到一定数值时，会使核电厂中的反应堆冷却介质泵自动跳开，从而使反应堆停止运行。自动跳开，从而使反应堆停止运行。河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院42021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡频率下降将会使异步电动机和变压器的励磁电流增加，使频率下降将会使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，增加电压调整的困难。无功消耗增加，引起系统电压下降，增加电压调整的困难。当频率下降到一定值时，可能出现电压雪崩现象。当频率下降到一定值时，可能出现电压雪崩现象。 二、电力系统的有功功率平衡和备用容量二、电力系统的有功功率

4、平衡和备用容量1. 有功功率负荷的变动及其调整有功功率负荷的变动及其调整 电力系统的负荷随时间变动的规律分为三种（见图电力系统的负荷随时间变动的规律分为三种（见图5-1）：）：第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动有很大第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动有很大的偶然性（的偶然性（P1）。）。第二种变动幅度较大，周期也较长，如电炉、压延机械、第二种变动幅度较大，周期也较长，如电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷变动（电气机车等带有冲击性的负荷变动（P2） 。 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院52021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功

5、功率的平衡第三种负荷变动幅度最大，周期也最长，是由于生产、生第三种负荷变动幅度最大，周期也最长，是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动，这种负荷变动基本上可以活、气象等变化引起的负荷变动，这种负荷变动基本上可以预计（预计（P3） 。 因此，电力系统的有功功率和频因此，电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分为三种：率调整大体上也可分为三种：一次调整：一次调整：指由发电机组的调速器指由发电机组的调速器进行的、对第一种负荷变动引起的频进行的、对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整。率偏移的调整。二次调整：二次调整：指由发电机的调频器进指由发电机的调频器进行的、对第二种负荷变动引起的频率行的、对第

6、二种负荷变动引起的频率偏移的调整。偏移的调整。图图5-1 有功功率负荷的变动有功功率负荷的变动河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院62021-12-15三次调整：指按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，三次调整：指按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，即责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。即责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。2. 有功功率平衡和备用容量有功功率平衡和备用容量 电力系统的有功功率平衡可用下式表示：电力系统的有功功率平衡可用下式表示：CSDGPPPP线路和变压器的线路和变压器的总有功功率损耗总有功功率损耗发电机发出的发电机发出的总有功功率总有功功率系统

7、中所有用系统中所有用户的有功负荷户的有功负荷所有发电厂的厂所有发电厂的厂用电有功负荷用电有功负荷 为了维持频率的稳定，电力系统装设的发电机的额定容为了维持频率的稳定，电力系统装设的发电机的额定容量必须大于当前的发电负荷容量，即必须装设备用容量。量必须大于当前的发电负荷容量，即必须装设备用容量。5.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院72021-12-15p备用容量按用途分，有以下几种：备用容量按用途分，有以下几种：5.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡负荷备用：负荷备用：为满足系统中短时的负荷波动和计划外的负荷为

8、满足系统中短时的负荷波动和计划外的负荷增加而设置的备用。一般为系统最大负荷的增加而设置的备用。一般为系统最大负荷的2%5%。事故备用：事故备用：在发电设备发生偶然性事故时，为使电力用户在发电设备发生偶然性事故时，为使电力用户不受严重影响，维持系统正常供电所需的备用。一般约为最不受严重影响，维持系统正常供电所需的备用。一般约为最大负荷的大负荷的510。检修备用：检修备用：为保证发电设备的定期检修而设置的备用。为保证发电设备的定期检修而设置的备用。国民经济备用：国民经济备用：考虑到国民经济超计划增长而设置的备用，考虑到国民经济超计划增长而设置的备用，一般约为最大负荷的一般约为最大负荷的3%5%。

9、上述四种备用容量一般占最大负荷的上述四种备用容量一般占最大负荷的1525。河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院82021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡热备用热备用（机组处于旋转状态）：运转中的发电设备可能发（机组处于旋转状态）：运转中的发电设备可能发的最大功率与发电负荷之差（旋转备用）。热备用包括部分的最大功率与发电负荷之差（旋转备用）。热备用包括部分事故备用和全部负荷备用。事故备用和全部负荷备用。冷备用冷备用（机组处于停机转态）：未运转的、但能随时启动（机组处于停机转态）：未运转的、但能随时启动的发电设备可以发的最大功率。冷备用包括部分事故备

10、用和的发电设备可以发的最大功率。冷备用包括部分事故备用和全部检修备用及国民经济备用。全部检修备用及国民经济备用。p备用容量按投入时间分，有热备用和冷备用两种：备用容量按投入时间分，有热备用和冷备用两种：3. 各类发电厂的特点及合理组合各类发电厂的特点及合理组合p火电厂特点火电厂特点需要支付燃料及运输费用，但不受自然条件影响。需要支付燃料及运输费用，但不受自然条件影响。火力发电设备的效率与蒸汽参数有关。火力发电设备的效率与蒸汽参数有关。 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院92021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡火力发电厂有功出力受锅炉、汽轮机最

11、小技术负荷的限制，火力发电厂有功出力受锅炉、汽轮机最小技术负荷的限制，调整范围比较小，负荷增减速度慢。调整范围比较小，负荷增减速度慢。机组投入和退出的运行时间长，承担急剧负荷响应时间长，机组投入和退出的运行时间长，承担急剧负荷响应时间长，耗能量多，易损坏设备。耗能量多，易损坏设备。热电厂由于采取抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决热电厂由于采取抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于热负荷，称为强迫功率。于热负荷，称为强迫功率。p水电厂特点水电厂特点不需要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条不需要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条件影响。件影响。水轮发电机的出力调节范围大，增减

12、负荷速度快，操作容水轮发电机的出力调节范围大，增减负荷速度快，操作容易，可承担急剧变化的负荷。易，可承担急剧变化的负荷。 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院102021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡决定发电量的除水量外还有水位差。决定发电量的除水量外还有水位差。水利枢纽兼顾发电、航运、防洪、灌溉、渔业、旅游，不水利枢纽兼顾发电、航运、防洪、灌溉、渔业、旅游，不一定与电力负荷适应，所以必须与火电配合。一定与电力负荷适应，所以必须与火电配合。维持航运、灌溉需一定水量，这部分为强迫功率。维持航运、灌溉需一定水量，这部分为强迫功率。p核电厂特点核电厂

13、特点核电厂反应堆的负荷基本上没有限制，其技术最小负荷主核电厂反应堆的负荷基本上没有限制，其技术最小负荷主要取决于汽轮发电机。要取决于汽轮发电机。核电厂的反应堆和汽轮机退、投、增、减负荷时也要消耗核电厂的反应堆和汽轮机退、投、增、减负荷时也要消耗能量、花费时间，易损坏设备，因此，在运行中核电厂不宜能量、花费时间，易损坏设备，因此，在运行中核电厂不宜带急剧变动的负荷。带急剧变动的负荷。一次投资大，运行费低。一次投资大，运行费低。河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院112021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡p各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合充

14、分利用水力资源，避免弃水。充分利用水力资源，避免弃水。降低火力发电的单位煤耗，发挥高产机组作用。降低火力发电的单位煤耗，发挥高产机组作用。减少火电成本，多烧劣质煤、本地煤、少烧油。减少火电成本，多烧劣质煤、本地煤、少烧油。考虑发电成本（燃料价格、管理水平、机组效率等），充考虑发电成本（燃料价格、管理水平、机组效率等），充分利用资源。分利用资源。 在丰水期和枯水期各类发电厂在日负荷曲线中的安排如在丰水期和枯水期各类发电厂在日负荷曲线中的安排如图图5-2所示。其基本原则是：基荷由具有强迫功率、不可调功所示。其基本原则是：基荷由具有强迫功率、不可调功率或高效率的热电厂、火电厂、核电厂、迳流式水电厂、

15、泄率或高效率的热电厂、火电厂、核电厂、迳流式水电厂、泄洪灌溉等水电厂承担；峰荷由具有调节水库的水电厂、燃气洪灌溉等水电厂承担；峰荷由具有调节水库的水电厂、燃气轮机发电厂和中温中压火电厂等承担。轮机发电厂和中温中压火电厂等承担。河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院122021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡图图5-2 各类发电厂组合顺序示意图各类发电厂组合顺序示意图(a)枯水期枯水期 (b)丰水期丰水期河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院132021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡4. 有功功率负荷最

16、优分配有功功率负荷最优分配p耗量特性耗量特性 电力系统中有功功率负荷合理分配的目标是：在满足一电力系统中有功功率负荷合理分配的目标是：在满足一定约束条件的前提下，尽可能节约消耗的（一次）能源。定约束条件的前提下，尽可能节约消耗的（一次）能源。 耗量特性是指发电设备单位时间内消耗的能源与发出有耗量特性是指发电设备单位时间内消耗的能源与发出有功功率的关系，如图功功率的关系，如图5-3所示。所示。比耗量比耗量：单位时间内输入能量与输出：单位时间内输入能量与输出功率之比。为耗量特性曲线上任一点和功率之比。为耗量特性曲线上任一点和原点连线的斜率。原点连线的斜率。 PFPW或或 图图5-3 耗量特性耗量特

17、性河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院142021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡发电设备的效率发电设备的效率：为比耗量的倒数。：为比耗量的倒数。dPdFdPdW或或 比耗量和耗量微增率的变化如图比耗量和耗量微增率的变化如图5-5所示。所示。 耗量微增率耗量微增率：单位时间内输入能量微：单位时间内输入能量微增量与输出功率微增量的比值。为耗量增量与输出功率微增量的比值。为耗量持性曲线上某一点切线的斜率。持性曲线上某一点切线的斜率。图图5-4 比耗量和耗量微增率比耗量和耗量微增率图图5-5 比耗量和耗量微增率的变化比耗量和耗量微增率的变化注意：注意：

18、比耗量和耗量微增率的单位相同，比耗量和耗量微增率的单位相同，但物理意义不同，数值也不同。只有在从但物理意义不同，数值也不同。只有在从原点向耗量特性作切线的切点（原点向耗量特性作切线的切点（m点）上，点）上，它们才相等，且在该点比耗量的数值最小它们才相等，且在该点比耗量的数值最小（见图（见图5-4）。）。河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院152021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡p目标函数和约束条件目标函数和约束条件 电力系统的经济运行又称经济调度，属于最优规划问题，电力系统的经济运行又称经济调度，属于最优规划问题，在数学上可描述为在满足等约束

19、条件在数学上可描述为在满足等约束条件 和不等约束和不等约束条件条件 0的前提下，使目标函数为最优。的前提下，使目标函数为最优。0),(duxf),(duxg 有功功率负荷最优分配的目的：在供应同样大小负荷用有功功率负荷最优分配的目的：在供应同样大小负荷用功功率功功率 的前提下，单位时间内的能源消耗最少。的前提下，单位时间内的能源消耗最少。niGiP1目标函数：目标函数：是总耗量，它是各发电设备发出有功功率是总耗量，它是各发电设备发出有功功率PGi的的函数，即函数，即niGiiGnnGGPFPFPFPFF12211)()()()(河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院162021-12

20、-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡等约束条件：等约束条件：电力系统的有功功率必须保持平衡，即电力系统的有功功率必须保持平衡，即 011PPPniLiniGi不等约束条件：不等约束条件：各节点发电设备有功功率、无功功率和电各节点发电设备有功功率、无功功率和电压大小不得超过其允许的上、下限，即压大小不得超过其允许的上、下限，即 网络总损耗网络总损耗 若不计网络损耗，上式可改写为：若不计网络损耗，上式可改写为： 011niLiniGiPPiUminUmaxU min.GiPmax.GiPGiP .minGiQ.maxGiQGiQ 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信

21、息学院172021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡p等微增率准则（最优调度问题）等微增率准则（最优调度问题） 为求有功功率负荷的最优分配问题，可采用求条件极为求有功功率负荷的最优分配问题，可采用求条件极值的拉格朗日乘数法。值的拉格朗日乘数法。拉格朗日乘数法：拉格朗日乘数法：要找函数要找函数 在条件在条件 下下的可能极值点，可先构成函数的可能极值点，可先构成函数 ，其中其中 为拉格朗日乘子，求其对为拉格朗日乘子，求其对x，y的一阶偏导数，并使之的一阶偏导数，并使之为零，然后与为零，然后与 联立起来，即联立起来，即),(yxfz 0),(yx),(),(),(y

22、xyxfyxF0),(yx0),(0),(),(0),(),(yxyxyxfyxyxfyyxx由此方程求出由此方程求出 ，则其中，则其中 就是可能极值点的坐标。就是可能极值点的坐标。, yxyx,河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院182021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡等微增率准则：等微增率准则：根据给定的目标函数和等式约束条件，可根据给定的目标函数和等式约束条件，可建立如下拉格朗日函数建立如下拉格朗日函数 )(*LiGiPPFC则使目标函数有最小值的必要条件是：则使目标函数有最小值的必要条件是：0)(*GiLiGiGiGiPPPPFPC

23、由于由于 在某一时刻为定值，且各机组的燃料费只与该机在某一时刻为定值，且各机组的燃料费只与该机组本身的有功功率有关，故有：组本身的有功功率有关，故有：LiP河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院192021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡GiiGnnGnGGGGPFPFPCPFPCPFPC000*222*111*或写成：或写成： n21等微增率准则等微增率准则上式表示：上式表示：为使总耗量最小，应按相等的耗量微增率在发电为使总耗量最小，应按相等的耗量微增率在发电设备或发电厂之间分配负荷。设备或发电厂之间分配负荷。 河北科技大学电气信息学院河北科技大

24、学电气信息学院202021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡对不等式约束条件的处理对不等式约束条件的处理对于有功功率限制，当计算完后发现某发电设备越限，则对于有功功率限制，当计算完后发现某发电设备越限，则该发电设备取其限制，不参加最优分配计算，而其他发电该发电设备取其限制，不参加最优分配计算，而其他发电设备重新进行最优分配计算。设备重新进行最优分配计算。无功功率和电压限制对有功功率负荷的分配没有直接关系，无功功率和电压限制对有功功率负荷的分配没有直接关系，可暂时不计，当有功功率负荷的最优分配完成后计算潮流可暂时不计，当有功功率负荷的最优分配完成后计算潮流分布时

25、再考虑。分布时再考虑。用迭代法求解电力系统经济调度问题用迭代法求解电力系统经济调度问题设耗量微增率的初值设耗量微增率的初值 ； )0(求与求与 对应的各发电设备应发功率对应的各发电设备应发功率 ；)0()0(GiP河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院212021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡校验求得的校验求得的 是否满足等式约束条件：是否满足等式约束条件： )0(GiP011)0(niLiniGiPP如不能满足，则如不能满足，则 时，取时，取 ；反之，取；反之，取 ，自第自第2步开始重新计算，直到满足条件。步开始重新计算，直到满足条件。niGi

26、P1niLiP1)1()0()1()0(例例5-1 两台容量均为两台容量均为100MW的发电机并列运行，耗量特性分的发电机并列运行，耗量特性分别为：别为：20MWPG1125MW)/(43 . 00007. 01211htGGPPF)/( 332. 00004. 02222htGGPPF20MWPG2125MW河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院222021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡（1）求总负荷为）求总负荷为200MW时的经济功率分配。时的经济功率分配。（2）在两台机组间经济分配比平均分配时每年所节约的燃料）在两台机组间经济分配比平均分配

27、时每年所节约的燃料费用为多少？（设每年运行费用为多少？（设每年运行8000h）解：解：（1）两台机组的耗量微增率分别为：两台机组的耗量微增率分别为：3 . 00014. 011GP32. 00008. 022GP20032. 00008. 03 . 00014. 02121GGGGPPPPMWMW18.11882.8121GGPP332. 00004. 043 . 00007. 022221211GGGGPPFPPF解得：解得：河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院232021-12-155.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡（2）经济分配时的燃料耗量为：经济分配时

28、的燃料耗量为： )/(232.33482.813 . 082.810007. 021htF)/(404.46318.11832. 018.1180004. 022htF)/(636.79404.46232.3321htFFF平均分配时的燃料耗量为：平均分配时的燃料耗量为：)/(4141003 . 01000007. 021htF)/(39310032. 01000004. 022htF)/(80394121htFFF经济分配条件下，每年节约的燃料为：经济分配条件下，每年节约的燃料为：)(29128000)636.7980(8000)(tFFF河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院24

29、2021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整 一、负荷的有功功率一、负荷的有功功率频率静特性频率静特性电力系统的有功负荷与频率的关系可归纳为电力系统的有功负荷与频率的关系可归纳为:与频率变化无关：照明、电阻炉、整流负荷等；与频率变化无关：照明、电阻炉、整流负荷等；与频率一次方成正比：球磨机、切削机床、往复式水泵、与频率一次方成正比：球磨机、切削机床、往复式水泵、压缩机、卷扬机等；压缩机、卷扬机等；与频率二次方成正比：变压器的涡流损耗等；与频率二次方成正比：变压器的涡流损耗等；与频率三次方成正比：通风机、静水头阻力不大的循环水与频率三次方成正比：通风机、静水头阻力不大的循环水

30、泵等；泵等；与频率高次方成正比：静水头阻力很大的水泵等。与频率高次方成正比：静水头阻力很大的水泵等。河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院252021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整负荷的功率负荷的功率频率特性可表示为：频率特性可表示为：nNLNnNLNNLNLNLffPaffPaffPaPaP2210若以标幺值表示，则若以标幺值表示，则nnLfafafaaP*2*2*10*当当 ， 时，有：时，有： Nff LNLPP 1210naaaa式中，式中， 为额定频率时系统有功负荷；为额定频率时系统有功负荷； 为上述各为上述各类负荷占类负荷占 的百分数。的百分数。

31、LNPnaaaa,210LNP河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院262021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整 在额定频率附近，负荷的静态频率在额定频率附近，负荷的静态频率特性近似为直线，如图特性近似为直线，如图5-6所示。所示。 负荷的静态频率特性曲线的斜率称负荷的静态频率特性曲线的斜率称为负荷的为负荷的频率调节效应系数频率调节效应系数或或单位调节单位调节功率功率，即：，即：fPtgKLL （MW/Hz） 用标么值表示为：用标么值表示为：*fPffPPKLNLNLLLNNLLPfKK*图图5-6 负荷的功频静特性曲线负荷的功频静特性曲线河北科技大学电气信息

32、学院河北科技大学电气信息学院272021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整 关于关于KL*的的几点说明：几点说明：负荷的频率调节效应系数表征负荷的频率调节特性，即表负荷的频率调节效应系数表征负荷的频率调节特性，即表征随着频率的升高或降低负荷消耗功率增加或减少的多少。征随着频率的升高或降低负荷消耗功率增加或减少的多少。负荷的频率调节效应系数是不能控制的，其大小取决于全负荷的频率调节效应系数是不能控制的，其大小取决于全系统各类负荷所占的比重，不同系统或同一系统不同时刻的系统各类负荷所占的比重，不同系统或同一系统不同时刻的 KL*值可能不同。在实际系统中，值可能不同。在实际系统

33、中， 一般取一般取13。负荷的频率调节效应系数是反映系统进行一次调整性能的负荷的频率调节效应系数是反映系统进行一次调整性能的一个重要数据，它是调度部门确定按频率减负荷方案以及低一个重要数据，它是调度部门确定按频率减负荷方案以及低频事故切负荷来恢复频率的计算依据。频事故切负荷来恢复频率的计算依据。河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院282021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整 二、发电机组的有功功率二、发电机组的有功功率频率静特性频率静特性 发电机组转速的调整是由原动机的调速系统来实现的。发电机组转速的调整是由原动机的调速系统来实现的。 通常把由于频率变化而引

34、起发电机组输出功率变化的关系称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为发电机组的功率频率特性或调节特性。频率特性或调节特性。1. 自动调速系统（图自动调速系统（图5-7）检测部件检测部件（离心飞摆）（离心飞摆） 放大部件放大部件（错油门）（错油门） 执行部件执行部件（油动机）（油动机） 转速控制部件转速控制部件（调频器）（调频器） 说明：说明：调速器由前三者组成，完成调速器由前三者组成，完成频率的一次调整；调频器加入转速频率的一次调整；调频器加入转速控制部件，完成频率的二次调整。控制部件，完成频率的二次调整。图图5-7 离心飞摆式调速系统示意图离心飞摆式调速系统示

35、意图河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院292021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整 调速系统的工作原理：利用杠杆的作用调整汽轮机或水调速系统的工作原理：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。轮机的导向叶片，使其开度增大，增加进汽量或进水量。 一次调频一次调频： 的位置较的位置较B高，高， 的位置较的位置较A略低，相应的机略低，相应的机组转速较原来略低组转速较原来略低有差调节有差调节。B A 二次调频二次调频：在外界信号作用下，调频器动作将：在外界信号作用下，调频器动作将D点抬高，最点抬高，最后使后使 回到位置回到位置

36、A，频率恢复到额定频率，频率恢复到额定频率无差调节无差调节。 A 2. 发电机组的有功功率发电机组的有功功率频率静特性频率静特性 根据发电机调速系统的调节原理，即负荷增大时，发电根据发电机调速系统的调节原理，即负荷增大时，发电机出力增加，频率降低；负荷减少时，发电机出力减少，频机出力增加，频率降低；负荷减少时，发电机出力减少，频率增加，可得到发电机组的有功功率率增加，可得到发电机组的有功功率频率静态特性如图频率静态特性如图5-8所示。所示。河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院302021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整发电机的单位调节功率发电机的单位调节功率

37、：指发电机组的功率：指发电机组的功率频率静态频率静态特性的斜率特性的斜率(绝对值），即绝对值），即 0ffPfPKNGNGGGNNGGNGNGNGNGGPfKfPffPPfPfPK* 用标么值表示为：用标么值表示为： 发电机的单位调节功率表征随着频率的升高或降低发电发电机的单位调节功率表征随着频率的升高或降低发电机组有功出力减少或增加的多少。机组有功出力减少或增加的多少。 图图5-8 发电机组的功频率静特性发电机组的功频率静特性河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院312021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整发电机的调差系数，它和单位调节功率互为倒数关系。GN

38、NGNNGPffPffPf000而KG还可表示成：100100100%00NNGNNGNNGNNGfffPfPffPfPf以百分数形式表示为：100%100%11NGNGNNGfPPfK或100%1*GK河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院322021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整说明：说明：发电机组的调差系数或与之对应的单位调节功率是可发电机组的调差系数或与之对应的单位调节功率是可以整定的。但受机组调速机构的限制，其整定范围是有限的。以整定的。但受机组调速机构的限制，其整定范围是有限的。在整定范围内，调差系数越小（即单位调节功率越大），频在整定范围内，调

39、差系数越小（即单位调节功率越大），频率偏移也越小。率偏移也越小。汽轮发电机组：汽轮发电机组：水轮发电机组：水轮发电机组：%5%3% 205 .33*GK或或 %4%2% 2550*GK或或 三、频率的一次调整三、频率的一次调整 以系统中只有一台发电机带一个综合负荷为例进行分析。以系统中只有一台发电机带一个综合负荷为例进行分析。图图5-9为频率的一次调整示意图。为频率的一次调整示意图。 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院332021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整发电机的功率增量为：发电机的功率增量为： fKPGG负荷本身变化量：负荷本身变化量： fKPLL

40、fKKPPABOBBAOBOAPLGLGL)(0 当系统负荷增加当系统负荷增加 时，负荷的功时，负荷的功频静特性向上移至频静特性向上移至 ，一方面发电机，一方面发电机组转速变化引起频率下降，调速器动作，组转速变化引起频率下降，调速器动作，发电机出力增加发电机出力增加 ，另一方面由于负，另一方面由于负荷本身的调节效应变化荷本身的调节效应变化 ，经过一个，经过一个过程，达到新的平衡点过程，达到新的平衡点 O 。LP0LPGPLP频率变化为频率变化为:00fff图图5-9 频率的一次调整频率的一次调整河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院342021-12-155.2 电力系统的频率调整电

41、力系统的频率调整fPKKKLLGS0 其中，其中，KS称为系统的单位调节功率，单位称为系统的单位调节功率，单位Mw/Hz。用标幺值表示为：用标幺值表示为：NLLSffPPK/0*几点说明：几点说明：系统的单位调节功率标志了系统负荷增加或减少时，在原系统的单位调节功率标志了系统负荷增加或减少时，在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的多少。因此，当或上升的多少。因此，当KS已知时，可以根据允许的频率变已知时，可以根据允许的频率变化范围求取系统能够承受多大的负荷增减。即化范围求取系统能够承受多大的负荷增减。即KS越大，系统

42、越大，系统承受负荷的变化越大。承受负荷的变化越大。 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院352021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整在上述推导过程中，取在上述推导过程中，取功率的增大或频率的上升为正功率的增大或频率的上升为正，因，因此，上式等号右侧的负号表示，随着负荷的增大，系统的频此，上式等号右侧的负号表示，随着负荷的增大，系统的频率将下降。率将下降。由由KS=KG+KL可见：系统的单位调节功率取决于发电机的单可见：系统的单位调节功率取决于发电机的单位调节功率和负荷的单位调节功率。由于负荷的单位调节功位调节功率和负荷的单位调节功率。由于负荷的单位调节功率率

43、KL不可调，因此，系统的单位调节功率不可调，因此，系统的单位调节功率KS的调整只能通过的调整只能通过调整发电机的单位调节功率调整发电机的单位调节功率KG或调速器的调差系数来实现。或调速器的调差系数来实现。电力系统的单位调节功率不能过大。电力系统的单位调节功率不能过大。若若KS过大过大 KG过大，即调差系数过小，将不能保证各发电过大，即调差系数过小，将不能保证各发电机组调速系统运行的稳定性。机组调速系统运行的稳定性。 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院362021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整系统中总的发电机单位调节功率会下降。系统中总的发电机单位调节功率

44、会下降。 当系统中有多台发电机组时，发电机组满载后，受调速当系统中有多台发电机组时，发电机组满载后，受调速机构的限制，发电机组不再参加调整，即此时它们的单位调机构的限制，发电机组不再参加调整，即此时它们的单位调节功率为零，调差系数为无限大，从而使全系统发电机组的节功率为零，调差系数为无限大，从而使全系统发电机组的等值调差系数增大。等值调差系数增大。 假设调差系数整定为零，这时，虽然负荷的变动不会引假设调差系数整定为零，这时，虽然负荷的变动不会引起频率的变动，似乎可确保频率恒定，但这样将会出现负荷起频率的变动，似乎可确保频率恒定，但这样将会出现负荷变化量在各发电机组间的分配无法固定，从而出现各发

45、电机变化量在各发电机组间的分配无法固定，从而出现各发电机组的调速系统不能稳定工作的问题。组的调速系统不能稳定工作的问题。河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院372021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整例如，设系统中有例如，设系统中有n台发电机组，台发电机组，n台机组都参加调整时有：台机组都参加调整时有：niGiGnGGGKKKKK121 当当n台机组中只有台机组中只有m台机组都参加调整，即台机组都参加调整，即m+1、m+2、 n台机组不参加调整时有台机组不参加调整时有miGiGmGGGKKKKK121显然显然GGKK即系统中总的发电机单位调节功率下降了。即系

46、统中总的发电机单位调节功率下降了。 可见，频率的一次调整是有差调整，即调整后的频率不可见，频率的一次调整是有差调整，即调整后的频率不可能回到原来的值。因此，一次调频只能适应负荷变化幅度可能回到原来的值。因此，一次调频只能适应负荷变化幅度小、周期短的不规则变化情况。小、周期短的不规则变化情况。河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院382021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整例例5-2 设系统中发电机组的容量和它们的调差系数分别为：设系统中发电机组的容量和它们的调差系数分别为：水轮机组：水轮机组： 100MW/台台5=500MW %=2.5% 75MW/台台5=3

47、75MW %=2.75% 汽轮机组：汽轮机组： 100MW/台台6=600MW %=3.5% 50MW/台台20=1000MW %=4.0% 较小容量汽轮机组合计较小容量汽轮机组合计 1000MW %=4.0% 系统总负荷为系统总负荷为3300MW，负荷的单位调节功率，负荷的单位调节功率KL*=1.5，试，试计算下列各种情况下系统的单位调节功率计算下列各种情况下系统的单位调节功率KS，计算结果分别以，计算结果分别以MW/Hz和标幺值表示。和标幺值表示。全部机组都参加调频；全部机组都参加调频；全部机组都不参加调频；全部机组都不参加调频；仅水轮仅水轮机组参加调频；机组参加调频；仅水轮机组参加调频和

48、仅水轮机组参加调频和20台台50MW汽轮机组汽轮机组参加调频。参加调频。河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院392021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整解：解：（1）按按 计算各类发电机组的计算各类发电机组的KG：%100%NGNGfPK5100MW水轮机组：水轮机组：)(4001005 . 250500MW/HzGK575MW水轮机组：水轮机组：)(27310075. 250375MW/HzGK6100MW汽轮机组：汽轮机组：)(3431005 . 350600MW/HzGK2050MW汽轮机组：汽轮机组：)(5001004501000MW/HzGK100

49、0MW小容量汽轮机组：小容量汽轮机组：)(5001004501000MW/HzGK河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院402021-12-15系统负荷：系统负荷：5.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整)(995033005 . 1*MW/HzNLNLLfPKK全部机组都参加调频全部机组都参加调频:)(211599)500500343273400(MW/HzLGSKKK全部机组都不参加调频全部机组都不参加调频:)(99 MW/HzLSKK仅水轮机组参加调频仅水轮机组参加调频:)(77299)273400(MW/HzSK仅水轮机组和仅水轮机组和20台台50MW汽轮机组参加调频汽轮

50、机组参加调频:)(127299)500273400(MW/HzSK河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院412021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整（2）以标幺值计算时，取）以标幺值计算时，取KB=PLN/fN，按按 计算各类发电机组的计算各类发电机组的KG：%100%*LNGNGPPK5100MW水轮机组：水轮机组：06. 61005 . 23300500*GK575MW水轮机组：水轮机组：14. 410075. 23300375*GK6100MW汽轮机组：汽轮机组：2 . 51005 . 33300600*GK2050MW汽轮机组：汽轮机组：58. 710

51、0433001000*GK1000MW小容量汽轮机组：小容量汽轮机组：58. 7100433001000*GK河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院422021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整系统负荷：系统负荷：5 . 1*LK全部机组都参加调频全部机组都参加调频:06.325 . 1)58. 758. 72 . 514. 406. 6(LGSKKK全部机组都不参加调频全部机组都不参加调频:5 . 1LSKK仅水轮机组参加调频仅水轮机组参加调频:7 .115 . 1)14. 406. 6(SK仅水轮机组和仅水轮机组和20台台50MW汽轮机组参加调频汽轮机组参加

52、调频:28.195 . 1)58. 714. 406. 6(SK河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院432021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整 四、频率的二次调整四、频率的二次调整O 当系统负荷增加当系统负荷增加 时，时，如不进行二次调整，运行点转如不进行二次调整，运行点转为为 ，系统频率为，系统频率为 ，频率变，频率变化为化为 。0f 0LP00fff 二次调频通过调频器的作二次调频通过调频器的作用将发电机的功频静特性移到用将发电机的功频静特性移到 ，运行点移到，运行点移到 ，系统频率，系统频率为为 ，频率变化，频率变化 0f 00fff GPO 图图5

53、-10 频率的二次调整频率的二次调整河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院442021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整由图由图5-10可知，系统负荷增量可知，系统负荷增量 由三部分组成：由三部分组成：0LP由于调速器的调整作用而增大的发电机组功率：由于调速器的调整作用而增大的发电机组功率： fKCBG （一次调整）（一次调整）由于调频器的调整作用而增大的发电机组功率：由于调频器的调整作用而增大的发电机组功率： 0GPOC（二次调整）（二次调整）由于本身的调节作用而变化的负荷功率：由于本身的调节作用而变化的负荷功率： fKABL fKfKPABCBOCBACBO

54、COAPLGGL 00fKKPPLGGL )(00河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院452021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整 fPPKKKGLLGS 00当时，即二次调频增发的功率与系统的负荷增当时，即二次调频增发的功率与系统的负荷增量相等时，则，频率将始终不变，亦即实现了无差调量相等时，则，频率将始终不变，亦即实现了无差调节。无差调节如节。无差调节如图图5-10中虚线所示。中虚线所示。00GLPP0f河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院462021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整需要指出：需要指出：二次调频一般由部

55、分发电厂（调频厂）承担。二次调频一般由部分发电厂（调频厂）承担。 v调频厂应满足的条件：调频厂应满足的条件：v调频厂的选择原则：调频厂的选择原则：系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂；系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂；当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调频厂。当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调频厂。调整的容量应足够大；调整的容量应足够大；调整的速度应足够快；调整的速度应足够快；调整范围内的经济性能应该好；调整范围内的经济性能应该好；注意系统内及互联系统的协调问题。注意系统内及互联系统的协调问题。河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院472021-12-155

56、.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整 五、互联系统频率的调整五、互联系统频率的调整 图图5-11为为A、B两个系统互联，图中两个系统互联，图中 为两系统负为两系统负荷变化（增加）；荷变化（增加）； 为两系统二次调整增发的功率，为两系统二次调整增发的功率， 为两系统的单位调节功率；为两系统的单位调节功率； 为联络线交换的功率。为联络线交换的功率。LBLAPP,GBGAPP,BAKK ，abP对系统对系统A， 相当于一个负荷：相当于一个负荷： abPfKPPPAGAabLAfKPPPBGBabLB对系统对系统B， 相当于一个电源：相当于一个电源： abPBABABAGBLBGALAKKPPK

57、KPPPPf)()( 图图5-11 互联系统频率的调整互联系统频率的调整河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院482021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整BAABBABAGALABGBLBAabKKPKPKKKPPKPPKP)()(BAPP、式中，式中， 分别称为分别称为A、B两系统的功率缺额。两系统的功率缺额。讨论：讨论：当互联系统增发功率的总和与负荷增量的总和相平衡，即当互联系统增发功率的总和与负荷增量的总和相平衡，即 ，则，则 ，即可实现无差调节，即可实现无差调节，否则将出现频率偏移。否则将出现频率偏移。LBLAGBGAPPPP0f当当A、B两系统都进行

58、二次调频，且两部分的功率缺额与其两系统都进行二次调频，且两部分的功率缺额与其单位调节功率成正比时，即满足单位调节功率成正比时，即满足fKPPKPPBGBLBAGALA河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院492021-12-155.2 电力系统的频率调整电力系统的频率调整0f0abP则联络线上的交换功率则联络线上的交换功率 ；0GALBLAPPP当有一个系统不进行二次调频，例如当有一个系统不进行二次调频，例如 ，则，则B系统的系统的负荷变化量将由负荷变化量将由A系统的二次调频来承担，并由通过联络线送系统的二次调频来承担，并由通过联络线送来的来的 来抵偿，此时联络线的交换功率为来抵偿，此时联络线的交换功率为0GBPabPBAGALBLABLBBAGALABLBAabKKPPPKPKKPPKPKP)()