电力系统自动装置原理电力系统频率及有功功率的自动调节课件

1、电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节第5章 电力系统频率及有功功率的自动调节 小节导航 1 2 3 4 5 小结电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节第1节 电力系统的频率特性 一、概述负荷对系统频率的影响 频率的调节手段 二、电力系统负荷的功率频率特性 （静特性）负荷功率频率特性的定义和表示方法 负荷的频率调节效应三、发电机组的功率频率特性 发电机组功率频率特性的定义和表示方法 发电机组间有功功率的分配（两台机组 多台机组 ）调节特性的失灵区 四、电力系统的频率特性 转第2节小节导航 1 2 3 4 5 小结电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动

2、调节稳态时，发电机机械输入功率等于电磁输出功率，系统频率f 保持不变。当系统负荷增加后，电磁功率增加，而机械输入功率变化缓慢，从而使发电机产生功率缺额，迫使转子速度n下降，f 随之下降。负荷的变化按其变化的频率大小可分为3种：随机分量 频率较高，幅度较小，周期一般小于10秒。脉动分量 频率较随机分量低些，幅度较随机分量大些，周期在10秒 3分钟。持续分量 负荷的主要成分，幅度最大，频率最低，变化很缓慢。 其中，后两种分量对系统频率的变化起主要作用。负荷对系统频率的影响 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节频率的调节手段 返回 系统对频率的要求比对电压的要求更为严格，通常，

3、频率与额定值的偏差不超过0.2Hz。当频率发生变化时，可通过调节汽轮发电机组的汽门开度和水轮发电机组的水门开度来满足系统频率和经济分配负荷的要求 。电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节负荷功率频率特性的定义和表示方法定义 负荷功率随系统频率变化的特性 PL = F( f )。表示方法 *00( )()nniiLLNiLiiiNfPP fPaPa ff 或 =与f 无关的负荷：照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等与f 有关的负荷：切削机床、球磨机、往复式水泵、压缩机、卷扬机等与f 2有关的负荷：变压器中的涡流损耗与f 3有关的负荷：通风机、静水头阻力不大的循环水泵等与f 4有关的负

4、荷：静水头阻力很大的给水泵等 返回n通常取3，且 01niia。电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节负荷的频率调节效应调节效应的定性描述调节效应的定量描述例题分析 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节fN：负荷功率缺额f由负荷的功率频率特性负荷缓解f的下降，最终稳定在略低于fN的频率值。fN：负荷功率过剩f由负荷的功率频率特性负荷缓解f的上升，最终稳定在略高于fN的频率值。负荷频率调节效应的定性描述当负荷成分确定后，负荷的功率频率特性即可确定（见图）。fPLPLNPLfNf返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节 衡量负荷频率调节能力大

5、小的指标为负荷的频率调节效应系数KL（或KL*）为 ：负荷频率调节效应的定量描述返回11d()dniLLLNLiiNNPPPfKiaffff1*1ddniLLLiiPPKia fffLNLLNPKKfNLLLNfKKP电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节负荷频率调节效应的例题分析 题某电力系统中，与f 0次方、1次方、2次方及3次方成比例的负荷分别占30%、40%、10%和20%，且当f = 50Hz时系统总的有功负荷为3200MW（包括有功网损）。试求：(1)当f = 47Hz时，负荷变化的百分数及相应的KL和KL*；(2)当f = 52Hz时，负荷变化的百分数及相应的KL

6、和KL*；(3)若f = 50Hz时系统总的有功负荷为3600MW（包括有功网损），则上述两种情形的KL又是多大？结论在掌握KL*后，只需根据PLN的大小即可求出KL，从而可得频率偏移量与功率调节量之间的关系。 参见求解过程返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节(1) f = 47Hz时PL* = 0.3+0.4(47/50)+0.1 (47/50)2+0.2 (47/50)3 = 0.93PL * = 1-0.93 = 0.07KL* = PL* / f* = 0.07/(3/50) = 1.17KL = (PLN / fN)KL* =32001.17/50 =74.88

7、MW/Hz (2) f = 52Hz时 PL* = 0.3+0.4(52/50)+0.1 (52/50)2+0.2 (52/50)3 = 1.05PL * = 1.05-1 = 0.05KL* = PL* / f* = 0.05/(2/50) = 1.25KL = (PLN / fN) KL* =32001.25/50 =80.0MW/Hz (3) PLN =3600MW时 KL = (PLN / fN) KL* =36001.17/50 =84.24MW/HzKL = (PLN / fN) KL* =36001.25/50 =90.0MW/Hz 例题求解过程返回电力系统自动装置原理-电力系统

8、频率及有功功率的自动调节发电机组功率频率特性的定义和表示方法定义 发电机组输出功率与系统频率变化之间的关系PG = F( f )。它取决于调速系统的特性。表示方法（1）未配置调速器的情形 （2）配置调速器的情形返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节 发电机组的转矩方程近似表示为：MG* = AB* PG* = K(A* B2*) PG* = c1f* c2f2* 通常，c1 =2c2。于是，未配置调速器时的特性如右图所示。 当f* = - c1 /(-2 c2) = 1.0时（额定条件下），PG*取得最大值。 返回(1)未配置调速器的情形PG*f*1.0PG*maxo电力系

9、统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节 R = f / PG 或 R* = f* /PG*注意与无功时的 = UG* / IQ*或 = UG* / QG*对照由上述关系可得机组的有功功率/频率静特性调节方程：f* + R*PG* =0还可得功率/频率静特性系数： 注意与负荷频率调节效应系数对照 KG = 1/R = PG/f 或 KG* = 1/R* = PG*/f*结论：发电机组输出功率的增量与频率的变化成正比，与调差系统成反比。系统中所有机组的调速系统均为有差调节，因此，只要存在频率变化，则所有机组都将承担负荷的变化。 调速器使进汽（水）量随发电机转速而变，从而使原动机的工作点在

10、不同的静特性曲线间转移，形成右图所示形状的近似工作特性（有差调节），其斜率数值称调差系数，即 (2)配置调速器的情形 PGffPGoPGNfN对应最大进汽（水）量返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节 PG*=PG / PGN = f* (PGN1/R1* +PGN2/ R2*) / PGN 等值调差系数 R* = PGN /(PGN1/R1* +PGN2/ R2*)设两机组额定输出功率（fN时）为PGN1和PGN2，和PGN =PGN1 +PGN2。当负荷增加引起频率下降f后，两机组总的功率变化将为：PG=PG1+PG2 =f / R1 f / R2 =f / R 其中，

11、两台机组的等值调差系数为： R = 1/(1/ R1 +1/ R2)对标幺值情形： PG=PG1+PG2=PGN1PG1*+PGN2PG2* = PGN1f* / R1* PGN2f* / R2* = f* (PGN1/R1* +PGN2/ R2*)两台机组间有功功率的分配 PG1ffPG1oPGN1fNPG2PG2PGN2R1R2返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节将两机组的结论推广到n台机，等值调差系数为： 或 或等值调节方程 f* + R*PG* =0。当系统中机组承担的有功功率总量的增量已知后，即可求得频率变化，从而可以求出各台机组所承担的有功功率的增量大小。 多

12、台机组间有功功率的分配111niiRR11*nGNiinGNiiiPRPR返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节调节特性的失灵区 测量元件不灵敏造成调速器具有一定的失灵区，使得调节特性在理想状态附近产生一条失灵带，失灵带的宽度以失灵度表示： = fw / fN = fw* 其中 fw为最大频率呆滞。与此对应的最大功率误差为：Pw = fw /R 或 Pw* = fw* /R*= / R* 可知：失灵带导致功率误差，误差与调差系数成反比。R*不能太小，否则功率误差过大。失灵区虽有不利影响，但失灵区也不能没有或过小，否则当f 稍有变化时，调速器就要调节，反而会使阀门调节过分频繁

13、，产生负面影响。因此，在一些非常灵敏的电液调速器中，常人为适当增加不灵敏区。 返回PGfPwoPGNfNPw2fw电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节电力系统的频率特性 在将网损功率归并到负荷中时，电力系统的频率特性实际上已经决定于发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性，二者的交点即为系统频率的稳定运行点。下面具体分三种情况分析系统的频率特性： 1. 初始状态（或额定状态fN ） 2. 小额负荷增加PL（不会使频率下降太多） 3. 大额负荷增加PL（致使频率下降太多，超过允许值） 参见工作点转移图返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节工作点转移图返回P

14、foPLN1fNabcd12PLN=F1 (f)PL=F2 (f)PL3PLN2f2f3电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节初始状态返回此时工作点为a点：负荷特性PLN = F1( f )和发电机组特性1的交点。此时PTN = PGN = PLN1（包括网损）。 电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节此时负荷特性转移到PL = F2 ( f )。 若系统中所有发电机组均无调速器 PTN不变，负荷由PLN变为PLN1 +PL 产生功率缺额f 由负荷功率频率特性知，负荷有功功率，重新达到PLN，此时频率值降为f2（对应b点）。 若系统中发电机组装有调速器（实际也正

15、如此） f 调速器动作，增加机组的PT f回升，稳定在c点（PL = F2 ( f )和机组特性1的交点），此时频率回升为f3，负荷功率为PL3。 比较和，调速器动作的结果使频率由f2回升到f3，负荷功率由PLN增加到PL3。调速器的这种调节作用称为一次调节，它与调差系数对应。 小额负荷增加 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节经调速器动作后到达c点，此时f3仍过小。手动或自动加入调频装置，使机组特性平移到特性2 f 继续回升，稳定在d点，此时频率值为fN，负荷功率为PLN2 PL3。 比较工作点c和d知，调频装置作用的结果使频率由f3回升到fN，负荷功率由PL3增加到P

16、LN2。调频装置的这种调节作用称为二次调节，它不改变调差系数。大额负荷增加 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节第2节 调速器原理 一、调速器的种类 二、机械液压调速器 （1）示意图 （2）测速机构（3）执行机构 （4）转速给定机构（特性平移机构）三、功率-频率电液调速器 四、数字式电液调速器 （参见书P150图5-22 ）转第3节小节导航 1 2 3 4 5 小结电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节调速器的种类 机械式：利用一只离心飞摆的位移与转速的关系测速来直接控制进气阀。 机械液压式：利用离心飞摆和液压机构控制进气阀。 电气液压式：利用电气测速机构

17、和电液转换及液压机构控制进气阀。 数字式：将电气液压式调速器的控制部分用微机实现。返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节机械液压调速器示意图 返回调频器进汽油动机错油门离心飞摆ADBCEFXAXDXEXB弹簧XCXF电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节测速机构 汽轮机主轴带动的齿轮传动机构+离心飞摆。A点位移代表了转速的变化。转速越高，A点位移越高。 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节执行机构 油动机+错油门（控制油动机的动作）。 转速上升时，A点上升。若调频器（D点）不动作，则C、E、F上移，错油门两个凸肩上移，在油压作用下使油动

18、机活塞（B点）下移，关小进汽阀（减小汽机的输入功率）。在B点下移时，带动C、F、E下移，直到错油门两个凸肩重新回到堵住油动机上、下腔油路位置。 由上述过程可知，在A点上升时，C点首先随A点的上移而上移，随后又随B点的下移而下移，过程结束时，C点位置不变。此时，A点比开始时略高，B点比开始时略低。反过来，在转速下降A点下移时，调节过程结束时，C点位置也不变。此时，A点比开始时略低，B点比开始时略高。 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节转速给定（特性平移）机构 对升速情形，若D点不变，则调节结果是：C点位置不变，A点比开始时略高，B点比开始时略低，即转速略有升高。此时，若降

19、低D点，由于转速和油动机活塞来不及动作，即A、B、C、F暂时都不动，只有E点上移，使油动机活塞下移，减少进入汽机的功率。当机组并网运行时，系统频率基本不变，调节过程结束时，B点位置下移，使输出的功率降低（相当于特性左移） 。 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节电液调速器 参见书P144图5-14(1) 测速部件 磁阻发送器：转速转换为相应频率的脉冲信号。 频率电压变送器：将脉冲信号转换成与转速成正比的电压信号。(2) 功率测量部件 将发电机有功功率信号转换成与之成正比的直流信号。(3) 转速和功率给定环节 精密多转电位器+控制电动机。(4) 电液转换和液压系统(5) 调

20、整器 频差放大器负责调差系数的改变。 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节第3节 电力系统频率调节系统及其特性 一、调节系统的传递函数1.调速器的传递函数（小干扰分析 传递函数）2.原动机的传递函数(非再热式汽轮机再热式汽轮机水轮机)3.汽轮发电机组的传递函数4.单区域调节系统的传递函数(分析过程传函框图) 二、电网的频率调节特性 1.单区域电网的频率调节特性(传函框图特性分析)2.多区域系统特性(区域电力系统互联的作用无自动调频特性自动调频特性) 转第4节小节导航 1 2 3 4 5 小结电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节调速器的小干扰分析 各种调速

21、器主要部分的数学模型是相同的。故可用机械式调速器为例进行分析。 设为小偏移（小干扰），则有过程： 稳态fN，原动机汽阀位置为XB，对应的发电机输出功率为PG。 若调频器控制命令产生PC 变化（正比于需要增加的输出功率），使XD产生XD的微小变化。其中，XD PC。 D点升高E点XE通过错油门作用使B点XB原动机的输入功率增加发电机的输出功率增加 ff 飞摆离心力增加A点XA。其中，XA f（不计失灵区和延时）。 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节Kn = K2/K3，Tn = 1/(K3K4)，Gn(s) = Kn /(1+sTn)，R = K2/K1，分别是调速机构静

22、态增益、时间常数、传递函数和调速器的调差系数。Tn常小于0.1秒。 调速器传递函数(输出 XB，输入 PC和 f) 由小扰动分析可得：XE = K1XA K2XD + K3XB = K1f K2PC + K3XB (1) 另，假定流入油动机的油量与错油门的位置变化成正比，则油动机活塞移动的速度正比于XE，即：dXB/dt = K4(XE) （负号表示XB和XE的实际方向相反） (2)由（1）和（2）的拉氏变换消去XE(s)后得： 2134( )( )11( )( )( )( )( )( )/1CnBCnCnKP sKF sKXsP sF sGsP sF sKs KsTRR查看式（1）的由来返回

23、电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节当X1=0而X20时，X3=(l13/l12)X2；当X10而X2=0时，X3=(l23/l12)X1；当X10而X20时，X3= ( l23/l12)X1+(l13/l12)X2。 由上述关系类比得（设图中箭头方向为位移正方向）： XC=(lCB/lAB)XA+(lAC/lAB)XB XF=(lFE/lDE)XD+(lDF/lDE)XE, 利用XC=XF得：XE=(lCB/lAB)(lDE/lDF)XA(lFE/lDF)XD+(lAC/lAB)(lDE/lDF)XB公式（1）的由来123X2X3123X1X3123X2X3X1返回电力系统

24、自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节非再热式汽轮机传递函数 GT (s) = PT (s) / XB (s) = KT / (1+sTT) TT一般为0.20.3秒 上述惯性延迟主要是考虑汽容效应：汽论机调节汽门和第一级喷嘴间存在一定空间，当汽门开度变化时，进入汽门的蒸汽量虽有所改变，但此空间的压力却不能突变，从而使得机械功率变化滞后于汽门开度变化。 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节再热式汽轮机传递函数返回GT (s) = PT (s) / XB (s) = KT (1+sKRTR)/(1+sTT)(1+sTR) 上式考虑了再热段的充汽时延。其中，TR为再热

25、时间常数，一般为10秒左右。KR为再热系数。 电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节水轮机传递函数GT (s) = PT (s) / XB (s) = (1sTW)/(1+ 0.5sTW) 上式考虑了水锤效应：在稳态时，水在管中的流速恒定。当突然关小导水叶时，由于水流的惯性，使管中压力急剧上升；相反地，当突然开大导水叶时，管中压力急剧下降。其中，TW为水锤时间常数。 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节非再热式汽轮发电机组的传递函数PT (s)=Gn (s)GT (s)PC(s)-F(s)/R与无限大母线系统并联运行分析 此时发电机的功率变化对系统频率影响

26、很小，可近似认为F (s)=0，且在稳态时有PT=PG，从而PG(s) =PT(s)=Gn(s)GT(s)PC(s)=Gn(s)GT(s)PC/s PG()= =KnKTPC （设PC(t)为阶跃信号，PC(s)=PC/s） 说明：对强迫以同步速运行的发电机组，其稳态输出功率增量PG与控制功率PC成正比。且在变化过程中，PG(t)始终是朝着PG()衰减的，衰减过程主要决定于汽轮机的时间常数。 汽轮发电机组的传递函数1+sTnKn1+sTTKT1/R+PC (s)PT(s)F (s)调速器Gn (s)汽轮机GT (s)XB 0( )limGss P s返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功

27、功率的自动调节单区域调节系统传递函数分析过程 大型系统或互联系统有功/频率调节不可能完全由一台机组承担。这时常把地区系统视为控制区，将控制区内的机组等效为一同步发电机群来承担有功/频率调节任务。 以控制区i为例分析，设与i相联的区域有j = 1 n个。 设在i区突然出现一负荷变化量PLi，在调速器的作用下，该区域发电机组的输入功率将变化PTi，频率产生的变化为fi。这时，PLi PTi，两者之差将由三方面的功率来平衡：发电机转子动能提供的功率变化量；联络线上的功率变化量；因负荷频率调节效应产生的负荷功率变化量。于是，将有下列功率平衡方程： PTi PLi = dWKi /dt + KLifi

28、+Pti (1) 返回下页电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节分析过程续发电机转子动能提供的功率变化量 由于发电机转子动能与转子的速度平方成正比，因此控制区i内等值发电机的动能WKi为： WKi=WKNi(fi/fN)2=WKNi(fe+fi)/fN2=WKNi(1+fi/fN)2WKNi(1+2fi/fN) dWKi/dt2WKNi/fNdfi/dt (2) 联络线上的功率变化量 Pti为控制区i由联络线输出到其它区域的总功率变化量，即： 返回1111(sin)cos)nnnnijijtitijijijijijijjjjjijijU UU UPPTxx 其中，Tij 为传输

29、线的同步系数。 上页下页电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节传递函数 将（2）和（3）代入（1）得： PTi-PLi=2WKNi/fNdfi/dt+KLifi+ 将上式两端同时除以控制区i的额定容量PNi后可将关系转换为标幺值形式（注意：式中f不是标幺值形式）： PTi*-PLi*=2Hi/fNdfi/dt+KLifi+ 分析过程续 另外，利用关系 =2fdt可得：ij =2(fi fi )dt，将它代入上述Pti 得： 返回12()d (3)ntiijijjPTfft 12()dnijijjTfft 12()dnijijjTfft 下页上页电力系统自动装置原理-电力系统频率

30、及有功功率的自动调节分析过程续 其中，Hi=WKNi/PNi为惯性时间常数，通常为28秒。对上式进行拉氏变换得：PTi(s)PLi(s)=(2His/fN+KLi)Fi (s)+Pti(s) (4) 从而Fi (s)=PTi(s)PLi(s)Pti(s)1/(2His/fN+KLi) =Gpi(s)PTi(s)PLi(s)Pti(s) 其中，Gpi(s)=Kpi/(1+sTpi)，Kpi=1/KLi，Tpi=2Hi/(feKLi)。 另外，式（4）中Pti(s) = 。 返回*12( )( )nijijjTF sF ss查看传递函数框图上页电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节

31、传递函数框图1+sTniKni1+sTTiKTi1/Ri+PCi(s)PTi(s)Fi (s)调速器Gni(s)汽轮机GTi(s)+PLi(s)1+sTpiKpi控制区Gpi (s)1/sPti(s)2T i1*2T in*+F1 (s)Fn (s)返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节无自动调频（ PC (s) =0）时的特性（仅有一次调节） 稳态特性 动态特性 自动调频（ PC (s) 0）时的特性（一次和二次调节同时存在） 单区域电网的频率调节特性 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节单区域电网频率调节传递函数框图 返回1+sTnKn1+sTTK

32、T1/R+PC (s)PT (s)F(s)调速器Gn (s)汽轮机GT (s)+PL (s)1+sTpKp控制区Gp (s)电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节单区域一次调节时的稳态特性(1/R)F(s)Gn(s)GT (s)PL(s)Gp (s)=F(s) ( )( )( )11( )( )( )pLpnTGsP sF sGs G s GsR 将阶跃负荷变化PL (s)= PL /s代入上式并利用终值定理得： ( )/1111pLLpnTnTpKPPfPK K KK KRKR 其中 =1/Kp+KnKT /R ，1/Kp代表区域的负荷频率调节效应系数，KnKT /R反映该区

33、域等值发电机组的功率频率特性系数，综合了两者的特性，称为该区域的频率响应特性（系数） 结论返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节单区域一次调节时的稳态特性结论 结论：当PL 0时，f()0，即存在稳态频差，且减小R可减小稳态频差；稳态频差若长期存在，将会造成累计频率偏差，这是不允许的。 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节单区域一次调节时的动态特性 一般地，Tp Tn和TT，即由Tn和TT引起的动态过程很快结束，因此在分析动态特性时可以近似认为Tn和TT等于零，从而闭环传递函数简化为： ( )( )( )11( )(1)pppnTnTpLpppGsKK

34、F sK KK K KP ssTGssTRR 1pppnTpKKKK K KR1pppnTpTTTK K KR结论：等效时间常数Tp Tp，说明f的变化过程会很快稳定下来；等效放大倍数KpKp，说明有利于减小频率偏差。 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节单区域一、二次调节特性PC(s)(1/R)F(s)Gn(s)GT (s)PL (s)Gp(s)=F(s) 将阶跃负荷变化PL(s)=PL/s和积分控制PC (t)=KIfdt PC(s)=KIF(s)/s 代入上式得： 返回结论：积分控制在其控制范围内可以使稳态频率偏差等于零。 ( )( )( )( )011()( )(

35、 )( )pLIpnTGsP sF sfKGs G s GssR 电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节区域电力系统互联的作用 降低整个系统的装机容量：利用时差或地域上的错峰效应。 降低整个系统的检修备用和事故备用。 使火电厂的功率更为平衡。 让供电最不均衡区域的火电厂夜间向负荷曲线平缓的区域供电。 提高系统频率的平衡性。 即使切除一台最大容量的机组，事故时的频率下降仍可保持在0.05 0.1Hz范围内。 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节两区域系统无自动调频特性 以两区域系统为例。此时传递函数及框图由二区域共同组成，只不过要考虑区域间的容量换算问题（参

36、见P162图5-32）： Pt2(s)=(2/s)T21*F2(s)F1(s) =(2/s) T12*F1(s)F2(s)(T21*/T12*)=Pt1(s)(T21*/T12*) Pt2(s)=12Pt1(s) 其中，12=T21*/T12*=PN1/PN2为区域容量换算系数。 下面分析稳态特性 此时有关系f1 =f2 =f且：PT1 = PG1 = (Kn1KT1 /R1)f (1)PT2 = PG2 = (Kn2KT2 /R2)f (2)PT1 PL1 = KL1f1 +Pt1 (3)PT2 PL2 = KL2f2 +Pt2= KL2f2 +12Pt1 (4)返回继续电力系统自动装置原理

37、-电力系统频率及有功功率的自动调节两区域系统无自动调频特性（续） 由（1）（4）推得： (KL1+Kn1KT1/R1)f=PL1Pt1 1f =PL1Pt1 (KL2+Kn2KT2/R2)f=PL212Pt1 2f =PL212Pt1 f =(PL212PL1)/(2121) Pt1=(1PL2 2PL1)/(2121) 特例：两区域参数完全相同（12=1）时，上述关系变为 f =(PL2+PL1)/(2) Pt1=(PL2PL1)/2 进一步地，若PL10，PL2=0，则 ： f =PL1/(2) Pt1=Pt2=PL1/2 因此，与单区域系统相比，两区域控制系统的频率变化较前者减小了一半（

38、其原因是通过联络线补偿了负荷变化区域的一半负荷）。 返回上页电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节两区域系统自动调频特性 由前面的讲解知，积分控制可以消除稳态偏差。对多控制区域系统，除了要求消除稳态频率偏差外，还要求消除联络线功率的稳态偏差（即各区域负责本区域的功率或频率调整）。基于上述要求，每个控制区域所要控制的偏差应为：ACEi =Pti+Bifi，其中，Bi为频率修正系数。这时，控制信号为： PCi(t)=KIiACEidt PC i(s)=KIi/sPti(s)+BiFi(s) 下面分析稳态特性PC1(s)(1/R1)F1(s)Gn1(s)GT1(s)PL1(s)Gp1

39、(s)=F1(s)PC2(s)(1/R2)F2(s)Gn2(s)GT2(s)PL2(s)Gp2(s)=F2(s) 将Pt1(s)=(2/s)T12*F1(s)F2(s)、Pt2(s)=12Pt1(s)和PC i(s)代入上述关系得：F1(s)=函数1PL1(s)，PL2(s)和F2(s)=函数2PL1(s)，PL2(s) 利用终值定理可得f i ()=0，从而Pti ()=0，即ACEi ()=0。 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节第4节 电力系统自动调频 一、概述调频任务各电厂在调频中的角色二、调频方法主导发电机法同步时间法复合调节法联合自动调频三、联合电力系统的调

40、频调频方式两区域系统分析例题转第5节小节导航 1 2 3 4 5 小结电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节调频的任务 维持频率在给定水平（控制f）保持电钟的准确性（控制fdt）机组间安全及经济地分配负荷 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节各电厂在调频中的角色 返回基荷电厂承担计划负荷的不变部分，即基荷（机组性能好、参数高、且一般为火电厂及热电厂）调峰电厂承担计划负荷的变动部分（机组的经济性能一般较差）调频电厂承担计划外负荷（具备足够容量和调整速度的机组，常为水轮机组） 其中，和属计划负荷，由发电计划确定；属计划外负荷，在调度中由调频电厂承担。电力系统自

41、动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节方法描述 在调频电厂内，将机组分成两类： 主导机组（1台）：装有无差调频器，调节准则为f = 0 。 其余机组（台数视实际而定）：只装有功功率调整器，调节准则为Pi = i P1 。特点 A. 只设1个调频电厂，容量受到限制，只适用于中小型系统；B. 调频电厂中只有一台主导机组对f 起直接调节作用，其余机组（主要解决主导机组容量不足的问题）间接地起辅助调频的作用，尤其在负荷变动初期，起调频的只有主导机组，只有当主导机组输出功率改变后其余机组的输出功率才跟着改变，因此，此种方法调节速度较慢； C. 调节方法中只考虑了调频的第一个任务。对于电钟的准确性（

42、同步问题）没有考虑。 主导发电机法 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节方法描述 调频电厂或机组的调节准则（积分调节）：fidt+kPi=0，其中fi=fifN ，Pi=PTiPGi ，i1。 特点 A. 多个电厂或机组参与调频，其容量得到保证，且调频的结果必然是：fi = 0，和fidt+kPi =0 ；B. 考虑了电钟的准确性 ； C.积分的过程降低了调节的速度 ；D. 没有考虑频率的瞬时偏差（其值有可能超过允许值），即对此没有进行控制。 同步时间法 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节方法描述 调节准则：fi+Ri(Piikfidt)=0。其中

43、fi=fifN，i=1n。 Ri和i分别是第i台机组的调差系数与功率分配系数，且1+2+n=1。特点 A. 考虑了频率瞬时偏差fi，调频的结果必然是：fi=0，Pi=ikfidt=ikfdt； B. 调节结束时：Pi=i ，即计划外负荷按功率分配系数在调频机组间进行分配 ； C. 计划外负荷越大，频率累计误差fdt越大 ；D. 由于频率累计误差的存在，使电钟的准确性得不到保证；E. 本方法的频差是通过各调频机组就地测量，就地与标准频率fe相比较得到的。因此，对标准频率fe要求较高，这常由石英晶体振荡器经分频后获得。 复合调节法 返回niiP1电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调

44、节联合自动调频 前面几种方法各有优缺点，共同存在一个问题：很难进行潮流的安全和经济分配。因此必须采用联合自动调频，综合考虑调频的任务。 一般地，就集中控制而言，调度中心根据各调频机组的实际输出功率PGi和频差信号f，通过联合自动调频装置的负荷分配器计算出各调频机组的控制功率PCi，然后通过遥信手段将此控制信号送到各调频机组，使各机组通过自身的调频装置对频率进行调节。这时，各调频机组具有如下控制框图 调速器/机组KIi /s+负荷分配器PCiPGi返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节联合电力系统的调频方式 方式1：按频差要求进行调节（恒定频率控制， FFC单一系统观点） 方

45、式2：按联络线交换功率偏差要求进行调节（恒定交换功率控制，FTC） 方式3：既按频差又按联络线交换功率偏差（TBC）要求进行调节（多系统观点） 返回电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节两区域联合电力系统调频方式分析 返回系统APGAPLA系统BPGBPLBPtAPtB 设A系统具有一次和二次调频，B系统只具有一次调频。这时，存在如下稳态关系（有名值）：PGA PLA = KLAf +PtAPGB PLB = KLBf +PtB = KLBf PtA 又设系统一次调频产生的功率变化为PG=KnKTf/R，二次调频产生的功率变化为PG=KnKTPC，则对A和B系统分别有：PGA=

46、PGA+PGA ，PGB=PGB。将它们代入上式可得： 继续电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节调频方式分析（续1） 返回PGAKnAKTAf/RAPLA=KLAf+PtAKnBKTBf/RBPLB=KLBfPtA由此可进一步推出：PLA=PGA(KnAKTA/RA+KLA)fPtAPLB=(KnBKTB/RB+KLB)f+PtA令A=KnAKTA/RA+KLA和B=KnBKTB/RB+KLB，则上式简写为：PLA=PGAAfPtAPLB=B f+PtA下页上页电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节调频方式分析（续2） 返回对方式1：f =0、PtA=PLB

47、、 PGA=PLA+PLB 此时，就稳态值而言，A和B系统的调速器（一次调节）和负荷调节效应均不起作用（因为f = 0，故PG =0且KLf =0），整个系统的负荷变化（PLA + PLB）全由A系统的二次调节承担。A系统的二次调节除了承担本系统的负荷变化（PLA）外，还通过联络线供给系统B的全部负荷变化，即联络线的功率变化与系统B的负荷变化相等。 对方式2：PtA=0 、 f =PLB /B 、 PGA=PLA (A/B)PLB 此时，就稳态值而言，联络线的功率变化为零（PtA = 0），因此整个系统的频率变化就只决定于B系统的负荷变化和调速器（一次调节）及负荷调节效应（f =PLB /B ）。这时，A系统的一、二次调节及负荷调节效应均发挥作用。 下页上页电力系统自动装置原理-电力系统频率及有功功率的自动调节调频方式分析（续3） 返回对方式3：Af +PtA=0 、 f =PLB/(A+B) 、PGA=PLA 、PtA=PLBA /(A+B) 此时，就稳态值而言，A系统的二次调节只承担本系统的负荷变化（PLA），而联络线的功率及系统频率变化决