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自动调整电力系统频率及有功功率的自动调节第1页本章主要内容第一节电力系统频率特征第二节调频与调频方程式第三节电力系统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模型与仿真电力系统频率及有功功率的自动调节第2页第一节电力系统频率特征学习目标：

了解电力系统频率及有功功率控制必要性；

了解频率调整原理；

掌握电力系统负荷功率—频率特征；

了解调速器工作原理，掌握配有调速器发电机组功率—频率特征，以及发电机组频率调整特征与机组间有功功率分配关系；

掌握电力系统频率特征；电力系统频率及有功功率的自动调节第3页第一节电力系统频率特征补充（回顾）：一、电力系统频率控制必要性(一)频率对电力用户影响1、电力系统频率改变会引发异步电动机转速改变，这会使得电动机所驱动加工工业产品机械转速发生改变。2、电力系统频率波动会影响一些测量和控制用电子设备准确性和性能，频率过低时有些设备甚至无法工作。

这对一些主要工业和国防是不能允许。3、电力系统频率降低会使电动机转速和输出功率降低，造成其所带动机械转速和出力降低，影响电力用户设备正常运行。电力系统频率及有功功率的自动调节第4页(二)频率对电力系统影响1、频率下降时，汽轮机叶片振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为50HZ电力系统。当频率低到45HZ附近时，一些汽轮机叶片可能因发生共振而断裂，造成重大事故。2、频率下降到47～48HZ时，由异步电功机驱动送风机、吸风机、给水泵、循环水泵和磨煤机等火电厂厂用机械出力随之下降，使火电厂锅炉和汽轮机出力随之下降，从而使火电厂发电机发出有功功率下降，这种趋势假如不能及时阻止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许程度，这种现象称为频率雪崩。出现频率雪崩会造成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。电力系统频率及有功功率的自动调节第5页3、在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆停顿运行。4、电力系统频率下降时，异步电动机和变压器励磁电流增加，使异步电动机和变压器无功消耗增加，引发系统电压下降。频率下降还会引发励磁机出力下降，并使发电机电势下降，造成全系统电压水平降低。假如电力系统原来电压水平偏低，在频率下降到一定值时可能出现电压快速而不停地下降，即所谓电压雪崩现象。出现电压雪崩会造成大面积停电，甚至使系统瓦解。(二)频率对电力系统影响电力系统频率及有功功率的自动调节第6页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行全部发电机组发出有功功率总和与系统内全部负荷消耗(包含网损)有功功率总和之间平衡来维持。二、电力系统有功功率控制必要性电力系统频率及有功功率的自动调节第7页2.提升电力系统运行经济性电力系统经济调度包含两个方面：第一，在某一负荷情况下，哪些机组投入电力系统运行；需要考虑发电机组效率、各种发电机组(水电、火电、核电)协调、电力系统网损等问题，目标是提升电力系统运行经济性，降低电能成本。第二，确定该负荷情况下并联运行机组有功出力。前者是发电机组经济调度问题，后者是有功负荷经济分配问题。电力系统频率及有功功率的自动调节第8页3、确保联合电力系统协调运行电力系统规模在不停地扩大，已经出现了将几个区域电力系统联在一起组成联合电力系统。有联合电力系统实施分区域控制，要求不一样区域系统间交换电功率和电量按事先约定协议进行。这时电力系统有功功率控制要对不一样区域系统之间联络线上经过功率和电量实施控制。电力系统频率和有功功率控制是亲密相关和不可分割，应统一考虑并协同控制。电力系统频率及有功功率的自动调节第9页一、概述1、并列运行每一台发电机组转速与系统频率关系为：P——发电机组转子极对数n——发电机组转数（r/min）f——电力系统频率（Hz）显然，电力系统频率控制实际上就是调整发电机组转速！

第一节电力系统频率特征电力系统频率及有功功率的自动调节第10页2、频率调整原理（1）正常运行时：假设系统中有m台机组，各机组原动机输入总功率为：G1G2Gm系统各机组发电功率总输出为：当忽略机组内部损耗时，输入输出功率平衡：电力系统频率及有功功率的自动调节第11页（2）负荷突然增加△PL时：

使发电机组输出功率增加△PL,但因为机械惯性，输入功率来不及做出反应，

此时：2、频率调整原理机组只有把转子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。为了保持功率平衡Wki—各机组动能G1G2Gm系统电力系统频率及有功功率的自动调节第12页设机组运行在a点，机组以转速na稳定运行。当负荷增加时，发电机电磁转矩特征曲线向上方平移．设移到曲线MG2位置。假如此时不调整进入原动机动力元素(蒸汽或水),机组调速器不动作，则原动机机械转矩特征仍为曲线MT1。机组就会在新平衡点b以转速nb稳定运行.用图示说明：这说明，即使没有调速器参加调整原动机输入功率，机组也能够从一个稳定运行工况过渡到另一个稳定工况运行。这种能力称为自平衡能力或调整能力。转速nb远离了原来转速na。这说明仅仅依靠机组自平衡能力进行调整，机组转速(频率)会在较大范围内改变。电力系统频率及有功功率的自动调节第13页电力系统负荷是不停改变，而原动机输入功率改变较迟缓，所以系统中频率波动是难免。结论：电力系统频率改变是因为发电机负荷与原动机输入功率之间失去平衡所致，调频与有功功率调整是分不开。电力系统频率及有功功率的自动调节第14页3、电力系统负荷变动情况电力系统负荷变动情况负荷分类：一是改变周期普通小于10s随机分量；二是改变周期在10s～3min之间脉动分量；三是改变周期在3min以上连续分量，负荷预测预报这一部分。第一个负荷改变引发频率偏移，利用调速器来调整原动机输入功率，这称为频率一次调整。第二种负荷改变引发频率偏移较大，必须由调频器参加控制和调整，这称为频率二次调整。第三种负荷改变，调度部门计划内负荷，这称为频率三次调整。电力系统频率及有功功率的自动调节第15页二、电力系统负荷功率—频率特征1、负荷功率—频率特征定义：当系统频率改变时，整个系统有功负荷也要伴随改变，即这种有功负荷随频率而改变特征称为负荷功率—频率特征，即负荷静态频率特征。电力系统频率及有功功率的自动调节第16页2、电力系统负荷类型按负荷与频率关系分类：(1)与频率改变无关负荷如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整流负荷等。(2)与频率成正比负荷如切削机床、球磨机、压缩机和卷扬机等。这类负荷占有较大比重。(3)与频率二次方成百分比负荷如变压器中涡流损耗。这种损耗在电网有功损耗中所占比重较小。(4)与频率三次方成百分比负荷如通风机、静水头阻力不大循环水泵等。(5)与频率更高次方成百分比负荷如静水头阻力很大给水泵等。电力系统频率及有功功率的自动调节第17页3、负荷功率—频率特征方程式fN——额定频率；PL——系统频率为f时，整个系统有功负荷；PLN——系统频率为额定值fN时，整个系统有功负荷；a0，a1，…，an——各类负荷占PLN百分比系数。化成标么值形式电力系统频率及有功功率的自动调节第18页将上式除以PLN，则得标么值形式，即

当系统频率为额定值时:通常与频率改变三次方以上成正比负荷极少，可忽略其影响。于是电力系统频率及有功功率的自动调节第19页4、负荷静态频率特征

当系统负荷组成及性质确定后，负荷静态频率特征方程也就确定了，所以也能够用曲线来表示，如图所表示：由图可知：在系统频率下降时，系统负荷从系统取用有功功率下降。假如系统频率升高，系统负荷从系统取用有功功率将增大。当系统内机组输入功率和负荷功率间失去平衡时，系统负荷也参加了调整作用，这种特征有利于系统中有功功率在另一频率下重新平衡。这种现象称为负荷频率调整效应。

通惯用负荷频率调整效应系数KL*来衡量负荷调整效应大小。电力系统频率及有功功率的自动调节第20页5、负荷频率调整效应系数KL*由上式可知，系统KL*值决定于负荷性质，它与各类负荷所占总负荷百分比相关。而KL*定义：综合负载功率-频率特征近似表示式：电力系统频率及有功功率的自动调节第21页

依据国内外一些实例，负荷静态特征曲线在额定频率附近（48～51HZ）靠近于一条直线，如图所表示。直线斜率为：电力系统频率及有功功率的自动调节第22页δ是调度部门必须掌握一个数据！说明：1）负荷频率效应起到减轻系统能量不平衡作用。3）电力系统允许频率改变范围很小，为此负荷功率与频率关系曲线可近似地视为含有不变斜率直线。这斜率即为δ。4）δ表明系统频率改变1%时，负荷功率改变百分数。5）对于不一样电力系统，δ值也不相同。普通δ=1~3。即使是同一系统δ，也随季度及昼夜交替造成负荷组成改变而改变。电力系统频率及有功功率的自动调节第23页三、发电机组功率—频率特征发电机组功率—频率特征取决于调速系统特征。

当系统负荷改变引发频率改变时，发电机组调速系统工作，改变原动机进汽量(或进水量)，调整发电机组输入功率以适应负荷需要。发电机组功率—频率特征定义：通常把因为频率改变而引发发电机组输出功率改变关系称为发电机组功率—频率特征或调整特征。电力系统频率及有功功率的自动调节第24页（一）机械式调速器介绍→E、F下降至E′、F′，→活塞提升，→汽门提升，进汽量增加→转速就会回升。

当机组因负荷增加而转速下降时：活塞调整气阀错油门从锅炉来蒸汽1）两个重锤开度减小→A降至A′C点还未移动B点降至B′D点代表有伺服电动机控制转速整定元件nDEF，它不会因转速而变动。活塞电力系统频率及有功功率的自动调节第25页2）转速上升后→重锤开度增加→A、B、E、F各点也随之不停改变；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，机组转速经过重锤开度使杠杆DEF重新回复到使Ⅱ活门完全关闭位置时才会结束，这时B点就回到原来位置。

3）因为C〞上升了，所以A〞必定低于A。这说明调速过程结束时，出力增加，转速稍有降低。4）调速器是一个有差调整器。5）经过伺服电动机改变D点位置，就能够到达将调速器特征上下平移目标。活塞电力系统频率及有功功率的自动调节第26页（二）发电机组功率—频率静态特征反应调整过程结束后发电机输出功率和频率关系曲线称为发电机组功率—频率静态特征，能够近似表示为一条直线：在特征曲线上任取两点，我们定义机组静态调差系数：负号表示发电机输出功率改变和频率改变符号相反。

电力系统频率及有功功率的自动调节第27页（三）发电机组静态调差系数R用标么值表示：称为发电机组静态调整方程。电力系统频率及有功功率的自动调节第28页发电机组功率—频率静态特征系数KG*在计算功率与频率关系时，经常采取调差系数倒数。普通发电机调差系数或单位调整功率，可采取以下数值：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﹡不一样是KG﹡能够人为调整整定，但其大小，即调整范围受机组调速机构限制。KG*——发电机功率-频率特征系数，或原动机单位调整功率。电力系统频率及有功功率的自动调节第29页（四）调差特征与机组间有功功率分配关系

假设此时系统总负荷为∑PL，如线段CB长度所表示：以两台发电机组为例，分析并列运行时有功功率分配情况：

曲线1代表1号发电机组调整特征，曲线2代表2号发电机组调整特征。系统频率为fN时:1号发电机组负担负荷为P1，2号发电机组负担负荷为P2，于是有:电力系统频率及有功功率的自动调节第30页当系统负荷增加，经过调速器调整后，系统频率稳定在f1，这时1号发电机组负荷为P1′，增加了△P1；2号发电机组负荷为P2′，增加了△P2；两台发电机组增量之和为△PL。∵电力系统频率及有功功率的自动调节第31页

结论：

当发电机组功率增量用各自标么值表示时，发电机组间功率分配与机组调差系数成反比，与单位调整功率成正比。

调差系数小机组负担负荷增量标么值就会增大，而调差系数大机组负担负荷增量标么值就会变小。

在电力系统中，假如没有调整容量发电机，则取该机组单位调整功率为零。电力系统中全部机组调速器都为有差调整，由它们共同负担负荷波动。电力系统频率及有功功率的自动调节第32页2、调整特征失灵区(1)失灵区形成以上讨论中，都是假定机组调整特征是一条理想直线。不过实际上，因为测量元件不灵敏性，对微小转速改变不能反应，尤其是机械式调速器更为显著。也就是说调速器含有一定失灵区，因而调整特征实际上是一条含有一定宽度带子，如图6.8所表示。失灵区宽度能够用失灵度ε来描述：即---调速器不能分辨最大频率误差

f1f2fN电力系统频率及有功功率的自动调节第33页(2)失灵区影响因为调速器频率调整特征是条带子，所以会造成各并联运行发电机组间有功功率分配产生误差。对应于一定失灵度,最大误差功率与调差系数R存在以下关系:而f1f2fN电力系统频率及有功功率的自动调节第34页（1）△PW*与失灵度成正比，而与调差系数成反比。过小调差系数将会引发较大功率分配误差，所以调差系数R值不能太小。（2）不灵敏区存在即使会引发一定功率误差或频率误差。不过，不灵敏区不能太小或完全没有。因为当不灵敏区不能太小或完全没有，当系统频率发生微小波动时，调速器也要调整，这么会使阀门调整过分频繁。通常：汽轮发电机组调速器不灵敏区为0.1%～0.5%；水轮发电机组调速器不灵敏区为0.1%～0.7%。最大误差功率与调差系数关系:结论：f1f2fN电力系统频率及有功功率的自动调节第35页四、电力系统频率特征发电机组功率—频率特征与负荷功率、频率特征曲线交点就是电力系统频率稳定运行点。电力系统主要由发电机组、输电网络及负荷组成，假如把输电网络功率损耗看成是负荷一部分，则电力系统功率频率关系可简化为如图所表示。在频率稳态为f时:电力系统频率及有功功率的自动调节第36页四、电力系统频率特征以一台发电机组和一个负荷情况为例介绍：负荷和发电机组静态特征如图6.9所表示。1、正常运行时：发电机组功率—频率特征与负荷功率-频率特征曲线相交于1点。对应频率为fN，功率为PL1。在频率为fN时，发电机输出功率和负荷功率到达了平衡。图6.9电力系统功率-频率特征电力系统频率及有功功率的自动调节第37页2、当系统中负荷增加△PL时:即负荷由PL1增加到PL2，也就是将PL1(

f

)曲线平行移到PL2(

f

)曲线，（1）假设此时系统内全部机组均无调速器：机组输入功率恒定为PT且等于PL1，则系统频率将逐步下降，负荷所取用有功功率也将逐步减小。依靠负荷调整效应系统到达新平衡，

运行点移到图中2点。图6.9电力系统功率-频率特征频率稳定值下降到f2，系统负荷所取用有功功率依然为原来PL1值。在这种情况下，频率偏差值△f决定于△PL值大小，普通是相当大。△f电力系统频率及有功功率的自动调节第38页（2）实际上各发电机组均装有调速器

当系统负荷增加，频率开始下降后，调速器动作，以增加机组输入功率PT。经过一段时间后，运行点稳定在3点，这时系统负荷所取用功率为PL3，其值小于额定频率下所需功率PL2，频率稳定在f3。此时频率偏差△f比无调速器时小得多。此时，发电机组增发功率为：负荷频率调整效应所产生负荷功率改变为：△f负荷功率实际增量为：负荷增量应同发电机组功率增量相平衡，即：电力系统频率及有功功率的自动调节第39页上式说明，系统负荷增加时，在发电机组功频特征和负荷本身调节效应共同作用下，又达到了新平衡。一方面，负荷增加，频率下降，发电机组按照有差调节特征增加输出；其次，负荷实际取用功率也因频率下降而有所降低。

K称为系统功频特征系数,

或系统单位调整功率。电力系统频率及有功功率的自动调节第40页五、电力系统频率调整1、一次调频概念：

当电力系统负荷发生改变引发系统频率改变时，系统内并联运行机组调速器会依据电力系统频率改变自动调整进入它所控制原动机动力元素，改变输入原动机功率，使系统频率维持在某一值运行，这就是电力系统频率一次调整，也称为一次调频。（一）一次调频电力系统频率及有功功率的自动调节第41页

2、一次调频情况:△f结论：以K*为基础一次调频作用是有限，它只适合用于改变幅值小、改变周期短负荷，对于改变幅值较大、改变周期较长负荷。一次调频不能确保频率偏移在运行范围之内。在这种情况下，需要发电机转速控制机构（调频器）来进行频率二次调整。电力系统频率及有功功率的自动调节第42页（二）二次调频

1、二次调频概念：当机组负荷变动引发频率改变时，利用同时器（调频器）平移机组工频特征来调整系统频率，称为电力系统频率二次调整，也称为二次调频。电力系统频率及有功功率的自动调节第43页

经过伺服电动机改变D点位置，就能够到达将调速器特征上下平移目标。

当转速给定装置推进D点向上移动时，因为机组转速和油动机活塞位置还未来及改变，A,B,C,F各点都不会动。这么，D点向上移动，就以F点为轴推进E点向下移动，引发错油门凸肩下移，压力油进入油动机活塞下腔，……引发阀门开度增大，机组转速增加，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，调整过程结束。显然调整过程结束后，发电机组转速升高了。D’电力系统频率及有功功率的自动调节第44页进行二次调频时：在同时器作用下，机组功频特征上移到PG2(

f

)，运行点也随之移到3点，此时频率为f3。由图6.10可知，系统负荷增量△PL=PL2-PL1由三部分组成，可表示为：△PG——由二次调频而得到发电机组功率增量(图中4～5段)-KG△f——由一次调频而得到发电机组功率增量(图中1～4段)；

-KL△f——由负荷本身调整效应所得到功率增量(图中5～6段)。

2、调整过程当负荷增加△PL=PL2-PL1时，即负荷由PL1增加到PL2时，未进行二次调频时：运行点将移到2点，系统频率将下降到f2，电力系统频率及有功功率的自动调节第45页深入进行二次调频时：在同时器作用下，机组功频特征上移到PG3(

f

)，运行点也随之移到6点，此时频率恢复为fN，这么就实现了无差调整。

结论1：经过二次调整，系统负荷改变△PL就完全由等效机组输入功率增加负担了，即：电力系统频率及有功功率的自动调节第46页结论2：（1）在多台发电机组并联运行电力系统中，当负荷改变时，配置了调速器机组，只要还有可调容量，都毫无例外地按静态特征参加频率一次调整。（2）而频率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)负担，这些机组(厂)称为主调频机组(厂)。电力系统频率及有功功率的自动调节第47页例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，假定调速器以各自调差系数运行，试求各自负担负荷。解：将两个发电单元调速器调差系数转化为同一基准容量下值（基准容量为1000MVA)电力系统频率及有功功率的自动调节第48页例3-2一个区域有两个发电单元，见表3-1，这两个单元并联运行，在额定频率下提供700MW功率，其中单元1提供200MW,其中单元1提供500MW,先增加负荷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，试求稳态频率偏差和两个发电单元新发电量。（2）频率改变1%时，负荷改变率为0.804%，即δ=0.804，试求稳态频率偏差和每个发电单元新发电量。解：将两个发电单元调速器调差系数转化为同一基准容量下值（基准容量为1000MVA)单元号额定容量调差系数1400MVA4%2800MVA5%负荷改变量电力系统频率及有功功率的自动调节第49页（1）因为δ=0，稳态频率偏差标幺值为：所以，稳态频率偏差为：新频率为：两个单元发电改变量分别为：电力系统频率及有功功率的自动调节第50页（1）当δ=0.804时，稳态频率偏差标幺值为：所以，稳态频率偏差为：新频率为：两个单元发电改变量分别为：负荷功率改变：电力系统频率及有功功率的自动调节第51页本节小结掌握电力系统负荷功率—频率特征概念、方程式，掌握负荷调整效应系数含义。掌握发电机组功率—频率特征概念、方程式，掌握发电机调差系数和功率－频率静态特征系数含义，掌握调差特征与机组间有功功率分配关系；了解调整特征失灵区对静态特征影响；掌握电力系统功频特征概念，电力系统功频特征系数含义。掌握电力系统频率调整，一次调频和二次调频概念。电力系统频率及有功功率的自动调节第52页第二节调频与调频方程式主要内容：了解调频有哪几个方法；掌握积差调频方法；掌握改进积差调频方法；电力系统频率及有功功率的自动调节第53页注意：调频指是二次调频：利用自动改变功率给定值△PC，即上下平移调速器调整特征来调整系统频率。调速器控制电动机称为同时器或调频器。第二节调频与调频方程式电力系统频率及有功功率的自动调节第54页第二节调频与调频方程式电力系统频率及有功功率的自动调节第55页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）积差调整法电力系统频率及有功功率的自动调节第56页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调频机组用有差调频器并联运行，到达系统调频目标。1、调频方程式：

有差调频器稳态工作特征能够用下式表示，即

Δf、ΔPref——调频过程结束时系统频率增量与调频机组有功功率增量。R——有差调频器调差系数电力系统频率及有功功率的自动调节第57页第二节调频与调频方程式2、调频过程：调频器调整是向着满足调频方程式方向进行。

电力系统频率及有功功率的自动调节第58页第二节调频与调频方程式3、机组间有功功率分配：

当系统中有n台机组参加调频：设系统负荷增量（即计划外负荷）为ΔPL，则调整过程结束时，必有：上式也能够写为：则每台调频机组所负担计划外负荷为：

电力系统频率及有功功率的自动调节第59页

4、优缺点：

（1）各机组同时参加调频，没有先后之分；（2）计划外负荷在调频机组间是按一定百分比分配；（3）频率稳定值偏差较大。负荷增量越大，频率偏差值也就越大。第二节调频与调频方程式电力系统频率及有功功率的自动调节第60页第二节调频与调频方程式二、主导发电机法无差调频器虽含有频率偏差值为零优点，但无差调频器不能并联运行。为此，只可在一台主要调频机组上使用无差调频器，而在其余调频机组上均只安装功率分配器，这么调频方法称为主导发电机法。1、调频方程式：

电力系统频率及有功功率的自动调节第61页第二节调频与调频方程式电力系统频率及有功功率的自动调节第62页第二节调频与调频方程式电力系统频率及有功功率的自动调节第63页4、优缺点：1）各调频机组间出力也是按照一定百分比分配。2）在无差调频器为主导调频器主要缺点是各机组在调频过程中作用有先有后，缺乏“同时性”。稳态性能很好，但动态性能不够理想。

第二节调频与调频方程式电力系统频率及有功功率的自动调节第64页二、积差调频法（同时时间法）积差调整法是依据系统频率偏差累积值调整频率。1、先假定系统中由一台发电机组进行频率积差：（1）调整方程式为：——系统频率偏差；——调频机组有功出力增量；——调频功率百分比系数；——积分控制增益。电力系统频率及有功功率的自动调节第65页（2）调整过程在0～t1时段内：f=fN，△f=0，则有设t1时出现了计划外负荷增量:在t1～t2时段内：f<fN，△f<0，则有即调频机组增加有功出力，频率下降到达某一最低值后，逐步上升，直至t2时刻为止.

电力系统频率及有功功率的自动调节第66页在t2～t3时段内：调频机组增加有功出力与计划外负荷增量相等，系统以额定频率稳定运行：f=fN，△f=0，调频机组保持t2时刻有功出力△Pc1不再增大。

设t3时出现了计划外负荷增量:在t3～t4时段内，f>fN，△f>0，即调频机组有功出力减小，直至t4时刻，调频机组出力增量又与计划外负荷改变相等，调整过程又一次结束。电力系统频率及有功功率的自动调节第67页(3)积差调整法特点伴随负荷改变，频率发生改变，产生频率偏差，即。

就不停积累，调频器动作移动调速器调整特征，改变进入机组进汽(或进水)量，使频率力争恢复额定值，频率调整过程只能在△f=0时结束。此时系统中功率到达新平衡。

推广到电力系统中，采取多台发电机组进行积差调频时，调整方程式为：电力系统频率及有功功率的自动调节第68页2、采取多台发电机组进行积差调频时：

（1）调整方程式为

因为各机组△f是相等。设系统计划外负荷为△PL

，则式（6-38）电力系统频率及有功功率的自动调节第69页(2)每台调频机组负担计划外负荷为:上式表明，调整过程结束后，各调频发电机组按一定百分比分担了系统计划外负荷，使系统有功功率重新平衡，实现了无差调整。第i台调频机组有功功率分配系数电力系统频率及有功功率的自动调节第70页3、积差调整法缺点：频率积差信号滞后于频率瞬时值改变，所以调整过程迟缓。不能确保频率瞬时偏差在要求范围内。4、改进：通常不单纯采取积差调整，而是采取在频率积差调整基础上，增加频率瞬时偏差调整信号，组成改进频率积差调整方程。电力系统频率及有功功率的自动调节第71页三、改进频率积差调频法1、调频方程式在频率积差调整基础上增加频率瞬时偏差信息

△PCi—第i台机组负担功率调整量；Ri—第i台机组调差系数；αi—第i台机组调整功率分配系数，k—系统功率与频率转换系数；电力系统频率及有功功率的自动调节第72页2、调频过程

当系统频率改变时，按Δf开启调速器会使按积差工作调频器先进行大幅度调整,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工作特征，使调频按照式（6-38）调整，使频率稳定在fN。电力系统频率及有功功率的自动调节第73页在调整过程结束时△f必须为零。计划外负荷调整量:每台机组分担容量：调整过程结束后，计划外负荷按照一定百分比在调频机组间进行分配。即电力系统频率及有功功率的自动调节第74页四、积差调频实现

积差调整法维持系统频率精度取决于各调频机组频差积分信号数值一致性。（一）集中调频制积差调整法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负担负荷改变量，经过远动通道送给各调频电厂，各调频电厂再依据运行方式分配给各调频机组。电力系统频率及有功功率的自动调节第75页集中调频制优点：各调频电厂频差积分信号是一致；集中调频制缺点：需要远动通道。电力系统频率及有功功率的自动调节第76页（二）分散调频制

当采取多个调频电厂调频时，能够采取分散方式，即参加调频电厂各有一套频差信号发生器，就地产生

信号进行调频。

不用远动装置就可使计划外负荷在全部调频机组间按一定百分比分配。电力系统频率及有功功率的自动调节第77页为了使各调频机组所在地测得△f尽可能一致，防止频率偏差积分值差异而造成功率分配上误差，所以对标准频率要求比较高，通惯用石英晶体振荡器经分频后得到。电力系统频率及有功功率的自动调节第78页五、分区调频法（一）、分区控制误差ACE

联络线功率应维持为计划功率A区负荷不变时，B区负荷增加，Δf<0，联络线上出现A端流向B端功率增量，即ΔPti.A

>0Δf和ΔPti.B符号相同，本区有负荷变动Δf和ΔPti.A符号不一样，它区有负荷变动找到KA使KAΔf+ΔPti.A=0�

分区控制误差（areacontrolerror）ACE=KΔf+ΔPtie

ACE=0表明本区无负荷变动，无须调频.电力系统频率及有功功率的自动调节第79页五、分区调频法式中—系统频率偏差,即—i区联络线功率和实际值—i区联络线功率和计划值—i区联络线功率对计划值偏差值—i区调频机组出力增量

（二）、分区调频方程式

1）调频方程式：ACE积差调频方程式为：电力系统频率及有功功率的自动调节第80页2）频率恢复到额定值：在调频过程结束时，必有分区控制误差ACE为零

系统分区调频方程组为

五、分区调频法电力系统频率及有功功率的自动调节第81页分区调频结束时，各区控制误差ACE都等于零，任何调频机组都不再出现新功率增量，即有

因为，假如各区调频中心都没有装置误差，即

系统频率必维持在额定值fe

，并有ΔPtie.i=0。

五、分区调频法电力系统频率及有功功率的自动调节第82页本节小结有差调频法主导发电机法积差调频与改进积差调频方法；积差调频方法实现。分区调频法电力系统频率及有功功率的自动调节第83页一、等微增率分配负荷基本概念

☞

微增率是指输入耗量微增量与输出功率微增量比值。

☞等微增率法则就是运行发电机组按微增率相等标准来分配负荷，这么就可使系统总燃料消耗（或费用）为最小。第三节电力系统经济调度与自动调频电力系统频率及有功功率的自动调节第84页第三节电力系统经济调度与自动调频电力系统频率及有功功率的自动调节第85页对应于某一输出功率时微增率就是耗量特征曲线上对应于该功率点切线斜率，即

b——耗量微增率（或简称微增率）；ΔF——输入耗量微增量ΔP——输出功率微增量第三节电力系统经济调度与自动调频电力系统频率及有功功率的自动调节第86页以两台机组并联运行为例，说明等微增量法则：第三节电力系统经济调度与自动调频电力系统频率及有功功率的自动调节第87页等微增量法则数学推导：

设有n台机组，每台机组负担负荷为P1，P2，⋯，Pn，

对应燃料消耗为F1，F2，⋯，Fn，则总燃料消耗为：第三节电力系统经济调度与自动调频而总负荷功率PL为：用拉格朗日乘子法则来求解：电力系统频率及有功功率的自动调节第88页取拉格朗日方程第三节电力系统经济调度与自动调频这里功率平衡就是对应约束条件，即（3-31）电力系统频率及有功功率的自动调节第89页使总燃料消耗最小条件是（3-31）式对功率偏导数为零。即第三节电力系统经济调度与自动调频因PL是常数，同时各机组输出功率又是相互无关，所以或电力系统频率及有功功率的自动调节第90页设每台机组都是独立，那么每台机组燃料消耗只与本身输出功率相关。所以，上式可写成：第三节电力系统经济调度与自动调频由此可得：电力系统频率及有功功率的自动调节第91页结论：发电厂内并联运行机组经济调度准则为：各机组运行时微增率b1,b2,⋯,bn相等，并等于全厂微增率λ。第三节电力系统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行分配负荷时示意图。电力系统频率及有功功率的自动调节第92页二、发电厂之间负荷经济分配（考虑网损时）设有n个发电厂，

每个电厂负担负荷分别为P1，P2，⋯，Pn，

对应燃料消耗为F1，F2，⋯，Fn，

则全系统总燃料消耗为：第三节电力系统经济调度与自动调频总发电功率与总负荷PL及线损Pe相平衡，即电力系统频率及有功功率的自动调节第93页拉格朗日方程为：上式对功率偏导数为零，得：

第三节电力系统经济调度与自动调频电力系统频率及有功功率的自动调节第94页结论：在考虑线损条件下，负荷经济分配准则是每个电厂微增率与对应线损修正系数乘积相等。第三节电力系统经济调度与自动调频为了求得各电厂微增率bi，必须计算出线损Pe（普通事先依据运行工况而选定线损系数求得），然后算出各电厂线损微增率σi，即在λ和σi已知后，就可求出bi，即调频电厂按（3-42）式运行是最经济负荷分配方案电力系统频率及有功功率的自动调节第95页三、自动发电控制（AGC/EDC功效）（一）概述电力系统中发电量控制，普通分为三种情况:1、由同时发电机调速器实现控制（一次调整，10S）；2、由自动发电控制（简称AGC，即英文AutomaticGenerationControl缩写）（二次调整，10S~3min）；（以控制发电机组输出功率来适应负荷波动反馈控制。）3、按照经济调度（简称EDC，即英文EconomicDispatchControl）（三次调整，>3min）（在确保频率质量和系统安全运行前提下、怎样使电力系统运行具合良好经济性，这就是电力系统经济调度控制。）第三节电力系统经济调度与自动调频电力系统频率及有功功率的自动调节第96页（二）自动发电控制基本原理1、单台发电机组AGC系统第三节电力系统经济调度与自动调频电力系统频率及有功功率的自动调节第97页2、含有多台发电机AGC系统第三节电力系统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，用来依据系统频率偏差以及输电线路功率偏差来确定输出控制信号；负荷分配器依据输入控制信号大小而且依据等微增率准则或其它标准来控制各台发电机输出功率大小。电力系统频率及有功功率的自动调节第98页（三）自动发电控制系统基本任务和目标：①使全系统发电机输出功率和总负荷功率相匹配；②将电力系统频率偏差调整控制到零，保持系统频率为额定值；③控制区域间联络线交换功率与计划值相等，以实现各个区域内有功功率和负荷功率平衡；④在区域网内各发电厂之间进行负荷经济分配。第三节电力系统经济调度与自动调频电力系统频率及有功功率的自动调节第99页（四）自动发电控制系统组成：（1）负荷分配器作用：依据电力系统频率和其它相关测量信号，按照一定调整控制准则确定各发电机组最正确设定输出功率。（2）发电机组控制器作用：依据负荷分配器所确定各发电机组最正确输出功率，控制调速器调整特征，使发电机组在电力系统额定频率下所发出实际功率与设定输出功率相一致。第三节电力系统经济调度与自动调频电力系统频率及有功功率的自动调节第100页第三节电力系统经济调度与自动调频经济负荷分配（EDC）每隔五分钟修改一次Pbi和αi值，以适应经济调度要求。各台发电机组设定调整功率按以下公式分配：电力系统频率及有功功率的自动调节第101页有时为了增大加到发电机组上误差信号信息，能够使用一个或者多个附加负荷分配回路，如图3-19所表示。这么附加分配回路能够用一个分配系数βi来表示，但它与按经济调度调整负荷“分配系数αi”不一样，它不受经济调度约束，所以称为调整分配。第三节电力系统经济调度与自动调频电力系统频率及有功功率的自动调节第102页自动发电控制（AGC）分配方式为：第三节电力系统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。电力系统频率及有功功率的自动调节第103页第三节电力系统经济调度与自动调频（五）自动发电控制系统硬件实现：电力系统频率及有功功率的自动调节第104页第三节电力系统经济调度与自动调频（六）互联电力系统AGC控制N满足：

地域间要求净交换功率

PA+PB+PC

保持本系统频率为额定值。电力系统频率及有功功率的自动调节第105页本节小结掌握经济调度概念及微增率分配负荷含义；掌握发电机组间负荷经济分配标准；掌握发电厂间负荷经济分配；掌握自动发电控制作用、基本原理、系统组成，了解自动发电控制硬件实现及联合电力系统AGC；电力系统频率及有功功率的自动调节第106页了解惯用常规稳定装置作用；重点掌握低频减载装置原理；第四节电力系统稳定控制装置电力系统频率及有功功率的自动调节第107页一、概述

在电力系统发生事故时，突然造成系统有功功率严重不平衡，引发系统频率猛烈改变，将造成系统运行稳定性破坏。造成系统有功功率平衡关系破坏主要原因有：(1)系统内突然故障，造成大面积切除负荷；(2)系统之间联络线故障，断路器跳闸，造成系统解列；(3)系统内大机组因故突然退出运行；(4)系统内大量负荷突然投入；(5)系统内大机组突然投入。第四节电力系统稳定控制装置电力系统频率及有功功率的自动调节第108页因为出现电源和负荷间有功功率严重不平衡，会引发系统频率急剧改变，威胁系统安全稳定运行。

系统频率过高：系统频率急剧下降：会对电力系统造成灾难性影响，必须快速阻止频率下降，同时又要在不使频率瓦解前提下尽可能保住更多用户用电。采取办法：及时切除部分电源就可使系统频率下降；采取措施：一方面：立即增加具有旋转备用容量发电机组有功出力。其次：采取特殊稳定控制装置。电力系统频率及有功功率的自动调节第109页稳定控制装置作用：（1）加紧切除故障时间，提升系统暂态稳定性。（2）维持送受端功率平衡：确保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造成电压、频率瓦解等恶性事故发生。电力系统频率及有功功率的自动调节第110页二、常规稳定装置（一）常规稳定装置类型：1、低频自起动发电机装置适合用于：水轮发电机组

对于处于低频自起动备用状态水轮发电机组，在系统频率下降到低频起动整定值(49.5Hz～49.0Hz)时，低频起动装置会自动起动机组，并以自同期方式并入电力系统，整个过程能够在40s内将水轮发电机组从静止状态升速到额定转速，并入系统接带负荷。电力系统频率及有功功率的自动调节第111页(2)低频调相改发电装置水轮发电机可依据系统需要作调相运行，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装置，使处于调相运行发电机组快速转为发电运行。这种装置很简单，实际上是水轮发电机组控制回路中一部分。当前国内安装水轮发电机组都含有这一功效。电力系统频率及有功功率的自动调节第112页(3)低频降低电压装置当系统频率降低到某一定值时，低频降低电压装置动作，自动调节变压器有载调压分接头位置，使用户电压在短时间内降低5%～8%。因为电压降低，负荷所吸收有功功率随之减小，这么就会借助于负荷调节效应缓解有功功率供求不平衡矛盾，抑制系统频率下降。可认为其他措施发挥作用赢得宝贵时间。这一方法在国外一些电力系统中已被采取。电力系统频率及有功功率的自动调节第113页(4)低频抽水改发电装置在抽水蓄能水电厂，当系统频率下降时，利用低频继电器使发电机组由抽水运行方式快速改为发电运行方式。抽水蓄能机组都是可逆，既可抽水蓄能，又可放水发电。电力系统频率及有功功率的自动调节第114页(5)自动低频减载装置当频率下降到某一定值时，低频减负荷装置起动，自动切除预先安排部分负荷，同时快速开启备用发电机组，能有效地抑制频率继续下降，使之逐步恢复到稳定运行状态。这种方法称为按频率自动减负荷。汉字简拼为“ZPJH”；英文为UFLS（UnderFrequencyLoadShedding）。电力系统频率及有功功率的自动调节第115页

当系统频率超出某一整定值时，利用高频继电器起动，将部分运行发电机组退出运行，以减轻系统功率过剩。(6)高频切机装置(7)高频减出力装置当系统频率升高时，可用短时减小汽轮机主汽门或水轮机导水叶开度方法，降低发电机组出力，当系统故障消除后，又很轻易恢复到正常出力。这种方法比高频切机装置灵活性好。电力系统频率及有功功率的自动调节第116页“轮”：计算点f1、f2⋯⋯fn

点1：系统发生了大量有功功率缺额；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行计算。点3-4：假如功率缺额比较大，第一次计算不能求到系统有功功率缺额数值，那么频率还会继续下降，很显然因为切除了一部分负荷，功率缺额已经减小，全部频率将按3-4曲线而不是3-3′曲线继续下降。三、自动低频减载装置（一）自动低频减载装置工作原理电力系统频率及有功功率的自动调节第117页点4：当频率下降到f2时，ZPJH第二轮频率继电器开启，经一定时间Δt2后，点5：又断开了接于第二轮频率继电器上用户。点5-6：系统有功功率缺额得到赔偿。频率开始沿5～6曲线回升，最终稳定在f2(∞)。逐次迫近：进行一次次计算，直到找到系统功率缺额数值（同时也断开了对应用户）。即系统频率重新稳定下来或出现回升时，这个过程才会结束。自动低频减负荷必须经过严格整定计算，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。电力系统频率及有功功率的自动调节第118页（二）最大功率缺额确实定：1、确保在系统发生最大可能功率缺额时，也能断开对应用户，防止系统瓦解，使频率趋于稳定。2、对系统中可能发生最大功率缺额应作详细分析：有按系统中止开最大容量机组来考虑；有要按断开发电厂高压母线来考虑等。3、系统功率最大缺额确定以后，就能够考虑接于减负荷装置上负荷总数。要求恢复频率fhf能够低于额定频率。4、考虑到负荷调整效应，接于减负荷装置上负荷总功率PJH能够比最大功率缺额Pqe小些。三、自动低频减载装置电力系统频率及有功功率的自动调节第119页依据负荷调整效应系数公式能够得到三、自动低频减载装置PJH—接于减负荷装置上负荷总功率Pqe—最大功率缺额。(3-47)电力系统频率及有功功率的自动调节第120页三、自动低频减载装置电力系统频率及有功功率的自动调节第121页（三）各轮动作功率选择1、第一级动作频率普通一级开启频率整定在49Hz。2、最终一轮动作频率自动减