電力系統(tǒng)頻率調(diào)整

1、電力系統(tǒng)負荷可分為三種。第一種變動幅度很小，周期又很短，這種負荷變動由很大的偶然性。第二種變動幅度較大，周期較長，屬于這類負荷的主要有電爐、電氣機車等帶有沖擊性的負荷。第三種負荷變動幅度最大，周期也最長，這一種是由于生產(chǎn)、生活、氣象等變化引起的負荷變動。電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整大體可分為一次、二次、三次調(diào)整三種。一次調(diào)整或頻率的一次調(diào)整指由發(fā)電機的調(diào)速器進行的，對第一種負荷變動引起的頻率偏移的調(diào)整。二次調(diào)整或頻率的二次調(diào)整指由發(fā)電機的調(diào)頻器進行的，對第二種負荷變動引起的頻率偏移的調(diào)整。三次調(diào)整其實就是指按最優(yōu)化準則分配第三種有規(guī)律變動的負荷，即責(zé)成各發(fā)電廠按事先給定的發(fā)電負荷曲線發(fā)電。在潮

2、流計算中除平衡節(jié)點外其他節(jié)點的注入有功功率之所以可以給定，就是由于系統(tǒng)中大部分電廠屬于這種類型。這類發(fā)電廠又稱為負荷監(jiān)視。至于潮流計算中的平衡節(jié)點，一般可取系統(tǒng)中擔(dān)負調(diào)頻任務(wù)的發(fā)電廠母線，這其實是指擔(dān)負二次調(diào)頻任務(wù)的發(fā)電廠母線。一：調(diào)整頻率的必要性電力系統(tǒng)頻率變動時，對用戶的影響：用戶使用的電動機的轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率有關(guān)。系統(tǒng)頻率的不穩(wěn)定將會影響電子設(shè)備的工作。頻率變動地發(fā)電廠和系統(tǒng)本身也有影響：火力發(fā)電廠的主要廠用機械風(fēng)機和泵，在頻率降低時，所能供應(yīng)的風(fēng)量和水量將迅速減少，影響鍋爐的正常運行。低頻運行還將增加汽輪機葉片所受的應(yīng)力，引起葉片的共振，縮短葉片的壽命，甚至使葉片斷裂。低頻運行時，發(fā)電機

3、的通風(fēng)量將減少，而為了維持正常電壓，又要求增加勵磁電流，以致使發(fā)電機定子和轉(zhuǎn)子的溫升都將增加。為了不超越溫升限額，不得不降低發(fā)電機所發(fā)功率。低頻運行時，由于磁通密度的增大，變壓器的鐵芯損耗和勵磁電流都將增大。也為了不超越溫升限額，不得不降低變壓器的負荷。頻率降低時，系統(tǒng)中的無功功率負荷將增大。而無功功率負荷的增大又將促使系統(tǒng)電壓水平的下降。頻率過低時，甚至?xí)拐麄€系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電。調(diào)整系統(tǒng)頻率的主要手段是發(fā)電機組原動機的自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，或簡稱自動調(diào)速系統(tǒng)，特別時其中的調(diào)速器和調(diào)頻器（又稱同步器）。 二：發(fā)電機原動機有功功率靜態(tài)頻率特性電源有功功率靜態(tài)頻率特性通常可以理解為就是發(fā)電機中

4、原動機機械功率的靜態(tài)頻率特性。原動機未配置自動調(diào)速時，其機械功率與角速度或頻率的關(guān)系：式中各變量都是標(biāo)幺值；通常。解釋如下：機組轉(zhuǎn)速很小時，即使蒸汽或水在它葉輪上施加很大轉(zhuǎn)矩，它的功率輸出仍很小，因功率為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的乘積；機組轉(zhuǎn)速很大時，由于進汽或進水速度很難跟上葉輪速度，它們在葉輪上施加的轉(zhuǎn)矩很小，功率輸出仍然很??；只有在額定條件下，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都適中，它們的乘積最大，功率輸出最大。調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)頻器的二次調(diào)整作用在于：原動機的負荷改變時，手動或自動地操作調(diào)頻器，使有一次調(diào)整的靜態(tài)頻率特性曲線平行移動，有調(diào)頻器的二次調(diào)整后，原動機的運行點就從一根僅有一次調(diào)整的靜態(tài)頻率特性曲線過渡到另一根曲線。三

5、：頻率的一次調(diào)整稱為發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率，以MW/Hz或MW/（0.1Hz）為單位。它的標(biāo)幺值則是發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率標(biāo)志了隨頻率的升降發(fā)電機組發(fā)出功率較少或增加的多少。這個單位調(diào)節(jié)功率和機組的調(diào)差系數(shù)互為倒數(shù)?；蛘{(diào)差系數(shù)或與之對應(yīng)的發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率是可以整定的，一般整定為：汽輪機組 水輪機組 綜合負荷的靜態(tài)頻率特性稱為負荷的單位調(diào)節(jié)功率，也以MW/Hz或MW/（0.1Hz）為單位。它的標(biāo)幺值則是負荷的單位調(diào)節(jié)功率標(biāo)志了隨頻率的升降負荷消耗功率增加或較少的多少。它的標(biāo)幺值在數(shù)值上就等于額定條件下負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)。所謂負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)系指一定頻率下負荷隨頻率變化的變化率顯然，負荷的單

6、位調(diào)節(jié)功率不能整定。電力系統(tǒng)綜合負荷的單位調(diào)節(jié)功率大致為1.5。發(fā)電機組原動機的頻率特性和負荷頻率特性的交點就是系統(tǒng)的原始運行點。設(shè)負荷突然增加，則由于負荷突增時發(fā)電機功率不能即使隨之變動，機組將減速，系統(tǒng)頻率將下降。而在系統(tǒng)頻率下降的同時，發(fā)電機組的功率將因它的調(diào)速器的一次調(diào)整作用而增大，負荷的功率將因本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少。前者沿原動機的頻率特性向上增加，后者沿負荷的頻率特性向下減少，經(jīng)過一個衰減的振蕩過程抵達一個新的平衡點?；蚍Q為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，也以MW/Hz或MW/(0.1Hz)為單位。系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率也可以用標(biāo)幺值來表示。以標(biāo)幺值表示時的基準功率通常就取系統(tǒng)原始運行狀態(tài)下的總負荷

7、。系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率標(biāo)志了系統(tǒng)負荷增加或減少時，在原動機調(diào)速器和負荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作用下系統(tǒng)頻率下降或上升的多少。因此，從這個系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率可求取在允許的頻率偏移范圍內(nèi)系統(tǒng)能承受多少負荷增減?？梢?，系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率取決于兩個方面，即發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率和負荷的單位調(diào)節(jié)功率。因為負荷的單位調(diào)節(jié)功率不可調(diào)，要控制、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率只能從控制、調(diào)節(jié)發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率或調(diào)速器的調(diào)差系統(tǒng)入手?？磥碇饕獙⒄{(diào)差系數(shù)整定得小些或發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率整定得大些就可以保證頻率質(zhì)量。但從實際上，系統(tǒng)中不止一臺發(fā)電機組，調(diào)差系統(tǒng)不能整定得過小。如某臺機組已經(jīng)滿載，可認為該機組已不能參加調(diào)整，它的調(diào)差

8、系數(shù)無窮大。系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率不可能很大，所以依靠調(diào)速器進行的一次調(diào)整只能限制周期較短、幅度較小的負荷變動引起的頻率偏移。負荷變動周期更長、幅度更大的調(diào)頻任務(wù)自然落到了二次調(diào)整上。四：頻率的二次調(diào)整頻率的二次調(diào)整就是手動或自動地操作調(diào)頻器使發(fā)電機的頻率特性平行地上下移動，從而使負荷變動引起的頻率偏移可保持在允許范圍內(nèi)。在一次調(diào)整的基礎(chǔ)上進行二次調(diào)整就是在負荷變動引起的頻率下降越出允許范圍時，操作調(diào)頻器，增加發(fā)電機組發(fā)出的功率，使頻率特性向上移動。只進行一次調(diào)整時，負荷的增量可分解為兩部分：一部分是因調(diào)速器的調(diào)整作用而增大的發(fā)電機組功率，另一部分是因負荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少的負荷功率。不僅進行一

9、次調(diào)整而且進行二次調(diào)整時，這個負荷增量可分解為三個部分：一部分是由于進行了二次調(diào)整，發(fā)電機組增發(fā)的功率；另一部分仍是由于調(diào)速器的調(diào)整而增發(fā)的發(fā)電機功率；第三部分仍是由于負荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少的負荷功率。則：如，即發(fā)電機組如數(shù)增發(fā)了負荷功率的原始增量，則，亦即實現(xiàn)了所謂的無差調(diào)節(jié)。進行二次調(diào)整時，系統(tǒng)中負荷的增減基本上要靠調(diào)頻機組或調(diào)頻廠承擔(dān)。雖可適當(dāng)增加其他機組或電廠的單位調(diào)節(jié)功率以減少調(diào)頻機組或調(diào)頻廠的負擔(dān)，但數(shù)值畢竟有限。這就使調(diào)頻廠的功率變動幅度遠大于其他電廠。如調(diào)頻廠不位于負荷中心，則這種情況可能使調(diào)頻廠與系統(tǒng)其他部分聯(lián)系的聯(lián)絡(luò)線上流通的功率超出允許值。這樣，就出現(xiàn)了在調(diào)整頻率的同時

10、控制聯(lián)絡(luò)線上流通功率的問題。圖中分別為聯(lián)合前A、B兩系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率。設(shè)A、B兩系統(tǒng)中都設(shè)有二次調(diào)整的電廠，它們的功率變量分別為；A、B兩系統(tǒng)的負荷變量則分別為。設(shè)聯(lián)合線上的交換功率，由A流向B為正值。 聯(lián)合前，對A系統(tǒng)對B系統(tǒng) 聯(lián)合后，通過聯(lián)絡(luò)線A流向B的交流功率，對A來說，可以看做一個負荷對B來說，這交換功率看做一個電源聯(lián)合后，系統(tǒng)頻率一致， 可得，或 代入上式，令： 分別為兩系統(tǒng)的功率缺額，則：可見，聯(lián)合系統(tǒng)頻率的變化取決于這系統(tǒng)總的功率缺額和總的系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率。這理應(yīng)如此，因兩系統(tǒng)聯(lián)合后，應(yīng)看做一個系統(tǒng)。且如A系統(tǒng)沒有功率缺額，即，則聯(lián)絡(luò)線由A流向B的功率要增大；而如果B系統(tǒng)的功率

11、缺額完全由A系統(tǒng)增發(fā)的功率所抵償，即，則，。這種情況下，雖可保持系統(tǒng)頻率不變，B系統(tǒng)的功率缺額或A系統(tǒng)增發(fā)的功率卻要如數(shù)通過聯(lián)絡(luò)線由A流向B傳輸。這就是調(diào)頻廠設(shè)在遠離負荷中心而且要實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)的情況。五：頻率調(diào)整廠的選擇這種調(diào)頻廠必須滿足一定的要求，如調(diào)整容量應(yīng)足夠大，調(diào)整速度應(yīng)足夠快，調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟性好，調(diào)整時不至引起系統(tǒng)內(nèi)部或系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線工作的困難，等。調(diào)整速度也是一個重要的問題。一個容量為5000MW的系統(tǒng)中，負荷上升的速度可達15-20MW/min。但急劇的負荷變動將使火電廠的鍋爐、汽輪機受損傷或因燃燒不穩(wěn)定而熄火。一般，高溫高壓鍋爐從70%-80%額定負荷上升至滿負荷約1-5min；中溫中壓鍋爐從50%額定負荷上升至滿負荷僅需1min，比較快；汽輪機很慢，在50%-100%額定負荷范圍內(nèi)，每分鐘僅達2%-5%。因此，火電廠中限制調(diào)整速度的主要是汽輪機。水電廠水輪機負荷變動的速度要高得多，每分鐘可達50%-400%。當(dāng)