電力系統(tǒng)有功功率平衡(電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析陳珩)

1、電力系統(tǒng)的頻率調整電能相對于其他一、二次能源具有易于輸送的特點，尤其電能在遠距離輸送 時，無論在經(jīng)濟性、安全性及損耗等方面都具有顯著優(yōu)勢， 這使其成為現(xiàn)代社會 最重要的能源類型之一。保證以及提高電能質量是世界所有電力企業(yè)的共同目標。 電能質量的好壞一般由一系列電網(wǎng)運行狀態(tài)參數(shù)來衡量，衡量電能質量的指標有頻率質量、電壓質量和波形質量，分別以頻率偏移、電壓偏移和波形畸變率表示。 可見，電網(wǎng)頻率質量是電能質量中最重要的指標之一。電網(wǎng)中絕大多數(shù)發(fā)電及用電設備均按照電網(wǎng)額定頻率生產(chǎn)制造，一般只能夠在較小的頻率偏差下正常使用。 當頻率偏差較大時，電氣設備可能會出現(xiàn)低效乃至損壞等問題， 從而造成經(jīng)濟損 失甚

2、至人身安全事故。電網(wǎng)頻率與電網(wǎng)整體有功功率的平衡直接相關。若電網(wǎng)中的總發(fā)電功率大于 總負荷吸收功率，則電網(wǎng)頻率上升；反之則電網(wǎng)頻率下降。因此，保證電網(wǎng)頻率 質量的問題，可轉化為保證電網(wǎng)整體有功功率平衡控制質量的問題。由于在目前的技術條件下，電能尚無法實現(xiàn)大規(guī)模直接存儲，因此有功功率平衡質量的保證 只能依賴于電能在發(fā)、輸、配、用各環(huán)節(jié)中實現(xiàn)實時功率平衡。在有功功率平衡 控制問題的研完中，一般將輸配電過程中的功率損耗看作等效負荷，因此，電網(wǎng)有功功率平衡控制問題主要是發(fā)電與用電的平衡控制。表面上看，電網(wǎng)的有功功率平衡控制問題似乎是十分簡單及清晰的，即電網(wǎng)中的發(fā)電功率與用電功率需要實時平衡。 然而，在

3、實際操作層面，即電網(wǎng)如何具 體且高質量地實現(xiàn)實時的有功功率平衡卻較為復雜。有功功率平衡控制及其性能 評價作為互聯(lián)電網(wǎng)有功功率平衡控制問題中的一個環(huán)節(jié)，與其他環(huán)節(jié)間相互影響、相互制約，因此，必須首先對所究問題的背景及相關概念加以分析和梳理。1有功功率平衡和平率調節(jié)相關基本概念1.1 頻率頻率是電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機產(chǎn)生的交流正弦電壓的頻率。 在穩(wěn)態(tài)運行條件 下，所有發(fā)電機同步運行，整個電力系統(tǒng)的頻率是相等的。并聯(lián)運行的每一臺發(fā) 電機組的轉速與系統(tǒng)頻率的關系為?=詈(1.1)60式中?為發(fā)電機頻率，Hz；?為發(fā)電機轉子的極對數(shù)；?為機組轉速，r/min 。系統(tǒng)頻率的變化是由于負荷功率與原動機輸入功率

4、之間失去平衡所致。 由于機械慣性的作用， 原動機輸入功率變化較緩慢， 負荷的變化使系統(tǒng)頻率產(chǎn)生波動。假如分離的區(qū)域沒有參與速度調節(jié)的旋轉備用， 則有三種因素會導致分離區(qū)域的系統(tǒng)頻率下降：(1) 過負荷的量( 即發(fā)電出力的缺額) ；(2) 作用于區(qū)域負荷的負荷阻尼系數(shù)；(3) 代表區(qū)域內所有發(fā)電機總轉動慣量的慣性常數(shù)。由上式可知，要控制發(fā)電機頻率就得控制機組轉速。1.2 頻率質量電網(wǎng)運行中使用 “頻率” 這一物理量來衡量電網(wǎng)中發(fā)電機、 電動機同步轉速的快慢。 凡是連接到同一電網(wǎng)上的發(fā)電設備及用電設備均是按照相同的同步轉速所設計和制造， 即只有在電網(wǎng)額定頻率下， 電氣設備才能達到最高的使用效率和最

5、長的設計壽命。 當電網(wǎng)頻率高于或低于額定頻率超過一定限度時， 電氣設備的效率會開始下降；若頻率進一步偏移，還有可能直接損害電氣設備。因此，電網(wǎng)的頻率質量是電能質量中最重要的指標之一。頻率偏差有一定的允許范圍，我國國標規(guī)定的頻率偏差范圍在土0.2HZ,而在現(xiàn)代大型互聯(lián)電網(wǎng)的實際運行中， 頻率偏差的控制目標一般在土以內。 以我國的額定頻率為基準值進行計算，土的控制偏差僅相當于±的百分比偏差。可見，頻率偏差的允許波動范圍非常狹窄，因此，對電網(wǎng)頻率控制的要求相對較高。電力系統(tǒng)運行的特殊性在于， 電能的生產(chǎn)、 輸送、 分配和使用等環(huán)節(jié)瞬間完成， 即， 發(fā)電設備在任意時刻所生產(chǎn)的電能總和， 與該

6、時刻用電設備在系統(tǒng)中取用的電能和輸配過程中日勺電能損耗之和相等。另外，在目前的技術條件下，發(fā)電機輸出功率的調整還不能做到隨調隨到， 而高效率的大規(guī)模能量存儲還無法實現(xiàn)，因此， 運行中的頻率偏差控制問題復雜而難解。 根據(jù)能量守恒定律， 當發(fā)電功率大于負荷吸收功率時， 所多余的功率將轉變?yōu)樗问降哪芰浚?除小部分轉化為熱能等， 最大的部分是轉化為與電網(wǎng)同步旋轉設備的旋轉動能。 此處的旋轉設備不僅包括發(fā)電機、電動機的轉子部分，還包括了與轉子物理連接的所有慣性元件。根據(jù)理論力學中旋轉動能的相關理論， 旋轉動能的數(shù)量與旋轉角速度的平方成正比，而電網(wǎng)運行中，同步旋轉角速度與電網(wǎng)運行頻率呈線性比例。因此，保

7、證電網(wǎng)頻率質量就是保證電網(wǎng)內發(fā)電功率與負荷吸收功率互相平衡的控制質量。應該明確的是， 電網(wǎng)頻率與有功功率平衡的關系是整個互聯(lián)電網(wǎng)層面上的關系，因此，單獨某一地區(qū)的有功功率的不平衡并不意味著電網(wǎng)頻率一定會變差。實際上， 只要保證整個互聯(lián)電網(wǎng)整體的發(fā)電與負荷功率平衡， 電網(wǎng)的頻率質量就可以保證。 這一特性也是可以形成互聯(lián)電網(wǎng)電力市場的理論基礎之一： 電能多的地區(qū)可以多發(fā)電向其他地區(qū)售賣； 電源性能好的地區(qū)可以向其他地區(qū)提供有償?shù)妮o助調節(jié)服務，從而形成資源互補，提高電力系統(tǒng)運行品質。1.3 有功功率平衡及其控制如上節(jié)所述， 電網(wǎng)頻率與電網(wǎng)整體有功功率平衡相關， 因此， 嚴格意義來說，電網(wǎng)頻率質量與電

8、網(wǎng)運行中所有涉及有功功率的環(huán)節(jié)有關。 按照時間尺度， 可大致劃分為以下三個主要環(huán)節(jié)：（ 1）電網(wǎng)規(guī)劃。主要指電廠規(guī)劃、選址以及建設等，電氣上對應電源的電氣位置和發(fā)電容量，其時間尺度以年為單位。（ 2）發(fā)電計劃。包括電量計劃、功率計劃、檢修計劃等，電氣上對應于電源的接入或退出，及其輸出功率的數(shù)量，依照時間尺度，從日前計劃到年度計劃。（ 3）實時頻率調節(jié)。包括頻率的一次、二次以及三次調節(jié)，電氣上對應于電源輸出功率數(shù)量上的調整， 時間尺度是在有功功率不平衡事件發(fā)生后數(shù)秒至數(shù)十分鐘。有功功率平衡控制這一概念， 通常不包含事前的計劃部分， 而僅指實時頻率調節(jié)， 在獨立電網(wǎng)與互聯(lián)電網(wǎng)中， 這一概念的含義又

9、略有不同。 在獨立電網(wǎng)中有功功率平衡控制包含了所有的頻率調節(jié)手段， 主要是頻率的一次、 二次以及三次調節(jié)；在互聯(lián)電網(wǎng)中，有功功率平衡控制的主體為控制區(qū)域，區(qū)域的一次、二次以及三次調節(jié)在功能上與獨立電網(wǎng)相比均有所變化， 此時， 互聯(lián)電網(wǎng)中的有功功率平衡控制更多地是專指控制區(qū)域二次調節(jié)中的自動發(fā)電控制 （AutomaticGeneration Control 簡稱AGC。）現(xiàn)代電力網(wǎng)絡控制的一個重要方法是自動發(fā)電控制， 它是一種在允許的調節(jié)偏差閾值下對頻率進行實時追蹤， 從而及時調整發(fā)電機組的轉速和輸出功率。著電力系統(tǒng)遠動技術的成熟和廣泛應用，自動發(fā)電控制 (Automatic Generatio

10、nControl , AGCH成為現(xiàn)代電網(wǎng)控制的一項重要手段，是在電網(wǎng)調度自動化能量管理系統(tǒng)與發(fā)電機組協(xié)調控制系統(tǒng)間閉環(huán)控制的一種先進的技術手段。 英國、 挪威和美國已對電力庫模式和雙邊合同模式下頻率控制服務，尤其是 AGC的供應以及其市場運作有了一定的實踐經(jīng)驗， 但大多數(shù)國家仍處在理論探討與局部試點之中。 目前我國電力市場對這個課題的研究還未深入進行， 還需要在該領域作進一步的探索研究，以滿足我國電力工業(yè)市場化改革對頻率控制市場化的要求。2. 頻率調節(jié)的必要性衡量電能質量的指標是頻率和電壓的偏移， 頻率偏移以赫茲表示， 我國規(guī)定電力系統(tǒng)額定頻率為50Hz,允許的波動范圍為土 0.20.5Hz

11、。允許頻率偏移的大小反映了一個國家工業(yè)發(fā)展水平， 這與電力系統(tǒng)管理與運行水平有關。 電壓偏移以百分數(shù)表示， 允許的波動范圍為±5%。 電力系統(tǒng)的頻率變動對用戶、 發(fā)電廠和電力系統(tǒng)本身都會產(chǎn)生不利影響,所以必須保持頻率在額定值50Hz上下，且偏移不超過一定范圍。電力系統(tǒng)頻率變動時，對用戶的影響有：用戶使用的電動機的轉速與系統(tǒng)頻率有關。 頻率變化將引起電動機轉速的變化，從而影響產(chǎn)品質量。例如，紡織工業(yè)、造紙工業(yè)等都將因頻率變化而出現(xiàn)殘次品。 近代工業(yè)、 國防和科學技術都已廣泛使用電子設備， 系統(tǒng)頻率的不穩(wěn)定將會影響電子設備的工作。 雷達、 電子計算機等重要設施將因頻率過低而無法運行。頻率

12、變動對發(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帆和泵， 在頻率降低時， 所能供應的風量和水量將迅速減少，影響鍋爐的正常運行。低頻率運行還將增加汽輪機葉片所受的應力， 引起葉片的共振， 縮短葉片的壽命，甚至使葉片斷裂。低頻率運行時， 發(fā)電機的通風量將減少， 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。低頻率運行時， 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加，而無功功率負荷的增大又將促 使系統(tǒng)電壓水

13、平的下降?？傊Ｓ捎谒性O備都是按系統(tǒng)額定頻率設計的， 系統(tǒng)頻率質量的下降將影 響各行各業(yè)。而頻率過低時，甚至會使整個系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電。由于負荷變化將導致系統(tǒng)頻率的偏移， 頻率變化超出允許范圍時，對用電設 備的正常工作和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行， 都會產(chǎn)生影響，甚至造成事故。因此應對 發(fā)電功率做相應的調整，以使系統(tǒng)在要求的頻率水平達到新的平衡，電力系統(tǒng)的 有功功率和頻率調整大體上也可分為一次、二次、三次調整三種，如圖 1所示。 對第一種負荷變動引起的頻率偏移，由發(fā)電機組調速器進行調整，稱為頻率的一 次調整；第二種負荷變動引起的頻率偏移， 由發(fā)電機組的調頻器進行調整，稱為 頻率的二次調整；對第

14、三種負荷變化，必須根據(jù)預測的負荷曲線，按優(yōu)化原則在 各廠（機組）問進行經(jīng)濟負荷分配，也稱為三次調整。近年來，由于普遍缺電，負荷變動頻率圖2-1調頻任務的分配在技術上還不夠成熟。3.自動調速系統(tǒng)及其調節(jié)特性調整系統(tǒng)頻率的主要手段是發(fā)電機組原動機的自動調節(jié)轉速系統(tǒng)， 或簡稱自 動調速系統(tǒng)，特別是其中的調速器和調頻器（又稱同步器）。以下，就從自動調速 系統(tǒng)的作用開始，討論頻率調整。自動調速系統(tǒng)的種類很多，以下介紹的是一種 相當原始的機械調速系統(tǒng)一離心飛擺式。這種調速系統(tǒng)比較直觀，但它的調節(jié)機在我國出現(xiàn)了與上述一次、二次、三 次調整迥然不同的另一種調整手段， 稱負荷控制。所謂負荷控制是指個別 負荷大量

15、或長時間超計劃用電以致影 響系統(tǒng)運行質量時，由系統(tǒng)運行管理 部門在遠方將其部分或全部切除的控 制方式。這顯然是一種不得已而采用 的控制方式，鑒于這種控制方式目前理又和新型調速系統(tǒng)（如電液式調速系統(tǒng)）沒有很大差別圖2-2離心飛擺式調速系統(tǒng)調速器的飛擺由套筒帶動轉動，套簡則為原動機的主鈾所帶動。單機運行時， 因機組負荷的增大，轉速下降，飛擺由于離心力的減小，在彈簧的作用下向轉軸 靠攏，使A點向下移動到A''。但因油動機活塞兩邊油壓相等，B點不動，結果 使杠桿AB繞B點逆時針轉動到A''B。在調頻器不動作的情況下，D點也不動， 因而在A點下降到A''時

16、，杠桿D或D點順時針轉動到DE',E點向下移動到E'。 錯油門活塞向下移動，使油管 a、b的小孔開啟，壓力油經(jīng)油管b進入油動機活 塞下部，而活塞上部的油則經(jīng)油管a經(jīng)錯油門上部小孔溢出。在油壓作用下，油 動機活塞向上移動，使汽輪機的調節(jié)汽門或水輪機的導向葉片開度增大，增加進汽量或進水量。與油動機活塞上升的同時，杠桿 AB繞A點逆時針轉動，將連結點 C從而錯 油門活塞提升，使油管a、b的小孔重新堵住。油動機活塞又處于上下相等的油 壓下，停止移動。由于進汽或進水量的增加，機組轉速上升，A點從A''回升到A'。調節(jié)過程結束。這時杠桿 AB的位置為A'CB

17、'o分析杠析AB的位置可見，杠 桿上C點的位置和原來相同，因機組轉速穩(wěn)定后錯油門活塞的位置應恢復原狀； B'位置較B高，A'的位置較A略低；相應的進汽或進水量較原來多， 機組轉速較 原來略低。這就是頻率的“一次調整”作用。 對應負荷的增大，發(fā)電機輸出功率 增加，頻率略低于原來值；如果負荷降低，調速器調整作用將使輸出功率減小， 頻率略高于原來值。這就是頻率的一次調整，頻率的一次調整由調速器自動完成 的。調整的結果，頻率不能回到原來值，因此一次調整為有差調節(jié)。為使負荷增加后機組轉速仍能維持原始轉速，要求有“二次調整”?！岸握{整”是借調頻器完成的。調頻器轉動蝸輪、蝸桿，將D

18、 點抬高。 D 點上升時，杠桿DE繞F點順時針轉動，錯油門再次向下移動，開啟小孔。在油壓作用下，油動機活塞再次向上移動， 進一步增加進汽或進水量。 機組轉速上升， 離心飛擺使A點由A'向上升。而在油動機活塞向上移動時，杠桿 AB又繞A逆時針轉動， 帶動C、F、E點向上移動，再次堵塞錯油門小孔，再次結束調節(jié)過程。如 D點的 位移選擇得恰當， A 點就有可能回到原來位置。 這就是頻率的“二次調整”作用。由于調整的結果，頻率能回到原來值，因此二次調整為無差調節(jié)。4 . 電源有功功率的靜態(tài)頻率特性電源有功功率靜態(tài)頻率特性通?？梢岳斫鉃榫褪前l(fā)電機中原動機機械功率的靜態(tài)頻率特性。 原動機未配置自動

19、調速時， 其機械功率與角速度或頻率的關系： ? = ?1 ?- ?2?2 = ?1?- ?2 ?2式中各變量都是標幺值；?1?、 ?2為常數(shù)，而且通常?1?= 2?2??？勺魅缦吕斫猓?機組轉速很小時， 即使蒸汽或水在它葉輪上施加很大轉矩， 它的功率輸出仍很小， 因功率為轉矩和轉速的乘積； 機組轉速很大時， 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矩很小，功率輸出仍然很??；只有在額定條件下，轉速和轉矩都適中，它們的乘積最大，功率輸出最大。調速系統(tǒng)中調頻器的二次調整作用在于： 原動機的負荷改變時， 手動或自動地操作調頻器， 使有一次調整的靜態(tài)頻率特性曲線平行移動， 有調頻器的二次

20、調 整后， 原動機的運行點就從一根僅有一次調整的靜態(tài)頻率特性曲線過渡到另一根曲線。5 .頻率的一次調整負荷及發(fā)電機組的有功功率一頻率靜態(tài)特性已知時, 分析頻率的一次調整并不困難 。為此，可先設系統(tǒng)中僅有一臺發(fā)電機組和一個綜合負荷，他們的靜 態(tài)頻率特性分別如圖 2-3 （ a） （ b） 。這些特性曲線都已近似以直線替代。hi /o(b)綜合負荷(a)發(fā)電機組原動機圖2-3靜態(tài)頻率特性這些代表頻率特性的直線有各自的斜率。 發(fā)電機組原動機或電源頻率特性的斜率為?= -?？?稱為發(fā)電機的單位調節(jié)功率，以MW/HZE MW/(0.1Hz)為單位。它的標幺值則Kg*產(chǎn)f Kg fN/PGN PGN f發(fā)

21、電機的單位調節(jié)功率標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。這個單位調節(jié)功率和機組的調差系數(shù)互為倒數(shù)。因機組的調差系數(shù)?- ?- ?否?" 0?以百分數(shù)表示則為k 0/ 一(T /o =?- ?X100 =” X100?從而有KgPGN fN ,100 %Kg汽輪機組% 3: 5或Kg* 33.3 : 20100調差系數(shù) 或與之對應的發(fā)電機的單位調節(jié)功率是可以整定的，一般整定為:水輪機組% 2: 4或KG50 : 25而電力系統(tǒng)頻率的一次調整問題主要與這個調差系數(shù)或與之對應的發(fā)電機的單 位調節(jié)功率有關。綜合負荷的靜態(tài)頻率特性KlPl/ f稱為負荷的單位調節(jié)功率，也以 MW/

22、HZE MW/(0.1Hz)為單位。它的標幺值則 是KlRf NPln fK_fN /PLN負荷的單位調節(jié)功率標志了隨頻率的升降負荷消耗功率增加或較少的多少。它的標幺值在數(shù)值上就等于額定條件下負荷的頻率調節(jié)效應。 所謂負荷的頻率調節(jié)效應系數(shù)系指一定頻率下負荷隨頻率變化的變化率dPL*df*Pl*/f*K L*顯然，負荷的單位調節(jié)功率不能整定。電力系統(tǒng)綜合負荷的單位調節(jié)功率Kl*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。設負荷突然增加 P.o ,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

23、因它的 調速器的一次調整作用而增大，負荷的功率將因本身的調節(jié)效應而減少。 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。P.o(Kg Kl) f或Plo/ f Kg Kl KsKS稱為系統(tǒng)的單位調節(jié)功率，也以 MW/H或MW/(0.1Hz)為單位。系統(tǒng)的單位調 節(jié)功率也可以用標幺值來表示。以標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。 系統(tǒng)的單位調節(jié)功率標志了系統(tǒng)負荷增加或減少時， 在原動機調速器和負荷本身的調節(jié)效應共同作用下系統(tǒng)頻率下降或上升的多少。因此，從這個系統(tǒng)的單位調節(jié)功率Ks可求取在允許的頻率偏移范圍內系統(tǒng)能

24、承受多少負荷增減。可見，系統(tǒng)的單位調節(jié)功率取決于兩個方面，即發(fā)電機的單位調節(jié)功率和負荷的單位調節(jié)功率。 因為負荷的單位調節(jié)功率不可調， 要控制、 調節(jié)系統(tǒng)的單位調節(jié)功率只能從控制、調節(jié)發(fā)電機的單位調節(jié)功率或調速器的調差系統(tǒng)入手?？磥碇饕獙⒄{差系數(shù)整定得小些或發(fā)電機的單位調節(jié)功率整定得大些就可以保證頻率質量。 但從實際上， 系統(tǒng)中不止一臺發(fā)電機組， 調差系統(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整， 它的調差系數(shù)無窮大。系統(tǒng)的單位調節(jié)功率Ks不可能很大，所以依靠調速器進行的一次調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、 幅度更大的調頻

25、任務自然落到了二次調整上。6 .頻率的二次調整頻率的二次調整就是手動或自動地操作調頻器使發(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。 在一次調整的基礎上進行二次調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。只進行一次調整時，負荷的增量PLO 可分解為兩部分：一部分是因調速器的調整作用而增大的發(fā)電機組功率 KG f ' ，另一部分是因負荷本身的調節(jié)效應而減少的負荷功率KL f ' 。不僅進行一次調整而且進行二次調整時，這個負荷增量PLO 可分解為三個部分：一部分是由于進行了二次調整，

26、發(fā)電機組增發(fā)的功率 PGO ；另一部分仍是由于調速器的調整而增發(fā)的發(fā)電機功率KG f '' ；第三部分仍是由于負荷本身的調節(jié)效應而減少的負荷功率KL f'' 。則：PloPgo(KgKl) fPloPsoKg Kl Ks如PloPgo ,即發(fā)電機組如數(shù)增發(fā)了負荷功率的原始增量Plo ,則f 。，亦即實現(xiàn)了所謂的無差調節(jié)。進行二次調整時，系統(tǒng)中負荷的增減基本上要靠調頻機組或調頻廠承擔。雖 可適當增加其他機組或電廠的單位調節(jié)功率以減少調頻機組或調頻廠的負擔，但數(shù)值畢竟有限。這就使調頻廠的功率變動幅度遠大于其他電廠。如調頻廠不位于 負荷中心，則這種情況可能使調頻廠與系

27、統(tǒng)其他部分聯(lián)系的聯(lián)絡線上流通的功率 超出允許值。這樣，就出現(xiàn)了在調整頻率的同時控制聯(lián)絡線上流通功率的問題。圖中Ka，Kb分別為聯(lián)合前A B兩系統(tǒng)的單位調節(jié)功率。設A、B兩系統(tǒng)中都設有二次調整的電廠，它們的功率變量分別為Pga，Pgb； A B兩系統(tǒng)的負荷變量則分別為Pla，Plb 。設聯(lián)合線上的交換功率 Pab ，由A流向B為正值。聯(lián)合前,對A系統(tǒng)PlaPgaKa fa對B系統(tǒng)Plb馬bKb fB聯(lián)合后，通過聯(lián)絡線A流向B的交流功率，對A來說，可以看做一個負荷P LAPABPGA KA fA對B來說，這交換功率看做一個電源PlbPGBKB fB聯(lián)合后，系統(tǒng)頻率一致,fAfB f 可得,(Pla

28、Pga )( PlbPgb)(KA KB) f(Pla%) ( Plb(KA KB)PGB )代入上式,PABKA( PLBPKB(P-APGAPKA KB令：PLAPGaPa，PlbPgbPbPa, Pb分別為兩系統(tǒng)的功率缺額，則:PaPb(KA KB)KA PbKB PaKA KB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)單位調節(jié) 功率。這理應如此，因兩系統(tǒng)聯(lián)合后，應看做一個系統(tǒng)。且如 A系統(tǒng)沒有功率缺 額，即Pa 0,則聯(lián)絡線由A流向B的功率要增大；而如果B系統(tǒng)的功率缺額完全由A系統(tǒng)增發(fā)的功率所抵償，即PbPa，則f 0, Pab PbPao這種情況下，雖可保持系統(tǒng)頻率不

29、變，B系統(tǒng)的功率缺額 PB或A系統(tǒng)增發(fā)的功率 Pa卻要如數(shù)通過聯(lián)絡線由A流向B傳輸。這就是調頻廠設在遠離負荷中心 而且要實現(xiàn)無差調節(jié)的情況。例2-1兩系統(tǒng)由聯(lián)絡線聯(lián)結為一聯(lián)合系統(tǒng)。正常運行時，聯(lián)絡線上沒有交換功率流通。兩系統(tǒng)的容量分別為1500MW口 1000MWV各自的單位調節(jié)功率（分別以兩系統(tǒng)容量為基準的標么值）示于下圖，設 A系統(tǒng)負荷增加100MWV試計算下列情況 下的頻率變量和聯(lián)絡線上流過的交換功率：（1） A、B兩系統(tǒng)機組都參與一次調頻；(2) A、B兩系統(tǒng)機組都不參與一次調頻；(3) B系統(tǒng)機組不參與一次調頻； (4) A系統(tǒng)機組不參與一次調頻；(5)A、B兩系統(tǒng)機組都參與一、二次

30、調頻，A、B兩系統(tǒng)都增發(fā)50MWV(6) A B兩系統(tǒng)機組都參與一次調頻，A系統(tǒng)機組都參與 二次調頻并增發(fā)60MW (7) A、B兩系統(tǒng)機組都參與一次調頻，B系統(tǒng)機組都參 與二次調頻并增發(fā)60MW (8) A系統(tǒng)所有機組都參與一次調頻， 并有部分機組參 與二次調頻，增發(fā)60MW B系統(tǒng)一半機組參與一次調頻，另一半機組為負荷限制 器所限制，不參與調頻。1500MW1000MW圖2-4兩個系統(tǒng)的聯(lián)合解：將以標么值表示的單位調節(jié)功率折算為有名值?= 25""?=?<=20 ?=?癡=1.5? =1.31500X-50- = 750 (MW/Hz )1000X-50- = 4

31、00 (MW/Hz )1500X= 45 (MW/Hz )501000X= 26 ( MW/Hz )50(1)兩系統(tǒng)都參加一次調頻時?= ?= ?= 0; ?= 100?; ?= ?+ ?= 795?/Hz;?= ?+ ?= 426?/?= 100?; ?= 00?=?=?+ ?100-= - 7957726 = -0.082(?)?- ?-426 X100?+?= - 126=例？)這種情況正常，頻率下降不多，通過聯(lián)絡線由 B向A輸送的功率也不大。(2)A、B兩系統(tǒng)機組都不參與一次調頻時?=?=?=0； ?=100?；?=?=0;?=?=45?/?= ?= 26?/?= 100? ?= 00

32、?+ ?= - = ?+ ?- ?= -?+ ?100 =-1.41(?)45 + 26')-26 X10015TT = -36.6(?)這種情況最嚴重，發(fā)生在 A、B兩系統(tǒng)的機組都已滿載，調速器受負荷限制 器的限制已無法調整，只能依靠負荷本身的調節(jié)效應。這時，系統(tǒng)頻率質量已無 法保證。(3) B系統(tǒng)機組不參與一次調頻時?= ?= ?= 0; ?= 100?; ?= 750?/Hz ; ?= 0; ? =?+ ?= 795?/Hz; ?= ?= 26?/?= 100?; ?= 0。?+ ?100?=-?+-?= - 79576 =-0.122(?)?- ?-26 X100"一

33、?+?= - 15TT = -3.17(?)3.17MW。這種情況說明，由于B系統(tǒng)機組不參加調頻，A系統(tǒng)的功率缺額主要由該系 統(tǒng)本身機組的調速器進行一次調頻加以補充。B系統(tǒng)所能供應的，實際上只是由于聯(lián)合系統(tǒng)頻率略有下降，它的負荷略有減少，使該系統(tǒng)略有富裕的(4) A系統(tǒng)機組不參與一次調頻時?= ?= ?= 0; ?= 100?; ?= 0; ?= 400M?/Hz; ?= ?= 45?/?= ?+ ?= 426?/?= 100? ?= 00?+ ?= ?- = ?+ ?- ?= -?+ ?1004576 = -0.212(?)-426 X100-15T72T = -90.5(?)這種情況說明，

34、由于A系統(tǒng)機組不參加調頻，A系統(tǒng)的功率缺額主要由B系 統(tǒng)供應，以致聯(lián)絡線上要流過可能會超過限額的大量交換功率。(5) A B兩系統(tǒng)機組都參與一、二次調頻，A、B兩系統(tǒng)都增發(fā)50MW寸?= ?= 50MW; ?= 100? ?= 0; ?= ?+ ?=795?/? = ?+ ?= 426?/? = 100 - 50 = 50?= -50MW 。?=-?=?-?+ ?_ _ _ _ = ,?+ ?795?+ ?50- 50795f = 0(?)X (-50 ) - 426 X 50=-50(?)795 + 426這種情況說明，由于進行了二次調頻，發(fā)電機增發(fā)的總和與負荷增量平衡，系統(tǒng)頻率無偏移，B系

35、統(tǒng)增發(fā)的功率全部通過聯(lián)絡線輸往 A系統(tǒng)。(6)A、B兩系統(tǒng)機組都參與一次調頻，A系統(tǒng)機組都參與二次調頻并增發(fā) 60MW 時?= 60MW, ?= 0； ?戶 100?； ?= 0; ?= ?+ ?=795?/? = ?+ ?= 426?/? = 100 - 60 = 40? ?= 00?展?=-這種情況說較理想,?+ ?40- 795Tl26 = -0.0328(?)?- ?-426 X40?+ ?= - 795 + 426 = -14(?)頻率偏移很小，通過聯(lián)絡線由B系統(tǒng)輸往A系統(tǒng)的交換功率也較小。(7) A、B兩系統(tǒng)機組都參與一次調頻，B系統(tǒng)機組都參與二次調頻并增發(fā) 60MW 時?= 0,

36、 ?= 60MW; ?= 100?； ?= 0; ?= ?+ ?=795?/?= ?+ ?= 426?/?= 100?; ? =-60?。?+ ?=-一 ?+ ?100 - 60 =-0.0328(?)795 + 426')?=-?- ?+ ?795 X(-60 ) - 426 X100795 + 426=-74(?)這種情況與上一種情況相比，頻率偏移相同，因聯(lián)合系統(tǒng)的功率缺額都是40MW。聯(lián)絡線上流過的交換功率中增加了 B系統(tǒng)由于有部分機組進行二次調頻 而增發(fā)的60MW。聯(lián)絡線上傳輸大量交換功率是不希望發(fā)生的。(8) A系統(tǒng)所有機組都參與一次調頻，并有部分機組參與二次調頻，增發(fā)60MW B 系統(tǒng)一半機組參與一次調頻時?= 60MW; ?= 100? , ?= 0 ; ?= 0; ?= ?+ ?=226?/? ? = 100 - 60 = 40?; 1 _795?/? ? = 2 ?+ ?=?= 00?+ ?= - ?-=- ?+ ?- ?=?+ ?40=-0.0391(?)795 + 226-226 X 40=- 795726 = -8.85(?)這種情況說明，由于系統(tǒng)中有一半機組不能參加調頻，頻率的偏移將增大，單也正由于有一半機組不能參加調頻，通過聯(lián)絡線又B系統(tǒng)