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第五章電力系統(tǒng)的有功功率

平衡和頻率調(diào)整電力系統(tǒng)分析河北科技大學(xué)電氣工程系2/3/20231河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院第五章電力系統(tǒng)的有功功率

平衡和頻率調(diào)整5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整2/3/20232河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡

一、頻率變化對負(fù)荷和電力系統(tǒng)的影響頻率變化會(huì)引起工業(yè)用戶異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速變化，將會(huì)影響產(chǎn)品質(zhì)量。頻率波動(dòng)會(huì)影響電子設(shè)備的準(zhǔn)確性和性能。頻率下降將會(huì)使汽輪機(jī)葉片的振動(dòng)變大，縮短其使用壽命。頻率下降到47-48Hz時(shí)，會(huì)使火電廠由異步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的輔機(jī)（如送風(fēng)機(jī)）的出力隨之下降，從而使火電廠發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率下降，這種趨勢若不能及時(shí)制止，將會(huì)引起頻率崩潰。當(dāng)頻率降到一定數(shù)值時(shí)，會(huì)使核電廠中的反應(yīng)堆冷卻介質(zhì)泵自動(dòng)跳開，從而使反應(yīng)堆停止運(yùn)行。2/3/20233河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡頻率下降將會(huì)使異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的勵(lì)磁電流增加，使無功消耗增加，引起系統(tǒng)電壓下降，增加電壓調(diào)整的困難。當(dāng)頻率下降到一定值時(shí)，可能出現(xiàn)電壓雪崩現(xiàn)象。

二、電力系統(tǒng)的有功功率平衡和備用容量1.有功功率負(fù)荷的變動(dòng)及其調(diào)整電力系統(tǒng)的負(fù)荷隨時(shí)間變動(dòng)的規(guī)律分為三種（見圖5-1）：第一種變動(dòng)幅度很小，周期又很短，這種負(fù)荷變動(dòng)有很大的偶然性（P1）。第二種變動(dòng)幅度較大，周期也較長，如電爐、壓延機(jī)械、電氣機(jī)車等帶有沖擊性的負(fù)荷變動(dòng)（P2）。2/3/20234河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡第三種負(fù)荷變動(dòng)幅度最大，周期也最長，是由于生產(chǎn)、生活、氣象等變化引起的負(fù)荷變動(dòng)，這種負(fù)荷變動(dòng)基本上可以預(yù)計(jì)（P3）。因此，電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整大體上也可分為三種：一次調(diào)整：指由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行的、對第一種負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移的調(diào)整。二次調(diào)整：指由發(fā)電機(jī)的調(diào)頻器進(jìn)行的、對第二種負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移的調(diào)整。圖5-1有功功率負(fù)荷的變動(dòng)2/3/20235河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院三次調(diào)整：指按最優(yōu)化準(zhǔn)則分配第三種有規(guī)律變動(dòng)的負(fù)荷，即責(zé)成各發(fā)電廠按事先給定的發(fā)電負(fù)荷曲線發(fā)電。2.有功功率平衡和備用容量電力系統(tǒng)的有功功率平衡可用下式表示：線路和變壓器的總有功功率損耗發(fā)電機(jī)發(fā)出的總有功功率系統(tǒng)中所有用戶的有功負(fù)荷所有發(fā)電廠的廠用電有功負(fù)荷為了維持頻率的穩(wěn)定，電力系統(tǒng)裝設(shè)的發(fā)電機(jī)的額定容量必須大于當(dāng)前的發(fā)電負(fù)荷容量，即必須裝設(shè)備用容量。5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡2/3/20236河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院備用容量按用途分，有以下幾種：5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡負(fù)荷備用：為滿足系統(tǒng)中短時(shí)的負(fù)荷波動(dòng)和計(jì)劃外的負(fù)荷增加而設(shè)置的備用。一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的2%~5%。事故備用：在發(fā)電設(shè)備發(fā)生偶然性事故時(shí)，為使電力用戶不受嚴(yán)重影響，維持系統(tǒng)正常供電所需的備用。一般約為最大負(fù)荷的5％~10％。檢修備用：為保證發(fā)電設(shè)備的定期檢修而設(shè)置的備用。國民經(jīng)濟(jì)備用：考慮到國民經(jīng)濟(jì)超計(jì)劃增長而設(shè)置的備用，一般約為最大負(fù)荷的3%~5%。上述四種備用容量一般占最大負(fù)荷的15％~25％。2/3/20237河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡熱備用（機(jī)組處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)）：運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)電設(shè)備可能發(fā)的最大功率與發(fā)電負(fù)荷之差（旋轉(zhuǎn)備用）。熱備用包括部分事故備用和全部負(fù)荷備用。冷備用（機(jī)組處于停機(jī)轉(zhuǎn)態(tài)）：未運(yùn)轉(zhuǎn)的、但能隨時(shí)啟動(dòng)的發(fā)電設(shè)備可以發(fā)的最大功率。冷備用包括部分事故備用和全部檢修備用及國民經(jīng)濟(jì)備用。備用容量按投入時(shí)間分，有熱備用和冷備用兩種：3.各類發(fā)電廠的特點(diǎn)及合理組合火電廠特點(diǎn)需要支付燃料及運(yùn)輸費(fèi)用，但不受自然條件影響?；鹆Πl(fā)電設(shè)備的效率與蒸汽參數(shù)有關(guān)。2/3/20238河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡火力發(fā)電廠有功出力受鍋爐、汽輪機(jī)最小技術(shù)負(fù)荷的限制，調(diào)整范圍比較小，負(fù)荷增減速度慢。機(jī)組投入和退出的運(yùn)行時(shí)間長，承擔(dān)急劇負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間長，耗能量多，易損壞設(shè)備。熱電廠由于采取抽汽供熱，效率高，但技術(shù)最小負(fù)荷取決于熱負(fù)荷，稱為強(qiáng)迫功率。水電廠特點(diǎn)不需要燃料費(fèi)，水力可梯級(jí)開發(fā)，連續(xù)使用，但受自然條件影響。水輪發(fā)電機(jī)的出力調(diào)節(jié)范圍大，增減負(fù)荷速度快，操作容易，可承擔(dān)急劇變化的負(fù)荷。2/3/20239河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡決定發(fā)電量的除水量外還有水位差。水利樞紐兼顧發(fā)電、航運(yùn)、防洪、灌溉、漁業(yè)、旅游，不一定與電力負(fù)荷適應(yīng)，所以必須與火電配合。維持航運(yùn)、灌溉需一定水量，這部分為強(qiáng)迫功率。核電廠特點(diǎn)核電廠反應(yīng)堆的負(fù)荷基本上沒有限制，其技術(shù)最小負(fù)荷主要取決于汽輪發(fā)電機(jī)。核電廠的反應(yīng)堆和汽輪機(jī)退、投、增、減負(fù)荷時(shí)也要消耗能量、花費(fèi)時(shí)間，易損壞設(shè)備，因此，在運(yùn)行中核電廠不宜帶急劇變動(dòng)的負(fù)荷。一次投資大，運(yùn)行費(fèi)低。2/3/202310河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡各類發(fā)電廠的合理組合充分利用水力資源，避免棄水。降低火力發(fā)電的單位煤耗，發(fā)揮高產(chǎn)機(jī)組作用。減少火電成本，多燒劣質(zhì)煤、本地煤、少燒油?？紤]發(fā)電成本（燃料價(jià)格、管理水平、機(jī)組效率等），充分利用資源。在豐水期和枯水期各類發(fā)電廠在日負(fù)荷曲線中的安排如圖5-2所示。其基本原則是：基荷由具有強(qiáng)迫功率、不可調(diào)功率或高效率的熱電廠、火電廠、核電廠、逕流式水電廠、泄洪灌溉等水電廠承擔(dān)；峰荷由具有調(diào)節(jié)水庫的水電廠、燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電廠和中溫中壓火電廠等承擔(dān)。2/3/202311河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡圖5-2各類發(fā)電廠組合順序示意圖(a)枯水期(b)豐水期2/3/202312河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡4.有功功率負(fù)荷最優(yōu)分配耗量特性電力系統(tǒng)中有功功率負(fù)荷合理分配的目標(biāo)是：在滿足一定約束條件的前提下，盡可能節(jié)約消耗的（一次）能源。耗量特性是指發(fā)電設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)消耗的能源與發(fā)出有功功率的關(guān)系，如圖5-3所示。比耗量μ：單位時(shí)間內(nèi)輸入能量與輸出功率之比。為耗量特性曲線上任一點(diǎn)和原點(diǎn)連線的斜率?；驁D5-3耗量特性2/3/202313河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡發(fā)電設(shè)備的效率η：為比耗量的倒數(shù)?；?/p>

比耗量和耗量微增率的變化如圖5-5所示。耗量微增率λ：單位時(shí)間內(nèi)輸入能量微增量與輸出功率微增量的比值。為耗量持性曲線上某一點(diǎn)切線的斜率。圖5-4比耗量和耗量微增率圖5-5比耗量和耗量微增率的變化注意：比耗量和耗量微增率的單位相同，但物理意義不同，數(shù)值也不同。只有在從原點(diǎn)向耗量特性作切線的切點(diǎn)（m點(diǎn)）上，它們才相等，且在該點(diǎn)比耗量的數(shù)值最?。ㄒ妶D5-4）。2/3/202314河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡目標(biāo)函數(shù)和約束條件電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行又稱經(jīng)濟(jì)調(diào)度，屬于最優(yōu)規(guī)劃問題，在數(shù)學(xué)上可描述為在滿足等約束條件和不等約束條件≤0的前提下，使目標(biāo)函數(shù)為最優(yōu)。有功功率負(fù)荷最優(yōu)分配的目的：在供應(yīng)同樣大小負(fù)荷用功功率的前提下，單位時(shí)間內(nèi)的能源消耗最少。目標(biāo)函數(shù)：是總耗量，它是各發(fā)電設(shè)備發(fā)出有功功率PGi的函數(shù)，即2/3/202315河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡等約束條件：電力系統(tǒng)的有功功率必須保持平衡，即不等約束條件：各節(jié)點(diǎn)發(fā)電設(shè)備有功功率、無功功率和電壓大小不得超過其允許的上、下限，即網(wǎng)絡(luò)總損耗若不計(jì)網(wǎng)絡(luò)損耗，上式可改寫為：

≤

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2/3/202316河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡等微增率準(zhǔn)則（最優(yōu)調(diào)度問題）

為求有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配問題，可采用求條件極值的拉格朗日乘數(shù)法。拉格朗日乘數(shù)法：要找函數(shù)在條件下的可能極值點(diǎn)，可先構(gòu)成函數(shù)，其中為拉格朗日乘子，求其對x，y的一階偏導(dǎo)數(shù)，并使之為零，然后與聯(lián)立起來，即由此方程求出，則其中就是可能極值點(diǎn)的坐標(biāo)。2/3/202317河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡等微增率準(zhǔn)則：根據(jù)給定的目標(biāo)函數(shù)和等式約束條件，可建立如下拉格朗日函數(shù)則使目標(biāo)函數(shù)有最小值的必要條件是：由于在某一時(shí)刻為定值，且各機(jī)組的燃料費(fèi)只與該機(jī)組本身的有功功率有關(guān)，故有：2/3/202318河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡或?qū)懗桑旱任⒃雎蕼?zhǔn)則上式表示：為使總耗量最小，應(yīng)按相等的耗量微增率在發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間分配負(fù)荷。2/3/202319河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡對不等式約束條件的處理對于有功功率限制，當(dāng)計(jì)算完后發(fā)現(xiàn)某發(fā)電設(shè)備越限，則該發(fā)電設(shè)備取其限制，不參加最優(yōu)分配計(jì)算，而其他發(fā)電設(shè)備重新進(jìn)行最優(yōu)分配計(jì)算。無功功率和電壓限制對有功功率負(fù)荷的分配沒有直接關(guān)系，可暫時(shí)不計(jì)，當(dāng)有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配完成后計(jì)算潮流分布時(shí)再考慮。用迭代法求解電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題設(shè)耗量微增率的初值；求與對應(yīng)的各發(fā)電設(shè)備應(yīng)發(fā)功率；2/3/202320河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡校驗(yàn)求得的是否滿足等式約束條件：如不能滿足，則＞時(shí)，?。迹环粗?，取＞，自第2步開始重新計(jì)算，直到滿足條件。例5-1兩臺(tái)容量均為100MW的發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行，耗量特性分別為：20MW≤PG1≤125MW20MW≤PG2≤125MW2/3/202321河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡（1）求總負(fù)荷為200MW時(shí)的經(jīng)濟(jì)功率分配。（2）在兩臺(tái)機(jī)組間經(jīng)濟(jì)分配比平均分配時(shí)每年所節(jié)約的燃料費(fèi)用為多少？（設(shè)每年運(yùn)行8000h）解：（1）兩臺(tái)機(jī)組的耗量微增率分別為：解得：2/3/202322河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡（2）經(jīng)濟(jì)分配時(shí)的燃料耗量為：平均分配時(shí)的燃料耗量為：經(jīng)濟(jì)分配條件下，每年節(jié)約的燃料為：2/3/202323河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整

一、負(fù)荷的有功功率——頻率靜特性電力系統(tǒng)的有功負(fù)荷與頻率的關(guān)系可歸納為:與頻率變化無關(guān)：照明、電阻爐、整流負(fù)荷等；與頻率一次方成正比：球磨機(jī)、切削機(jī)床、往復(fù)式水泵、壓縮機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等；與頻率二次方成正比：變壓器的渦流損耗等；與頻率三次方成正比：通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等；與頻率高次方成正比：靜水頭阻力很大的水泵等。2/3/202324河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整負(fù)荷的功率——頻率特性可表示為：若以標(biāo)幺值表示，則當(dāng)，時(shí)，有：式中，為額定頻率時(shí)系統(tǒng)有功負(fù)荷；為上述各類負(fù)荷占的百分?jǐn)?shù)。2/3/202325河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整在額定頻率附近，負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性近似為直線，如圖5-6所示。負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性曲線的斜率稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)或單位調(diào)節(jié)功率，即：（MW/Hz）用標(biāo)么值表示為：圖5-6負(fù)荷的功頻靜特性曲線2/3/202326河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整

關(guān)于KL*的幾點(diǎn)說明：負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)表征負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)特性，即表征隨著頻率的升高或降低負(fù)荷消耗功率增加或減少的多少。負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)是不能控制的，其大小取決于全系統(tǒng)各類負(fù)荷所占的比重，不同系統(tǒng)或同一系統(tǒng)不同時(shí)刻的KL*值可能不同。在實(shí)際系統(tǒng)中，一般取1~3。負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)是反映系統(tǒng)進(jìn)行一次調(diào)整性能的一個(gè)重要數(shù)據(jù)，它是調(diào)度部門確定按頻率減負(fù)荷方案以及低頻事故切負(fù)荷來恢復(fù)頻率的計(jì)算依據(jù)。2/3/202327河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整

二、發(fā)電機(jī)組的有功功率——頻率靜特性發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的調(diào)整是由原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。通常把由于頻率變化而引起發(fā)電機(jī)組輸出功率變化的關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)組的功率—頻率特性或調(diào)節(jié)特性。1.自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)（圖5-7）檢測部件Ⅰ（離心飛擺）放大部件Ⅱ（錯(cuò)油門）執(zhí)行部件Ⅲ（油動(dòng)機(jī)）轉(zhuǎn)速控制部件Ⅳ（調(diào)頻器）說明：調(diào)速器由前三者組成，完成頻率的一次調(diào)整；調(diào)頻器加入轉(zhuǎn)速控制部件，完成頻率的二次調(diào)整。圖5-7離心飛擺式調(diào)速系統(tǒng)示意圖2/3/202328河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整調(diào)速系統(tǒng)的工作原理：利用杠桿的作用調(diào)整汽輪機(jī)或水輪機(jī)的導(dǎo)向葉片，使其開度增大，增加進(jìn)汽量或進(jìn)水量。一次調(diào)頻：的位置較B高，的位置較A略低，相應(yīng)的機(jī)組轉(zhuǎn)速較原來略低——有差調(diào)節(jié)。二次調(diào)頻：在外界信號(hào)作用下，調(diào)頻器動(dòng)作將D點(diǎn)抬高，最后使回到位置A，頻率恢復(fù)到額定頻率——無差調(diào)節(jié)。2.發(fā)電機(jī)組的有功功率——頻率靜特性根據(jù)發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理，即負(fù)荷增大時(shí)，發(fā)電機(jī)出力增加，頻率降低；負(fù)荷減少時(shí)，發(fā)電機(jī)出力減少，頻率增加，可得到發(fā)電機(jī)組的有功功率——頻率靜態(tài)特性如圖5-8所示。2/3/202329河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率：指發(fā)電機(jī)組的功率——頻率靜態(tài)特性的斜率(絕對值），即用標(biāo)么值表示為：發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率表征隨著頻率的升高或降低發(fā)電機(jī)組有功出力減少或增加的多少。圖5-8發(fā)電機(jī)組的功頻率靜特性2/3/202330河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)，它和單位調(diào)節(jié)功率互為倒數(shù)關(guān)系。而KG還可表示成：以百分?jǐn)?shù)形式表示為：或2/3/202331河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整說明：發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)或與之對應(yīng)的單位調(diào)節(jié)功率是可以整定的。但受機(jī)組調(diào)速機(jī)構(gòu)的限制，其整定范圍是有限的。在整定范圍內(nèi)，調(diào)差系數(shù)越小（即單位調(diào)節(jié)功率越大），頻率偏移也越小。汽輪發(fā)電機(jī)組：水輪發(fā)電機(jī)組：或或

三、頻率的一次調(diào)整以系統(tǒng)中只有一臺(tái)發(fā)電機(jī)帶一個(gè)綜合負(fù)荷為例進(jìn)行分析。圖5-9為頻率的一次調(diào)整示意圖。2/3/202332河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整發(fā)電機(jī)的功率增量為：負(fù)荷本身變化量：當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)，負(fù)荷的功頻靜特性向上移至，一方面發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速變化引起頻率下降，調(diào)速器動(dòng)作，發(fā)電機(jī)出力增加，另一方面由于負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)變化，經(jīng)過一個(gè)過程，達(dá)到新的平衡點(diǎn)O'。頻率變化為:圖5-9頻率的一次調(diào)整2/3/202333河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整∴其中，KS稱為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，單位Mw/Hz。用標(biāo)幺值表示為：幾點(diǎn)說明：系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率標(biāo)志了系統(tǒng)負(fù)荷增加或減少時(shí)，在原動(dòng)機(jī)調(diào)速器和負(fù)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，當(dāng)KS已知時(shí)，可以根據(jù)允許的頻率變化范圍求取系統(tǒng)能夠承受多大的負(fù)荷增減。即KS越大，系統(tǒng)承受負(fù)荷的變化越大。2/3/202334河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整在上述推導(dǎo)過程中，取功率的增大或頻率的上升為正，因此，上式等號(hào)右側(cè)的負(fù)號(hào)表示，隨著負(fù)荷的增大，系統(tǒng)的頻率將下降。由KS=KG+KL可見：系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率取決于發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率和負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率。由于負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率KL不可調(diào)，因此，系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率KS的調(diào)整只能通過調(diào)整發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率KG或調(diào)速器的調(diào)差系數(shù)來實(shí)現(xiàn)。電力系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率不能過大。若KS過大→KG過大，即調(diào)差系數(shù)過小，將不能保證各發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。2/3/202335河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整系統(tǒng)中總的發(fā)電機(jī)單位調(diào)節(jié)功率會(huì)下降。當(dāng)系統(tǒng)中有多臺(tái)發(fā)電機(jī)組時(shí)，發(fā)電機(jī)組滿載后，受調(diào)速機(jī)構(gòu)的限制，發(fā)電機(jī)組不再參加調(diào)整，即此時(shí)它們的單位調(diào)節(jié)功率為零，調(diào)差系數(shù)為無限大，從而使全系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的等值調(diào)差系數(shù)增大。假設(shè)調(diào)差系數(shù)整定為零，這時(shí)，雖然負(fù)荷的變動(dòng)不會(huì)引起頻率的變動(dòng)，似乎可確保頻率恒定，但這樣將會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷變化量在各發(fā)電機(jī)組間的分配無法固定，從而出現(xiàn)各發(fā)電機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)不能穩(wěn)定工作的問題。2/3/202336河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整例如，設(shè)系統(tǒng)中有n臺(tái)發(fā)電機(jī)組，n臺(tái)機(jī)組都參加調(diào)整時(shí)有：當(dāng)n臺(tái)機(jī)組中只有m臺(tái)機(jī)組都參加調(diào)整，即m+1、m+2、…

n臺(tái)機(jī)組不參加調(diào)整時(shí)有顯然即系統(tǒng)中總的發(fā)電機(jī)單位調(diào)節(jié)功率下降了?？梢姡l率的一次調(diào)整是有差調(diào)整，即調(diào)整后的頻率不可能回到原來的值。因此，一次調(diào)頻只能適應(yīng)負(fù)荷變化幅度小、周期短的不規(guī)則變化情況。2/3/202337河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整例5-2設(shè)系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)組的容量和它們的調(diào)差系數(shù)分別為：水輪機(jī)組：100MW/臺(tái)×5=500MWσ%=2.5%75MW/臺(tái)×5=375MWσ%=2.75%汽輪機(jī)組：100MW/臺(tái)×6=600MWσ%=3.5%50MW/臺(tái)×20=1000MWσ%=4.0%較小容量汽輪機(jī)組合計(jì)1000MWσ%=4.0%系統(tǒng)總負(fù)荷為3300MW，負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率KL*=1.5，試計(jì)算下列各種情況下系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率KS，計(jì)算結(jié)果分別以MW/Hz和標(biāo)幺值表示。①全部機(jī)組都參加調(diào)頻；②全部機(jī)組都不參加調(diào)頻；③僅水輪機(jī)組參加調(diào)頻；④僅水輪機(jī)組參加調(diào)頻和20臺(tái)50MW汽輪機(jī)組參加調(diào)頻。2/3/202338河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整解：（1）按計(jì)算各類發(fā)電機(jī)組的KG：5×100MW水輪機(jī)組：5×75MW水輪機(jī)組：6×100MW汽輪機(jī)組：20×50MW汽輪機(jī)組：1000MW小容量汽輪機(jī)組：2/3/202339河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院系統(tǒng)負(fù)荷：5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整①全部機(jī)組都參加調(diào)頻:②全部機(jī)組都不參加調(diào)頻:③僅水輪機(jī)組參加調(diào)頻:④僅水輪機(jī)組和20臺(tái)50MW汽輪機(jī)組參加調(diào)頻:2/3/202340河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整（2）以標(biāo)幺值計(jì)算時(shí)，取KB=PLN/fN，按計(jì)算各類發(fā)電機(jī)組的KG＊：5×100MW水輪機(jī)組：5×75MW水輪機(jī)組：6×100MW汽輪機(jī)組：20×50MW汽輪機(jī)組：1000MW小容量汽輪機(jī)組：2/3/202341河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整系統(tǒng)負(fù)荷：①全部機(jī)組都參加調(diào)頻:②全部機(jī)組都不參加調(diào)頻:③僅水輪機(jī)組參加調(diào)頻:④僅水輪機(jī)組和20臺(tái)50MW汽輪機(jī)組參加調(diào)頻:2/3/202342河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整

四、頻率的二次調(diào)整當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)，如不進(jìn)行二次調(diào)整，運(yùn)行點(diǎn)轉(zhuǎn)為，系統(tǒng)頻率為，頻率變化為。二次調(diào)頻通過調(diào)頻器的作用將發(fā)電機(jī)的功頻靜特性移到，運(yùn)行點(diǎn)移到，系統(tǒng)頻率為，頻率變化圖5-10頻率的二次調(diào)整2/3/202343河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整由圖5-10可知，系統(tǒng)負(fù)荷增量由三部分組成：由于調(diào)速器的調(diào)整作用而增大的發(fā)電機(jī)組功率：（一次調(diào)整）由于調(diào)頻器的調(diào)整作用而增大的發(fā)電機(jī)組功率：（二次調(diào)整）由于本身的調(diào)節(jié)作用而變化的負(fù)荷功率：2/3/202344河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整∴當(dāng)時(shí)，即二次調(diào)頻增發(fā)的功率與系統(tǒng)的負(fù)荷增量相等時(shí)，則，頻率將始終不變，亦即實(shí)現(xiàn)了無差調(diào)節(jié)。無差調(diào)節(jié)如圖5-10中虛線所示。2/3/202345河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整需要指出：二次調(diào)頻一般由部分發(fā)電廠（調(diào)頻廠）承擔(dān)。調(diào)頻廠應(yīng)滿足的條件：調(diào)頻廠的選擇原則：系統(tǒng)中有水電廠時(shí)，選擇水電廠做調(diào)頻廠；當(dāng)水電廠不能做調(diào)頻廠時(shí)，選擇中溫中壓火電廠做調(diào)頻廠。調(diào)整的容量應(yīng)足夠大；調(diào)整的速度應(yīng)足夠快；調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性能應(yīng)該好；注意系統(tǒng)內(nèi)及互聯(lián)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題。2/3/202346河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整

五、互聯(lián)系統(tǒng)頻率的調(diào)整圖5-11為A、B兩個(gè)系統(tǒng)互聯(lián)，圖中為兩系統(tǒng)負(fù)荷變化（增加）；為兩系統(tǒng)二次調(diào)整增發(fā)的功率，為兩系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率；為聯(lián)絡(luò)線交換的功率。對系統(tǒng)A，相當(dāng)于一個(gè)負(fù)荷：對系統(tǒng)B，相當(dāng)于一個(gè)電源：∴圖5-11互聯(lián)系統(tǒng)頻率的調(diào)整2/3/202347河北科技大學(xué)電氣信息學(xué)院5.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整式中，分別稱為A、B兩系統(tǒng)的功率缺額。討論：當(dāng)互聯(lián)系統(tǒng)增發(fā)功率的總和與負(fù)荷增量的總和相平衡，即，則，即可實(shí)現(xiàn)無差