第2章、電力系統(tǒng)的頻率控制

第2章、電力系統(tǒng)頻率控制本章主要介紹電力系統(tǒng)頻率特性，頻率調(diào)整、頻率異?？刂?。2.1概述2.2頻率控制的必要性與方法2.3電力系統(tǒng)的頻率特性2.4電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整2.5頻率異?？刂?021/5/91§2.1概述

基本常識(shí)

1、電力系統(tǒng)頻率反映系統(tǒng)中有功功率的供需平衡情況，是電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要指標(biāo)，也是影響電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定的重要因素。2、電力系統(tǒng)有功功率突然不平衡時(shí)，頻率將發(fā)生變化，功率不足，頻率將下降；功率過剩，頻率將上升。3、頻率變化的幅值和速度，不僅與功率不平衡的程度有關(guān)，而且與系統(tǒng)的特性有關(guān)。4、頻率允許偏移的程度與電力系統(tǒng)和用戶的生產(chǎn)過程和設(shè)備的特性等許多因素有關(guān)。5、頻率的整個(gè)動(dòng)態(tài)過程時(shí)間跨度很長(zhǎng)，可能達(dá)若干分鐘，緊急狀態(tài)的頻率控制時(shí)間跨度若干秒。6、最常見的頻率異常是頻率下降，電力系統(tǒng)中曾發(fā)生過很多由于頻率異常下降而擴(kuò)大事故甚至全系統(tǒng)崩潰的事故。7、我國(guó)明確規(guī)定按頻率降低自動(dòng)減負(fù)荷是防止系統(tǒng)崩潰的最后一道防線。8、電力系統(tǒng)頻率嚴(yán)格按額定值運(yùn)行，正常一般0.1~0.2HZ，在緊急狀態(tài)下，也要求盡快恢復(fù)到49.5HZ（對(duì)中國(guó)50HZ而言）2021/5/92§2.2頻率控制的必要性和方法一、頻率控制的必要性保證電能質(zhì)量是電力系統(tǒng)運(yùn)行與控制的主要目標(biāo)之一，也是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的重要內(nèi)容。頻率是電能質(zhì)量最重要的指標(biāo)，電力系統(tǒng)頻率變化對(duì)用戶、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)本身都會(huì)產(chǎn)生不利影響。1、對(duì)用戶的影響用戶使用的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與頻率有關(guān)，頻率的變化將引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。如紡織業(yè)、造紙業(yè)因頻率變化而出現(xiàn)殘次品。（±0.5HZ）近代工業(yè)，國(guó)防廣泛使用的電子設(shè)備，如雷達(dá)、電子計(jì)算機(jī)會(huì)因頻率過低而無法運(yùn)行。（±0.5~3.0HZ）同步驅(qū)動(dòng)電唱機(jī)。（±0.1HZ）2021/5/932、發(fā)電廠和系統(tǒng)本身火力發(fā)電廠：廠用機(jī)械—泵和風(fēng)機(jī)。頻率下降，風(fēng)量和水量將迅速減少，影響鍋爐的正常運(yùn)行。汽輪機(jī)葉片—頻率下降某些值時(shí)，葉片發(fā)生機(jī)械諧振，諧振應(yīng)力比正常運(yùn)行時(shí)大很多倍，產(chǎn)生疲勞積累，可使葉片產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重時(shí)可能發(fā)生斷裂。發(fā)電機(jī)—頻率下降，發(fā)電機(jī)的通風(fēng)量將減少，而為了維持正常電壓，又要求增加勵(lì)磁電流，使定、轉(zhuǎn)子溫度升高，停運(yùn)。

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系統(tǒng)本身：變壓器—頻率下降，磁通密度增大，變壓器鐵芯損耗和勵(lì)磁電流將增大，為限制溫升，不得不降低變壓器的負(fù)荷。無功功率—頻率下降時(shí)，無功負(fù)荷將增大，從而使系統(tǒng)電壓水平下降。P/PNQ/QNf/fNPQ圖2.1負(fù)荷靜態(tài)頻率特性2021/5/95二、頻率控制的方法（手段：原動(dòng)機(jī)自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)：調(diào)速器、調(diào)頻器）

在穩(wěn)態(tài)情況下，電力系統(tǒng)的頻率是一個(gè)全系統(tǒng)一致的參數(shù)。對(duì)系統(tǒng)中每一臺(tái)發(fā)電機(jī)而言，其頻率與轉(zhuǎn)速有如下關(guān)系：其中P表示發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù)，n表示發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速度

要求系統(tǒng)頻率穩(wěn)定，就必須系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速保持穩(wěn)定，而發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與發(fā)電機(jī)輸出的電功率（分擔(dān)的電力負(fù)荷）和輸入的原動(dòng)機(jī)功率（汽輪機(jī)的進(jìn)汽量或水輪機(jī)的進(jìn)水量）有關(guān)。

其中，PT表示發(fā)電機(jī)輸入功率或原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率；PE發(fā)電機(jī)的輸出功率（電磁功率）；TJ表示轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的時(shí)間常數(shù)；ｗ表示轉(zhuǎn)子的角速度。2021/5/96

要保持頻率穩(wěn)定，即要保持發(fā)電機(jī)的輸入功率和輸出功率平衡，由于電力系統(tǒng)負(fù)荷是時(shí)刻變化的，所以必須不斷調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸入功率（汽輪機(jī)的進(jìn)汽量—汽門開度或水輪機(jī)的進(jìn)水量—導(dǎo)水葉開度），使發(fā)電機(jī)的原動(dòng)力隨負(fù)荷不斷變化。這是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程。所以頻率控制問題實(shí)際上是一個(gè)系統(tǒng)中所有發(fā)電廠有功出力控制和調(diào)節(jié)的問題。頻率控制可采用以下兩種措施：

1、正常運(yùn)行時(shí)，采用自動(dòng)頻率控制（AFC）或自動(dòng)發(fā)電控制AGC），其主要是在負(fù)荷緩慢變化時(shí)，調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸出功率，以保持頻率恒定，保持系統(tǒng)中聯(lián)絡(luò)線上的功率小于規(guī)定值，同時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)功率時(shí)，還要考慮按最優(yōu)經(jīng)濟(jì)原則分配機(jī)組出力。

2、緊急狀態(tài)下頻率控制，在系統(tǒng)中有功功率出現(xiàn)大擾動(dòng)，頻率出現(xiàn)大偏差時(shí)，盡快恢復(fù)頻率至正常值，以保證電力系統(tǒng)的安全。2021/5/97§2.3電力系統(tǒng)頻率特性一、電力負(fù)荷的頻率特性（靜態(tài)）1、電力系統(tǒng)的負(fù)荷根據(jù)電力系統(tǒng)有功功率與頻率的關(guān)系可以分為：一類：照明、電弧爐、整流器負(fù)荷等，吸收的有功功率不受頻率變化的影響。二類：球蘑機(jī)、壓縮機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)、往復(fù)式水泵、機(jī)床等，吸收有功功率近似與頻率成正比。三類：變壓器（渦流損耗），吸收有功功率與頻率的二次方成正比。四類：各種風(fēng)機(jī)（三次方）、高壓水泵（三次方、高次方）等，吸收有功功率與頻率高次方成比例。系統(tǒng)中實(shí)際的負(fù)荷是上述各類負(fù)荷的組合，即綜合負(fù)荷。

2021/5/982、電力負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)

綜合負(fù)荷吸收的有功功率與頻率的關(guān)系是一條非線性曲線如圖2.1所示

1）在額定頻率時(shí)fN，系統(tǒng)負(fù)荷吸收的有功功率為PN。

2）當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷突然增加時(shí)，發(fā)電機(jī)組的出力調(diào)節(jié)由于機(jī)械慣性的影響不能及時(shí)跟上，頻率便會(huì)有所下降，這時(shí)負(fù)荷吸收的有功功率自動(dòng)減少。這有利于系統(tǒng)的頻率的自動(dòng)恢復(fù)。（負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)的概念）PfP圖2.2綜合負(fù)荷靜態(tài)頻率特性P1P2f1f212△P△ffNPN2021/5/993）當(dāng)頻率有微小的變化，綜合負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性接近于直線。該直線的斜率：（即負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率，表示綜合負(fù)荷所吸收的有功功率隨頻率下降而減少的數(shù)值。）

可以采用標(biāo)幺制：

KL*在數(shù)值上等于額定條件下負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，一般在1~3之間，此值由實(shí)際測(cè)量得到，取決于系統(tǒng)的負(fù)荷組成，是不能整定的。2021/5/9103、應(yīng)用調(diào)度部門掌握此數(shù)據(jù)是作為考慮系統(tǒng)頻率降低而需要減少的負(fù)荷，周圍發(fā)生低頻事故時(shí)切除負(fù)荷的依據(jù)。例：某電力系統(tǒng)總負(fù)荷為4000MW，KL*=1.7，正常運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)的頻率為50Hz，所有發(fā)電機(jī)均滿載運(yùn)行，如果電力系統(tǒng)在發(fā)生事故后失去350MW的電源功率，求電力系統(tǒng)頻率將下降多少？2021/5/911解：所以系統(tǒng)的頻率下降為2021/5/912二、發(fā)電機(jī)組的頻率特性（靜態(tài)）1、發(fā)電機(jī)組的頻率特性系統(tǒng)的頻率變化時(shí)，發(fā)電機(jī)組的出力將做相應(yīng)的調(diào)整和改變，稱為發(fā)電機(jī)組的頻率特性或發(fā)電機(jī)組的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)。首先，原動(dòng)機(jī)未配置自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，其機(jī)械功率與頻率的關(guān)系為：

2021/5/913當(dāng)原動(dòng)機(jī)配置自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，如下圖2.3所示，它的調(diào)速器隨機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化不斷改變進(jìn)汽量或進(jìn)水量，使原動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)不斷從一根頻率特性曲線向另一根頻率特性曲線過渡a-b-c…..，實(shí)線1-2-3是有調(diào)速器調(diào)節(jié)。PGabc1234圖2.3原動(dòng)機(jī)的靜態(tài)頻率特性f2021/5/914PGfPGNfN圖2.4原動(dòng)機(jī)的靜態(tài)頻率特性發(fā)電機(jī)有功頻率特性曲線如下圖2.4所示。1）發(fā)電機(jī)的靜態(tài)頻率特性曲線是有差調(diào)節(jié)。2）發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率：

也是發(fā)電機(jī)的特性曲線的斜率，負(fù)號(hào)表示發(fā)電機(jī)輸出功率的變化與頻率變化相反。表示系統(tǒng)頻率下降時(shí)，在調(diào)速器的自動(dòng)調(diào)節(jié)下發(fā)電機(jī)增發(fā)或減少多少有功功率。3）發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率通常用調(diào)差系數(shù)表示2021/5/915若用標(biāo)么值表示：

此方程為發(fā)電機(jī)的靜態(tài)調(diào)節(jié)方程。4）發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率或調(diào)差系數(shù)可以人為整定。

汽輪機(jī)：水輪機(jī):

注：發(fā)電機(jī)的頻率特性與系統(tǒng)的備用容量的數(shù)量及投入時(shí)間有關(guān)。當(dāng)頻率降低時(shí)，首先是汽輪機(jī)的調(diào)速器投入瞬時(shí)備用容量，當(dāng)系統(tǒng)低頻時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)（10S左右），則系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻裝置AFC將開始作用，投入運(yùn)行備用容量。2021/5/916三、電力系統(tǒng)的頻率特性（靜態(tài)）

電力系統(tǒng)包括許多發(fā)電機(jī)組和不同負(fù)荷，電力系統(tǒng)的頻率特性由發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的頻率特性組合而成。若用表示全系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，則有：也可以應(yīng)用標(biāo)么值表示：

2021/5/917注：電力系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率表示當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加（減少）時(shí)，在各機(jī)組調(diào)速器和負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)的共同作用下，系統(tǒng)頻率最終下降（增加）的程度。如果某臺(tái)發(fā)電機(jī)組已經(jīng)滿載，它的調(diào)速器將受到限制，不能參加增出力的調(diào)節(jié)，這時(shí)有：2021/5/918§2.4電力系統(tǒng)頻率調(diào)整在電力系統(tǒng)中，有功功率的平衡是一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程。

表示系統(tǒng)電源發(fā)出的有功功率，表示系統(tǒng)負(fù)載所需要的有功功率，表示系統(tǒng)元件所引起的有功損耗。當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，電力系統(tǒng)的頻率會(huì)發(fā)生變化，同步電機(jī)的調(diào)速器會(huì)自動(dòng)控制和調(diào)整汽輪機(jī)的進(jìn)汽量或水輪機(jī)的進(jìn)水量，從而控制和調(diào)整發(fā)電機(jī)的輸出功率，使頻率趨于穩(wěn)定，根據(jù)電力系統(tǒng)負(fù)荷頻率特性的特點(diǎn)，負(fù)荷本身在頻率變化情況下，也會(huì)相應(yīng)改變負(fù)荷吸收的功率。2021/5/919一、電力系統(tǒng)負(fù)荷

系統(tǒng)的負(fù)荷是隨機(jī)的、不可控的，按其變化的幅度和周期特點(diǎn)分：第一類負(fù)荷P1：變化周期短、幅度很小、頻率高的隨機(jī)負(fù)荷（負(fù)荷的變化周期在10S內(nèi)）。第二類負(fù)荷P2：變化周期長(zhǎng)、變化幅度較大、頻率較低的脈沖負(fù)荷。（沖擊性、間隙性負(fù)荷）（變化周期10S~3分鐘）（電爐、電力機(jī)車等沖擊負(fù)荷）第三類負(fù)荷P3：變化率緩慢，變化幅度大，周期最長(zhǎng)的負(fù)荷。（由氣候、作息時(shí)間生活規(guī)律等引起）這類負(fù)荷可以預(yù)測(cè)。2021/5/920二、電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整1、一次調(diào)整的概念系統(tǒng)中所有的發(fā)電機(jī)都裝有調(diào)速器，當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)導(dǎo)致頻率變化時(shí)，調(diào)速器能感知發(fā)電機(jī)頻率的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)汽閥開度或?qū)~的開度，改變發(fā)電機(jī)的有功出力，力求系統(tǒng)功率平衡。2、一次調(diào)頻中原動(dòng)機(jī)的作用當(dāng)原動(dòng)機(jī)配置自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，它的調(diào)速器隨機(jī)組轉(zhuǎn)速的變化不斷改變進(jìn)汽量或進(jìn)水量，使原動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)不斷從一根頻率特性曲線向另一根頻率特性曲線過渡。2021/5/9213、頻率一次調(diào)整的原理圖2.5頻率一次調(diào)整oO’PGPLPL’AA’BB’f0f0’△PL0fP2021/5/922(1)原始運(yùn)行點(diǎn)在O點(diǎn)(2)在負(fù)荷突然增加,發(fā)電機(jī)組的出力不能及時(shí)跟上機(jī)組將減速,系統(tǒng)的頻率將下降。(3)在系統(tǒng)頻率下降的同時(shí)，發(fā)電機(jī)組的功率將調(diào)速器的一次調(diào)整作用而增大（OB’），負(fù)荷功率也因本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少（B’A’），經(jīng)過衰減振蕩過程，達(dá)到新的平衡點(diǎn)O’。(4)實(shí)現(xiàn)有差調(diào)節(jié)。2021/5/923

是系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，標(biāo)志了系統(tǒng)的負(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)的頻率下降或上升多少。原理分析：2021/5/924注：（1）頻率的一次調(diào)整是有限的，其只限于周期短、幅度小、頻率高的隨機(jī)負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移（負(fù)荷的變化周期在10S內(nèi)）。（2）頻率的一次調(diào)整是所有發(fā)電機(jī)組都可以參加的調(diào)頻任務(wù)。2021/5/9254、應(yīng)用例題1：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的5臺(tái)，單位調(diào)節(jié)功率400MW/Hz；75MW的5臺(tái)單位調(diào)節(jié)功率273MW/Hz。汽輪機(jī)組：100MW的6臺(tái)，單位調(diào)節(jié)功率343MW/Hz；50MW的20臺(tái)，單位調(diào)節(jié)功率500MW/Hz。較小的汽輪機(jī)組合計(jì)1000MW，單位調(diào)節(jié)功率500MW/Hz；系統(tǒng)的總負(fù)荷為3300MW，負(fù)荷單位調(diào)節(jié)功率KL*=1.5，試計(jì)算：1）全部機(jī)組參加調(diào)頻。

2）全部機(jī)組不參加調(diào)頻。

3）僅水輪機(jī)組參加調(diào)頻。

4）僅20臺(tái)50MW汽輪機(jī)組參加調(diào)頻等四種情況下系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率。2021/5/926例題2：某電力系統(tǒng)中，已知占總?cè)萘?/2的核電機(jī)組已滿負(fù)荷，占30%的火電廠有10%的備用容量，其單位調(diào)節(jié)功率為16.6，占總?cè)萘?0%的水電廠有25%的備用容量，其單位調(diào)節(jié)功率位5，系統(tǒng)負(fù)荷單位調(diào)節(jié)功率為1.5(標(biāo)幺值，以系統(tǒng)總負(fù)荷為基準(zhǔn)）。試求：（1）系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率為KS。（2）負(fù)荷的功率增加5%時(shí)的穩(wěn)態(tài)頻率。（3）若頻率容許降低0.2Hz，系統(tǒng)能承擔(dān)的負(fù)荷增量。2021/5/927二、電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整1、二次調(diào)頻的概念自動(dòng)或手動(dòng)操作調(diào)頻器，當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)導(dǎo)致頻率變化時(shí)，使發(fā)電機(jī)組的頻率特性平衡地移動(dòng)，從而使負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移縮小在允許的波動(dòng)范圍內(nèi)。2、二次調(diào)頻的原理圖2.6頻率二次調(diào)整△PL0△PG0f2021/5/928△PL0△PG0圖2.6

頻率二次調(diào)整2021/5/929（1）運(yùn)行點(diǎn)（2）二次調(diào)頻分為三部分：

1）由于調(diào)速器的作用而增大發(fā)電機(jī)組的功率。（，）

2）因負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少的功率。（）

3）由于二次調(diào)整發(fā)電機(jī)增發(fā)的功率。（）（3）可以實(shí)現(xiàn)是無差調(diào)節(jié)。原理分析：2021/5/930注：（1）二次調(diào)頻適用于調(diào)整負(fù)荷變化周期長(zhǎng)、變化幅度大、頻率較低的脈沖負(fù)荷。（沖擊性、間隙性負(fù)荷）（變化周期10S~3分鐘）（2）二次調(diào)頻的作用較一次調(diào)頻作用大，提高了發(fā)電機(jī)的發(fā)電功率，縮小頻率偏差。二次調(diào)頻是調(diào)頻的重要手段。（3）二次調(diào)整不是系統(tǒng)中所有的發(fā)電機(jī)組都參加，一般由系統(tǒng)中較少的電廠承擔(dān)，承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)的電廠稱為調(diào)頻廠，調(diào)頻廠可以分為主調(diào)頻廠和輔助調(diào)頻廠。主調(diào)頻廠調(diào)節(jié)后，若頻率還不能恢復(fù)正常時(shí)，啟用輔助調(diào)頻廠，而非調(diào)頻廠只能按分配的負(fù)荷發(fā)電。（4）當(dāng)調(diào)頻廠不位于負(fù)荷中心時(shí)，在調(diào)頻同時(shí)，還應(yīng)考慮控制調(diào)頻廠與系統(tǒng)其他部分聯(lián)系的聯(lián)絡(luò)線上流通的功率不要超過允許值。2021/5/931三、聯(lián)合電力系統(tǒng)頻率調(diào)整

對(duì)于聯(lián)合系統(tǒng)，將一個(gè)系統(tǒng)分為兩部分看待，、分別為聯(lián)合前的A、B兩部分電力系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，兩部分系統(tǒng)均設(shè)有二次調(diào)頻的電廠，它們的功率變量分別為、，A、B兩系統(tǒng)的負(fù)荷變量分別、，設(shè)聯(lián)絡(luò)線上的交換功率為，由A向B流動(dòng)為正。A系統(tǒng)B系統(tǒng)△Pab圖2.7聯(lián)合電力系統(tǒng)聯(lián)合前，對(duì)A部分系統(tǒng)：2021/5/932對(duì)B部分系統(tǒng)：聯(lián)合后：通過聯(lián)絡(luò)線由A向B輸送的交換功率，對(duì)于A系統(tǒng)，可看作為負(fù)荷，從而對(duì)于B系統(tǒng)，可看作為一個(gè)電源，從而聯(lián)合后，兩個(gè)系統(tǒng)的頻率應(yīng)該相等令,

,、分別為A、B兩系統(tǒng)的功率缺額。2021/5/933

若系統(tǒng)的頻率保持不變，則，B系統(tǒng)的功率缺額或A系統(tǒng)增發(fā)的功率，卻要加在聯(lián)絡(luò)線由A向B傳輸，這就是調(diào)頻廠設(shè)在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心而且實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)的情況。2021/5/9343、應(yīng)用例、兩系統(tǒng)通過聯(lián)絡(luò)線聯(lián)合，正常運(yùn)行時(shí)，聯(lián)絡(luò)線上沒有交換功率，兩系統(tǒng)的容量分別為1500MW和1000MW，各自的單位調(diào)節(jié)功率為，；，設(shè)A系統(tǒng)負(fù)荷增加100MW，試計(jì)算下列情況下系統(tǒng)的頻率變量和聯(lián)絡(luò)線上的功率。（1）A、B兩系統(tǒng)都參加一、二次調(diào)頻，A、B兩系統(tǒng)都增發(fā)50MW。（2）A系統(tǒng)的所有機(jī)組都參加一次調(diào)頻，并有部分機(jī)組參加二次調(diào)頻，增發(fā)60MW，B系統(tǒng)有一半機(jī)組參加一次調(diào)頻，另一半機(jī)組由負(fù)荷限制器所限制，不能參加調(diào)頻。2021/5/935四、電力系統(tǒng)頻率的三次調(diào)整1、概念頻率的三次調(diào)整指各發(fā)電廠執(zhí)行系統(tǒng)調(diào)度預(yù)先下達(dá)的發(fā)電計(jì)劃，定時(shí)調(diào)控發(fā)電機(jī)的有功出力，和在非預(yù)計(jì)的負(fù)荷變化經(jīng)一次調(diào)整和二次調(diào)整積累到一定程度時(shí)，重新按經(jīng)濟(jì)調(diào)度原則分配各發(fā)電廠的有功出力。2、原理各發(fā)電廠按預(yù)先給定的負(fù)荷發(fā)電，這種給定的負(fù)荷是按經(jīng)濟(jì)調(diào)度最優(yōu)化的原則獲得的。這里只講電力系統(tǒng)有功功率的經(jīng)濟(jì)分配。電力系統(tǒng)中有功負(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。2021/5/936（1）耗量特性PGF，Wm△F△P圖2.8耗量特性曲線F---單位時(shí)間內(nèi)消耗的燃料.W---單位時(shí)間內(nèi)消耗的水量.PG---電功率.兩個(gè)概念：1）比耗量表示單位時(shí)間內(nèi)輸入能量與輸出功率之比。2）耗量微增率（耗量特性曲線上某一點(diǎn)切線的斜率）表示單位時(shí)間內(nèi)輸入能量微增率與輸出能量微增率之比。2021/5/937（2）火電廠內(nèi)各機(jī)組經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配（不計(jì)網(wǎng)損）

目標(biāo)函數(shù)（總?cè)剂虾牧浚杭s束條件（有功負(fù)荷平衡）：

在滿足約束條件下，求總?cè)剂虾牧孔钚?，利用拉格朗日函?shù)：2021/5/938—等耗量微增率準(zhǔn)則利用拉格朗日函數(shù)求偏導(dǎo)數(shù)2021/5/939應(yīng)用：例：已知兩臺(tái)機(jī)組的耗量特性表達(dá)為：，

,每臺(tái)機(jī)組的最大出力為125MW，最小出力位20MW，求兩臺(tái)機(jī)組總出力為200MW時(shí)的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配。2021/5/940（3）系統(tǒng)中各火電廠之間的有功負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配針對(duì)不同地理分布的火電廠，由于存在網(wǎng)損，它們的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配必須計(jì)及網(wǎng)損修正才符合實(shí)際。

目標(biāo)函數(shù)（總?cè)剂虾牧浚?/p>

約束條件（有功負(fù)荷平衡）：在滿足約束條件下，求總?cè)剂虾牧孔钚。美窭嗜蘸瘮?shù)：2021/5/941利用拉格朗日函數(shù)求偏導(dǎo)數(shù)：即

—等耗量微增率準(zhǔn)則

網(wǎng)損與網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)參數(shù)及網(wǎng)絡(luò)的潮流分布有關(guān)，是一個(gè)變化的量。在要計(jì)及網(wǎng)損的有功負(fù)荷的最優(yōu)分配的情況下，必須先計(jì)算潮流，然后計(jì)算網(wǎng)損。2021/5/942（4）系統(tǒng)中各水、火電廠之間的有功負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配針對(duì)水、火電廠的聯(lián)合調(diào)度，水電廠在運(yùn)行中，一方面要承擔(dān)調(diào)頻調(diào)峰任務(wù)，使火電廠運(yùn)行平穩(wěn)，從而降低耗煤量，另一方面要保持高水頭發(fā)更多的電。根據(jù)等耗量微增率準(zhǔn)則，得到水、火電廠聯(lián)合調(diào)度的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配數(shù)學(xué)模型。2021/5/9431）不計(jì)網(wǎng)損目標(biāo)函數(shù)（總?cè)剂虾牧浚杭s束條件：2021/5/944在滿足約束條件下，求總?cè)剂虾牧孔钚。美窭嗜蘸瘮?shù)：利用拉格朗日函數(shù)求偏導(dǎo)數(shù)即—等耗量微增率準(zhǔn)則2021/5/9452）計(jì)及網(wǎng)損—等耗量微增率準(zhǔn)則同樣，在水火電廠聯(lián)合調(diào)度時(shí)，在計(jì)及網(wǎng)損的情況下，網(wǎng)損與電網(wǎng)潮流有關(guān)，相對(duì)而言比較復(fù)雜。2021/5/9463）應(yīng)用

例：在一個(gè)水火電廠聯(lián)合發(fā)電的系統(tǒng)里，它們的耗煤量特性和耗水量特性分別為：其中，、分別為水火電廠輸出的有功功率，在當(dāng)前季節(jié)和庫(kù)容情況下，由水庫(kù)調(diào)節(jié)下達(dá)指令為：水電廠每天耗水量必須為1.5×107m3，系統(tǒng)的負(fù)荷曲線為0~8時(shí)，；8~18時(shí)，；18~24時(shí)，；火電廠容量為600MW，水電廠容量為450MW，試確定水火電廠間的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配。2021/5/947五、主調(diào)頻廠和基荷廠在頻率調(diào)整中的作用

系統(tǒng)中的發(fā)電廠從調(diào)頻的角度分可分為：主調(diào)頻廠、輔助調(diào)頻廠、基荷廠（非調(diào)頻廠）1、主調(diào)頻廠：負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的頻率調(diào)整。這種調(diào)頻廠應(yīng)具備的條件：1）足夠大的調(diào)整容量（具有足夠的調(diào)頻容量和調(diào)整范圍）。2）速度快（能比較迅速地調(diào)整出力）。3）經(jīng)濟(jì)性好（調(diào)整出力時(shí)符合安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的原則）。4）穩(wěn)定性好（出力大幅度變化時(shí)，與系統(tǒng)的聯(lián)絡(luò)線不會(huì)過載失去穩(wěn)定）。

在水火聯(lián)合的電力系統(tǒng)中，一般選擇一個(gè)大容量的水電廠擔(dān)任主調(diào)頻廠，水電廠不僅調(diào)頻速度快、操作簡(jiǎn)便，而且可調(diào)范圍大，不影響水電廠上午安全運(yùn)行。2、輔助調(diào)頻廠：當(dāng)系統(tǒng)的頻率超過某一個(gè)規(guī)定的偏移范圍后，協(xié)助主調(diào)頻廠參加調(diào)頻工作，通常由少數(shù)幾個(gè)發(fā)電廠擔(dān)任。2021/5/9483、基荷廠（非調(diào)頻廠）：按調(diào)度預(yù)先下達(dá)的負(fù)荷曲線運(yùn)行，不主動(dòng)參加調(diào)頻。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷突然增加時(shí)，系統(tǒng)的頻率下降，基荷廠也由于調(diào)速器的調(diào)節(jié)增加出力，自動(dòng)參加一次調(diào)頻。一般原子能電廠、大型煤礦坑口火電廠等作為基荷廠，不參加調(diào)頻，因?yàn)檫@些發(fā)電機(jī)組大，效率高，運(yùn)行費(fèi)用低，經(jīng)濟(jì)性好，長(zhǎng)期帶基本負(fù)荷平穩(wěn)運(yùn)行，會(huì)使電力系統(tǒng)得到良好的經(jīng)濟(jì)效益。4、如何實(shí)現(xiàn)基荷廠的負(fù)荷向主調(diào)頻廠的轉(zhuǎn)移？由于一次調(diào)整改變了基荷廠原來的運(yùn)行方式，系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性必然下降，故需將基荷廠增加的負(fù)荷平穩(wěn)地轉(zhuǎn)移給調(diào)頻廠，于是系統(tǒng)的調(diào)度員命令主調(diào)頻廠調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻器，再開大調(diào)頻機(jī)組的閥門（汽閥或水閥），再增加其出力，系統(tǒng)的頻率將抬高一點(diǎn)。而基荷廠的出力會(huì)因頻率的提高自動(dòng)減少一些，若系統(tǒng)主調(diào)頻廠繼續(xù)增加出力，系統(tǒng)的頻率繼續(xù)提高，基荷廠的出力就繼續(xù)減少，直到系統(tǒng)頻率恢復(fù)到額定值，基荷廠的出力又減少到原來的“經(jīng)濟(jì)基點(diǎn)”。2021/5/949§2.4頻率異?？刂埔弧㈩l率異常的概念電力系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)，由于突然有功功率嚴(yán)重不平衡而引起的頻率大幅度劇烈變化，稱為頻率異常。頻率異常不同于頻率正常時(shí)的頻率波動(dòng)。二、有功功率平衡關(guān)系突變的直接原因1、兩系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)線因故障跳開，使兩側(cè)有功功率有盈有虧，失去平衡。2、系統(tǒng)內(nèi)有大負(fù)荷突然投入，使系統(tǒng)有功嚴(yán)重不足。3、系統(tǒng)內(nèi)有大機(jī)組突然退出運(yùn)行，而備用調(diào)頻容量不足。4、系統(tǒng)內(nèi)有大機(jī)組突然投入。（一般不會(huì)發(fā)生）2021/5/950三、頻率異?？刂蒲b置

目前，頻率異?？刂蒲b置分為兩類：常規(guī)型和計(jì)算機(jī)控制類。常規(guī)型頻率異?？刂蒲b置分別裝在各發(fā)電廠或變電所中。計(jì)算機(jī)控制類的頻率異常裝置是電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化的組成部分，是一種具有一定自適應(yīng)識(shí)別事故能力，能夠根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)工況快速啟動(dòng)頻率控制自動(dòng)化系統(tǒng)。2021/5/951表2.1常規(guī)型控制方式控制裝置適用場(chǎng)合控制負(fù)荷低頻減負(fù)荷裝置

頻率下降系統(tǒng)有功缺乏的一側(cè)低頻降低電壓裝置控制電源低頻自啟動(dòng)發(fā)電機(jī)裝置低頻抽水改發(fā)電裝置低頻調(diào)相改發(fā)電裝置低頻發(fā)電機(jī)解列裝置高頻切發(fā)電機(jī)裝置頻率上升，系統(tǒng)有功的過剩一側(cè)高頻減出力裝置2021/5/952注：1）低頻減載：正常運(yùn)行時(shí)，如系統(tǒng)產(chǎn)生正常的有功缺額，可以通過對(duì)有功功率的調(diào)節(jié)來保持系統(tǒng)的頻率在額定值附近。但在事故情況下，系統(tǒng)可能產(chǎn)生嚴(yán)重的有功缺額，因而導(dǎo)致系統(tǒng)頻率大幅度下降，這是因?yàn)橄到y(tǒng)所缺功率大大超過系統(tǒng)熱備用容量，系統(tǒng)已無可調(diào)出力以資利用，一般，只能在系統(tǒng)頻率降到某值以下時(shí)，采用切除相應(yīng)用戶的辦法來減少系統(tǒng)的有功缺額，使系統(tǒng)的頻率保持在系事故允許的限額之內(nèi)。低頻減載是電力系統(tǒng)是電力系統(tǒng)的一種有力的反事故措施。2021/5/9532）系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性電力系統(tǒng)出現(xiàn)有功功率缺額時(shí)，系統(tǒng)的穩(wěn)定頻率必然低于額定頻率，系統(tǒng)頻率從額定頻率變化到穩(wěn)定頻率的過程就反映系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頻率特性。電力系統(tǒng)由于有功功率平衡遭到破壞而引起系統(tǒng)頻率發(fā)生變化，頻率從正常狀態(tài)過渡到另一個(gè)穩(wěn)定值所經(jīng)歷的時(shí)間過程，稱為電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頻率特性。2021/5/954tffNf∞

圖2.9電力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)頻率特性2021/5/955系統(tǒng)頻率的變化不是瞬間完成的，而是按指數(shù)規(guī)律變化的。表達(dá)式為：表示由于功率缺額引起的另一個(gè)穩(wěn)定運(yùn)行頻率；

表示系統(tǒng)頻率變化的時(shí)間常數(shù)