第05章 電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調整

第五章

電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調整1第五章電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調整電力系統(tǒng)的調頻問題實質上是正常運行時有功功率的平衡問題。

發(fā)電機的輸入功率、輸出功率和系統(tǒng)的總負荷相等，發(fā)電機勻速運

轉。

當系統(tǒng)中發(fā)出的有功功率與負荷消耗的有功功率不平衡時，就會反映

為頻率的變化。當電力系統(tǒng)發(fā)生某種擾動（負荷減?。l(fā)電機輸出的功率瞬間

減小。但發(fā)電機的輸入功率是機械功率，不能瞬間變化。擾動后瞬間

發(fā)電機的輸入功率大于輸出功率，發(fā)電機轉子將加速，電力系統(tǒng)的頻率上升。當發(fā)電機輸入功率小于負荷需求的輸出功率，發(fā)電機轉子減速，

頻率下降。即電力系統(tǒng)有功不足時，頻率將下降。

由于電力系統(tǒng)負荷的有功功率分量是經(jīng)常變化的，要保持系統(tǒng)的頻率

為額定值，就必須使發(fā)送的功率不斷地追蹤著負荷的變動，時刻保持

著整個系統(tǒng)有功功率的平衡。

這一章講電力系統(tǒng)有功功率平衡，有功功率的最優(yōu)分配以及有功功率

的調整問題。

2一、有功功率負荷有功功率負荷的變動電力系統(tǒng)的負荷變化有3類（1）負荷變動幅度小周期短，這種負

荷有很大的偶然性（2）負荷變動幅度較大，周期也較

長，如大電機、電爐、延壓機械、電

氣機車等用戶的開停，它們具有一定

的沖擊性（3）負荷變動幅值最大，周期也最長

且變化比較緩慢，主要是人們生產(chǎn)，生活以及氣象條件變化引起的，這種

負荷變化可以預測5-1

電力系統(tǒng)中有功功率的平衡3電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整大體上也可分為：1.一次調頻：針對第一種負荷變動引起的頻率變化進

行調整，由發(fā)電機調速器進行；2.二次調頻：針對第二種負荷變動引起的頻率偏移進

行調整，由發(fā)電機調頻器進行；3.三次調頻：針對第三種負荷變動引起的頻率偏移進

行調整，即由調度部門根據(jù)負荷曲線進行最優(yōu)分配，通常是通過負荷預報得到負荷曲線，按最優(yōu)化準則分配負荷，在各發(fā)電廠或發(fā)電機組間實現(xiàn)有功

負荷的經(jīng)濟分配。4二、有功功率電源和備用容量電力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運行情況下，有功功率的平衡是指電

源發(fā)出的有功功率應滿足負荷消耗的有功功率和傳輸電功率時在網(wǎng)絡中的損耗的有功功率之和，n節(jié)點系統(tǒng)中有功

功率平衡可用下式表示：電力系統(tǒng)的電源所發(fā)出的有功功率，應能隨負荷的增

減、網(wǎng)絡損耗的增減而相應調節(jié)變化，才可保證整個系統(tǒng)

有功功率的平衡。系統(tǒng)中可投入發(fā)電設備的總容量稱為系統(tǒng)的有供電源

能量，它小于系統(tǒng)裝機容量（所有發(fā)電機的額定容量之

和）

全網(wǎng)絡中有

功損耗之和負荷消耗的

有功之和電源發(fā)出的

有功之和5熱備用冷備用系統(tǒng)的電源容量應不小于系統(tǒng)總的用電負荷。為保證

供電可靠性和電能質量、以及有功功率的經(jīng)濟分配，發(fā)電

廠必須有足夠的備用容量（1）熱備用，指運行中發(fā)電設備可能發(fā)出的

最大功率

與系統(tǒng)發(fā)電負荷的差，又稱其為旋轉備用或運轉備用（2）冷備用，指未運轉的發(fā)電設備可能發(fā)出的最大功率，檢修中發(fā)電設備不屬于冷備用，因它不能隨時聽命于調度動用。冷備用可作為檢修備用、國民經(jīng)濟備用以及部

分事故備用負荷備用2~5%事故備用3~5%檢修備用4~5%國民經(jīng)濟備用

3~5%熱備用冷備用6備用容量的用途可分為

負荷備用：滿足負荷波動、計劃外的負荷增量，一般

為最大負荷的2%~5%

事故備用：發(fā)電設備發(fā)生偶然事故時不影響用戶供電所需要的備用，不小于系統(tǒng)中最大機組的單機容量5%~10%

檢修備用：發(fā)電機計劃

檢修，4%~5%

國民經(jīng)濟備用：滿足工

農(nóng)業(yè)超計劃增長3%~5%一般總備用為最大負荷的15%~20%備用容量發(fā)電負荷

新增容量

安排檢修78760

t(h)P(MW)5-2

電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配有功功率的最優(yōu)分配，包括有功功率電源的

最優(yōu)組合和有功功率負荷的最優(yōu)分配。它要求在

保證系統(tǒng)安全的條件下，在所研究的周期內，以

小時為單位合理選擇電力系統(tǒng)中哪些機組應該運

行及運行時各機組的發(fā)電功率，其目標是在滿足

系統(tǒng)負載及其它物理和運行約束的前提下使周期

內系統(tǒng)消耗的燃料總量或總費用值為最少。8一、各類發(fā)電廠的特點和合理組合（一）各類發(fā)電廠的特點

火電廠

火電廠在運行中需要支付燃料費用，但它的運行不受自然條件的影響

火力發(fā)電設備的效率同蒸汽參數(shù)有關，高溫高壓設備的效率也高，中

溫中壓設備效率較低，低溫低壓設備的效率更低。

受鍋爐和汽輪機的最小技術負荷的限制?；痣姀S有功出力的調整范圍

比較小，其中高溫高壓設備可以靈活調節(jié)的范圍最窄，中溫中壓設備

的略寬。鍋爐的技術最小負荷為額定負荷的25%（中溫中壓）

~70%（高溫高壓）,取決于鍋爐燃燒的穩(wěn)定性，汽輪機的最小技術負荷為為

10~15%.負荷的增減速度也慢。機組的投入和退出運行費時長，消耗能量多，且易損壞設備。

帶有熱負荷的火電廠稱為熱電廠，

它采用抽汽供熱，其總效率要高于

一般的火電廠。但是與熱負荷相適

應的那部分發(fā)電功率是不可調節(jié)的強迫功率。鍋爐汽輪機熱力網(wǎng)發(fā)電機9水電廠和核電廠的特點水電廠

不需要支付燃料費用，而且水能是可以再生的資源。但水電廠的運行

因水庫調節(jié)性能的不同在不同程度上受自然條件（水文條件)

的影響.

有調節(jié)水庫水電廠主要是按調度部門給定的耗水量安排出力。為保證

河流下游的灌溉，通航，釋放一定的水量，發(fā)出一部分強迫功率。無

調節(jié)水庫的徑流式水電廠只能按實際來水流量發(fā)電

水輪發(fā)電機的出力調整范圍較寬，水電廠啟?；ㄙM時間短，帶負荷增

長速度相當快，幾分鐘內可以從空載過渡到滿載狀態(tài)，機組的投入和

退出運行費時都很少，操作簡便安全，無需額外的耗費。適合于承擔

調節(jié)任務和承擔急劇變化的負荷

抽水蓄能發(fā)電廠有上下兩級水庫，在日負荷曲線的低谷期間，它作為

負荷向系統(tǒng)吸取有功功率，將下級水庫的水抽到上級水庫；在高峰負

荷期間，放水發(fā)電。抽水蓄能發(fā)電廠的主要作用是調節(jié)電力系統(tǒng)有功

負荷的峰谷差核能發(fā)電廠

一次性投資大,運行費用小，在運行中也不宜帶急劇變動的負荷。退出運行和再度投入都很費時，且要增加能量消耗10水電廠：(1)無需支付燃料費用(2)受水庫容量限制(3)可調范圍大。機組

投切增減負荷不增

加能耗，時間短(4)有強迫功率，視不

同水電廠而定調峰機組火電廠：(1)需支付燃料費用(2)最小技術出力(3)可調范圍小(4)熱電廠中，熱負

荷輸出功率是強

迫功率(5)運行效率與蒸汽

參數(shù)有關：高溫

高壓>

中溫中壓核電站：(1)一次投資大(2)運行費用小(3)承擔急劇負荷變

動、投切時，需

增加能耗，時間

長承擔基荷各類發(fā)電廠的運行特點11（二）各類發(fā)電廠的合理組合

原則（1）充分利用水源，避免棄水。（2）降低火電機組煤耗，發(fā)揮高效機組的作用。（3）盡量降低火力發(fā)電成本，執(zhí)行國家的燃料政

策，增加燃用劣質煤，當?shù)孛骸?213枯水期豐水期發(fā)電抽水二、有功功率負荷在發(fā)電機組或發(fā)電廠間的最優(yōu)分配（一）發(fā)電機組的耗量特性： 耗量特性：反映發(fā)電機組單位時間內能量輸入和輸出關系的曲線

比耗量

μ：耗量特性曲線上某點的縱坐標和橫坐標之比，輸入和輸出之比

（其倒數(shù)是效率

η)

μ

=F

/

P(t/MW)

耗量微增率：耗量特性曲線上某點切線的斜率，表示在該點的輸入增量與ηλ

μmF

,

WoΔFΔPm

Fλ=

dF

/

dPoGP

14輸出增量之比。η,

μ,

λPGP（二）最優(yōu)分配負荷時的目標函數(shù)和約束條件有功負荷最優(yōu)分配的目的：在保證系統(tǒng)安全運行和電能質量合格的

前提下，使發(fā)電設備在生產(chǎn)電能的過程中單位時間內所消耗的能源最少。目標函數(shù)：系統(tǒng)單位時間內消耗的燃料（火電機組）

該目標函數(shù)是各發(fā)電設備發(fā)出有功功率的函數(shù)，描述的是

單位時間內能源的消耗量。約束條件

Dj

+

Δ不等式約束

≤≤

axiQGi

mPGi

maxQGPGiinnQGPGi15（三）等耗量微增率準則1.準則的推導

以兩臺火電機組為例，忽略有功網(wǎng)損；假定各臺機組的燃料

消耗量和輸出功率不受限制，要求：確定負荷功率在兩臺機

組間的分配，使總的燃料消耗量最小。目標函數(shù)min

等式約束PG1

+

PG

2

=

PLD構造拉格朗日函數(shù)

對L求偏導等于016

即為兩臺機組有功功率最優(yōu)分配的條件，稱其為等耗量微增率準則。按耗量微增率相等的原則在各機組間分配負荷，可使能源消耗最小對L求偏導等于0

合并前兩式L

=

F1

(

增)?

G

?

PLD

)PG負λ率PG

2微172.等微增率準則的推廣上述分析過程可推廣到n臺機組或n個發(fā)電廠之間的

最優(yōu)負荷分配

目標函數(shù)

Σ

PGi

?

ΣPLi

=

0

等微增率準則的表達式

約束條件：18對于機組較少的情況，可以用解方程組的方法求解，機組較多，可以迭代求解1)設耗量微增率的初值

λ(0)

；2)求與λ(0)

對應的各發(fā)電設備應發(fā)功率PG(

)

；η,

μ,

λ3)校驗求得的

PG(

)是否滿足等式約束條件：Σ

PG(

)

?

ΣPLi

=

0

μi0i0i0o4)

如不能滿足，則如ΣPGi

>

ΣPLi

，取λ(1)

<

λ(0)

；如

ΣPGi

<

Σ

PLi

，取

λ(1)

>

λ(0)

，

自2）開始重新計算。5)

直到滿足條件。3.最優(yōu)分配方案的求解步驟PG19η例5-1同一發(fā)電廠內兩套發(fā)電設備共同供電，耗量特性分別為

它們可發(fā)有功功率上下限分別為PG1max

=100MW,PG1min

=20MW,PG2max

=100MW,

PG2min

=20MW,求承擔150MW負荷時的分配方案解：兩臺發(fā)電設備的耗量微增率分別為

16PG

1

=1350PG1

=84.375(MW),PG

2

=65.625(MW)

此方案滿足不等式條件20<84.375<100,20<65.625<100

,未超限，可作

為最優(yōu)方案

200.25

+0.0028PG

1

=0.25

+0.0036PG

2

PG

1

+

PG

2

=150(MW)7PG1

=9(150

?

PG1)

按等耗量徽增率準則分配負荷

等式約束條件（三）水、火電廠的功率最優(yōu)分配假設有一個火電廠和一個水電廠水電廠運行的主要特點是，在指定的較短運行周期內總發(fā)

電用水量W

Σ

為給定值。如何分配水、火電廠的負荷，使總燃

料耗量為最小？已知，約束條件1：

PH

(t

)

+

PT

(t

)

?

PLD

(t

)

=

0約束條件2：

dt

?W求解目標函數(shù)：min

∫

F

[PT

(t)]dt0τ表示火電廠的功率表示火電廠的損耗特性

表示水電廠的功率表示水電廠的損耗特性PT

:F

(PT

)

:PH

:

W

(PH

)

:其中：21把指定的運行周期τ

,劃分為s個更短的時段：在任一時段Δtk

內，假定負荷功率、水電廠

和火電廠的功率不變，并分別記為PLDk

,

PHk

,PTk。約束條件

PHk

+

PTk

?

PLDk

=

0，（k

=

1,…

,

s）

PH

(t

)

+

PT

(t

)

?

PLD

(t

)

=0目標函數(shù)為：

應用拉格朗日乘數(shù)法，為約束條件設置拉格

朗日乘子

λk

和

γ

總共有s＋1個等式約束條件?！?/p>

W

PH

(t

)

dt

?WΣ

=

00τ22建立拉格朗日函數(shù)推導等微增率

=

1

,

…

,

s

)上式表明，在水、火電廠間負荷的經(jīng)濟分配也符合等微增率準則

23并令別對共有量個

由前兩式可得

如

任何瞬間都滿足間段取得足夠短為時認果

Δ

tk

?

λk

Δ

tk

=

0

(

k

=

1

,

…

,

s

)(k

=

1,

…,

s)γ的含義：當火電廠增加功率ΔP

時，煤耗增量為:

當水電廠增加功率ΔP

時，耗水增量為:

兩式相除并計及

ΔF的單位是t/h,

ΔW的單位是m3/h,

γ

的單位是t/m3,上式表明，按發(fā)出相同數(shù)量的電功率進行比較，1立方

米的水相當于γ

噸煤。γ不是常量，隨用水量的多少而

變化，豐水期較小，枯水期較大ΔF

=

γΔW水煤換

算系數(shù)245-3

電力系統(tǒng)的頻率調整一.頻率調整的必要性電氣傳動的旋轉設備最高效率是在額定額率情況下，任何頻率偏移，都會造成效率的降低，頻率的過高或過低還會給電氣設備帶來各種不同的危害（一）頻率變化對用戶的影響（1）異步電機轉速：紡織工業(yè)、造紙工業(yè)出殘次品（2）異步電機功率下降（3）電子設備的準確度25（二）頻率變化對發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的影響

對廠用機械設備的影響：給水泵、循環(huán)水泵、風機等出力

下降，影響電廠正常運行

對汽輪機葉片的影響：頻率降低，葉片諧振，會導致葉片

出現(xiàn)裂紋甚至損壞，釀成事故停機的嚴重后果

對異步電機及變壓器勵磁的影響，增加無功消耗

互聯(lián)電力系統(tǒng)解列：

頻率下降時，為了保證正常運行，互

聯(lián)

的大電網(wǎng)有可能斷開系統(tǒng)之間的聯(lián)絡線

發(fā)電機解列：

頻率下降到一定程度時，為保讓發(fā)電廠設備

的

安全，發(fā)電廠有可能與系統(tǒng)解列26調速器的工作原理P

?

→

ω、f

→

B點↓（B′）?

→

O↓（O′）?

E↓（E′）?

→

F↓

?

2活塞↓

?

油?→

3活塞↑?

閥門

A

↑（A′

）

O

′↑（O）?

→

E

′↑（E）→

F′↑（F）穩(wěn)定后回到O

、E

、F點（B

′′

、A

′

）

錯油門重新堵住油孔a,bA點升高為A′→

功率增加

B點降低為B″

→轉速下降二.電力系統(tǒng)的頻率特性b

2放大部件(錯

油門)：1檢測部件(離心飛擺)：

轉速→B點位移4為轉速控制機構或稱同步器(調頻器)為執(zhí)行機構（油動機）：油壓↓啟閉閥門位移→油壓273a有功限值Pmω,

fω,

f（2）配置自動調速系統(tǒng)后的靜

態(tài)頻率特性。當發(fā)電機組自動調速系統(tǒng)后，為

滿足負荷變動的需要，將調整進氣

量或進水量的大小，使運行點從一

條頻率靜態(tài)特性曲線向另一條曲線

過渡，反映調整結束后發(fā)電機輸出

功率與頻率關系的曲線稱為發(fā)電機

組的功率頻率靜態(tài)特性，近似地用

直線表示，線段23表明發(fā)電機出力

已達最大值，調速器不再起作用電源有功功率靜態(tài)頻率特性電源有功功率靜態(tài)頻率特性可理解為發(fā)電機組的原動機機械功率

或頻率的關系（1）未配置自動調速系統(tǒng)時，原動機

機械功率的靜態(tài)頻率特性可由下式表示：發(fā)電機組的功率頻率靜態(tài)特性28=C1ω

?C2ω2

=C1f

?

C2f20

1.0

ω,

fPmMmPmMmPmPm

單位調節(jié)功率表示頻率變化時發(fā)電機輸出

功率的變化量。它是機組的調差系數(shù)的倒數(shù)

（3）發(fā)電機組的單位調節(jié)功率和靜態(tài)調差系數(shù)

發(fā)電機組有功頻率特性曲線的斜率的負值稱為發(fā)電機的單位調節(jié)功

率。調差系數(shù)表明某臺機組負荷改變時相應的頻率偏移，調差系數(shù)越

小，單位調節(jié)功率越大，頻率偏移越小。但是因受機組調速機構的限

制，調差系數(shù)的調整范圍是有限的。通常取

δ%=3~5，KG*

=33.3

~20δ%=2~4，KG*

=50~253′

2汽輪發(fā)電機組：水輪發(fā)電機組：PG1.

01

.

0

f291（二）電力系統(tǒng)負荷的頻率靜態(tài)特性負荷與頻率的關系可用多項式表示

a0

+

a1

+

a2

+

a3

+

…

=1以fN

和PLN

為基準值的標幺值表達式

PL

*

=

a0

+

a1f*

+

a2f*2

+

a3f*3

+

…當頻率偏離額定值不大時，負荷有功-

頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來表示，其斜

率為負荷的單位調節(jié)功率表示負荷隨頻率的變化程度，負荷的有功功率將

隨頻率的增加而增加。

PLNPLNf

N

f30三、電力系統(tǒng)的頻率調整（一）頻率的一次調整（有差調節(jié)）1、負荷突然增加ΔPL0時的調整結果假設有一臺發(fā)電和一個綜合負荷,負荷突然增加

ΔPL0

，其特性曲線上

移，發(fā)電機來不及調整出力，系統(tǒng)功率失去平衡，發(fā)電機轉速下降，系統(tǒng)

頻率下降。轉速下降使得調速器動作，調整出力，運行點沿發(fā)電機功率-

頻率特性曲線上移。負荷的調節(jié)作用是隨頻率的下降而減少功率，二者共同調節(jié)，在特性曲線交點O'處達到新的平衡頻率變化

Δf

=

f1

?

f0

<

0負荷減小的功率

ΔPL

=KL

Δf

發(fā)電機增發(fā)的功率

ΔPG

=

?KG

Δf負荷的實際增量與發(fā)電機的增量相平衡

ΔPL0

+ΔPL

=

ΔPG

PL′

(f

)

1

L

0

PL

(ff

1f

0

ω,

f31G

ΔPP1P0O

′)2、系統(tǒng)的單位調節(jié)功率定義KS=KG+KL

一為系統(tǒng)的單位調節(jié)功率

是參加一次調頻的發(fā)電機組的單位調節(jié)功率與負荷的單位調節(jié)功率之和若n臺裝有調速器的機組并列運行時，系統(tǒng)頻率變化Δf

KGi

+

KD

率值功等節(jié)的調組位機單n臺n臺機的輸出功率總量系統(tǒng)的單位調節(jié)功率為n臺機組的等值單位調節(jié)功率遠大于一臺機組的單位調節(jié)功率。ΔPGi

=?KGiΔf(i=1,2,…,n)時，第i臺機組的輸出功率為32每臺機組的功率增量

調差系數(shù)越小的機組增加的有功輸出相對越多。對于變化幅度較

大，變化周期較長的變化負荷，

一次調整不一定能保證頻率偏移在允

許范圍內。在這種情況下，需要由發(fā)電機組的調頻系統(tǒng)進行二次調頻

求出頻率偏差

頻率的一次調整的計算過程33系統(tǒng)總負荷為3000MVA，負荷的頻率調節(jié)系數(shù)為KD*=1.05,原來運行時f=50hz?，F(xiàn)負荷突然增加300MVA，計算（1）設所有機組均具有調節(jié)能

力，求頻率偏差和各類發(fā)電機承擔的功率增量；（2)如僅水輪機具有調節(jié)

能力，頻率偏差是多少？電和調差系數(shù)為

水輪機組

100MW5臺σ(%)=2.575MW

6臺σ(%)=3

汽輪機組

200MW5臺σ(%)=4100MW6臺σ(%)=3.550MW21臺σ(%)=4

75MW

汽輪機

200MW100MW50MW例5-2某電力系統(tǒng)的發(fā)電機總容量3600MVA，各類發(fā)電機的容量34例5-2

負荷的頻率調節(jié)效應系數(shù)有名值為

KD=

KD*=

1.5

×

（1）所有機組都具有調節(jié)能力時系統(tǒng)的總調節(jié)能力為KS

=Σ

KGi

+KD

=80

×

5

+

50

×

6

+100

×

5

+

57.1429

×

6

+

25

×

21+

90=2157.8574(MW/Hz)頻率偏差為

=

?0.139027各類發(fā)電機組承擔的增量為ΔPG

=?KG

Δf

=?

80

×

(?0.1390)=11.1221(MW)ΔPG

=?KG

Δf

=?50

×

(?0.1390)=6.9513(MW)ΔPG

=?KG

Δf

=?

100

×

(?0.1390)=13.9027(MW)ΔPG

=?KG

Δf

=?57.1429

×

(?0.1390)=7.9444(MW)ΔPG

=?KG

Δf

=?25

×

(?0.1390)=3.4757(MW)

水輪機100MW

σ(%)=2.5

75MW

σ(%)=3

汽輪機

200MW

σ(%)=4

100MW

σ(%)=3.5

50MW

σ(%)=4所有機組的總功率增量負Σ荷Δ

i于=

.身122的1

6調.95節(jié)13

6應+13.9027

×

5

+

7.9444

×

6

+

3.4757

×

5

+

21

=

287.4873(MW)ΔPD

=KD

Δf

=90

×

(?0.1390)=?

12.5124(MW)35（2）僅有水輪機具有調節(jié)能力時，系統(tǒng)的單位調節(jié)功率為

從而產(chǎn)生的頻率偏差為

由于汽輪機滿載，致使系統(tǒng)的單位調節(jié)功率下

降，頻率偏差增大，如規(guī)定的頻率偏差允許值為

±0.2Hz,則已超出標準，應采用二次調頻，減小偏差。36S1.二次調整的作用頻率的二次調整通過調頻器完成手動或自動地操作調頻器D↑

?

→

F↓→

2活塞↓

?

油?→

3活塞↑→

閥門↑

?

ω.f↑

→

B′′↑A

′↑

O↑錯油門重新堵住油孔a,b適當控制D點的移動，可使轉速恢復，達到新的平衡調整的結果使1檢測部件(離心飛擺)：轉速→B點位移ab2放大部件(錯

油門)：位移→油壓同步器(調頻器)從而改變發(fā)電機的有功出力，使負荷變化引起的頻率偏移在允許的波動范圍內

37(二)頻率的二次調整特性曲線平行上移為執(zhí)行機構（油動機）：4為轉速控制機構或稱油壓↓啟閉閥門32.無差調節(jié)和有差調節(jié) 無差調節(jié)是指負荷變動時，經(jīng)過自動調速系統(tǒng)的調整

作用，原動機的轉速或頻率能恢復為初值的調節(jié)。 有差調節(jié)是指負荷變動時，經(jīng)過自動調速系統(tǒng)的作

用，原動機的轉速或頻率不能恢復初值的調節(jié)。CΔPTΔfΙPT無差調節(jié)oPTo有差調節(jié)f0

fΔPT

b′′f0

fC38b′I3.二次調頻的過程系統(tǒng)的原始運行點為A點，頻率為f0

，負荷增大△PL0

，在一次調頻

的作用下，運行點轉移到了B點，系統(tǒng)頻率為f1一次調頻后頻率偏差△f

'超出了允許

P

(f)L′范圍，進行二次調整，增加發(fā)電機出力，使發(fā)電機的功-頻靜態(tài)特性曲線平移

到P'G

(f)

，工作點轉移到了B'點，頻率

為f2

，這樣頻率偏差減小ΔPL0

?

ΔPG

=

?（KG

+

KL

）Δf小了。如果二次調整使發(fā)電機組增發(fā)的功率全部承擔了負荷增量，△

PG

=△

PL0,

則實現(xiàn)了系統(tǒng)頻率的無差調節(jié),負荷的增量全由二次調

整所抵償由于二次調整發(fā)電機組增發(fā)了功率，在相同負荷變化下，系統(tǒng)的頻率偏差變二次調頻

增發(fā)功率CBΔPGf1

f2

f0

fP0′′P0OP

(

fP

(

f

)G′′

PG

(

f

)G′AΔf

′′B′D

Δf

′

ΔPL0PL

(f

)39PG)E4.

調頻廠

調頻廠：負有二次調頻任務的電廠

分為主調頻廠和輔助調頻廠

調頻廠應滿足的條件：1）足夠的調整容量2）較快的調整速度3）調整范圍內的經(jīng)濟性較好40調頻廠選擇

水電廠發(fā)電機出力調整范圍大，允許出力變化速度快，從空載到滿載可在1min內實現(xiàn)，出力變化對運行經(jīng)濟性影響不大且易實現(xiàn)操作自動化。

汽輪機組受最小技術出力限制（鍋爐25%-70%、汽輪機10%-25%），調整范圍小，出力變化速度受汽輪機各部件熱膨脹限制（在50%-100%額定容量范圍內，出力允許上升速度每min僅2-5%），而且出力變化對運行經(jīng)濟性影響較

大，實現(xiàn)操作自動化比較復雜

水火電并存的系統(tǒng)中，一般宜選水電廠調頻。洪水季節(jié)時避免棄水，水電廠宜帶穩(wěn)定負荷滿發(fā)，由效率居中的中溫中壓火電廠擔任調頻，以提高系統(tǒng)運行經(jīng)濟性?？菟诩竟?jié)時可由水電廠和中溫中壓火電廠擔任調頻

不同地域裝有不同類型、容量及經(jīng)濟特性的機組，調節(jié)有功時，需要考慮機組間的合理組合和負荷的合理分配，以達到系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。分區(qū)控制的系統(tǒng)中，還應進行區(qū)

域間聯(lián)絡線的功率控制

41例5-3在例5-2所給的系統(tǒng)中，僅水輪機具有調節(jié)能力時，

頻率偏差超出了允許范圍，為將頻率偏差控制在

±0.1Hz，求需要采用二次調頻而增發(fā)的功率。解：

ΔPL0

?

ΔPG

=

?（KG

+

KL

）Δf水輪機的單位調節(jié)功率KG

=80

×

5

+

50

×

6=700(MW/Hz)

采用二次調頻需要增發(fā)的功率

=300

+

(700

+

90)

×

(?0.1)=221(MW)42KAΔPGAΔPLA二次調頻

增發(fā)功率ΔPLA

?ΔPGA

+ΔPab

=?KA

Δf

ΔPLB

?ΔPGB

?ΔPab

=?KB

Δf二式相加Δf

=

?

(ΔPLA?

ΔPGA)

+

(ΔPLB?

ΔPGB)A

B聯(lián)合后兩系統(tǒng)負荷變化引起的頻率偏移應相同ΔfA

=ΔfB

=Δf△Pab對于A系統(tǒng)相當于負荷，對于B系統(tǒng)相當于電源ΔPab

=

（三）互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調整ΔPLA

?ΔPGA

=?KA

ΔfAΔPLB

?ΔPGB

=?KB

ΔfB對于2個子系統(tǒng)聯(lián)合前KBΔPGB

ΔPLBK

+

KΔPab43聯(lián)合系統(tǒng)頻率的變化取決與系統(tǒng)總的功率缺額△PA+△PB

，以及

系統(tǒng)單位調節(jié)功率KA+KB=KS

。聯(lián)絡線上交換功率的大小及流動方向

也與各子系統(tǒng)的功率缺額以及子系統(tǒng)的單位調節(jié)功率有關。

當ΔPA

=0，ΔPB

≠0，A系統(tǒng)沒有功率缺額，

ΔPab

將由A→B流動

當ΔPA

≠0，ΔPB

=0，B系統(tǒng)沒有功率缺額，ΔPab

<0,將由B→A流動

當ΔPA=-

ΔPB

，其中一個子系統(tǒng)的功率缺額完全由另一個子系統(tǒng)

增發(fā)的功率所抵償時，系統(tǒng)頻率偏差為零，聯(lián)絡線功率ΔPab

=ΔPB

，負荷增量

ΔPB

=ΔPLB

由聯(lián)絡線傳輸，聯(lián)絡線功率可能過載44

A

B聯(lián)絡線功率定義A

，B系統(tǒng)的功率缺額

ΔPA

=ΔPLA

?

ΔPGA

ΔPB

=ΔPLB

?ΔPGB

5）B系統(tǒng)無二次調頻，

A系統(tǒng)二次調頻增發(fā)200MW解：將以標幺值表示的單位調節(jié)功率折算為有名值KGA

=KGA

*PGAN

/

fN

=25

×

1500

/

50=750(MW/Hz)KGB

=KGB

*PGAN

/

fN

=20

×

1000

/

50

=400(MW/Hz)KLA

=KLA

*PGAN

/

fN

=1.5

×

1500

/

50=45(MW/Hz)KLB

=KLB

*PGAN

/

fN

=1.3

×

1500

/

50=26(MW/Hz)無一次調頻時

KA

=

KLA

=

45(MW/Hz),KB

=

KLB

=

26(MW/Hz)45況下的頻率變量和聯(lián)絡線上流過的交換功率：1500MW

1