电力系统自动化第3章电力系统频率及有功功率的自动调节
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第三章电力系统频率及有功功率的调节
L
这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的
功率—频率特性，是负荷的静态频率特性，也
称作负荷的调节效应。
2）电力系统中各种有功负荷与频率的关系
负荷的功率—频率特性一般可表示为
f
f2
fn
P
a
P
a
P
()
a
P
()
a
P
()
L
0
LN
1
LN
2
LN
n
LN
f
f
f
N
N
N
式中 f N —额定频率
P—系统频率为f时，整个系统的有功负荷
第一节 电力系统的频率特性
9）负荷的变动情况可以分成几种不同的分量：
一是变化周期一般小于10s的随机分量；
二是变化周期在10s～3min之间的脉动分量；
三是变化周期在3min以上的持续分量，负荷预测预报
这一部分。
10）第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来
调整原动机的输入功率，这称为频率的一次调整。
P
0
*
*
G
*
上式又称为发电机组的静态调节方程。
第一节 电力系统的频率特性
在计算功率与频率的关系时，常常采用调差
系数的倒数，
P
1
G
*
K
G
*
R
f*
KG*——发电机的功率-频率特性系数，或原动
机的单位调节功率。
一般发电机的调差系数或单位调节功率，可
采用下列数值：
对汽轮发电机组 R*=(4-6)%或KG* =16.6-25 ；
这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的
功率—频率特性，是负荷的静态频率特性，也
称作负荷的调节效应。
2）电力系统中各种有功负荷与频率的关系
负荷的功率—频率特性一般可表示为
f
f2
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LN
1
LN
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n
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N
N
N
式中 f N —额定频率
P—系统频率为f时，整个系统的有功负荷
第一节 电力系统的频率特性
9）负荷的变动情况可以分成几种不同的分量：
一是变化周期一般小于10s的随机分量；
二是变化周期在10s～3min之间的脉动分量；
三是变化周期在3min以上的持续分量，负荷预测预报
这一部分。
10）第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来
调整原动机的输入功率，这称为频率的一次调整。
P
0
*
*
G
*
上式又称为发电机组的静态调节方程。
第一节 电力系统的频率特性
在计算功率与频率的关系时，常常采用调差
系数的倒数，
P
1
G
*
K
G
*
R
f*
KG*——发电机的功率-频率特性系数，或原动
机的单位调节功率。
一般发电机的调差系数或单位调节功率，可
采用下列数值：
对汽轮发电机组 R*=(4-6)%或KG* =16.6-25 ；
电力系统频率及有功功率的自动调节
例1： a0 30% a1 40% a2 10% a3 20%
计算负荷的频率调节效应系数以及频率由50Hz下降1Hz时负荷功率变化。
* KL a1 2a2 f * 3a3 f *2 40% 2 10% 3 20% 1.2 1 * * * PL K L f 1.2 0.024 50 50 1 * f 0.98 50 * PL 30% 40% 0.98 10% 0.982 20% 0.983 0.9763 * P 1 0.9763 * * L P KL 1 . 186 L 0.9763 1 0.0237 * 6 f 1 / 50
R
1 1 1 1 R1 R2 Rn
f RnPcn 0
若系统增加负荷
1 1 1 f PL f R R R R 2 n 1
PL
R Pci PL Ri i 1,2,, n
15
f R PL 0
fdt K
若系统增加负荷
n
集中制积差调频：
集中由一个地方（如调度部门）高精度测 频和计算频差积分，然后通讯传送给各调频厂， 不过要占用远方通讯通道
Pcn 0
分散制积差调频：
由各调频厂高精度测频和计算频差积分， 不过难以保证各调频厂测量值一样，易混乱
1 1 1 PL K K K fdt 2 n 1
电力系统电压调整：就地无功平衡，分别调节节点电压 频率调整：全系统必须统一调整，另外还要考虑经济运行 最终是
f 0
13
主调频厂的选择：
具有足够的调频容量和调整范围 具有与负荷变化相适应的调整速度 调整出力符合安全及经济运行原则
电力系统频率及有功功率的自动调节
化成标么值的形式
f
f2
f3
fn
P
P
P
(
)
P
(
)
P
(
)
P
(
)
L 0
LN
1
LN 2
LN
3
LN
n
LN
f
f
f
f
N
N
N
N
将上式除以PLN，则得标么值形式，即
P
f
f
f
f
2
3
L
01
2
3
当系统的频率为额定值时: PL 1
于是
n
n
f 1
综合负载的功率-频率特性近似表达式：
P
P
e
L
根据国内外一些实例，负荷的静态特性曲线在额定频
率附近（48～51HZ）接近于一条直线，如图所示。
•
直线的斜率为：
p
tan
f
L
说明：
1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。
3）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与
a
a
a
a
a
1
0
1
2
3
n
通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，可忽略其影响。
4、负荷的静态频率特性
P
f
f2
f3
fn
P
P
P
(
)
P
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)
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将上式除以PLN，则得标么值形式，即
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当系统的频率为额定值时: PL 1
于是
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n
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综合负载的功率-频率特性近似表达式：
P
P
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L
根据国内外一些实例，负荷的静态特性曲线在额定频
率附近（48～51HZ）接近于一条直线，如图所示。
•
直线的斜率为：
p
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L
说明：
1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。
3）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与
a
a
a
a
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1
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1
2
3
n
通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，可忽略其影响。
4、负荷的静态频率特性
P
电力系统有功功率平衡及频率调整知识讲解
第三章电力系统有功功率平衡及频率调整例3-1 某一容量为100MW 的发电机，调差系数整定为4% ，当系统频率为50Hz 时，发电机出力为60MW ；若系统频率下降为49.5Hz 时，发电机的出力是多少？解根据调差系数与发电机的单位调节功率关系可得K G= (1/s *) X( P GN/f N) = (1/0.04)X( 100/50) =50 (MW/Hz ) 于是有△ P G=—K G△ f=50 (50-49.5) =25 ( MW )即频率下降到49.5Hz时，发电机的出力为60+25=85 ( MW)例3-2电力系统中有A、B两等值机组并列运行，向负荷P D供电。
A等值机额定容量500MW，调差系数0.04，B等值机额定容量400MW，调差系数0.05。
系统负荷的频率调节效应系数K D*=1.5。
当负荷P D为600 MW时，频率为50Hz，A 机组出力500MW，B机组出力100MW。
试问：( 1) 当系统增加50MW 负荷后，系统频率和机组出力是多少？( 2) 当系统切除50MW 负荷后，系统频率和机组出力是多少？解首先求等值发电机组A, B 的单位调节功率及负荷的频率调节效应系数为K GA= (1/S *) X( P GNA/f N) = (1/0.04)X( 500/50) =250 (MW/Hz )K GB= (1/S *) X( P GNB/f N) = (1/0.05)X( 400/50) =160 (MW/Hz )K D=K D*X(P DN/f N)=1.5X(600/50)=18(MW/Hz )( 1) 当系统增加50 MW 负荷后。
由题可知，等值机A已满载，若负荷增加，频率下降，K GA=0,不再参加频率调整。
系统的单位调节功率K=K GB+K D=160+18=178(MW/Hz ) 频率的变化量△ f= —△ P D/K=—50/178=-0.2809 (Hz)系统频率f=50—0.2809=49.72( Hz)A 机有功出力P GA=500MWB 机有功出力P GB=100—K GB△ f=100+160X 0.2809=144.94 ( MW )( 2 当系统切除50MW 负荷后。
第三章电力系统频率及有功功率的自动调节_电力系统自动化
在稳态下，配有调速器的发电机组转速n与所带有功功率P的关系..
n no nN n △f △P f
若发电机组原在（PN，nN） 点，当有功变化为P时，调 速器调节后，机组运行在 （P，n）,n≠ nN因此又称为 有差调节特性。
PN
P
PG
1.速度变动率R（调速系统静态特性的斜率）： 当发电机有功功率从0增加到PN时，转速从n0 变到nN, R=no-nN
b1＞b2:1号机组的功率减少 △P,其功率变为P1 ,相应的微增率 减小至b1 ;2号机组增加相同的△P,其功率变为P2 相应的微增率 增大至b2 1号机组减少的燃料消耗费用大于2号机组增加的消耗费用, 负荷转移可使消耗费用减少,当b1等于b2时,总的燃料消耗费用为
, , , ,
最小即最经济.
系统中并联运行的发电机组经济调度的准则是: 各机组的微增率相等
负荷变化较大时，调整结束时频率与额定值偏差较大——调节结果有差； 频率的二次调整通过调频器反应系统频率变化，调节原动力阀门开度
调节转速，表现为一条调节特性上、下平移，可以保证调整结束时频率与 额定值偏差很小或趋于零——调节结果是无差的；
复习思考
• • • 1.频率和有功功率调节的主要任务是什么? 2.在电力系统中,有了调速器对频率的一次调节, 为什么还要引入调频器,进行二次调节? 3.调速器的失灵区对频率调整有何影响?
×100%
nN
2.发电机组的频率调节方程 :
Δf* + R* · ΔPf* = 0
(三)调节特性的失灵区ε（迟缓率）
1．定义：由于测量元件的不灵敏性, 调速系统对于微小的转速
变化不能反应,调节特性实际上是一条具有一定宽度
f
不灵敏的带子, 称为失灵区。
n no nN n △f △P f
若发电机组原在（PN，nN） 点，当有功变化为P时，调 速器调节后，机组运行在 （P，n）,n≠ nN因此又称为 有差调节特性。
PN
P
PG
1.速度变动率R（调速系统静态特性的斜率）： 当发电机有功功率从0增加到PN时，转速从n0 变到nN, R=no-nN
b1＞b2:1号机组的功率减少 △P,其功率变为P1 ,相应的微增率 减小至b1 ;2号机组增加相同的△P,其功率变为P2 相应的微增率 增大至b2 1号机组减少的燃料消耗费用大于2号机组增加的消耗费用, 负荷转移可使消耗费用减少,当b1等于b2时,总的燃料消耗费用为
, , , ,
最小即最经济.
系统中并联运行的发电机组经济调度的准则是: 各机组的微增率相等
负荷变化较大时，调整结束时频率与额定值偏差较大——调节结果有差； 频率的二次调整通过调频器反应系统频率变化，调节原动力阀门开度
调节转速，表现为一条调节特性上、下平移，可以保证调整结束时频率与 额定值偏差很小或趋于零——调节结果是无差的；
复习思考
• • • 1.频率和有功功率调节的主要任务是什么? 2.在电力系统中,有了调速器对频率的一次调节, 为什么还要引入调频器,进行二次调节? 3.调速器的失灵区对频率调整有何影响?
×100%
nN
2.发电机组的频率调节方程 :
Δf* + R* · ΔPf* = 0
(三)调节特性的失灵区ε（迟缓率）
1．定义：由于测量元件的不灵敏性, 调速系统对于微小的转速
变化不能反应,调节特性实际上是一条具有一定宽度
f
不灵敏的带子, 称为失灵区。
电力系统自动化习题及答案
第一章发电机的自动并列习题1、同步发电机并网（列）方式有几种？在操作程序上有何区别？并网效果上有何特点？分类:准同期,自同期程序：准：在待并发电机加励磁，调节其参数使之参数符合并网条件，并入电网。
自：不在待并电机加励磁，当转速接近同步转速，并列断路器合闸，之后加励磁，由系统拉入同步。
特点：准;冲击电流小，合闸后机组能迅速同步运行，对系统影响最小自：速度快，控制操作简单，但冲击电流大，从系统吸收无功，导致系统电压短时下降。
2、同步发电机准同期并列的理想条件是什么？实际条件的允许差各是多少？理想条件：实际条件（待并发电机与系统）幅值相等：UG=UX 电压差Us不能超过额定电压的5%-10%频率相等：ωG=ωX 频率差不超过额定的0.2%-0.5%相角相等：δe=0（δG=δX）相位差接近，误差不大于5°3、幅值和频率分别不满足准同期理想并列条件时对系统和发电机分别有何影响？幅值差：合闸时产生冲击电流，为无功性质，对发电机定子绕组产生作用力。
频率差：因为频率不等产生电压差，这个电压差是变化的，变化值在0-2Um之间。
这种瞬时值的幅值有规律地时大时小变化的电压成为拍振电压。
它产生的拍振电流也时大时小变化，有功分量和转子电流作用产生的力矩也时大时小变化，使发电机振动。
频率差大时，无法拉入同步。
4、何为正弦脉动电压？如何获得？包含合闸需要的哪些信息？如何从波形上获得？5、何为线形整步电压？如何得到线形整步电压？线性整步电压的特点是什么？6、线性整步电压形成电路由几部分组成？各部分的作用是什么？根据电网电压和发电机端电压波形绘制出各部分对应的波形图。
书上第13页，图1-12组成：由整形电路，相敏电路，滤波电路组成作用：整形电路：是将Ug和Ux的正弦波转变成与其频率和相位相同的一系列方波，其幅值与Ug和Ux无关。
相敏电路：是在两个输出信号电平相同时输出高电平，两者不同时输出低电平。
滤波电路：有低通滤波器和射极跟随器组成，为获得线性整步电压Us和&e的线性相关，采用滤波器使波形平滑7、简述合闸条件的计算过程。
电力系统频率及有功功率的自动调节与控制
二、电力系统负荷调节效应
1、当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变。 有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率—频率特性，是负 荷的静态频率特性，也称作负荷的调节效应。
2、电力系统中各种有功负荷与频率的关系 (1) 与频率变化无关的负荷，如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整流负 荷等。它们从系统中吸收有功功率而不受频率变化的影响。
PL a0 a1 f a2 f2 a3 f3
0.35 0.4 0.96 0.1 0.962 0.15 0.963
0.35 0.384 0.092 0.133 0.959
PL % (1 0.959) 100 4.1
KL
PL % f %
4.1 4
1.025
电力系统自动化
Pc
PB
B K
保持不变
电力系统自动化
第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节
积差调节法的特点是调节过程只能在 结束， 常数， 此常数与计划外负荷成正比。
3、机组间的有功功率分配 多机组采用积差调频法调频时，可采用集中式、分散式两种形式。
电力系统自动化
第三节 电力系统调频与自动发电控制
调频方程组
由于系统中各点的频率是相同的，各机组
m PTi 1
m PGi 1
PL
d dt
m (Wki )
1
系统的频率的变化是由于发电机的负荷与原动机输入功率之间失去平衡所致， 因此调频与有功功率是不可分开的。
第一节 电力系统频率特性
频率降低较大时，对系统运行极为不利，甚至会造成严重后果。
（1）对汽轮机的影响，当频率低至45HZ时，个别的叶片可能发生共 振而引起断裂事故。 （2）发生频率崩溃现象。 （3）发生电压崩溃现象，系统运行的稳定性遭到破坏，最后导致系 统瓦解。
chap3-1,2,3第三章 电力系统频率和有功控制
例3-1 某电力系统中，与频率无关的负荷 占 30 ％，与频率一次方成比例的负荷占 40 ％，与 频率二次方成比例的负荷占 10 ％，与频率三 次方成比例的负荷占 20 ％。求系统频率由 50Hz 下降到 47Hz 时，负荷功率变化的百分数 及其相应的 KL*值。
例3-2 某电力系统总有功负荷为 3200MW （包括 电网的有功损耗），系统的频率为 50Hz ，若 K L*=1.5 ，求负荷频率调节效应系数 K L 值。若 K L*=1.5 ，负荷增长到3650MW时，系统的频率为 50Hz ， KL又是多少。
第三章 电力系统频率和有功 功率自动控制
通过本章学习，要求： 1、理解电力系统频率和有功功率的自动控 制的必要性； 2、掌握电力系统的频率特性，电力系统的 频率调整，电力系统有功功率的经济分配； 3、了解数字电液调速器的基本工作原理， 电力系统调频的基本方法和自动发电控制的原理 4、掌握电力系统低频减载的工作原理。
1、测速机构（齿轮传动机构和离心飞摆） 转速升高——飞摆转快——离心力增加— —A上升 A的位置表征机组转速的大小 2、放大执行机构（错油门和油动机） E上移——错油门凸肩上移——油动机活塞 下移——关小开度——减小进汽量 作用：（1）将微小的机械位移放大成了调 节汽阀开度的较大变化； （2）将微小作用力变成大的作用力。
（三）持续负荷
变化缓慢，变化幅度大，是由 工厂的作息制度，人们的生活规律 等造成的。其变化可以用负荷预测 的方法预先估计得到。调度部门预 先编制的系统日负荷曲线主要反映 这部分负荷的变化规律，这部分负 荷要求在满足系统有功功率平衡的 条件下，按照经济分配原则在各发 电厂间进行分配。
三、备用容量 • 为保证系统对负荷可靠供电和良 好的电能质量，系统还必须有备用容 量。 （一）定义： 系统电源的最大发电容量与系统 总负荷之差，即备用容量。 （二）分类： • 按作用分：负荷备用、检修备用、 事故备用、国民经济备用 • 按其存在形式分：热备用（旋转 备用）、冷备用
电力系统自动化考试内容
第一章 发电机的自动并列 （题型：选择题、简答题）1、 同步发电机并列有哪几种方式？准同期并列（一般采用） 自同期并列（很少采用）2、 同步发电机准同期并列的理想条件是什么？(1) fG=fX 待并发电机频率与系统频率相等，即滑差(频差)为零； (2) UG=UX待并发电机电压与系统电压的幅值相等，即压差为零； (3)δe=0 断路器主触头闭合瞬间，待并发电机电压与系统电压间的瞬时相角差为零。
3、 同步发电机机端电压与电网电压差值的波形是什么形式？第二章 同步发电机励磁自动控制系统 （题型：选择题、简答题、计算分析题）1、 同步发电机励磁自动控制系统由哪几部分组成？励磁调节器，励磁功率单元和发电机2、 同步发电机励磁系统由哪几部分组成？励磁调节器励磁功率单元3、 同步发电机感应电动势和励磁电流关系：等值电路图和矢量图图2-2 同步发电机感应电动势和励磁电流关系(a) 同步发电机运行原理；(b) 等值电路；(c) 矢量图)(b q E •G U •G I •x d )(a GEWG U •G I G EF I EF U G U •ϕx I j dG •x I j d Q •PI •G I •ϕI •q E •δG )(c4、 励磁控制系统的基本任务。
电压调节、无功分配、 提高发电机运行稳定性、 改善电力系统运行条件、 水轮发电机组要求实现强行减磁第三章电力系统频率及有功功率的自动调节（题型：选择题、名词解释、简答题、计算分析题）1、一次、二次、三次调频的概念及区别。
第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来调整原动机的输入功率，这称为频率的一次调整。
第二种负荷变化引起的频率偏移较大，必须由调频器参与控制和调整，这称为频率的二次调整。
第三种负荷变化，调度部门预先编制的的日负荷曲线，按照经济原则分配到各个发电厂间。
2、负荷的频率调节效应系数KL的计算。
（例题3-1；3-2）3、常用的几种调频方法都有哪些？各自的特点是什么？哪些可以做到无差调频？一、有差调频法：各调频机组同时参加调频无先后之分、计划外负荷在调频及组间按一定比例分配、频率稳定值得偏差较大。
第3章_电力系统频率及有功功率的自动调节
§3-2 调速器的基本原理及特性
二、模拟电气液压调速器
图3-12 磁阻发生器
§3-2 调速器的基本原理及特性
二、模拟电气液压调速器
图3-13 频率-电压变送器原理框图
图3-14 频率-电压变送器的工作电压波形
§3-2 调速器的基本原理及特性
二、模拟电气液压调速器
图3-16 霍尔效应
§3-2 调速器的基本原理及特性
§3-4 自动发电控制技术（AGC）
二、 AGC的控制目标与模式 2．AGC的控制模式 AGC的控制模式有很多种，目前系统中主要应用的模式有以下三种：
(1) 定频率控制方式(CFC 或FFC)。在这种模式下，AGC 将控制机组 增、减出力来维持系统频率为恒定的计划值。
区域控制偏差为
ACE K f f
§3-4 自动发电控制技术（AGC）
二、 AGC的控制目标与模式 (2) 定联络线交换功率控制方式(CIC或CNIC)。在这种模式下，AGC 将控 制机组增、减出力来维持联络线交换功率为计划值。
区域控制偏差为
ACE P
控制调频机组保持交换功率恒定，而对系统的频率并不控制。这种 方式适用于两个电力相同间按照协议交换功率的情况。它要求保持联络 线上功率不变，而频率则要求通过两个相邻系统同时调整发电机的功率 来维持。
§3-3 电力系统的自动调频
二、无差调频法
调节方程式为
K i PC fdt 0 PC K I fdt
多台发电机组进行积差调频 时，调节方程式为
K i1 PC1 fdt 0 K i 2 PC 2 fdt 0 K in PCn fdt 0
图3-23 AGC总体机构