电力系统频率及有功功率的自动调节PPT课件

检修备用：使系统中的发电设备能定期检修而设置的备用。系统 负荷季节性低落期间和节假日安排不下所有设备的大小检修时才 设置专门的检修备用。
国民经济备用：计及负荷的超计划增长而设置的备用。
16
5.1.3 有功功率电源和备用容量* ——各种备用容量的关系
负荷备用——热备用 事故备用——至少包括一部份热备用（可含冷备用） 检修备用（通过检查年最大负荷曲线来确定） 国民经济备用 具备了备用容量，才可能谈及备用用量在各发电设备
11
5.1.2 有功功率负荷曲线的预计
——负荷曲线的加工
实测曲线 加工后的曲线
加工原则：
实测曲线加
工前后，最
大和最小负
荷特征及曲
线下的面积
12
图5-3 负荷曲线加工
应一致。
5.1.3 有功功率电源和备用容量
有功功率电源 有功功率备用容量
备用容量、热备用与冷备用 负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用 各种备用容量的关系
3 有功备用容量的概念 各类机组的有功调节特性
5.1 电力系统中有功功率的平衡 ——基本概念
负荷变动的类型及其特点？ 频率调整的方法及其特点？ 负荷变动与频率调整的关系？ 什么是可供调度的系统电源容量、备用容量、
热备用和冷备用、负荷备用（事故备用、检修 备用、国民经济备用）？ 两类备用容量的关系？
图5-1 有功功率负荷的变动曲线
频率调整方法及其特点
频率的一次调整：用发电机组的调速器(第一种负荷 变动)。
频率的二次调整：用发电机组的调频器(第二种负荷 的变动)。 ——调频厂，对应潮流计算中的平衡节点
频率的三次调整：按最优化准则分配第三种有规律变 动的负荷，即责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲 线发电。

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 ；

系统备用容量一般分负荷备用、事故备用、检修备用 和国民经济备用等。
（1）负荷备用：是指调整系统中短时的负荷波动并担负计划 外的负荷增加而设置的备用。负荷备用容量的大小应根据系 统负荷的大小、运行经验并考虑系统中各类用电的比重确定。 一般为最大负荷的2％一5％，大系统采用较小数值，小系统 采用较大数值
2、发电机组的有功功率—频率静态特性 1. 概念介绍 1) 发电机的单位调节功率：发电机组原动机或电源频 率特性的斜率。
标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加 的多寡。
2) 发电机是调差系数：单位调节功率的倒数。
发电机的单位调节功率与调差系数的关系：
一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：
和不等式约束条件
的前提下，使目标函数
为最优
有功负荷的最优分配的目的在于：在供应同样大小 负荷有功功率n pGi的前提下，单位时间内的能源消耗最少。 这目标函数应该i1 是总耗量。原则上，这总耗量应与所有 变量有关，但通常认为，它只是各发电设备所发有功功 率 的p函Gi数，即目标函数可写作
等式约束条件：有功功率必须保持平衡的条件。 对于每个节点：
第五章 电力系统有功功率的平衡和 频率调整
❖ 第一节 电力系统中有功功率的平衡 ❖ 第二节 电力系统的频率调整
第一节 电力系统中有功功率的平衡
一、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响
系统频率的变化将引起工业用户的电动机转速的变化， 这将影响产品的质量。当频率降低，使电动机有功功率降 低，将影响所有的转动机械的出力。频率的不稳定，将会 影响电子设备的准确性。
原则（1）充分利用水源。 （2）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。 （3）尽量降低火力发电成本。 根据上述原则，在夏季丰水期和冬季枯水期各类电厂在

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
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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

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。

编辑版pppt
5
P
第一种
第二种
第三种
t
编辑版pppt
6
§13-2 电力系统的频率特性
一 系统负荷的有功功率－频率静态特性
有功负荷随频率的变化特性称为负 荷的频率特性，稳态下称静态频率特性。
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7
综合负荷与频率的关系：
2
3
P D a 0P D N a 1 P DfN fN a 2P D N ffN a 3P D N ffN
12
1. 调速系统的工作原理 2. (离心式机械液压调速系统)
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13
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摆转速变慢，弹簧拉紧，B点下降到B点(A
点不动)，o下降到 o E
E
动F
F
通，油动机活塞上移，进汽(水)阀门开大，
发电机转速增加，A
A o o点，
由于A
A
B
B点，
B
来的值。
这就是频率的一次调整，为有差调节， 频率不能回到原来的值。
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为使转速仍能维持原来转速，在外 界信号的作用下，同步器动作，令D点上 移，这时由于E点不动，使得F点下降， 错油门打开，油动机动作，再次抬高活 塞，开大进汽门，可使转速回到初始值。 这就是频率的二次调整。
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2. 发电机组的有功功率－频率静态特性
由以上分析可见，PD↑， P↑G，f↓低于 初始值，反之 ↓P，D ↓，PG f↑高于初始值。
i
i
所以 n 台机组的等值单位调节功率为
KG
i
KGi
i
KGi*
PGiN fN
KG*

§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

❖ 受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整 范围较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄(高温 高压30%，中温中压75%)
❖ 机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能 量，易损坏设备
❖ 热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于 热负荷，为强迫功率
火电厂的效率
❖中温中压 ❖高温高压 ❖超高压力 ❖超临界压力 ❖热电厂
内容
❖ 机组优化组合（简要介绍）
确定系统中需要运行多少机组，哪些机组运行， 以及什么时候运行。
❖ 经济功率分配（重点学习）
在已知机组组合的基础上，确定各机组的功率输 出，在满足机组、系统安全约束的同时，使系统 的运行最优化。
火电厂特点
❖ 需燃料及运输费用，但不受自然条件影响 ❖ 效率与蒸汽参数有关
❖ ④原子能电厂虽然可调容量较大，调整速度也不 亚于火电厂，但因其运行费用较低，通常都以满负 荷运行，一般不考虑用这类电厂调频。
❖ ⑤如果系统中有抽水蓄能电厂，首先应该考虑采 用这类电厂进行调频。
名词解释
❖ ALFC:自动负荷频率控制 ❖ AGC：自动发电控制 ❖ EDC：经济调度控制 ❖ ACE：区域控制偏差
，从6.80%下降到5.69%。
1997~2009年厂用电率变化情况
电源备用容量
❖ 有功功率平衡：
发电功率=厂用电+网损+综合用电负荷
❖ 有功电源的备用容量：
备用容量=发电机组的额定容量-发电功率
电源备用容量（按状态分类）
❖ 热备用：运转中的发电设备可能发的最大功 率与发电负荷之差(旋转备用)；
调整：减小进气量或进水量，进而减小作用在发 电机转子上的机械功率，机械功率=电磁功率， 转子达到额定转速，系统频率达到额定频率。

αBbBi
P0
ρ
1
A2s +αCbC
P0 ρ
αb
2 ρ
( P0
−
P2 )
Δsz(s)
'A2 s
19
Δsx (s) α A b A + α BbBi −
1
A2 s +1
αCbC
P0
ρ
1
A'2
α cbc s
αb
2
ρ
( P0
−
P2 )
α
BbBi
Δsz (s)
Δsx (s) α A b A + α BbBi −
χ n (s) χn (s)
给定 + −
滑 阀油 动 机
蒸 2汽K容n 积
扰动
−
n0 +
转子
转速
调 速器
21
再热式汽轮机传递函数
+ 给定 -
滑阀油 动机
+
+
RR((ss)) --
1
1
TTssss++11
蒸汽 容积
调速器
高压缸
负荷
中间再 热容积
+-
++
转子
中、低
压缸
1 TT00s1s++11
11δδ
1 Ths + 1
1
Δsz (s)
Tss
20
R+ −
ΔS R + ΔS x −
1
χ sz ( s )
Tss + 1
K s ΔSz(s) 1
Tss + 1
S z0

电力系统 自动装置原理
例5-2 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KL*=1.5,试求KL .
解 由式(4-8)可得
KL = KL* ×( PLN / fN ) = 1.5 × ( 3200 / 50 ) = 96 ( MW / HZ )
若系统负荷增长到3650MW时,则有
B ΔP1
P2 P2’ P2
P1
P1’ P1
两机组间的功 率增量分配
f* R*PG* 0 PG1* R2*
PG2* R1*
发电机的功率增量用用各自的标幺值表示时，在发
电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比。调差
系数小的的机组承担的负荷增量标幺值较大，调差系
数大的的机组承担的负荷增量标幺值较小。
忽略机组内部损耗时：
m
m
如果由于负荷的突然变动，是发电机1 P组Ti 的 输1 出PG功i 率增加
PL
则： m
m
PTi PGi PL
机组的输入功率1 小于负荷1 要求功率，为了保持平衡，把转子的一部分动能转
化成电功率，使发电机转速降低，系统的频率下降。
电力系统 自动装置原理
第一节 电力系统的频率特性
第五章 电力系统频率及有功 功率的自动调节
发电自动控制示意图
△P
P－f
△f
控制器
△Pc
蒸汽 汽阀
执行 机构
汽轮机
控制
Q－U 控制器
可控 励磁电源
励磁绕组
发电机
测量
△f
频率检测
到发电机母线
电力系统 自动装置原理
第一节 电力系统的频率特性
❖ 一、概述 频率是电能质量的重要指标之一。