1、一次調(diào)頻講義一、一次調(diào)頻概述電力系統(tǒng)的頻率和系統(tǒng)中發(fā)電機組的轉速相一致，是系統(tǒng)中同步發(fā)電機所產(chǎn)生的正弦電壓的頻率，它和系統(tǒng)電壓一樣是電力系統(tǒng)最重要的運行參數(shù)。在穩(wěn)態(tài)運行時， 整個電力系統(tǒng)的有功功率和有功負荷相平衡。當系統(tǒng)有功功率和負荷的平衡關系遭到破壞時， 系統(tǒng)的頻率就要變化， 因此電力系統(tǒng)頻率調(diào)整的實質， 就是系統(tǒng)有功功率和負荷 的平衡關系的調(diào)整。1. 電力系統(tǒng)負荷的頻率特性1.1電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定的概念如果穩(wěn)定運行的電力系統(tǒng)，在遭受到一個小干擾后，能夠在短時間內(nèi)自動恢復到干擾前的狀態(tài)，我們稱該系統(tǒng)是靜態(tài)穩(wěn)定的。系統(tǒng)的恢復能力用靜態(tài)穩(wěn)定儲備系數(shù)來衡量。如果穩(wěn)定運行的電力系統(tǒng)，在遭受到一個特定的

2、大干擾后，能夠不失同步地過渡到一 個新的穩(wěn)定狀態(tài)，則稱該系統(tǒng)動態(tài)穩(wěn)定。1.2電力系統(tǒng)負荷的頻率特性電力系統(tǒng)頻率變化時，系統(tǒng)負荷所取用的有功功率也會隨之改變，這種有功負荷隨系統(tǒng)頻率而變化的特性，稱為負荷的靜態(tài)頻率特性。女口：在電壓波動不大的情況下，水泵、風機等旋轉設備的負荷功率會隨著電源頻率的 升咼而升咼。如圖所示， 系統(tǒng)頻率變化時，負荷所取有功功率也會隨之同向改變。這表明系統(tǒng)有功失去平衡引起系統(tǒng)頻率變化時，系統(tǒng)負荷參與對頻率的調(diào)整。定義負荷的頻率調(diào)節(jié)效應系數(shù)：/K D = Pd f ( MW / 0.1Hz )若用標幺值計算，則為無量剛參數(shù)，一般其值在13例：某電力系統(tǒng)總負荷為12,000MW

3、 ，系統(tǒng)負荷的頻率調(diào)節(jié)效應系數(shù)KD=1.8。不考慮發(fā)電機組的一次調(diào)頻作用，此時如果系統(tǒng)中一臺滿負荷運行的500 MW 機組突然出現(xiàn)甩負荷事故，若事故前系統(tǒng)頻率為50.00Hz，求事故后系統(tǒng)頻率將下降到多少？PD= 500= 0.041667/12000,P /f = d = 0.041667= 0.023148/kJ/1.8二 f = f n X (1 - f ' )= 50 X 0.9783=48.84 ( Hz)2. 汽輪機液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)基本原理2.1液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本功能2.2液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)指標z機組在穩(wěn)態(tài)運行時，汽輪機功率或油動機行程隨自身轉速變化的關系，稱為調(diào)節(jié)系統(tǒng)的靜態(tài)特

4、性。右圖是一個調(diào)節(jié)系統(tǒng)典型的靜態(tài)特性曲線。圖中兩條平行線間的區(qū) 域，反映了調(diào)速系統(tǒng)對轉速的不確定性。z系統(tǒng)的速度變動率和遲緩率(S、£ )是反映調(diào)節(jié)系統(tǒng)靜態(tài)特性的重要指標。Il iHotz 速度變動率又叫轉速不等率，它是在機組單機運行下給出的定義：在同步器給定不變的情況下，機組從滿負荷狀態(tài)平穩(wěn)過渡到空負荷狀態(tài)過程中，轉速的靜態(tài)增加與額定轉速的相對比值，即為調(diào)速系統(tǒng)的速度變動率。8 = ( n 0 n 1 ) / n e X 100%z 機組并網(wǎng)運行時，調(diào)速系統(tǒng)的速度變動率反映了機組在穩(wěn)定運行時，機組負荷/調(diào)門行程隨電網(wǎng)周波的變化程度。z 速度變動率越小，機組對電網(wǎng)周波的敏感程度越大，

5、同時機組運行的穩(wěn)定性也越差。一般汽輪機組的8取值為36%。z 機組在發(fā)生事故甩負荷時，8的大小直接決定了甩負荷過程中轉速的靜態(tài)飛升量，并對其動態(tài)飛升也有不利的影響。8取值在4.5%左z 對大機組為了防止機組甩負荷后轉速飛升過高，一般將右。z 遲緩率£是調(diào)節(jié)系統(tǒng)在其工作范圍內(nèi)對轉速的遲滯/磁滯反應。z 右圖中的兩條平行線，是負荷或油動機上行和下行時所對應的靜態(tài)關系，該兩特性 線之間的轉速差值與額定轉速的比值，就是系統(tǒng)遲緩率的試驗測量值。它反映了調(diào) 速系統(tǒng)對轉速波動的不敏感的程度。e = ne/n e X 100%z 值得注意的是遲緩率與轉速死區(qū)的概念并不相同。轉速死區(qū)， 是特指系統(tǒng)在額

6、定轉速附近對轉速的不靈敏區(qū)。為了在電網(wǎng)周波變化較小的情況下，提高機組運行的穩(wěn)定性，一般在電調(diào)系統(tǒng)設置有轉速死區(qū)3. 電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻z 穩(wěn)定運行的電力系統(tǒng)，其電源和負荷功率必須是動態(tài)平衡的。當電源功率或負荷發(fā) 生變化造成變化時（以功率不足為例），系統(tǒng)的頻率就會隨之降低，系統(tǒng)中的負荷設備會因為頻率下降而影響其有功的吸收。與此同時，系統(tǒng)中運行的同步發(fā)電機組， 也會按照其調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性增加調(diào)門開度，彌補系統(tǒng)中功率的不足。在這個過程中，系統(tǒng)功率負荷的動態(tài)平衡完全是自己隨動完成的，不需要人工干預，動態(tài)平衡的結果是系統(tǒng)穩(wěn)定在了一個較低的頻率水平。這個過程即為電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻過程。可以看到電力系統(tǒng)的

7、一次調(diào)頻，是由同步發(fā)電機組和負荷設備共同來完成的右圖為電網(wǎng)的調(diào)頻調(diào)整示意圖。其中a點為系統(tǒng)變化前電網(wǎng)的功率負荷平衡點。當電網(wǎng)中的負荷從L1增加到L2時，系統(tǒng)的功率負荷平衡點將開始沿調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)特性線P1下滑，直到系統(tǒng)的功率負荷達到一個新的平衡,b點。在這個過程中汽輪機調(diào)速系統(tǒng)根據(jù)電網(wǎng)頻率的變化情況，按照其自身的靜態(tài)特性來自動調(diào)整所發(fā)功率，來滿足電網(wǎng)負荷變化的過程,即為機組參與系統(tǒng)的一次調(diào)頻過程。叫 Nb NcL- N電網(wǎng)的調(diào)頻調(diào)整示意圖某電力系統(tǒng)總負荷為12,000MW ，系統(tǒng)負荷的頻率調(diào)節(jié)效應系數(shù)KD=1.8。發(fā)電機組的等效調(diào)差系數(shù)為4.5%，此時如果系統(tǒng)中一臺滿負荷運行的500 MW機組

8、突然出現(xiàn)甩負荷事故，若事故前系統(tǒng)頻率為50.00Hz，求事故后系統(tǒng)頻率將下降到多少？Pd = 500 1 20 00 = 0.04 1 667'8'0.045f =x pd=X 0.0416671+Kd?1+ 1.8 X 0.045=0.00173 f = fN X (1- f ' )= 50 X 0.99827=49.91 (Hz )、一次調(diào)頻對電網(wǎng)安全穩(wěn)定性的影響z 汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本特性z 一次調(diào)頻及其重要性z 一次調(diào)頻及其參數(shù)分布對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響 z 一次調(diào)頻性能評價方法z 改善一次調(diào)頻特性的技術和管理措施z 1、汽輪機調(diào)節(jié)系統(tǒng)的基本特性z固有調(diào)節(jié)特性z電網(wǎng)

9、運行的要求：za、電壓與電網(wǎng)一致zb、功率與外界負荷一致zc、頻率與電網(wǎng)一致現(xiàn)代電力系統(tǒng)在正常運行情況下，頻率對額定值的偏離程度一般不超過土0.050.15Hz，相對誤差為0.1%0.3%。電力系統(tǒng)內(nèi)任何兩點電壓可以不完全相等，但對頻率任何兩點是完全相同的， 如果不同， 則會處于 “失步”狀態(tài)，系統(tǒng)就會出現(xiàn)振蕩。這是正常運行所不允許的。沒有調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與調(diào)節(jié)時，汽輪發(fā)電機組平衡運行時的特性稱為固有調(diào)節(jié)特性。如圖1所示。A-A :汽機轉矩與轉速關系B-B :發(fā)電機的負載特性 有功隨系統(tǒng)頻率變化 負荷靜態(tài)頻率特性 主要是電感性負載，電阻性很少，電容性更少。在電壓不變時，電動機、電磁爐等各種電器消耗的

10、功率會隨頻率的升高而增加。負載的靜態(tài)特性線變化為B' -B線，原動機調(diào)節(jié)系統(tǒng)不工作，功率不變，A-A與B' -B的交點就是新的平衡運行點。當外界負載連續(xù)變化時，負載特性與原動機特性的交點構成的連線就是原動機的特性線。這就是調(diào)節(jié)系統(tǒng)不工作時，機組的平衡運行特性，也稱為固有調(diào)節(jié)特性。從固有調(diào)節(jié)特性可見：1、在外界負荷變化時，機組能夠從一個平衡工況過渡到另外一個平衡工況；2、 在外界負荷（負載）變化時， 機組的轉速（電網(wǎng)的頻率）將發(fā)生很大的變化，其變化的大小與負載的性質有關（感性、阻性）。3、沒有調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與工作時，不能滿足發(fā)電的要求，不能維持電網(wǎng)頻率的穩(wěn)定。 固有特性的調(diào)整原動機沒

11、有調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與工作時的靜態(tài)特性不能滿足發(fā)電的要求，因此必須具有調(diào)節(jié)系統(tǒng)參與工作。根據(jù)汽輪機的特性，機組的功率為 式中：N = G ? H ? nG:機組流量；H :機組的等熵焓降； n oi :機組的內(nèi)效率只要改變機組的進汽流量或者等熵焓降，就可以改變機組的功率。 常規(guī)的汽輪機中，有各種調(diào)節(jié)方法，包括：噴嘴調(diào)節(jié)（順序閥調(diào)節(jié)）節(jié)流調(diào)節(jié)（單閥調(diào)節(jié)）滑壓調(diào)節(jié)（滑壓運行）等噴嘴調(diào)節(jié)時，主要改變機組的進汽流量，焓降也有變化；節(jié)流調(diào)節(jié)時主要改變機組 的等熵焓降，流量也有變化；而滑壓調(diào)節(jié)時，通過改變機組進汽壓力，改變進汽流量來實現(xiàn) 負荷控制。噴嘴調(diào)節(jié)具有較高的部分負荷運行效率，但各級溫度變化比較大，熱應力和

12、壽命損耗相對較大； 而節(jié)流調(diào)節(jié)在額定負荷附近與噴嘴調(diào)節(jié)相當，而部分負荷效率較低；滑壓運行負荷變化非常緩慢，效率較高，部分負荷時汽輪機各級溫度變化很小，對壽命損耗低，給水泵 耗功可以減少。調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作時，負荷減小轉速增加，減小調(diào)節(jié)閥的開度，特性線變?yōu)锳' -A'，與負載特性線B' -B的交點變化為O '。當負載連續(xù)變化，調(diào)節(jié)系統(tǒng)連續(xù)工作時，負載特性與原動機特 性的交點連線為0-0 '，即為改變了的固有特性。轉速變化為n '，明顯減少，以滿足運行的要求并列運行對靜態(tài)特性的要求1、所有并列運行機組在電網(wǎng)頻率變化時，承擔一定的負荷變化，各機組負荷變化量

13、之和等于電網(wǎng)總的負荷變化量；2、調(diào)速不等率越大，電網(wǎng)負荷變化時承擔的功率變化量越小；調(diào)速不等率越小，承擔的功率變化量越大；有可能使得8小的機組壽命受到嚴重的影響；3、所有并列運行機組的調(diào)速不等率應該相近，以使得各機組在電網(wǎng)中運行時，其負 荷均能夠隨電網(wǎng)頻率的變化而發(fā)生變化；4、電網(wǎng)越大，電網(wǎng)的頻率越容易維持穩(wěn)定。因為此時電網(wǎng)負荷擾動量占電網(wǎng)總容 量的百分比將隨著電網(wǎng)容量的增加而減小，從而引起電網(wǎng)頻率較小的變化。2、一次調(diào)頻及其重要性電網(wǎng)功率與頻率之間的關系曲線負載變化引起電網(wǎng)頻率變化，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的工作過程如圖8所示ft在圖 8 中， PT 為原動機頻率特性線， PG 為負荷頻率特性線。平衡運行點

14、為 a ，如果系統(tǒng) 中的負載增加 PL ，則負荷頻率特性變?yōu)?PG1 ，所有機組均不參與調(diào)節(jié)時，機組的輸入功 率恒定為 PT、且等于 PL,貝卩系統(tǒng)頻率下降，負載所取用的有功功率逐漸減小。依靠負荷調(diào) 節(jié)效應（有功隨頻率變化的關系），達到新的平衡，運行點移到b點，頻率穩(wěn)定值為f3，負載消耗的有功功率仍然為原來的 PL 值。此時，頻率偏差值 f 決定于 PL 值的大小，一般很 大。當原動機參與調(diào)節(jié)時，負載增加，頻率下降，調(diào)節(jié)系統(tǒng)工作，增加機組的功率PT。達到穩(wěn)定后，在c點運行，頻率為f2，這時系統(tǒng)負載所取用的功率為PL2，小于額定頻率下所需要的功率 PL1，頻率偏差 f比調(diào)節(jié)系統(tǒng)不工作時要小得多，調(diào)速器的這種調(diào)節(jié)作用就 是一次調(diào)頻。 若要使頻率恢復到額定值， 貝需要移動原動機的頻率特性， 改變機組的負荷指 令，使c點移動到 d點， 使得 f = 0，這種調(diào)節(jié)稱為二次調(diào)頻。也是AGC 的控制作用。3 、一次調(diào)頻及其參數(shù)分布對電網(wǎng)穩(wěn)定性的影響a 、電網(wǎng)調(diào)頻容量一定時，負荷擾動比較小時，電網(wǎng)穩(wěn)定后的頻率不超出容許變化范圍的可能性越大； 對于確定的一次調(diào)頻容量， 負荷擾動超出一個確定的最大值后， 穩(wěn)態(tài)頻率變化超出容 許范圍。 不同一次調(diào)頻容量時， 具有不同的負荷擾動極限值； 保證頻