1、第第2章、電力系統頻率控制章、電力系統頻率控制 本章主要介紹電力系統頻率特性，頻率調整、頻率異常控制。 2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 頻率控制的必要性與方法頻率控制的必要性與方法2.3 2.3 電力系統的頻率特性電力系統的頻率特性 2.4 2.4 電力系統的頻率調整電力系統的頻率調整 2.5 2.5 頻率異常控制頻率異常控制 2.1 概述 基本常識基本常識 1、電力系統頻率反映系統中有功功率的供需平衡情況，是電力系統運行的、電力系統頻率反映系統中有功功率的供需平衡情況，是電力系統運行的 重要指標，也是影響電力系統安全穩定的重要因素。重要指標，也是影響電力系統安全穩定的重要因素。2、電

2、力系統有功功率突然不平衡時，頻率將發生變化，功率不足，頻率將、電力系統有功功率突然不平衡時，頻率將發生變化，功率不足，頻率將下降；功率過剩，頻率將上升。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，而且與系統的、頻率變化的幅值和速度，不僅與功率不平衡的程度有關，而且與系統的特性有關。特性有關。4、頻率允許偏移的程度與電力系統和用戶的生產過程和設備的特性等許多、頻率允許偏移的程度與電力系統和用戶的生產過程和設備的特性等許多因素有關。因素有關。5、頻率的整個動態過程時間跨度很長，可能達若干分鐘，緊急狀態的頻率、頻率的整個動態過程時間跨度很長，可能達若干分鐘，緊急

3、狀態的頻率控制時間跨度若干秒。控制時間跨度若干秒。6、最常見的頻率異常是頻率下降，電力系統中曾發生過很多由于頻率異常、最常見的頻率異常是頻率下降，電力系統中曾發生過很多由于頻率異常下降而擴大事故甚至全系統崩潰的事故。下降而擴大事故甚至全系統崩潰的事故。7、我國明確規定按頻率降低自動減負荷是防止系統崩潰的最后一道防線。、我國明確規定按頻率降低自動減負荷是防止系統崩潰的最后一道防線。8、電力系統頻率嚴格按額定值運行，正常一般、電力系統頻率嚴格按額定值運行，正常一般0.10.2HZ，在緊急狀態下，在緊急狀態下，也要求盡快恢復到也要求盡快恢復到49.5HZ（對中國（對中國50HZ而言）而言）2.2頻率

4、控制的必要性和方法一、頻率控制的必要性一、頻率控制的必要性 保證電能質量是電力系統運行與控制的主要目標之一，也是電網保證電能質量是電力系統運行與控制的主要目標之一，也是電網調度自動化的重要內容。頻率是電能質量最重要的指標，電力系統頻調度自動化的重要內容。頻率是電能質量最重要的指標，電力系統頻率變化對用戶、發電廠和電力系統本身都會產生不利影響。率變化對用戶、發電廠和電力系統本身都會產生不利影響。1、對用戶的影響、對用戶的影響 用戶使用的電動機的轉速與頻率有關，頻率的變化將引起電動機轉速的變用戶使用的電動機的轉速與頻率有關，頻率的變化將引起電動機轉速的變化，從而影響產品的質量。化，從而影響產品的質

5、量。 如紡織業、造紙業因頻率變化而出現殘次品。（如紡織業、造紙業因頻率變化而出現殘次品。（0.5HZ） 近代工業，國防廣泛使用的電子設備，如雷達、電子計算機會因頻率過低近代工業，國防廣泛使用的電子設備，如雷達、電子計算機會因頻率過低而無法運行。（而無法運行。（0.53.0HZ） 同步驅動電唱機。（同步驅動電唱機。（0.1HZ） 2 2、發電廠和系統本身、發電廠和系統本身 火力發電廠：火力發電廠： 廠用機械廠用機械泵和風機。頻率下降，風量和水量將迅速減少，影響鍋爐的正常泵和風機。頻率下降，風量和水量將迅速減少，影響鍋爐的正常運行。運行。 汽輪機葉片汽輪機葉片頻率下降某些值時，葉片發生機械諧振，諧

6、振應力比正常運行頻率下降某些值時，葉片發生機械諧振，諧振應力比正常運行時大很多倍，產生疲勞積累，可使葉片產生裂縫，嚴重時可能發生斷裂。時大很多倍，產生疲勞積累，可使葉片產生裂縫，嚴重時可能發生斷裂。 發電機發電機頻率下降，發電機的通風量將減少，而為了維持正常電壓，又要求頻率下降，發電機的通風量將減少，而為了維持正常電壓，又要求增加勵磁電流，使定、轉子溫度升高，停運。增加勵磁電流，使定、轉子溫度升高，停運。 系統本身：系統本身： 變壓器變壓器頻率下降，磁通密度增大，變壓器鐵芯損耗和勵磁電流將增大，頻率下降，磁通密度增大，變壓器鐵芯損耗和勵磁電流將增大，為限制溫升，不得不降低變壓器的負荷。為限制溫

7、升，不得不降低變壓器的負荷。 無功功率無功功率頻率下降時，無功負荷將增大，從而使系統電壓水平下降。頻率下降時，無功負荷將增大，從而使系統電壓水平下降。P/PN Q/QNf/fNPQ圖2.1負荷靜態頻率特性二、頻率控制的方法二、頻率控制的方法（手段：原動機自動調速系統：調速器、調頻器手段：原動機自動調速系統：調速器、調頻器） 在穩態情況下，電力系統的頻率是一個全系統一致的參數。對系統中每一在穩態情況下，電力系統的頻率是一個全系統一致的參數。對系統中每一臺發電機而言，其頻率與轉速有如下關系：臺發電機而言，其頻率與轉速有如下關系： 60Pnf其中其中P表示發電機極對數，表示發電機極對數，n表示發電機

8、組的轉速度表示發電機組的轉速度 要求系統頻率穩定，就必須系統中所有發電機的轉速保持穩定，而發電機的要求系統頻率穩定，就必須系統中所有發電機的轉速保持穩定，而發電機的轉速與發電機輸出的電功率（分擔的電力負荷）和輸入的原動機功率（汽輪機的轉速與發電機輸出的電功率（分擔的電力負荷）和輸入的原動機功率（汽輪機的進汽量或水輪機的進水量）有關。進汽量或水輪機的進水量）有關。 其中，其中，PT表示發電機輸入功率或原動機的機械功率；表示發電機輸入功率或原動機的機械功率；PE發電機的輸出功率發電機的輸出功率（電磁功率）；（電磁功率）；TJ表示轉動慣量的時間常數；表示轉動慣量的時間常數；表示轉子的角速度。表示轉子

9、的角速度。dtdTPPJET 要保持頻率穩定，即要保持發電機的輸入功率和輸出功率平衡，由于要保持頻率穩定，即要保持發電機的輸入功率和輸出功率平衡，由于電力系統負荷是時刻變化的，所以必須不斷調節發電機的輸入功率（汽輪電力系統負荷是時刻變化的，所以必須不斷調節發電機的輸入功率（汽輪機的進汽量機的進汽量汽門開度或水輪機的進水量汽門開度或水輪機的進水量導水葉開度），使發電機的原導水葉開度），使發電機的原動力隨負荷不斷變化。這是一個動態平衡的過程。所以頻率控制問題實際動力隨負荷不斷變化。這是一個動態平衡的過程。所以頻率控制問題實際上是一個系統中所有發電廠有功出力控制和調節的問題。上是一個系統中所有發電廠

10、有功出力控制和調節的問題。 頻率控制可采用以下兩種措施：頻率控制可采用以下兩種措施： 1、正常運行時，采用自動頻率控制（、正常運行時，采用自動頻率控制（AFC）或自動發電控制）或自動發電控制AGC），），其主要是在負荷緩慢變化時，調節發電機的輸出功率，以保持頻率恒定，其主要是在負荷緩慢變化時，調節發電機的輸出功率，以保持頻率恒定，保持系統中聯絡線上的功率小于規定值，同時調節發電機功率時，還要考保持系統中聯絡線上的功率小于規定值，同時調節發電機功率時，還要考慮按最優經濟原則分配機組出力。慮按最優經濟原則分配機組出力。 2、緊急狀態下頻率控制，在系統中有功功率出現大擾動，頻率出現、緊急狀態下頻率控

11、制，在系統中有功功率出現大擾動，頻率出現大偏差時，盡快恢復頻率至正常值，以保證電力系統的安全。大偏差時，盡快恢復頻率至正常值，以保證電力系統的安全。2.3電力系統頻率特性一、電力負荷的頻率特性（靜態）一、電力負荷的頻率特性（靜態）1、電力系統的負荷、電力系統的負荷 根據電力系統有功功率與頻率的關系可以分為：根據電力系統有功功率與頻率的關系可以分為： 一類：照明、電弧爐、整流器負荷等，吸收的有功功率不受頻率變一類：照明、電弧爐、整流器負荷等，吸收的有功功率不受頻率變化的影響。化的影響。 二類：球蘑機、壓縮機、卷揚機、往復式水泵、機床等，吸收有功二類：球蘑機、壓縮機、卷揚機、往復式水泵、機床等，吸

12、收有功功率近似與頻率成正比。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。比。 四類：各種風機（三次方）、高壓水泵（三次方、高次方）等，四類：各種風機（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。吸收有功功率與頻率高次方成比例。 系統中實際的負荷是上述各類負荷的組合，即綜合負荷。系統中實際的負荷是上述各類負荷的組合，即綜合負荷。 2、電力負荷的頻率調節效應、電力負荷的頻率調節效應 綜合負荷吸收的有功功率與頻率的關系是一條非線性曲線如圖綜合負荷吸收的有功功率與頻率的關系是一條

13、非線性曲線如圖2.1所示所示 1）在額定頻率時）在額定頻率時fN，系統負荷吸收的有功功率為，系統負荷吸收的有功功率為PN。 2）當系統的負荷突然增加時，發電機組的出力調節由于機械慣性的影響不）當系統的負荷突然增加時，發電機組的出力調節由于機械慣性的影響不能及時跟上，頻率便會有所下降，這時負荷吸收的有功功率自動減少。這有能及時跟上，頻率便會有所下降，這時負荷吸收的有功功率自動減少。這有利于系統的頻率的自動恢復。（負荷調節效應的概念）利于系統的頻率的自動恢復。（負荷調節效應的概念）PfP圖圖2.2 2.2 綜合負荷靜態頻率特性綜合負荷靜態頻率特性P1P2f1f212PffNPN 3）當頻率有微小的

14、變化，綜合負荷的靜態頻率特性接近于直線。該）當頻率有微小的變化，綜合負荷的靜態頻率特性接近于直線。該直線的斜率：（直線的斜率：（即負荷的單位調節功率，表示綜合負荷所吸收的有功功即負荷的單位調節功率，表示綜合負荷所吸收的有功功率率隨頻率下降而減少的數值隨頻率下降而減少的數值 。）。）fPKLL可以采用標幺制：可以采用標幺制： */fPffPPKLNNL KL*在數值上等于額定條件下負荷的頻率調節效應，一般在在數值上等于額定條件下負荷的頻率調節效應，一般在13之間，此之間，此值由實際測量得到，取決于系統的負荷組成，是不能整定的。值由實際測量得到，取決于系統的負荷組成，是不能整定的。3、應用、應用

15、調度部門掌握此數據是作為考慮系統頻率降低而需要減少調度部門掌握此數據是作為考慮系統頻率降低而需要減少的負荷，周圍發生低頻事故時切除負荷的依據。的負荷，周圍發生低頻事故時切除負荷的依據。 例：某電力系統總負荷為例：某電力系統總負荷為4000MW，KL*=1.7，正常運行，正常運行時系統的頻率為時系統的頻率為50Hz，所有發電機均滿載運行，如果電力系，所有發電機均滿載運行，如果電力系統在發生事故后失去統在發生事故后失去350MW的電源功率，求電力系統頻率將的電源功率，求電力系統頻率將下降多少？下降多少？解：解：09. 04000350*NLPPP053. 07 . 109. 0*LLKPfHzff

16、fN65.250053.0*所以系統的頻率下降為所以系統的頻率下降為HzfffN35.4765. 250二、發電機組的頻率特性（靜態）二、發電機組的頻率特性（靜態）1 1、發電機組的頻率特性、發電機組的頻率特性 系統的頻率變化時，發電機組的出力將做相應的調整和改系統的頻率變化時，發電機組的出力將做相應的調整和改變，稱為發電機組的頻率特性或發電機組的頻率調節效應。變，稱為發電機組的頻率特性或發電機組的頻率調節效應。 首先，原動機未配置自動調速系統時，其機械功率與頻率首先，原動機未配置自動調速系統時，其機械功率與頻率的關系為：的關系為：221fCfCPG 當原動機配置自動調速系統，如下圖當原動機配

17、置自動調速系統，如下圖2.3所示，它的調所示，它的調速器隨機組轉速的變化不斷改變進汽量或進水量，使原動機速器隨機組轉速的變化不斷改變進汽量或進水量，使原動機的運行點不斷從一根頻率特性曲線向另一根頻率特性曲線過的運行點不斷從一根頻率特性曲線向另一根頻率特性曲線過渡渡a-b-c.，實線，實線1-2-3是有調速器調節。是有調速器調節。 PGabc1234圖圖2.3 2.3 原動機的靜態頻率特性原動機的靜態頻率特性fPGfPGNfN圖圖2.4 2.4 原動機的靜態頻率特性原動機的靜態頻率特性發電機有功頻率特性曲線如下圖發電機有功頻率特性曲線如下圖2.4所示。所示。1）發電機的靜態頻率特性曲線是）發電機

18、的靜態頻率特性曲線是有差調節有差調節。2）發電機的單位調節功率：）發電機的單位調節功率：fPKGG 也是發電機的特性曲線的斜率，也是發電機的特性曲線的斜率，負號表示發電機輸出功負號表示發電機輸出功率的變化與頻率變化相反。率的變化與頻率變化相反。表示系統頻率下降時，在調速表示系統頻率下降時，在調速器的自動調節下發電機增發或減少多少有功功率。器的自動調節下發電機增發或減少多少有功功率。3）發電機的單位調節功率通常用調差系數表示）發電機的單位調節功率通常用調差系數表示 GGPfK1若用標么值表示：若用標么值表示： GNNGNGNGGPfKffPPK/*/PfPPffNN0*Pf 此方程為發電機的靜態

19、調節方程。此方程為發電機的靜態調節方程。4）發電機的單位調節功率或調差系數可以人為整定。）發電機的單位調節功率或調差系數可以人為整定。 )%64(*汽輪機汽輪機 ：水輪機水輪機 :)%42(* 注：發電機的頻率特性與系統的備用容量的數量及投入注：發電機的頻率特性與系統的備用容量的數量及投入時間有關。當頻率降低時，首先是汽輪機的調速器投入瞬時間有關。當頻率降低時，首先是汽輪機的調速器投入瞬時備用容量，當系統低頻時間較長時（時備用容量，當系統低頻時間較長時（10S左右），則系左右），則系統自動調頻裝置統自動調頻裝置AFC將開始作用，投入運行備用容量。將開始作用，投入運行備用容量。三、電力系統的頻率

20、特性（靜態）三、電力系統的頻率特性（靜態） 電力系統包括許多發電機組和不同負荷，電力系統的頻率電力系統包括許多發電機組和不同負荷，電力系統的頻率特性由發電機和負荷的頻率特性組合而成。若用表示全系統特性由發電機和負荷的頻率特性組合而成。若用表示全系統的單位調節功率，則有：的單位調節功率，則有：mjLjniGiLLGGGSKKKKKKKK1121321.也可以應用標么值表示：也可以應用標么值表示：mjjLniiGLLGGGSKKKKKKKK1*1*2*1*3*2*1*. 注：電力系統的單位調節功率表示當系統負荷增加注：電力系統的單位調節功率表示當系統負荷增加（減少）時，在各機組調速器和負荷本身的調

21、節效應的共同（減少）時，在各機組調速器和負荷本身的調節效應的共同作用下，系統頻率最終下降（增加）的程度。如果某臺發電作用下，系統頻率最終下降（增加）的程度。如果某臺發電機組已經滿載，它的調速器將受到限制，不能參加增出力的機組已經滿載，它的調速器將受到限制，不能參加增出力的調節，這時有：調節，這時有： 0GKLSKK2.42.4電力系統頻率調整電力系統頻率調整 在電力系統中，有功功率的平衡是一個在電力系統中，有功功率的平衡是一個動態平衡動態平衡的過的過程。程。PPPLG 表示系統電源發出的有功功率，表示系統電源發出的有功功率， 表示系統負表示系統負載所需要的有功功率，載所需要的有功功率， 表示系

22、統元件所引起的有功損耗。表示系統元件所引起的有功損耗。GPLPP當電力系統負荷變動時，電力系統的頻率會發生變化，當電力系統負荷變動時，電力系統的頻率會發生變化，同步電機的調速器會自動控制和調整汽輪機的進汽量或水輪同步電機的調速器會自動控制和調整汽輪機的進汽量或水輪機的進水量，從而控制和調整發電機的輸出功率，使頻率趨機的進水量，從而控制和調整發電機的輸出功率，使頻率趨于穩定，根據電力系統負荷頻率特性的特點，負荷本身在頻于穩定，根據電力系統負荷頻率特性的特點，負荷本身在頻率變化情況下，也會相應改變負荷吸收的功率。率變化情況下，也會相應改變負荷吸收的功率。一、電力系統負荷一、電力系統負荷 系統的負荷

23、是隨機的、不可控的，按其變化的系統的負荷是隨機的、不可控的，按其變化的幅度和周期幅度和周期特點特點分：分： 第一類負荷第一類負荷P1：變化周期短、幅度很小、頻率高的隨機：變化周期短、幅度很小、頻率高的隨機負荷（負荷的變化周期在負荷（負荷的變化周期在10S內）。內）。 第二類負荷第二類負荷P2：變化周期長、變化幅度較大、頻率較低：變化周期長、變化幅度較大、頻率較低的脈沖負荷。（沖擊性、間隙性負荷）（變化周期的脈沖負荷。（沖擊性、間隙性負荷）（變化周期10S3分分鐘）（電爐、電力機車等沖擊負荷）鐘）（電爐、電力機車等沖擊負荷） 第三類負荷第三類負荷P3：變化率緩慢，變化幅度大，周期最長的負：變化率

24、緩慢，變化幅度大，周期最長的負荷。（由氣候、作息時間生活規律等引起）這類負荷可以預荷。（由氣候、作息時間生活規律等引起）這類負荷可以預測。測。二、電力系統頻率的一次調整二、電力系統頻率的一次調整1、一次調整的概念一次調整的概念 系統中所有的發電機都裝有調速器，當負荷變動導致頻系統中所有的發電機都裝有調速器，當負荷變動導致頻率變化時，調速器能感知發電機頻率的變化，自動調節進汽率變化時，調速器能感知發電機頻率的變化，自動調節進汽閥開度或導水葉的開度，改變發電機的有功出力，力求系統閥開度或導水葉的開度，改變發電機的有功出力，力求系統功率平衡。功率平衡。2、一次調頻中原動機的作用一次調頻中原動機的作用

25、 當原動機配置自動調速系統，它的調速器隨機組轉速的變當原動機配置自動調速系統，它的調速器隨機組轉速的變化不斷改變進汽量或進水量，使原動機的運行點不斷從一根化不斷改變進汽量或進水量，使原動機的運行點不斷從一根頻率特性曲線向另一根頻率特性曲線過渡。頻率特性曲線向另一根頻率特性曲線過渡。3 3、頻率一次調整的原理、頻率一次調整的原理圖圖2.5 頻率一次調整頻率一次調整oOPGPLPLAABBf0f0PL0fP(1)(1)原始運行點在原始運行點在O O點點(2)(2)在負荷突然增加在負荷突然增加, ,發電機組的出力不能及時跟上機組將發電機組的出力不能及時跟上機組將減速減速, ,系統的頻率將下降。系統的

26、頻率將下降。(3)(3)在系統頻率下降的同時，發電機組的功率將調速器的一在系統頻率下降的同時，發電機組的功率將調速器的一次調整作用而增大（次調整作用而增大（OBOB），負荷功率也因本身的調節），負荷功率也因本身的調節效應而減少（效應而減少（B BA A），經過衰減振蕩過程，達到新的平），經過衰減振蕩過程，達到新的平衡點衡點O O。(4)(4)實現有差調節。實現有差調節。fPKKKLLGS0 是系統的單位調節功率，標志了系統的負荷增加是系統的單位調節功率，標志了系統的負荷增加或減少時，在原動機調速器和負荷本身的調節效應共同作或減少時，在原動機調速器和負荷本身的調節效應共同作用下，系統的頻率下降或

27、上升多少。用下，系統的頻率下降或上升多少。SKfKfKKfKfKPSLGLGL)(0原理分析：原理分析：fKBAPLLfKBOPGGBABOABOBOAPL0注：注： （1）頻率的一次調整是有限的，其只限于周期短、幅）頻率的一次調整是有限的，其只限于周期短、幅度小、頻率高的隨機負荷變動引起的頻率偏移（負荷的變化度小、頻率高的隨機負荷變動引起的頻率偏移（負荷的變化周期在周期在10S內）。內）。 （2）頻率的一次調整是所有發電機組都可以參加的調）頻率的一次調整是所有發電機組都可以參加的調頻任務。頻任務。4、應用、應用例題例題1：設系統中發電機組的容量和它們的調差系數分別為：設系統中發電機組的容量和

28、它們的調差系數分別為：水輪機組：水輪機組：100MW的的5臺臺 ，單位調節功率，單位調節功率400MW/Hz；75MW的的5臺單位臺單位調節功率調節功率273MW/Hz 。汽輪機組：汽輪機組：100MW的的6臺臺 ，單位調節功率，單位調節功率343MW/Hz ；50MW的的20臺，臺，單位調節功率單位調節功率500MW/Hz 。較小的汽輪機組合計較小的汽輪機組合計1000MW，單位調節功率，單位調節功率500MW/Hz ；系統的總負荷；系統的總負荷為為3300MW，負荷單位調節功率，負荷單位調節功率 KL*=1.5，試計算：，試計算：1）全部機組參加調頻。）全部機組參加調頻。 2）全部機組不參

29、加調頻。）全部機組不參加調頻。 3）僅水輪機組參加調頻。）僅水輪機組參加調頻。 4）僅）僅20臺臺50MW汽輪機組參加調頻等四種情況下系統的單位調節功率。汽輪機組參加調頻等四種情況下系統的單位調節功率。例題例題2：某電力系統中，已知占總容量：某電力系統中，已知占總容量1/2的核電機組已的核電機組已滿負荷，占滿負荷，占30%的火電廠有的火電廠有10%的備用容量，其單位調的備用容量，其單位調節功率為節功率為16.6，占總容量，占總容量20%的水電廠有的水電廠有25%的備用容的備用容量，其單位調節功率位量，其單位調節功率位5，系統負荷單位調節功率為，系統負荷單位調節功率為1.5(標幺值，以系統總負荷

30、為基準）。試求：標幺值，以系統總負荷為基準）。試求：（1）系統的單位調節功率為）系統的單位調節功率為KS。（2）負荷的功率增加）負荷的功率增加5%時的穩態頻率。時的穩態頻率。（3）若頻率容許降低）若頻率容許降低0.2Hz，系統能承擔的負荷增量。，系統能承擔的負荷增量。二、電力系統頻率的二次調整二、電力系統頻率的二次調整1、二次調頻的概念、二次調頻的概念 自動或手動操作調頻器，當負荷變動導致頻率變化時，使自動或手動操作調頻器，當負荷變動導致頻率變化時，使發電機組的頻率特性平衡地移動，從而使負荷變動引起的頻率發電機組的頻率特性平衡地移動，從而使負荷變動引起的頻率偏移縮小在允許的波動范圍內。偏移縮小

31、在允許的波動范圍內。2、二次調頻的原理、二次調頻的原理圖圖2.6 頻率二次調整頻率二次調整PL0PG0PLPLPGPGPOO OABCAB0f 0f0ffPL0PG0圖圖2.6 頻率二次調整頻率二次調整PLPLP OOOGPGPCBA”A”B”Cf 0f0f0f（1）運行點）運行點（2）二次調頻分為三部分：二次調頻分為三部分： 1）由于調速器的作用而增大發電機組的功率。）由于調速器的作用而增大發電機組的功率。（ ， ） 2）因負荷本身的調節效應而減少的功率。（）因負荷本身的調節效應而減少的功率。（ ） 3）由于二次調整發電機增發的功率。（）由于二次調整發電機增發的功率。（ ）（3）可以實現是無

32、差調節。）可以實現是無差調節。 OOO fKCBG 00 fff fKABL0GPOC原理分析：原理分析： 00fKfKPBACBOCPLGGL 00fPPKKKLGLGS注：注：（1）二次調頻適用于調整負荷變化周期長、變化幅度大、頻率較低的）二次調頻適用于調整負荷變化周期長、變化幅度大、頻率較低的脈沖負荷。（沖擊性、間隙性負荷）（變化周期脈沖負荷。（沖擊性、間隙性負荷）（變化周期10S3分鐘）分鐘）（2）二次調頻的作用較一次調頻作用大，提高了發電機的發電功率，）二次調頻的作用較一次調頻作用大，提高了發電機的發電功率，縮小頻率偏差。二次調頻是調頻的重要手段。縮小頻率偏差。二次調頻是調頻的重要手

33、段。（3）二次調整不是系統中所有的發電機組都參加，二次調整不是系統中所有的發電機組都參加，一般由系統中較少一般由系統中較少的電廠承擔，承擔調頻任務的電廠稱為調頻廠，調頻廠可以分為主調的電廠承擔，承擔調頻任務的電廠稱為調頻廠，調頻廠可以分為主調頻廠和輔助調頻廠。主調頻廠調節后，若頻率還不能恢復正常時，啟頻廠和輔助調頻廠。主調頻廠調節后，若頻率還不能恢復正常時，啟用輔助調頻廠，而非調頻廠只能按分配的負荷發電。用輔助調頻廠，而非調頻廠只能按分配的負荷發電。（4）當調頻廠不位于負荷中心時，在調頻同時，還應考慮控制調頻廠）當調頻廠不位于負荷中心時，在調頻同時，還應考慮控制調頻廠與系統其他部分聯系的聯絡線

34、上流通的功率不要超過允許值。與系統其他部分聯系的聯絡線上流通的功率不要超過允許值。三、聯合電力系統頻率調整三、聯合電力系統頻率調整 對于聯合系統，將一個系統分為兩部分看待，對于聯合系統，將一個系統分為兩部分看待， 、 分別為聯合前的分別為聯合前的A、B兩部分電力系統的單位調節功率，兩兩部分電力系統的單位調節功率，兩部分系統均設有二次調頻的電廠，它們的功率變量分別部分系統均設有二次調頻的電廠，它們的功率變量分別為為 、 ，A、B兩系統的負荷變量分別兩系統的負荷變量分別 、 ，設聯絡線上的交換功率為設聯絡線上的交換功率為 ，由，由A向向B 流動為正。流動為正。AKBKGAPGBPLAPLBPabP

35、A系統系統B系統系統Pab圖圖2.7 聯合電力系統聯合電力系統聯合前，對聯合前，對A部分系統：部分系統： AAGALAfKPP對對B部分系統：部分系統： BBGBLBfKPP聯合后：通過聯絡線由聯合后：通過聯絡線由A向向B輸送的交換功率，對于輸送的交換功率，對于A系統，可看作為負荷，系統，可看作為負荷，從而從而AAGAabLAfKPPP對于對于B系統，可看作為一個電源，從而系統，可看作為一個電源，從而BBabGBLBfKPPP聯合后，兩個系統的頻率應該相等聯合后，兩個系統的頻率應該相等BAGBLBGALAKKPPPPf)()(BAGBLBBGBLBAabKKPPKPPKP)()(令令 , ,

36、、 分別為分別為A、B兩系統的功率缺額。兩系統的功率缺額。AGALAPPPBGBLBPPPAPBPBABAKKPPf)(BAABBAabKKPKPKP 若系統的頻率保持不變，則若系統的頻率保持不變，則 ，B系統的功率系統的功率缺額或缺額或A系統增發的功率，卻要加在聯絡線由系統增發的功率，卻要加在聯絡線由A向向B傳輸，這傳輸，這就是調頻廠設在遠離負荷中心而且實現無差調節的情況。就是調頻廠設在遠離負荷中心而且實現無差調節的情況。0f3、應用、應用例、兩系統通過聯絡線聯合，正常運行時，聯絡線上沒有交換功率，兩系統的例、兩系統通過聯絡線聯合，正常運行時，聯絡線上沒有交換功率，兩系統的容量分別為容量分別

37、為1500MW和和1000MW，各自的單位調節功率為，各自的單位調節功率為 ， ； ，設，設A系統負荷增加系統負荷增加100MW，試計算下列情況下系統的頻率變量和聯絡線上的功率。，試計算下列情況下系統的頻率變量和聯絡線上的功率。（1）A、B兩系統都參加一、二次調頻，兩系統都參加一、二次調頻，A、B兩系統都增發兩系統都增發50MW。（2）A系統的所有機組都參加一次調頻，并有部分機組參加二次調頻，增發系統的所有機組都參加一次調頻，并有部分機組參加二次調頻，增發60MW，B系統有一半機組參加一次調頻，另一半機組由負荷限制器所限制，不系統有一半機組參加一次調頻，另一半機組由負荷限制器所限制，不能參加調

38、頻。能參加調頻。HzMWKGA/750HzMWKLA/45HzMWKGB/400HzMWKLB/26四、電力系統頻率的三次調整四、電力系統頻率的三次調整1、概念、概念 頻率的三次調整指各發電廠執行系統調度預先下達的發電計頻率的三次調整指各發電廠執行系統調度預先下達的發電計劃，定時調控發電機的有功出力，劃，定時調控發電機的有功出力，和在非預計的負荷變化經一和在非預計的負荷變化經一次調整和二次調整積累到一定程度時次調整和二次調整積累到一定程度時，重新按經濟調度原則分，重新按經濟調度原則分配各發電廠的有功出力。配各發電廠的有功出力。2、原理、原理 各發電廠按預先給定的負荷發電，這種給定的負荷是按經各

39、發電廠按預先給定的負荷發電，這種給定的負荷是按經濟調度濟調度最優化的原則最優化的原則獲得的。這里只講電力系統有功功率的經獲得的。這里只講電力系統有功功率的經濟分配。濟分配。 電力系統中有功負荷合理分配的電力系統中有功負荷合理分配的目標目標是在滿足一定約束條是在滿足一定約束條件的前提下，盡可能節約消耗的一次能源。件的前提下，盡可能節約消耗的一次能源。（1）耗量特性）耗量特性PGF，WmFP圖圖2.8 耗量特性曲線耗量特性曲線F-單位時間內消耗的燃料單位時間內消耗的燃料.W-單位時間內消耗的水量單位時間內消耗的水量.PG-電功率電功率.兩個概念：兩個概念：1）比耗量）比耗量GPWGPF表示單位時間

40、內輸入能量與輸出功率之比表示單位時間內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切線的斜率）耗量微增率（耗量特性曲線上某一點切線的斜率）表示單位時間內輸入能量微增率與輸出能表示單位時間內輸入能量微增率與輸出能量微增率之比。量微增率之比。GGdPdWdPdF（2）火電廠內各機組經濟負荷分配（不計網損）火電廠內各機組經濟負荷分配（不計網損） 目標函數目標函數（總燃料耗量）：（總燃料耗量）： )(.)()(2211mmPBPBPBB約束條件約束條件（有功負荷平衡）：（有功負荷平衡）： mDPPPP.21maxminiiiPPPmaxminiiiQQQmaxminiiiUUU 在滿

41、足約束條件下，求總燃料耗量最小，利用拉格朗日函數在滿足約束條件下，求總燃料耗量最小，利用拉格朗日函數：).()(.)()(212211DmmmPPPPPBPBPBC0.212211DmmmPPPPdPdBdPdBdPdB等耗量微增率準則等耗量微增率準則 0).2 , 1(0CmiPCi利用拉格朗日函數求偏導數利用拉格朗日函數求偏導數應用：應用： 例：已知兩臺機組的耗量特性表達為：例：已知兩臺機組的耗量特性表達為： ， ,每臺機組的最大出力為每臺機組的最大出力為125MW，最小出力位，最小出力位20MW，求兩臺機組總出力為，求兩臺機組總出力為200MW時的經濟負時的經濟負荷分配。荷分配。htPP

42、B/0007. 03 . 042111htPPB/0004. 032. 032222（3）系統中各火電廠之間的有功負荷經濟分配）系統中各火電廠之間的有功負荷經濟分配 針對不同地理分布的火電廠，由于存在網損，它們的負荷針對不同地理分布的火電廠，由于存在網損，它們的負荷經濟分配必須計及網損修正才符合實際。經濟分配必須計及網損修正才符合實際。 目標函數目標函數（總燃料耗量）：（總燃料耗量）： )(.)()(2211mmPBPBPBB 約束條件約束條件（有功負荷平衡）：（有功負荷平衡）： PPPPPmD.21maxminiiiPPPmaxminiiiQQQmaxminiiiUUU在滿足約束條件下，求總

43、燃料耗量最小，利用拉格朗日函數：在滿足約束條件下，求總燃料耗量最小，利用拉格朗日函數：).()(.)()(212211DmmmPPPPPPBPBPBC利用拉格朗日函數求偏導數：利用拉格朗日函數求偏導數：0).2 , 1(0CmiPCi0.11.111121222111DmmmmPPPPPPPdPdBPPdPdBPPdPdB即即 等耗量微增率準則等耗量微增率準則 網損與網絡的結構、網絡參數及網絡的潮流分布有關，網損與網絡的結構、網絡參數及網絡的潮流分布有關，是一個變化的量。在要計及網損的有功負荷的最優分配的是一個變化的量。在要計及網損的有功負荷的最優分配的情況下，必須先計算潮流，然后計算網損。情

44、況下，必須先計算潮流，然后計算網損。 （4）系統中各水、火電廠之間的有功負荷經濟分配）系統中各水、火電廠之間的有功負荷經濟分配 針對水、火電廠的聯合調度，水電廠在運行中，一方針對水、火電廠的聯合調度，水電廠在運行中，一方面要承擔調頻調峰任務，使火電廠運行平穩，從而降低耗煤面要承擔調頻調峰任務，使火電廠運行平穩，從而降低耗煤量，另一方面要保持高水頭發更多的電。根據等耗量微增率量，另一方面要保持高水頭發更多的電。根據等耗量微增率準則，得到水、火電廠聯合調度的經濟負荷分配數學模型。準則，得到水、火電廠聯合調度的經濟負荷分配數學模型。1）不計網損）不計網損.)()(.)()(22112211HHTTP

45、WPWPBPBB目標函數（總燃料耗量）：目標函數（總燃料耗量）： 約束條件約束條件 ：.2121HHTTDPPPPP定值）()(0KdtPWHmaxminiiiPPPmaxminiiiQQQmaxminiiiUUU在滿足約束條件下，求總燃料耗量最小，利用拉格朗日函數：在滿足約束條件下，求總燃料耗量最小，利用拉格朗日函數： ).(.)(.)()(212122112211DHHHHTTPPPPPPWPWPBPBC）（利用拉格朗日函數求偏導數利用拉格朗日函數求偏導數0.)2, 1(0CiPCi0.212122112211DHHTTHHTTPPPPPdPdWdPdWdPdBdPdB即即 等耗量微增率準

46、則等耗量微增率準則2）計及網損）計及網損0.1111.11112121222111222111DHHTTHHHHTTTTPPPPPPPPdPdWPPdPdWPPdPdBPPdPdB等耗量微增率準則等耗量微增率準則 同樣，在水火電廠聯合調度時，在計及網損的情況下，網損同樣，在水火電廠聯合調度時，在計及網損的情況下，網損與電網潮流有關，相對而言比較復雜。與電網潮流有關，相對而言比較復雜。3）應用）應用 例：在一個水火電廠聯合發電的系統里，它們的耗煤量特性例：在一個水火電廠聯合發電的系統里，它們的耗煤量特性和耗水量特性分別為和耗水量特性分別為：其中，其中， 、 分別為水火電廠輸出的有功功率，在當前季

47、分別為水火電廠輸出的有功功率，在當前季節和庫容情況下，由水庫調節下達指令為：水電廠每天耗水量節和庫容情況下，由水庫調節下達指令為：水電廠每天耗水量必須為必須為1.5107m3，系統的負荷曲線為，系統的負荷曲線為08時，時， ；818時，時， ；1824時，時， ；火電廠容量為；火電廠容量為600MW，水，水電廠容量為電廠容量為450MW，試確定水火電廠間的經濟負荷分配。，試確定水火電廠間的經濟負荷分配。)/(00035. 04 . 032htPPBTT)/(105 . 18 . 02323smPPWHHTPHPMWPLD350MWPLD700MWPLD500五、主調頻廠和基荷廠在頻率調整中的作

48、用五、主調頻廠和基荷廠在頻率調整中的作用 系統中的發電廠從系統中的發電廠從調頻的角度調頻的角度分可分為：主調頻廠、輔助調頻廠、基分可分為：主調頻廠、輔助調頻廠、基荷廠（非調頻廠）荷廠（非調頻廠）1、主調頻廠：、主調頻廠：負責全系統的頻率調整。這種調頻廠應具備的條件：負責全系統的頻率調整。這種調頻廠應具備的條件：1）足夠大的調整容量（具有足夠的調頻容量和調整范圍）。）足夠大的調整容量（具有足夠的調頻容量和調整范圍）。2）速度快（能比較迅速地調整出力）。）速度快（能比較迅速地調整出力）。3）經濟性好（調整出力時符合安全經濟運行的原則）。）經濟性好（調整出力時符合安全經濟運行的原則）。4）穩定性好（

49、出力大幅度變化時，與系統的聯絡線不會過載失去穩定）。）穩定性好（出力大幅度變化時，與系統的聯絡線不會過載失去穩定）。 在水火聯合的電力系統中，一般選擇一個大容量的水電廠擔任主調頻廠，在水火聯合的電力系統中，一般選擇一個大容量的水電廠擔任主調頻廠，水電廠不僅調頻速度快、操作簡便，而且可調范圍大，不影響水電廠上午水電廠不僅調頻速度快、操作簡便，而且可調范圍大，不影響水電廠上午安全運行。安全運行。2、輔助調頻廠：、輔助調頻廠：當系統的頻率超過某一個規定的偏移范圍后，協助主調頻當系統的頻率超過某一個規定的偏移范圍后，協助主調頻廠參加調頻工作，通常由少數幾個發電廠擔任。廠參加調頻工作，通常由少數幾個發電

50、廠擔任。 3、基荷廠（非調頻廠）基荷廠（非調頻廠）：按調度預先下達的負荷曲線運行，不主動參加：按調度預先下達的負荷曲線運行，不主動參加調頻。調頻。 當系統負荷突然增加時，系統的頻率下降，基荷廠也由于調速當系統負荷突然增加時，系統的頻率下降，基荷廠也由于調速器的調節增加出力，自動參加一次調頻。一般原子能電廠、大型煤礦坑口器的調節增加出力，自動參加一次調頻。一般原子能電廠、大型煤礦坑口火電廠等作為基荷廠，不參加調頻，因為這些發電機組大，效率高，運行火電廠等作為基荷廠，不參加調頻，因為這些發電機組大，效率高，運行費用低，經濟性好，長期帶基本負荷平穩運行，會使電力系統得到良好的費用低，經濟性好，長期帶

51、基本負荷平穩運行，會使電力系統得到良好的經濟效益。經濟效益。4、如何實現基荷廠的負荷向主調頻廠的轉移？、如何實現基荷廠的負荷向主調頻廠的轉移？ 由于一次調整改變了基荷廠原來的運行方式，系統運行的經濟性必然由于一次調整改變了基荷廠原來的運行方式，系統運行的經濟性必然下降，故需將基荷廠增加的負荷平穩地轉移給調頻廠，于是系統的調度員下降，故需將基荷廠增加的負荷平穩地轉移給調頻廠，于是系統的調度員命令主調頻廠調節發電機組的調頻器，再開大調頻機組的閥門（汽閥或水命令主調頻廠調節發電機組的調頻器，再開大調頻機組的閥門（汽閥或水閥），再增加其出力，系統的頻率將抬高一點。而基荷廠的出力會因頻率閥），再增加其出

52、力，系統的頻率將抬高一點。而基荷廠的出力會因頻率的提高自動減少一些，若系統主調頻廠繼續增加出力，系統的頻率繼續提的提高自動減少一些，若系統主調頻廠繼續增加出力，系統的頻率繼續提高，基荷廠的出力就繼續減少，直到系統頻率恢復到額定值，基荷廠的出高，基荷廠的出力就繼續減少，直到系統頻率恢復到額定值，基荷廠的出力又減少到原來的力又減少到原來的“經濟基點經濟基點”。2.4頻率異常控制一、頻率異常的概念一、頻率異常的概念 電力系統發生事故時，由于突然有功功率嚴重不平衡而引起電力系統發生事故時，由于突然有功功率嚴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的頻率大幅度劇烈變化，稱為

53、頻率異常。頻率異常不同于頻率正常時的頻率波動。常時的頻率波動。二、有功功率平衡關系突變的直接原因二、有功功率平衡關系突變的直接原因1、兩系統之間聯絡線因故障跳開，使兩側有功功率有盈有虧，失、兩系統之間聯絡線因故障跳開，使兩側有功功率有盈有虧，失去平衡。去平衡。2、系統內有大負荷突然投入，使系統有功嚴重不足。、系統內有大負荷突然投入，使系統有功嚴重不足。3、系統內有大機組突然退出運行，而備用調頻容量不足。、系統內有大機組突然退出運行，而備用調頻容量不足。4、系統內有大機組突然投入。（一般不會發生）、系統內有大機組突然投入。（一般不會發生）三、頻率異常控制裝置三、頻率異常控制裝置 目前，頻率異常控

54、制裝置分為兩類：常規型和計算機控制目前，頻率異常控制裝置分為兩類：常規型和計算機控制類。常規型頻率異常控制裝置分別裝在各發電廠或變電所中。類。常規型頻率異常控制裝置分別裝在各發電廠或變電所中。計算機控制類的頻率異常裝置是電網調度自動化的組成部分，計算機控制類的頻率異常裝置是電網調度自動化的組成部分，是一種具有一定自適應識別事故能力，能夠根據系統的實時是一種具有一定自適應識別事故能力，能夠根據系統的實時工況快速啟動頻率控制自動化系統。工況快速啟動頻率控制自動化系統。表表2.1 常規型常規型 控制方式控制方式 控制裝置控制裝置 適用場合適用場合 控制負荷控制負荷 低頻減負荷裝置低頻減負荷裝置 頻率

55、下降系統有功缺頻率下降系統有功缺乏的一側乏的一側低頻降低電壓裝置低頻降低電壓裝置 控制電源控制電源 低頻自啟動發電機裝低頻自啟動發電機裝置置 低頻抽水改發電裝置低頻抽水改發電裝置 低頻調相改發電裝置低頻調相改發電裝置 低頻發電機解列裝置低頻發電機解列裝置 高頻切發電機裝置高頻切發電機裝置 頻率上升，系統有功頻率上升，系統有功的過剩一側的過剩一側 高頻減出力裝置高頻減出力裝置 注：注：1）低頻減載：）低頻減載： 正常運行時，如系統產生正常的有功缺額，可以通過正常運行時，如系統產生正常的有功缺額，可以通過對有功功率的調節來保持系統的頻率在額定值附近。但在對有功功率的調節來保持系統的頻率在額定值附近

56、。但在事故情況下，系統可能產生嚴重的有功缺額，因而導致系事故情況下，系統可能產生嚴重的有功缺額，因而導致系統頻率大幅度下降，這是因為系統所缺功率大大超過系統統頻率大幅度下降，這是因為系統所缺功率大大超過系統熱備用容量，系統已無可調出力以資利用，一般，只能在熱備用容量，系統已無可調出力以資利用，一般，只能在系統頻率降到某值以下時，采用切除相應用戶的辦法來減系統頻率降到某值以下時，采用切除相應用戶的辦法來減少系統的有功缺額，使系統的頻率保持在系事故允許的限少系統的有功缺額，使系統的頻率保持在系事故允許的限額之內。低頻減載是電力系統是電力系統的一種有力的反額之內。低頻減載是電力系統是電力系統的一種有力的反事故措施。事故措施。2）系統頻率的動態特性）系統頻率的動態特性電力系統出現有功功率缺額時，系統的穩定頻率必電力系統出現有功功率缺額時，系統的穩定頻率必然低于額定頻率，系統頻率從額定頻率變化到穩定頻率然低于額定頻率，系統頻率從額定頻率變化到穩定頻率的過程就反映系統的動態頻率特性。的過程就反映系統的動態頻率特性。電力系統由于有功功率平衡遭到破壞而引起系統頻電力系統由于有功功率平衡遭到破壞而引起系統頻率發生變化，頻率從正常狀態過渡到另一個穩定值所經率發生變化，頻率從正常狀態過渡到另一個穩定值所經歷的時間過程，稱為電力系統的動態