1、1第 5 章 電力系統電力系統的有功功率和頻率調整的有功功率和頻率調整 2基本內容u有功平衡與頻率變化的關系（補充）有功平衡與頻率變化的關系（補充）u本章主要內容及其關系本章主要內容及其關系u5.1 5.1 電力系統中有功功率的平衡電力系統中有功功率的平衡u5.2 5.2 電力系統中有功功率的最優分配電力系統中有功功率的最優分配u5.3 5.3 電力系統的頻率調整電力系統的頻率調整3發電機組的有功平衡發電機組的有功平衡：發電機的電磁功率：發電機的電磁功率PGi與原動機的機械功率與原動機的機械功率PTi之間的平衡。之間的平衡。原動機慣性大，有功調節慢，無法時刻保持與原動機慣性大，有功調節慢，無法

2、時刻保持與瞬變負荷及發電機功率的平衡，而只能保證瞬變負荷及發電機功率的平衡，而只能保證動動態平衡態平衡，相應頻率也只能保持，相應頻率也只能保持動態穩定動態穩定。fPPfPPffPPGiTiGiTiGiTi0發電機組發電機組原動機發電機原動機發電機dq)2(fTiPGiP電力系統的有功平衡電力系統的有功平衡：發電機與負荷之間的電磁功率平衡，時刻平衡。：發電機與負荷之間的電磁功率平衡，時刻平衡。推力推力阻力阻力發電機組的發電機組的有功平衡與有功平衡與頻率的關系頻率的關系頻率變化反映機組的有功平衡關系，是機組有功調節的依據。頻率變化反映機組的有功平衡關系，是機組有功調節的依據。有功平衡與頻率變化的關

3、系有功平衡與頻率變化的關系4本章主要內容及其關系本章主要內容及其關系目標：保證頻率的質量與穩定，滿足有功調度的經濟性與可靠性要求目標：保證頻率的質量與穩定，滿足有功調度的經濟性與可靠性要求負荷的變動類型負荷的變動類型頻率的調整方法頻率的調整方法發電機的電磁功率變化類型發電機的電磁功率變化類型原動機的有功調整方法原動機的有功調整方法各類機組的有功調節特性各類機組的有功調節特性有功備用容量的概念有功備用容量的概念一次調頻一次調頻二次調頻二次調頻三次調頻三次調頻頻率變化與功率調頻率變化與功率調整量的定量關系整量的定量關系偶然性偶然性沖擊性沖擊性周期性周期性fKPGGfKPLLfKPSL0fKPPSG

4、L0055.1 5.1 電力系統中有功功率的平衡電力系統中有功功率的平衡基本概念基本概念l負荷變動的類型及其特點？負荷變動的類型及其特點？l頻率調整的方法及其特點？頻率調整的方法及其特點？l負荷變動與頻率調整的關系？負荷變動與頻率調整的關系？l什么是可供調度的系統電源容量、備用容量、什么是可供調度的系統電源容量、備用容量、熱備用和冷備用、負荷備用（事故備用、檢修熱備用和冷備用、負荷備用（事故備用、檢修備用、國民經濟備用）？備用、國民經濟備用）？l兩類備用容量的關系？兩類備用容量的關系？65.1 5.1 電力系統中有功功率的平衡電力系統中有功功率的平衡l5.1.1 5.1.1 有功功率負荷的變動

5、和調整控制有功功率負荷的變動和調整控制（1 1）有功功率負荷的變動）有功功率負荷的變動變動類型及其特點變動類型及其特點綜合負荷的分解綜合負荷的分解（2 2）有功功率和頻率的調整）有功功率和頻率的調整調整方法及其特點調整方法及其特點任務的分配任務的分配l5.1.2 5.1.2 有功功率負荷曲線的預計有功功率負荷曲線的預計l5.1.3 5.1.3 有功功率電源和備用容量有功功率電源和備用容量7負荷變動的類型及其特點u第一種：變動幅度很小，周期很短，有很大的偶然第一種：變動幅度很小，周期很短，有很大的偶然性。性。偶然性的負荷變動偶然性的負荷變動u第二種：變動幅度較大，周期較長，沖擊性負荷（電第二種：

6、變動幅度較大，周期較長，沖擊性負荷（電爐、壓延機械、電氣機車）爐、壓延機械、電氣機車） 沖擊性的負荷變動沖擊性的負荷變動u第三種：變動幅度最大，周期最長，由生產、生活、第三種：變動幅度最大，周期最長，由生產、生活、氣象變化引起（可以預計）氣象變化引起（可以預計） 可預見的負荷變動可預見的負荷變動圖圖5-1 5-1 有功功率負荷的變動曲線有功功率負荷的變動曲線 綜合負荷曲綜合負荷曲線線偶然性負荷變動偶然性負荷變動沖擊性負荷變動沖擊性負荷變動可預見性負荷變動可預見性負荷變動9頻率調整方法及其特點頻率調整方法及其特點u頻率的一次調整頻率的一次調整：用發電機組的：用發電機組的調速器調速器( (第一種負

7、荷第一種負荷變動變動) )。 u頻率的二次調整頻率的二次調整：用發電機組的：用發電機組的調頻器調頻器( (第二種負荷第二種負荷的變動的變動) )。 調頻廠調頻廠u頻率的三次調整頻率的三次調整：按：按最優化準則最優化準則分配第三種有規律變分配第三種有規律變動的負荷，即責成各發電廠按事先給定的發電負荷曲動的負荷，即責成各發電廠按事先給定的發電負荷曲線發電。線發電。u負荷側管理負荷側管理：個別負荷大量或長時間超計劃用電以致：個別負荷大量或長時間超計劃用電以致影響系統運行質量時，由系統管理部門在遠方將其部影響系統運行質量時，由系統管理部門在遠方將其部分或全部切除的控制方式分或全部切除的控制方式( (不

8、同于前三種不同于前三種) )；按合約要；按合約要求，采用電價補償方式調整負荷功率，以實現削峰填求，采用電價補償方式調整負荷功率，以實現削峰填谷目標。谷目標。 電力系統電力系統中負荷變中負荷變動的幅度動的幅度愈大，周愈大，周期就愈長。期就愈長。 圖圖5-2 5-2 調頻任務的分配調頻任務的分配P115.1.2 5.1.2 有功功率負荷曲線的預測有功功率負荷曲線的預測u作用：有功功率和頻率三次調整的依據作用：有功功率和頻率三次調整的依據u方法：方法：（1 1）傳統方法）傳統方法（2 2）統計分析方法）統計分析方法回歸分析法，時間序列分析回歸分析法，時間序列分析法等。（不講）法等。（不講）125.1

9、.2 5.1.2 有功功率負荷曲線的預計有功功率負荷曲線的預計傳統方法傳統方法u收集未來若干天的預計負荷收集未來若干天的預計負荷( (大用電量用戶大用電量用戶) )；u參照長期積累的實測數據，匯總調整用電負荷；參照長期積累的實測數據，匯總調整用電負荷；u計入網絡損耗：一般約為系統總負荷的計入網絡損耗：一般約為系統總負荷的6%6%10%10%不變損耗：與負荷大小無關不變損耗：與負荷大小無關( (變壓器空載損耗變壓器空載損耗) )可變損耗：與負荷的平方成正比可變損耗：與負荷的平方成正比u考慮廠用電：水電廠，考慮廠用電：水電廠，0.1%0.1%1%1%；火電廠，；火電廠，5%5%8%8%；原子能電廠

10、：原子能電廠：4%4%5%5%；相應必須考慮可投入的發電設；相應必須考慮可投入的發電設備和發電容量，備和發電容量，u特別注意氣象條件變化對負荷曲線的影響。特別注意氣象條件變化對負荷曲線的影響。u實測負荷曲線形成以后，還需要負荷曲線的加工。實測負荷曲線形成以后，還需要負荷曲線的加工。13圖圖5-3 5-3 負荷曲線加工負荷曲線加工加工原則：加工原則：實測曲線加實測曲線加工前后，最工前后，最大和最小負大和最小負荷特征及曲荷特征及曲線下的面積線下的面積應一致。應一致。5.1.2 5.1.2 有功功率負荷曲線的預計有功功率負荷曲線的預計負荷曲線的加工負荷曲線的加工實測曲線實測曲線加工后的曲線加工后的曲

11、線145.1.3 5.1.3 有功功率有功功率電源和備用容量電源和備用容量l有功功率電源有功功率電源l有功功率有功功率備用容量備用容量備用容量、熱備用與冷備用備用容量、熱備用與冷備用負荷備用、事故備用、檢修備用、國民經濟備用負荷備用、事故備用、檢修備用、國民經濟備用各種備用容量的關系各種備用容量的關系155.1.3 5.1.3 有功功率有功功率電源和備用容量電源和備用容量*有功功率電源有功功率電源u系統中系統中可供調度的系統電源容量可供調度的系統電源容量可能小于可能小于總裝機容量總裝機容量定期停機檢修定期停機檢修水電廠的發電機因水頭極度降低不能按額定容量發電水電廠的發電機因水頭極度降低不能按額

12、定容量發電u各發電廠預計可投入運行的發電機組的各發電廠預計可投入運行的發電機組的可發功率可發功率之和之和為為可供調度的系統電源容量可供調度的系統電源容量。165.1.3 5.1.3 有功功率有功功率電源和備用容量電源和備用容量*有功功率有功功率備用容量備用容量 為了保證可靠供電和良好的電能質量，系統電源容量必為了保證可靠供電和良好的電能質量，系統電源容量必須大于發電負荷。須大于發電負荷。u備用容量備用容量：可供調度的系統電源容量大于發電負荷的部：可供調度的系統電源容量大于發電負荷的部分。分。u熱備用熱備用( (旋轉備用旋轉備用) )：運轉中的發電設備可能發的最大功：運轉中的發電設備可能發的最大

13、功率與系統發電負荷之差。率與系統發電負荷之差。u冷備用冷備用：未運轉的發電設備可能發的最大功率。檢修中：未運轉的發電設備可能發的最大功率。檢修中的發電設備不屬冷備用。發電設備從的發電設備不屬冷備用。發電設備從“冷狀態冷狀態”至投入至投入系統發出額定功率所需時間幾分鐘（水電常）或十余小系統發出額定功率所需時間幾分鐘（水電常）或十余小時（火電廠）。熱備用越多，越有利于保證電能質量和時（火電廠）。熱備用越多，越有利于保證電能質量和供電可靠性，但經濟性不好。供電可靠性，但經濟性不好。175.1.3 5.1.3 有功功率有功功率電源和備用容量電源和備用容量*有功功率有功功率備用容量備用容量u負荷備用負荷

14、備用：調整系統中的：調整系統中的短時負荷波動短時負荷波動并擔負并擔負計劃外的負荷增加計劃外的負荷增加而設置的備用。負荷備用設置在調頻廠內而設置的備用。負荷備用設置在調頻廠內, ,取取最大負荷最大負荷的的2%2%5%5%，（大系統取小值，小系統取大值。）（大系統取小值，小系統取大值。）u事故備用事故備用：使電力用戶在：使電力用戶在發電設備發電設備發生發生偶然性事故偶然性事故時不受嚴重影時不受嚴重影響，維持系統正常供電需要的備用。取響，維持系統正常供電需要的備用。取最大負荷最大負荷的的5%5%10%10%，但，但不得小于系統中最大機組的容量。不得小于系統中最大機組的容量。u檢修備用檢修備用：使系統

15、中的發電設備能：使系統中的發電設備能定期檢修定期檢修而設置的備用。系統而設置的備用。系統負荷負荷季節性低落期間季節性低落期間和節假日安排不下所有設備的大小檢修時才和節假日安排不下所有設備的大小檢修時才設置專門的檢修備用。設置專門的檢修備用。u國民經濟備用國民經濟備用：計及負荷的超計劃增長而設置的備用：計及負荷的超計劃增長而設置的備用。185.1.3 5.1.3 有功功率有功功率電源和備用容量電源和備用容量*各種備用容量的關系各種備用容量的關系u負荷備用負荷備用熱備用熱備用u事故備用事故備用至少包括一部份熱備用（可含冷備用）至少包括一部份熱備用（可含冷備用）u檢修備用（通過檢查年最大負荷曲線來確

16、定）檢修備用（通過檢查年最大負荷曲線來確定）u國民經濟備用國民經濟備用u具備了備用容量，才可能談及備用用量在各發電設備具備了備用容量，才可能談及備用用量在各發電設備和發電廠之間的最優分配以及系統的頻率調整問題。和發電廠之間的最優分配以及系統的頻率調整問題。195.2 電力系統中有功功率的最優分配電力系統中有功功率的最優分配基本概念基本概念l有功功率最優分配的主要內容？有功功率最優分配的主要內容？l各類電廠的運行特點？各類電廠的運行特點？l各類電廠的投切費用特點？各類電廠的投切費用特點？l各類電廠的運行費用？水各類電廠的運行費用？水-原子能原子能-火火l什么是水電廠與熱電廠的強迫功率？什么是水電

17、廠與熱電廠的強迫功率？205.2 電力系統中有功功率的最優分配電力系統中有功功率的最優分配l5.2.0 概述概述-有功電源的最優組合與有功負荷的最優分配有功電源的最優組合與有功負荷的最優分配l5.2.1 各類發電廠的運行特點和合理組合各類發電廠的運行特點和合理組合l5.2.2 最優分配負荷時的目標函數和約束條件（略）最優分配負荷時的目標函數和約束條件（略）l5.2.3 最優分配負荷時的等耗量微增率準則最優分配負荷時的等耗量微增率準則(火電火電)（略）（略）l5.2.4 等耗量微增率準則的推廣運用（水火電）（略）等耗量微增率準則的推廣運用（水火電）（略）l5.2.5 網絡損耗的修正（略）網絡損耗

18、的修正（略）l5.2.6 電力市場及其對電力系統經濟運行的影響（略）電力市場及其對電力系統經濟運行的影響（略）215.2.0 概述概述l有功功率的最優分配主要包括兩個內容：有功功率的最優分配主要包括兩個內容：l（1 1）有功功率電源的最優組合有功功率電源的最優組合：系統中發電設備或發電：系統中發電設備或發電廠的合理組合，即機組的最優啟停調度（日調度問題）。廠的合理組合，即機組的最優啟停調度（日調度問題）。主要涉及冷熱備用容量的合理分布問題。主要涉及冷熱備用容量的合理分布問題。l（2 2）有功功率負荷的最優分配有功功率負荷的最優分配：有功功率負荷在各個正：有功功率負荷在各個正在運行的發電設備或發

19、電廠之間的合理分配，即負荷的經在運行的發電設備或發電廠之間的合理分配，即負荷的經濟調度或者最優潮流問題。主要涉及熱備用容量的合理分濟調度或者最優潮流問題。主要涉及熱備用容量的合理分布問題。布問題。l目標有耗煤量最少、污染排放量最少、啟停損失最少、發目標有耗煤量最少、污染排放量最少、啟停損失最少、發電成本最少、耗水量最少、水電發電量最多等。約束條件電成本最少、耗水量最少、水電發電量最多等。約束條件有機組的運行特性約束、網絡安全約束、水庫流量約束等有機組的運行特性約束、網絡安全約束、水庫流量約束等225.2.1 各類發電廠的運行特點和合理組合各類發電廠的運行特點和合理組合l5.2.1.1 5.2.

20、1.1 各類發電廠的運行特點各類發電廠的運行特點（1 1）火力發電廠的運行特點）火力發電廠的運行特點（2 2）原子能發電廠的特點）原子能發電廠的特點（3 3）水力發電廠的特點）水力發電廠的特點（4 4）無調節和有調節）無調節和有調節水水電廠的特點電廠的特點（5 5）抽水蓄能水電廠的特點）抽水蓄能水電廠的特點l5.2.1.2 5.2.1.2 各類發電廠的合理組合各類發電廠的合理組合235.2.1.1 各類發電廠的運行特點各類發電廠的運行特點火力發電廠的運行特點火力發電廠的運行特點u鍋爐和汽輪機都有鍋爐和汽輪機都有技術最小負荷技術最小負荷，前者為額定負荷的，前者為額定負荷的25%25%70%70%

21、，后者為額定負荷的，后者為額定負荷的10%10%15%15%，總，總35%35%85%85%u鍋爐和汽輪機的投切或承擔急劇變動負荷時都會耗能、費鍋爐和汽輪機的投切或承擔急劇變動負荷時都會耗能、費時，且易于損壞設備。時，且易于損壞設備。u火電廠鍋爐和汽輪機的分類：火電廠鍋爐和汽輪機的分類：(1)(1)高溫高壓設備：效率高；靈活調節的范圍窄高溫高壓設備：效率高；靈活調節的范圍窄(2)(2)中溫中壓設備：效率較高溫高壓設備低；靈活調節的中溫中壓設備：效率較高溫高壓設備低；靈活調節的范圍較高溫高壓設備寬。范圍較高溫高壓設備寬。(3)(3)低溫低壓設備：技術經濟指標最差，應淘汰低溫低壓設備：技術經濟指標

22、最差，應淘汰u熱電廠熱電廠( (供熱式火力發電廠供熱式火力發電廠):):效率高效率高, ,技術最小負荷取決于技術最小負荷取決于熱負荷熱負荷( (稱為稱為強迫功率強迫功率) )245.2.1.1 5.2.1.1 各類發電廠的運行特點各類發電廠的運行特點原子能發電廠的特點原子能發電廠的特點u反應堆的負荷沒有限制，其技術最小負荷取決反應堆的負荷沒有限制，其技術最小負荷取決于汽輪機，為其額定負荷的于汽輪機，為其額定負荷的10%10%15%15%u反應堆和汽輪機的投切或承擔急劇變動負荷時反應堆和汽輪機的投切或承擔急劇變動負荷時會耗能、費時、易于損壞設備會耗能、費時、易于損壞設備u原子能發電廠的一次投資大

23、，運行費用小。原子能發電廠的一次投資大，運行費用小。255.2.1.1 5.2.1.1 各類發電廠的運行特點各類發電廠的運行特點水力水力發電廠的特點發電廠的特點u水電廠的水電廠的強迫功率強迫功率：為保證河流下游的灌溉、：為保證河流下游的灌溉、 通航，向通航，向下游釋放一定水量時發出的功率。下游釋放一定水量時發出的功率。u水輪機也有技術最小負荷，其值因水電廠的具體條件而水輪機也有技術最小負荷，其值因水電廠的具體條件而異。異。u水輪機的投切或承擔急劇變動負荷時操作簡單，不會耗水輪機的投切或承擔急劇變動負荷時操作簡單，不會耗費很多能量和花費很多時間。費很多能量和花費很多時間。u水電廠水頭過分低落時，

24、水輪發電機組可發的功率要降水電廠水頭過分低落時，水輪發電機組可發的功率要降低。低。u水電廠按其有無調節水庫、調節水庫的大小或其功能分水電廠按其有無調節水庫、調節水庫的大小或其功能分為無調節、日調節、季調節、年調節、多年調節和抽水為無調節、日調節、季調節、年調節、多年調節和抽水蓄能等幾類蓄能等幾類265.2.1 5.2.1 各類發電廠的運行特點各類發電廠的運行特點無調節和有調節無調節和有調節水水電廠的分類特點電廠的分類特點l無調節水庫的水電廠：無調節水庫的水電廠：徑流式水電廠徑流式水電廠發出的功率取決于河流的天然流量。一晝夜間水量和機組發出的功率取決于河流的天然流量。一晝夜間水量和機組發出功率基

25、本不變。發出功率基本不變。l有調節水庫的水電廠：有調節水庫的水電廠：運行方式取決于水庫調度所給定的水電廠耗水量。運行方式取決于水庫調度所給定的水電廠耗水量。洪水季節，滿負荷運行。洪水季節，滿負荷運行。來水多，避免棄水。來水多，避免棄水。枯水季節，承擔急劇變動負荷。枯水季節，承擔急劇變動負荷。來水少，可儲存來水少，可儲存根據水庫容量分為：日、年、多年等調節方式，庫容越大，根據水庫容量分為：日、年、多年等調節方式，庫容越大，調節能力越強。所謂多年調節，指庫容足夠大，可存儲多調節能力越強。所謂多年調節，指庫容足夠大，可存儲多年的多余水量，說明其庫容調節能力強。年的多余水量，說明其庫容調節能力強。27

26、5.2.1 5.2.1 各類發電廠的運行特點各類發電廠的運行特點抽水蓄能水電廠的特點抽水蓄能水電廠的特點l抽水蓄能水電廠：抽水蓄能水電廠：上下方各有一水庫。上下方各有一水庫。系統負荷出現低谷時，抽水至上水庫儲蓄水能系統負荷出現低谷時，抽水至上水庫儲蓄水能系統負荷出現高峰時，放水至下水庫同時發電系統負荷出現高峰時，放水至下水庫同時發電抽水蓄能，放水發電循環的總效率只有抽水蓄能，放水發電循環的總效率只有70%70%，但由于，但由于其具有很強的消峰填谷的作用，可以使火電廠的負荷其具有很強的消峰填谷的作用，可以使火電廠的負荷比較平穩，因此，當系統的有功調節能力不足，或者比較平穩，因此，當系統的有功調節

27、能力不足，或者存在核電廠時，應該考慮建設抽水蓄能水電廠。存在核電廠時，應該考慮建設抽水蓄能水電廠。285.2.1.2 5.2.1.2 各類發電廠的合理組合各類發電廠的合理組合l考慮調節性能與能力的組合順序考慮調節性能與能力的組合順序l考慮網絡與調頻要求的組合考慮網絡與調頻要求的組合l組合順序示意圖組合順序示意圖l各類發電廠的日負荷曲線各類發電廠的日負荷曲線295.2.1.2 5.2.1.2 各類發電廠的合理組合各類發電廠的合理組合考慮調節性能與能力的組合順序考慮調節性能與能力的組合順序 (1)(1)各類發電廠的組合順序各類發電廠的組合順序考慮調節效率考慮調節效率/ /能力能力u火電廠以承擔基本

28、不變的負荷為宜，避免頻繁調節。火電廠以承擔基本不變的負荷為宜，避免頻繁調節。高溫高壓電廠優先投入，其次是中溫中壓電廠。高溫高壓電廠優先投入，其次是中溫中壓電廠。u原子能電廠原則上應持續承擔額定容量負荷，運行費原子能電廠原則上應持續承擔額定容量負荷，運行費用小用小u無調節水庫水電廠的全部功率和有調節水庫水電廠的無調節水庫水電廠的全部功率和有調節水庫水電廠的強迫功率應首先投入。強迫功率應首先投入。u有調節水庫水電廠的可調功率洪水季節先投入；枯水有調節水庫水電廠的可調功率洪水季節先投入；枯水季節后投入。季節后投入。u抽水蓄能水電廠低谷負荷時當負荷，高峰負荷時當電抽水蓄能水電廠低谷負荷時當負荷，高峰負

29、荷時當電源。源。305.2.1 5.2.1 各類發電廠的合理組合各類發電廠的合理組合考慮網絡與調頻要求的組合考慮網絡與調頻要求的組合l(2)(2)不能忽視保證可靠供電、降低網損、維持良好的不能忽視保證可靠供電、降低網損、維持良好的電能質量和足夠的系統穩定性等要求。電能質量和足夠的系統穩定性等要求。l(3)(3)負荷曲線的最高處是肩負調整系統頻率任務的發負荷曲線的最高處是肩負調整系統頻率任務的發電廠的工作位置。負荷備用設置在電廠的工作位置。負荷備用設置在內，枯水季內，枯水季節由大水電廠承擔調頻任務，豐水期則為中溫中壓火節由大水電廠承擔調頻任務，豐水期則為中溫中壓火電廠，抽水蓄能電廠在其發電期間也

30、可以參與調頻。電廠，抽水蓄能電廠在其發電期間也可以參與調頻。枯水期枯水期豐水期豐水期各類發電廠的日負荷曲線各類發電廠的日負荷曲線335.3 5.3 電力系統電力系統的頻率調整的頻率調整基本概念與基本計算方法基本概念與基本計算方法l發電機、負荷與系統的單位調節功率定義及物理意義發電機、負荷與系統的單位調節功率定義及物理意義l發電機、負荷與系統的單位調節功率的計算公式發電機、負荷與系統的單位調節功率的計算公式l一次調頻的功率頻率調整量計算方法一次調頻的功率頻率調整量計算方法l二次調頻的功率頻率調整量計算方法二次調頻的功率頻率調整量計算方法l一次或二次調頻時互聯系統聯絡線功率調整量的計算一次或二次調

31、頻時互聯系統聯絡線功率調整量的計算方法方法l調頻廠應滿足的要求調頻廠應滿足的要求345.3 5.3 電力系統電力系統的頻率調整的頻率調整l5.3.1 頻率調整的必要性頻率調整的必要性l5.3.2 自動調速系統及其調節特性自動調速系統及其調節特性l5.3.3 頻率的一次調整頻率的一次調整l5.3.4 頻率的二次調整頻率的二次調整l5.3.5 頻率調整電廠的選擇頻率調整電廠的選擇355.3.1 頻率調整的必要性頻率調整的必要性(1)(1)電力系統頻率變動對用戶的影響電力系統頻率變動對用戶的影響u頻率變化將引起電動機轉速的變化，從而影響用戶的產品質量；頻率變化將引起電動機轉速的變化，從而影響用戶的產

32、品質量；u頻率的不穩定將會影響電子設備的工作頻率的不穩定將會影響電子設備的工作(2)(2)頻率降低對系統本身和發電廠的影響頻率降低對系統本身和發電廠的影響u系統的無功負荷將增大，使系統電壓水平下降系統的無功負荷將增大，使系統電壓水平下降u影響鍋爐的正常運行影響鍋爐的正常運行u增加汽輪機葉片損壞的機會增加汽輪機葉片損壞的機會u發電機定子和轉子的溫升都將增加發電機定子和轉子的溫升都將增加u變壓器的鐵芯損耗和勵磁電流都將增大變壓器的鐵芯損耗和勵磁電流都將增大u可能會使整個系統瓦解，造成大面積停電可能會使整個系統瓦解，造成大面積停電(3)(3)調整頻率的手段：調整頻率的手段：發電機組發電機組原動機的自

33、動調節轉速系統原動機的自動調節轉速系統u調速器調速器：進行頻率的：進行頻率的“一次調整一次調整”；u調頻器調頻器：進行頻率的：進行頻率的“二次調整二次調整”。365.3.2 自動調速系統及其調節特性自動調速系統及其調節特性l5.3.2.1 離心飛擺式自動調速系統離心飛擺式自動調速系統（1 1）原理圖）原理圖（2 2）頻率的）頻率的“一次調整一次調整”作用原理作用原理（3 3）頻率的）頻率的“二次調整二次調整”作用原理作用原理l5.3.2.2 5.3.2.2 電源有功功率靜態頻率特性電源有功功率靜態頻率特性發電機組中原動機機械功率的靜態頻率特性發電機組中原動機機械功率的靜態頻率特性（1）未配置自

34、動調速系統的靜態頻率特性）未配置自動調速系統的靜態頻率特性（2）配置自動調速系統）配置自動調速系統調速器作用的靜態頻率特性調速器作用的靜態頻率特性調頻器作用的靜態頻率特性調頻器作用的靜態頻率特性D1E1C1F1B1離心飛擺式自動調速系統離心飛擺式自動調速系統轉速偏差對進汽轉速偏差對進汽/水門開度水門開度的負反饋作用的負反饋作用負荷負荷轉速轉速調頻器調頻器二次調頻二次調頻油油動動機機錯錯油油門門離心式飛擺離心式飛擺385.3.2.1 離心飛擺式自動調速系統離心飛擺式自動調速系統頻率的頻率的“一次調整一次調整”作用原理作用原理u原動機主軸帶動套筒，套筒帶動飛擺轉動；原動機主軸帶動套筒，套筒帶動飛擺

35、轉動；u機組負荷增大，轉速下降，飛擺向轉軸靠攏，機組負荷增大，轉速下降，飛擺向轉軸靠攏，A點下點下移到移到A點；點； u油動機活塞兩邊油壓相等，油動機活塞兩邊油壓相等，B點不動，杠桿點不動，杠桿AB繞繞B點點逆時針轉動到逆時針轉動到A B，使，使C點下降至點下降至C。u調頻器不動時，調頻器不動時，D點不動，杠桿點不動，杠桿DE繞繞D點順時針轉動點順時針轉動到到 DE，使，使F點下降至點下降至F和和E點下降使點下降使E 。395.3.2.1 離心飛擺式自動調速系統離心飛擺式自動調速系統頻率的頻率的“一次調整一次調整”作用原理（續）作用原理（續）u錯油門活塞下移使油管錯油門活塞下移使油管a a、b

36、 b的小孔開啟，壓力油經的小孔開啟，壓力油經b b進進入油動機活塞下部，活塞上部的油經入油動機活塞下部，活塞上部的油經a a流入錯油門上部。流入錯油門上部。u油動機活塞向上移動，使汽輪機的調節汽門或水輪機的油動機活塞向上移動，使汽輪機的調節汽門或水輪機的導向葉片開度增大，增加進汽量或進水量。相應使導向葉片開度增大，增加進汽量或進水量。相應使機組機組轉速上升，轉速上升，A點回升，點回升，提升提升C C點；點；同時，同時，活塞上移，使活塞上移，使杠桿杠桿A AB B繞繞A A逆時針轉動，也提升逆時針轉動，也提升C C點。點。u當當A點回升到點回升到A點，點， C C點回升點回升C C點點, , E

37、點點回升回升E時，使時，使油管油管a a、b b的小孔重新堵住，油動機活塞停止移動。的小孔重新堵住，油動機活塞停止移動。405.3.2.1 離心飛擺式自動調速系統離心飛擺式自動調速系統頻率的頻率的“一次調整一次調整”作用原理（續）作用原理（續）u調節過程結束時，杠桿調節過程結束時，杠桿AB的位置為的位置為ACB。C點為原點為原位置，位置，B的位置較的位置較B高，高，A的位置較的位置較A略低。相應的略低。相應的進汽量或進水量較原來多，機組轉速較原來略低。進汽量或進水量較原來多，機組轉速較原來略低。u特點：調速器的一次頻率調整，一定是有差調節（調特點：調速器的一次頻率調整，一定是有差調節（調整后原

38、動機的轉速或頻率有所變動，轉速或頻率偏差整后原動機的轉速或頻率有所變動，轉速或頻率偏差不為不為0 0）415.3.2.1 離心飛擺式自動調速系統離心飛擺式自動調速系統頻率的頻率的“二次調整二次調整”作用原理作用原理u調頻器轉動蝸輪、蝸桿，抬高調頻器轉動蝸輪、蝸桿，抬高D D點，杠桿點，杠桿DEDE繞繞F F點順時點順時針轉動；針轉動；u錯油門活塞再次下移開啟小孔，在油壓作用下，油動錯油門活塞再次下移開啟小孔，在油壓作用下，油動機活塞再次向上移動，進一步增加進汽或進水量。機機活塞再次向上移動，進一步增加進汽或進水量。機組轉速上升，飛擺使組轉速上升，飛擺使A A點由點點由點A A上升。上升。u油動

39、機活塞向上移動時，杠桿油動機活塞向上移動時，杠桿ABAB繞繞A A逆時針轉動，帶逆時針轉動，帶動動C C、F F、E E點上移，再次堵塞錯油門小孔，結束調節點上移，再次堵塞錯油門小孔，結束調節過程。過程。uD D點位移選擇恰當，點位移選擇恰當，A A點可能回到原來位置點可能回到原來位置u特點：可以實現有差調節特點：可以實現有差調節/ /無差調節無差調節425.3.2.2 5.3.2.2 電源有功功率靜態頻率特性電源有功功率靜態頻率特性未配置自動調速系統的靜態頻率特性未配置自動調速系統的靜態頻率特性212 / /2mmmPC fC fMMfu機組轉速很小，蒸汽或機組轉速很小，蒸汽或水在葉輪上加的

40、轉矩很水在葉輪上加的轉矩很大，功率輸出小。大，功率輸出小。u機組轉速很大，蒸汽或機組轉速很大，蒸汽或水在葉輪上加的轉矩很水在葉輪上加的轉矩很小，功率輸出小小，功率輸出小u額定條件時轉速轉矩適額定條件時轉速轉矩適中，功率輸出最大中，功率輸出最大線性直線線性直線二次曲線二次曲線435.3.2.2 5.3.2.2 電源有功功率靜態頻率特性電源有功功率靜態頻率特性配置有自動調速系統配置有自動調速系統(一次調頻一次調頻)（1 1）頻率一次調整時的靜態頻率特性）頻率一次調整時的靜態頻率特性調速器隨機組轉速的變動不斷改變進汽調速器隨機組轉速的變動不斷改變進汽( (水水) )量，相應量，相應機組的靜態頻率特性

41、平行移動，使原動機的運行點不機組的靜態頻率特性平行移動，使原動機的運行點不斷從一根靜態頻率特性曲線向另一根靜態頻率特性曲斷從一根靜態頻率特性曲線向另一根靜態頻率特性曲線過渡。線過渡。連接不同曲線上運行點連接不同曲線上運行點, ,得到有頻率一次調整時的靜得到有頻率一次調整時的靜態頻率特性。態頻率特性。445.3.2.2 5.3.2.2 電源有功功率靜態頻率特性電源有功功率靜態頻率特性配置有自動調速系統配置有自動調速系統(一次調頻曲線一次調頻曲線)為簡化分析，直線為簡化分析，直線1-21-2代替曲線代替曲線1-21-2，直線，直線2-32-3代替曲線代替曲線2-32-3圖圖5-24 5-24 一次

42、調整時原動機的靜態頻率特性一次調整時原動機的靜態頻率特性進汽進汽/ /水水斜線，功率增大，頻率減小，有差調節斜線，功率增大，頻率減小，有差調節最大開度，最大開度，Pm不變不變455.3.2.2 5.3.2.2 電源有功功率靜態頻率特性電源有功功率靜態頻率特性配置有自動調速系統配置有自動調速系統(二次調頻二次調頻)（2 2）頻率二次調整時的靜態頻率特性）頻率二次調整時的靜態頻率特性手動或自動操作調頻器，改變機組進汽（水）量時，手動或自動操作調頻器，改變機組進汽（水）量時，進一步使有一次調整時的靜態頻率特性平行移動，相進一步使有一次調整時的靜態頻率特性平行移動，相應原動機的運行點也不斷從僅有一次調

43、整時的靜態頻應原動機的運行點也不斷從僅有一次調整時的靜態頻率特性曲線過渡另一根曲線。連接不同曲線上的運行率特性曲線過渡另一根曲線。連接不同曲線上的運行點，得到有頻率二次調整時的靜態頻率特性。可實現點，得到有頻率二次調整時的靜態頻率特性。可實現有差有差或或無差無差調節。調節。465.3.2.2 5.3.2.2 電源有功功率靜態頻率特性電源有功功率靜態頻率特性配置有自動調速系統配置有自動調速系統(二次調頻曲線二次調頻曲線)圖圖5-25 5-25 有二次調整時原動機的靜態頻率特性有二次調整時原動機的靜態頻率特性無差調節無差調節有差調節有差調節進汽進汽/ /水水近似直線近似直線-曲線曲線-475.3.

44、3 頻率的一次調整頻率的一次調整l5.3.3.1 原動機和綜合負荷的靜態頻率特性原動機和綜合負荷的靜態頻率特性l5.3.3.2 發電機的單位調節功率發電機的單位調節功率l5.3.3.3 發電機的單位調節功率與機組調差系數發電機的單位調節功率與機組調差系數的關系的關系l5.3.3.4 負荷的單位調節功率和頻率調節效應負荷的單位調節功率和頻率調節效應l5.3.3.5 系統的單位調節功率系統的單位調節功率l5.3.3.6 算例分析算例分析485.3.3.1 原動機和綜合負荷的靜態頻率特性原動機和綜合負荷的靜態頻率特性圖圖5-26 5-26 靜態頻率特性靜態頻率特性發電機組原動機發電機組原動機綜合負荷

45、綜合負荷495.3.3.2 發電機的單位調節功率發電機的單位調節功率l即發電機組原動機或電源頻率特性的斜率即發電機組原動機或電源頻率特性的斜率l意義：表示隨頻率的意義：表示隨頻率的升降升降發電機組發出功率發電機組發出功率減少減少或或增增加加的量的量fPKGG 發電機的單位調節功率單位：MW/Hz，MW/(0.1Hz)*GGGNNPfKPf 標幺值*GNGGNPKKf505.3.3.3 發電機的單位調節功率發電機的單位調節功率與機組調差系數的關系與機組調差系數的關系u單位調節功率是機組調差系數的倒數單位調節功率是機組調差系數的倒數100%1* GK1GK100%0 NNfff 100% NGNG

46、fPK調差系數調差系數可整定可整定汽輪發電機組：汽輪發電機組：%=35或或KG*=33.220水輪發電機組：水輪發電機組：%=24或或KG*=5025515.3.3.4 負荷的單位調節功率和頻率調節效應負荷的單位調節功率和頻率調節效應u負荷的單位調節功率為負荷靜態頻率特性的斜率u意義：隨頻率的升降負荷消耗功率增加或減少的量uKL*不能整定，大致為1.5fPKLL 負荷的單位調節功率單位：MW/Hz，MW/(0.1Hz)*LLLNNPfKPf標幺值:額定條件下負荷的頻頻率調節效應率調節效應（一定頻率下負荷隨頻率變化的變化率）*LNLLNPKKf*LLLKfPdfdP 525.3.3.5 系統的單

47、位調節功率l一次調頻的功率頻率調整原理圖一次調頻的功率頻率調整原理圖l一次調頻的發電機與負荷功率變化量一次調頻的發電機與負荷功率變化量l一次調頻的功率方程與系統單位調節功率定義一次調頻的功率方程與系統單位調節功率定義l系統單位調節功率的補充說明系統單位調節功率的補充說明lN N臺機組的單位調節功率計算公式臺機組的單位調節功率計算公式535.3.3.5 系統的單位調節功率一次調頻的功率頻率調整原理圖圖圖5-28 5-28 頻率的一次調整頻率的一次調整1GPLP545.3.3.5 系統的單位調節功率系統的單位調節功率一次調頻的發電機與負荷功率變化量一次調頻的發電機與負荷功率變化量1LOGLPPP

48、u原始點原始點O O點，負荷點，負荷突然增加突然增加PLO；PL到到PLu機組功率不能及時變動，減速，機組功率不能及時變動，減速，系統頻率下降系統頻率下降。調速器調速器動作，動作，機組功率增大機組功率增大u頻率下降，頻率下降，負荷減少負荷減少u新運行點為新運行點為O O點。點。10GP0LP555.3.3.5 系統的單位調節功率系統的單位調節功率一次調頻的功率方程與系統單位調節功率定義一次調頻的功率方程與系統單位調節功率定義u定義：系統負荷定義：系統負荷增加增加或減少時，頻率的或減少時，頻率的下降下降或上升的量或上升的量u負荷負荷功率突然增大量功率突然增大量=機組功率增大量機組功率增大量負荷減

49、少量負荷減少量u功率增大和頻率上升為正。功率增大和頻率上升為正。1()LOGLGLGLSPPPKfKfKKfKf SLGLOKKKfP 功率增大功率增大功率減小功率減小頻率下降頻率下降LOSPfK 565.3.3.5 系統的單位調節功率系統的單位調節功率系統單位調節功率的補充說明系統單位調節功率的補充說明uKS*的基準功率取為系統原始運行狀態的總負荷。的基準功率取為系統原始運行狀態的總負荷。u用調速器進行頻率的一次調整只能限制周期較短、幅用調速器進行頻率的一次調整只能限制周期較短、幅度較小的負荷變動引起的頻率偏移。度較小的負荷變動引起的頻率偏移。為保證發電機組調速器運行的穩定性，不能采用過小為

50、保證發電機組調速器運行的穩定性，不能采用過小的調差系數或過大的單位調節功率的調差系數或過大的單位調節功率原因？無法根原因？無法根據頻率變化確定機組功率增量。據頻率變化確定機組功率增量。系統中有些機組滿載不能調整使其增加輸出功率系統中有些機組滿載不能調整使其增加輸出功率，從，從而使全系統發電機組的等值調差系數增大而使全系統發電機組的等值調差系數增大575.3.3.5 系統的單位調節功率系統的單位調節功率N N臺機組的單位調節功率計算公式臺機組的單位調節功率計算公式系統中系統中n n臺機組參加調頻時臺機組參加調頻時1i nGNGiiKK*1 i nGNGiGNiGNjiKKifPP585.3.3.

51、6 算例分析算例分析l例例5-5 (Page-208)單位調節功率的計算單位調節功率的計算l負荷突變時功率頻率調整量的計算（補充）負荷突變時功率頻率調整量的計算（補充）l負荷突變時功率頻率調整量的物理意義負荷突變時功率頻率調整量的物理意義l一次調頻的二次功率分配原理（補充，不講）一次調頻的二次功率分配原理（補充，不講）l一次調頻的二次功率分配軌跡一次調頻的二次功率分配軌跡l一次調頻的二次功率分配計算過程一次調頻的二次功率分配計算過程595.3.3.6 算例分析算例分析例例5-5(Page-208)單位調節功率的計算單位調節功率的計算* LNGNiLLGiGiNNPPKKKKff* , ( %)

52、,LGiGNiLNKKorPP已知：已知：求解：求解：解：解：SLGiKKK,LGiSKKK充分理解機組不能參加調頻的含義：充分理解機組不能參加調頻的含義：機組滿載（空載）不機組滿載（空載）不能增加（減少）功率。因此，當負荷增加（減少），滿載能增加（減少）功率。因此，當負荷增加（減少），滿載（空載）機組時不能參加調頻，相應其單位調節功率為（空載）機組時不能參加調頻，相應其單位調節功率為0。605.3.3.6 算例分析算例分析負荷突變時功率頻率調整量的計算（補充）負荷突變時功率頻率調整量的計算（補充）* LNGNiLLGiGiSLGiNNPPKKKKKKKff0*, , ( %),LLGiGNi

53、LNPKKorPP已知：已知：求解：求解：,GLfPP解：解：/LOSfPK LLPKfGiGiPKf 一次調頻后一次調頻后頻率和功率頻率和功率的變化量的變化量615.3.3.6 算例分析算例分析負荷突變時功率頻率調整量的物理意義負荷突變時功率頻率調整量的物理意義功率頻率的變化量正負符號規定：功率頻率的變化量正負符號規定：功率增大為正功率增大為正,頻率上升為正頻率上升為正GPLPf負荷突然增大負荷突然增大PL0,經經機組及負荷的一次調機組及負荷的一次調頻后，運行點從頻后，運行點從0到到0，相應頻率、發電，相應頻率、發電機與負荷功率的變化機與負荷功率的變化量為量為f 、PG和和PL；即頻率下降了

54、即頻率下降了 |f|，發電機輸出功率增加發電機輸出功率增加了了PG ，負荷功率下，負荷功率下降了降了|PL| 。0GGGPPP 0LLLPPP 0fff 一次調頻后實際一次調頻后實際的頻率和功率的頻率和功率625.3.3.6 算例分析算例分析一次調頻的二次功率分配原理（補充）一次調頻的二次功率分配原理（補充）l配置有調速器的機組首先不考慮功率調整量是配置有調速器的機組首先不考慮功率調整量是否足夠，而按照負荷突變量確定系統頻率的變否足夠，而按照負荷突變量確定系統頻率的變化量及各機組功率的調整量。若機組功率調整化量及各機組功率的調整量。若機組功率調整量大于其最大可調量，則設量大于其最大可調量，則設

55、過調機組過調機組出力增量出力增量為最大可調量。以此計算一次功率分配對應的為最大可調量。以此計算一次功率分配對應的頻率調整量和系統功率調整量。然后計算二次頻率調整量和系統功率調整量。然后計算二次功率分配的不平衡功率，并設過調機組不參予功率分配的不平衡功率，并設過調機組不參予調頻，修正系統單位調節功率，重新根據不平調頻，修正系統單位調節功率，重新根據不平衡功率計算二次功率分配的頻率調整量、機組衡功率計算二次功率分配的頻率調整量、機組與負荷的功率調整量。與負荷的功率調整量。635.3.3.6 算例分析算例分析一次調頻的二次功率分配軌跡一次調頻的二次功率分配軌跡11f12ff1GK0GKGNiP0LP

56、1LPP0010f1f11f12f011012LK11GP11LP11111SGLPPP 645.3.3.6 算例分析算例分析一次調頻的二次功率分配計算過程一次調頻的二次功率分配計算過程l假設已知初始功率和頻率假設已知初始功率和頻率000,GiLPPfl不考慮發電機調整量是否足夠，則一次調不考慮發電機調整量是否足夠，則一次調頻結束后的實際功率和頻率為頻結束后的實際功率和頻率為0fff 0LLLPPP 0GiGiGiPPP 655.3.3.6 算例分析算例分析一次調頻功率的功率分配計算過程（續）一次調頻功率的功率分配計算過程（續）l假設存在假設存在過調機組過調機組（調整功（調整功率大于其額定值）

57、率大于其額定值）1GiGNiPPl則一次調頻的二次功率分配過程如下：則一次調頻的二次功率分配過程如下：0GiGNiGiPPP11/GiGifPK （1）設一次頻率過程中的一次功率分配對應過）設一次頻率過程中的一次功率分配對應過調機組的最大功率調整量為：調機組的最大功率調整量為：一次功率分配對應的頻率調整量為：一次功率分配對應的頻率調整量為：665.3.3.6 算例分析算例分析一次調頻功率的功率分配計算過程（續）一次調頻功率的功率分配計算過程（續）111SSPKf 1SSGiKKK（2）二次功率分配時系統的單位調整功率修正）二次功率分配時系統的單位調整功率修正101LLSPPP 211/LSfP

58、K 一次功率分配結束后系統的功率調整量一次功率分配結束后系統的功率調整量一次功率分配結束后系統的不平衡功率一次功率分配結束后系統的不平衡功率二次功率分配時過調機二次功率分配時過調機組單位調節功率為組單位調節功率為0二次功率分配時的頻率變化量二次功率分配時的頻率變化量675.3.4 頻率的二次調整頻率的二次調整l二次調頻的功率頻率調整原理圖二次調頻的功率頻率調整原理圖l二次調頻的頻率調整量計算公式二次調頻的頻率調整量計算公式l二次調頻的頻率調整量計算公式推廣二次調頻的頻率調整量計算公式推廣l互聯系統的頻率調整與聯絡線的功率問題互聯系統的頻率調整與聯絡線的功率問題l互聯系統的功率缺額互聯系統的功率

59、缺額l互聯系統的頻率調整與聯絡線的功率方程互聯系統的頻率調整與聯絡線的功率方程l互聯系統的頻率與聯絡線功率計算公式互聯系統的頻率與聯絡線功率計算公式l互聯系統的功率缺額與聯絡線功率的關系互聯系統的功率缺額與聯絡線功率的關系685.3.4 頻率的二次調整頻率的二次調整二次調頻的功率頻率調整原理圖二次調頻的功率頻率調整原理圖一一次次曲曲線線平平移移695.3.4 頻率的二次調整頻率的二次調整二次調頻的頻率調整量計算公式二次調頻的頻率調整量計算公式u負荷突然負荷突然增大量增大量= =發電機組發電機組二次調整二次調整增加功率增加功率 + +一次調整一次調整增加功率增加功率 - - 負荷自身負荷自身減少

60、的功率減少的功率SLGGoLoKKKfPP LoGoGLGoGLPPPPPKfKf 705.3.4 頻率的二次調整頻率的二次調整二次調頻的頻率調整量計算公式推廣二次調頻的頻率調整量計算公式推廣un n臺機組進行臺機組進行一次調整，一次調整，第第n n臺機組進行臺機組進行二次調整二次調整SLGNGnoLoKKKfPP u功率缺額功率缺額LoLoGnoPPP LoSPKf u雷同一次調頻雷同一次調頻715.3.4 頻率的二次調整頻率的二次調整互聯系統的頻率調整與聯絡線的功率問題互聯系統的頻率調整與聯絡線的功率問題圖圖5-29 5-29 兩個系統的聯合兩個系統的聯合KAPGAPLAPabABKBPG