05章 电力系统有功功率平衡与频率调整.pptx

第1页：第五章 电力系统有功功率平衡与频率调整

第五章电力系统有功功率平衡与频率调整

第2页：电力系统的调频问题

电力系统的调频问题：实质上是正常运行时有功功率的平衡问题

• 发电机的输入功率、输出功率和系统的总负荷相等，发电机匀速运转
• 当系统中发出的有功功率与负荷消耗的有功功率不平衡时，就会反映为频率的变化。当电力系统发生某种扰动（负荷减小），发电机输出的功率瞬间减小。但发电机的输入功率是机械功率，不能瞬间变化。扰动后瞬间发电机的输入功率大于输出功率，发电机转子将加速，电力系统的频率上升。当发电机输入功率小于负荷需求的输出功率，发电机转子减速，频率下降。即电力系统有功不足时，频率将下降
• 由于电力系统负荷的有功功率分量是经常变化的，要保持系统的频率为额定值，就必须使发送的功率不断地追踪着负荷的变动，时刻保持着整个系统有功功率的平衡
• 这一章讲电力系统有功功率平衡，有功功率的最优分配以及有功功率的调整问题。第五章电力系统有功功率平衡与频率调整

第3页：有功功率负荷的变动

一、有功功率负荷有功功率负荷的变动电力系统的负荷变化有3类1负荷变动幅度小周期短，这种负荷有很大的偶然性2负荷变动幅度较大，周期也较长，如大电机、电炉、延压机械、电气机车等用户的开停，它们具有一定的冲击性3负荷变动幅值最大，周期也最长且变化比较缓慢，主要是人们生产，生活以及气象条件变化引起的，这种负荷变化可以预测5-1电力系统中有功功率的平衡

第4页：有功功率与频率调整的分类

电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分为：1.一次调频：针对第一种负荷变动引起的频率变化进行调整，由发电机调速器进行；2.二次调频：针对第二种负荷变动引起的频率偏移进行调整，由发电机调频器进行；3.三次调频：针对第三种负荷变动引起的频率偏移进行调整，即由调度部门根据负荷曲线进行最优分配，通常是通过负荷预报得到负荷曲线，按最优化准则分配负荷，在各发电厂或发电机组间实现有功负荷的经济分配。4电力系统的有功功率和频率调整

第5页：有功功率电源和备用容量

二、有功功率电源和备用容量电力系统在稳态运行情况下，有功功率的平衡是指电源发出的有功功率应满足负荷消耗的有功功率和传输电功率时在网络中的损耗的有功功率之和，n节点系统中有功功率平衡可用下式表示：电力系统的电源所发出的有功功率，应能随负荷的增减、网络损耗的增减而相应调节变化，才可保证整个系统有功功率的平衡。系统中可投入发电设备的总容量称为系统的有供电源能量，它小于系统装机容量（所有发电机的额定容量之和）nn+ΔP[[PGi=[PLii=1i=1电源发出的有功之和负荷消耗的有功之和全网络中有功损耗之和

第6页：备用容量的分类

系统的电源容量应不小于系统总的用电负荷。为保证供电可靠性和电能质量、以及有功功率的经济分配，发电厂必须有足够的备用容量1热备用，指运行中发电设备可能发出的最大功率与系统发电负荷的差，又称其为旋转备用或运转备用2冷备用，指未运转的发电设备可能发出的最大功率，检修中发电设备不属于冷备用，因它不能随时听命于调度动用。冷备用可作为检修备用、国民经济备用以及部分事故备用热备用冷备用国民经济备用3~5%检修备用4~5%事故备用3~5%负荷备用2~5%冷备用热备用

第7页：各类备用容量的取值范围

各类备用容量的取值范围：负荷备用：满足负荷波动、计划外的负荷增量，一般为最大负荷的2%~5%

事故备用

发电设备发生偶然事故时不影响用户供电所需要的备用，不小于系统中最大机组的单机容量5%~10%

检修备用

发电机计划检修，4%~5%

国民经济备用

满足工农业超计划增长3%~5%一般总备用为最大负荷的15%~20%备用容量的用途可分为8760t(h)P(MW)发电负荷备用容量新增容量安排检修

第8页：5-2 电力系统中有功功率的最优分配

5-2电力系统中有功功率的最优分配有功功率的最优分配，包括有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的最优分配。它要求在保证系统安全的条件下，在所研究的周期内，以小时为单位合理选择电力系统中哪些机组应该运行及运行时各机组的发电功率，其目标是在满足系统负载及其它物理和运行约束的前提下使周期内系统消耗的燃料总量或总费用值为最少

第9页：火电厂的运行特点

火电厂的运行特点：火电厂

• 火电厂在运行中需要支付燃料费用，但它的运行不受自然条件的影响
• 火力发电设备的效率同蒸汽参数有关，高温高压设备的效率也高，中温中压设备效率较低，低温低压设备的效率更低
• 受锅炉和汽轮机的最小技术负荷的限制。火电厂有功出力的调整范围比较小，其中高温高压设备可以灵活调节的范围最窄，中温中压设备的略宽。锅炉的技术最小负荷为额定负荷的25%（中温中压）~70%（高温高压）,取决于锅炉燃烧的稳定性，汽轮机的最小技术负荷为为10~15%.负荷的增减速度也慢。机组的投入和退出运行费时长，消耗能量多，且易损坏设备
• 带有热负荷的火电厂称为热电厂，它采用抽汽供热，其总效率要高于一般的火电厂。但是与热负荷相适应的那部分发电功率是不可调节的强迫功率。一、各类发电厂的特点和合理组合（一）各类发电厂的特点锅炉汽轮机热力网发电机

第10页：水电厂和核电厂的特点水电厂

水电厂和核电厂的特点水电厂

• 不需要支付燃料费用，而且水能是可以再生的资源。但水电厂的运行因水库调节性能的不同在不同程度上受自然条件（水文条件)的影响.有调节水库水电厂主要是按调度部门给定的耗水量安排出力。为保证河流下游的灌溉，通航，释放一定的水量，发出一部分强迫功率。无调节水库的径流式水电厂只能按实际来水流量发电
• 水轮发电机的出力调整范围较宽，水电厂启停花费时间短，带负荷增长速度相当快，几分钟内可以从空载过渡到满载状态，机组的投入和退出运行费时都很少，操作简便安全，无需额外的耗费。适合于承担调节任务和承担急剧变化的负荷
• 抽水蓄能发电厂有上下两级水库，在日负荷曲线的低谷期间，它作为负荷向系统吸取有功功率，将下级水库的水抽到上级水库；在高峰负荷期间，放水发电。抽水蓄能发电厂的主要作用是调节电力系统有功负荷的峰谷差核能发电厂
• 一次性投资大,运行费用小，在运行中也不宜带急剧变动的负荷。退出运行和再度投入都很费时，且要增加能量消耗

第11页：各类发电厂的运行特点火电厂

各类发电厂的运行特点火电厂：(1)需支付燃料费用(2)最小技术出力(3)可调范围小(4)热电厂中，热负荷输出功率是强迫功率(5)运行效率与蒸汽参数有关：高温高压>中温中压水电厂：(1)无需支付燃料费用(2)受水库容量限制(3)可调范围大。机组投切增减负荷不增加能耗，时间短(4)有强迫功率，视不同水电厂而定调峰机组核电站：(1)一次投资大(2)运行费用小(3)承担急剧负荷变动、投切时，需增加能耗，时间长承担基荷

第12页：（二）各类发电厂的合理组合

（二）各类发电厂的合理组合

• 原则1充分利用水源，避免弃水。2降低火电机组煤耗，发挥高效机组的作用。3尽量降低火力发电成本，执行国家的燃料政策，增加燃用劣质煤，当地煤

第13页：枯水期丰水期发电抽水

枯水期丰水期发电抽水

第14页：耗量特性与耗量微增率

耗量特性与耗量微增率：GPη,μ,λmoλμη（其倒数是效率η）

耗量微增率

耗量特性曲线上某点切线的斜率，表示在该点的输入增量与输出增量之比。λ=dF/dPGPPF,WΔFmoΔPF(t/MW)μ=F/P二、有功功率负荷在发电机组或发电厂间的最优分配（一）发电机组的耗量特性

耗量特性

反映发电机组单位时间内能量输入和输出关系的曲线

比耗量μ

耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，输入和输出之比

第15页：目标函数：系统单位时间内消耗的燃料

目标函数：系统单位时间内消耗的燃料（火电机组）nF[=F1(PG1)+F2(PG2)+…+Fn(PGn)=[Fi(PGi)i=1该目标函数是各发电设备发出有功功率的函数，描述的是单位时间内能源的消耗量。（二）最优分配负荷时的目标函数和约束条件有功负荷最优分配的目的：在保证系统安全运行和电能质量合格的前提下，使发电设备在生产电能的过程中单位时间内所消耗的能源最少。约束条件i=1j=1+ΔP[[PGi=[PLDjnnnni=1j=1[PGi=[PLDj忽略有功网损不等式约束GiminGiPGimin≤PGi≤PGimax)|Q≤Q≤QGimax|ijijmaxUimin≤Ui≤Uimax)|δ-δ<δ|

第16页：（三）等耗量微增率准则

（三）等耗量微增率准则：1.准则的推导

• 以两台火电机组为例，忽略有功网损；假定各台机组的燃料消耗量和输出功率不受限制，要求：确定负荷功率在两台机组间的分配，使总的燃料消耗量最小。目标函数等式约束minF[=F1(PG1)+F2(PG2)PG1+PG2=PLDG1G2∂L∂L∂L∂P=0,∂P=0,∂λ=0构造拉格朗日函数L=F1(PG1)+F2(PG2)-λ(PG1+PG2-PLD)对L求偏导等于0

第17页：等耗量微增率准则的推导

等耗量微增率准则的推导：对L求偏导等于0L=F1(PG1)+F2(PG2)-λ(PG1+PG2-PLD)等耗量微增率分配负荷)()2G2G2G2G1G2LDdF(PdFPdP)∂L=1G2-λ=0||∂PG1dPG1∂L|=-λ=0|∂P|∂L=P+P-P=0||∂λ|

• 合并前两式
• 即为两台机组有功功率最优分配的条件，称其为等耗量微增率准则。按耗量微增率相等的原则在各机组间分配负荷，可使能源消耗最小dF1(PG1)=dF2(PG2)=λdPG1dPG217

第18页：等微增率准则的推广上述分析过程可推广

等微增率准则的推广上述分析过程可推广：2.等微增率准则的推广上述分析过程可推广到n台机组或n个发电厂之间的最优负荷分配

• 目标函数
• 约束条件：nF=[Fi(PGi)i=1[PGi-[PLi=0
• 等微增率准则的表达式dF1(PG1)=dF2(PG2)=....=dFn(PGn)=λdPG1dPG2dPGn

第19页：等微增率准则的迭代计算

对应的各发电设备应发功率；4)如不能满足，则如，取；，自2）开始重新计1)设耗量微增率的初值λ(0)；2)求与3)(0)GiP(0)λGi校验求得的P(0)是否满足等式约束条件：(0)GiLiP[-[P=0GiLi[P>[Pλ(1)<λ(0)如[PGi<[PLi算。5)直到满足条件。，取λ(1)>λ(0)3.最优分配方案的求解步骤对于机组较少的情况，可以用解方程组的方法求解，机组较多，可以迭代求解GPη,μ,λmoλμη

第20页：例5-1 两台机组负荷分配

例5-1 两台机组负荷分配：例5-1同一发电厂内两套发电设备共同供电，耗量特性分别为它们可发有功功率上下限分别为PG1max=100MW,PG1min=20MW,PG2max=100MW,PG2min=20MW,求承担150MW负荷时的分配方案解：两台发电设备的耗量微增率分别为

• 按等耗量徽增率准则分配负荷
• 等式约束条件为最优方案1G1G12G2G2F=3+0.25P+0.0014P2F=5.0+0.25P+0.0018P2()()121G1G1G12G2G2G2dFPdPdFPdPλ==0.25+2×0.0014Pλ==0.25+2×0.0018PPG1=84.375(MW),PG2=65.625(MW)
• 此方案满足不等式条件20&lt;84.375&lt;100,20&lt;65.625&lt;100,未超限，可作0.25+0.0028PG1=0.25+0.0036PG2PG1+PG2=150(MW)7PG1=9(150-PG1)16PG1=1350

第21页：水火电厂的功率最优分配

（三）水、火电厂的功率最优分配假设有一个火电厂和一个水电厂水电厂运行的主要特点是，在指定的较短运行周期内总发电用水量W[为给定值。如何分配水、火电厂的负荷，使总燃料耗量为最小？PT:表示火电厂的功率F(PT):HP:HW(P):表示火电厂的损耗特性表示水电厂的功率表示水电厂的损耗特性其中：求解目标函数：已知，约束条件1：约束条件2：()0HPH(t)+PT(t)-PLD(t)=0τ[=0W(Pt)dt-W()∫F[PT(t)]dt∫τ0min

第22页：目标函数为：min[FkΔ

目标函数为：min[FkΔtkk=1s22k=1[WkΔtk约束条件PHk+PTk-PLDk-W[=0，（k=1,…,s）=0总共有s＋1个等式约束条件。s应用拉格朗日乘数法，为约束条件设置拉格朗日乘子λk和γ把指定的运行周期，划分为s个更短的时段：sk=1τ=[Δtk在任一时段Δt内，假定负荷功率、水电厂k和火电厂的功率不变，并分别记为PLDk,PHk,PTk。()0HPH(t)+PT(t)-PLD(t)=0τ[=0W(Pt)dt-W()∫

第23页：建立拉格朗日函数推导等微增率

建立拉格朗日函数推导等微增率sk=1[]λ()Δ+-tk+γWkΔtk-W[kPHkPTkPLDk[](k=1)ssL=[FkΔtk-[k=1[公式中共有3s＋1个变量。分别对这些变量求偏导，并令其为零[k=1WkΔtk-W=0∂γ∂L=[skkkHkHkdWdP∂L=γkΔt-λΔt∂P=0(k=1,…,s)kk∂L=-(PTk+PHk-PLDk)Δt∂λ=0(k=1,…,s)由前两式可得如果时间段取得足够短，则认为任何瞬间都满足：dFdWdPTdPH=γ=λ上式表明，在水、火电厂间负荷的经济分配也符合等微增率准则kTkTkdFkdP∂L=Δtk-λkΔt∂P=0(k=1,…,s)kTkHkdFkdWkdPdP=γ=λ,(k=1,2,…,s)

第24页：水煤换算系数的含义

水煤换算系数的含义：当火电厂增加功率ΔP时，煤耗增量为:当水电厂增加功率ΔP时，耗水增量为:dPTΔF=dFΔPdWdPHΔPΔW=两式相除并计及THdFdWdP=γdP=λΔF=γ24ΔWΔF的单位是t/h,ΔW的单位是m3/h,γ的单位是t/m3,上式表明，按发出相同数量的电功率进行比较，1立方米的水相当于γ吨煤。γ不是常量，随用水量的多少而变化，丰水期较小，枯水期较大

第25页：5-3 电力系统的频率调整

一.频率调整的必要性电气传动的旋转设备最高效率是在额定额率情况下，任何频率偏移，都会造成效率的降低，频率的过高或过低还会给电气设备带来各种不同的危害（一）频率变化对用户的影响1异步电机转速：纺织工业、造纸工业出残次品2异步电机功率下降3电子设备的准确度255-3电力系统的频率调整

第26页：对厂用机械设备的影响

对厂用机械设备的影响：给水泵、循环水泵、风机等出力下降，影响电厂正常运行

• 对汽轮机叶片的影响：频率降低，叶片谐振，会导致叶片出现裂纹甚至损坏，酿成事故停机的严重后果
• 对异步电机及变压器励磁的影响，增加无功消耗
• 互联电力系统解列：频率下降时，为了保证正常运行，互联的大电网有可能断开系统之间的联络线
• 发电机解列：频率下降到一定程度时，为保让发电厂设备的安全，发电厂有可能与系统解列（二）频率变化对发电厂和电力系统的影响

第27页：电力系统的频率特性

二.电力系统的频率特性调速器的工作原理1检测部件(离心飞摆)：转速→B点位移4为转速控制机构或称同步器(调频器)3为执行机构（油动机）：油压↓启闭阀门GP↑↓↓∫n∫↓→ω、f∫飞∫摆∫收→B点（B′）∫A∫不动∫→O（O′）∫∫→E（E′）↓↓∫D∫不动∫→F∫∫→2活塞∫b∫出油∫→3活塞↑↓↓∫∫→阀门↑∫汽∫（∫水）↑∫→ω·f↑∫∫→B′（↑B′′）O′（↑O）b2放大部件(错油门)：位移→油压aA点升高为A′→功率增加B点降低为B″→转速下降A（↑A′）∫D∫不动∫→E′（↑E）→F′（↑F）稳定后回到O、E、F点（B′、A′）错油门重新堵住油孔a,b

第28页：机械功率的静态频率特性可由下式表示

机械功率的静态频率特性可由下式表示：22电源有功功率静态频率特性Pm=C1ω-C2ω=C1f-C2fPm电源有功功率静态频率特性可理解为发电机组的原动机机械功率或频率的关系（1）未配置自动调速系统时，原动机PmMmMm1.00ω,fPmm（2）配置自动调速系统后的静态频率特性。当发电机组自动调速系统后，为满足负荷变动的需要，将调整进气P量或进水量的大小，使运行点从一条频率静态特性曲线向另一条曲线过渡，反映调整结束后发电机输出功率与频率关系的曲线称为发电机组的功率频率静态特性，近似地用直线表示，线段23表明发电机出力已达最大值，调速器不再起作用ω,f有功限值ω,f发电机组的功率频率静态特性

第29页：发电机组的单位调节功率

（3）发电机组的单位调节功率和静态调差系数发电机组有功频率特性曲线的斜率的负值称为发电机的单位调节功率。PGNΔPΔP/PfKG*=-G*=-GGN=KGNΔf*Δf/fN水轮发电机组：1.01.03′21PGfGKΔP=-GΔf单位调节功率表示频率变化时发电机输出功率的变化量。它是机组的调差系数的倒数-f11δ=-f2=-Δf=P2-P1ΔPKG调差系数表明某台机组负荷改变时相应的频率偏移，调差系数越小，单位调节功率越大，频率偏移越小。但是因受机组调速机构的限制，调差系数的调整范围是有限的。通常取汽轮发电机组：δ%=3~5，KG*=33.3~20δ%=2~4，KG*=50~25负号表示频率变化量与功率变化量的符号相反

第30页：负荷的频率调节效应

LKLPL**NLN=ΔPL=ΔPL*=ΔPL/PLNK=K·fNΔfΔfΔf/f表示负荷随频率的变化程度，负荷的有功功率将随频率的增加而增加。PLNPLNffN（二）电力系统负荷的频率静态特性1LN2LN3LNnLNffff[f][f]2[f]3[f]nPL=a0PLN+aP+aP+aP[][][][](N)(N)(N)(N)+…+aPP=a+af+af2+af3+…L*01*2*3*当频率偏离额定值不大时，负荷有功－频率静态特性用一条近似直线来表示，其斜率为负荷的单位调节功率a0+a1+a2+a3+…=1以fN和PLN为基准值的标幺值表达式负荷与频率的关系可用多项式表示

第31页：（一）频率的一次调整（有差调节

（一）频率的一次调整（有差调节）1、负荷突然增加ΔPL0时的调整结果假设有一台发电和一个综合负荷,负荷突然增加ΔPL0，其特性曲线上移，发电机来不及调整出力，系统功率失去平衡，发电机转速下降，系统频率下降。转速下降使得调速器动作，调整出力，运行点沿发电机功率-频率特性曲线上移。负荷的调节作用是随频率的下降而减少功率，二者共同调节，在特性曲线交点O'处达到新的平衡频率变化负荷减小的功率发电机增发的功率三、电力系统的频率调整ΔPG=-KGΔf负荷的实际增量与发电机的增量相平衡ΔPL0+ΔPL=ΔPGΔf=f1-f0<0ΔPL=KLΔf10Pω,f31L0ΔPO′f1f01PGΔPΔPLΔPL0=ΔPG-ΔPL=-（KG+KL）Δf=-KSΔfLP(f)LP′(f)

第32页：系统的单位调节功率定义

2、系统的单位调节功率定义KS=KG+KL一为系统的单位调节功率是参加一次调频的发电机组的单位调节功率与负荷的单位调节功率之和若n台装有调速器的机组并列运行时，系统频率变化Δf时，第i台机组的输出功率为n台机的输出功率总量系统的单位调节功率为GiGiΔP=-KΔf(i=1,2,…,n)GnGiGiGii=1i=1i=1ΔP=[nnΔP=-[KΔf=-([K)ΔfSDGii=1nK=[K+Kn台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的单位调节功率。LKS=KG+K=-ΔPL0Δfn台机组的等值单位调节功率

第33页：系统的单位调节功率

KSΔPΔPΔf=-L0=-L0KG+KLGNGiPGiNfGi*i=1nnK=[K=[Ki=1GiGi33δδfii*NΔP=-KΔf=-1Δf=-Δf×PGiN求出频率偏差每台机组的功率增量调差系数越小的机组增加的有功输出相对越多。对于变化幅度较大，变化周期较长的变化负荷，一次调整不一定能保证频率偏移在允许范围内。在这种情况下，需要由发电机组的调频系统进行二次调频频率的一次调整的计算过程

第34页：例5-2 各类机组参数

例5-2：某电力系统发电机总容量3600MVA，各类发电机的容量和调差系数如下表，系统总负荷3000MVA，负荷频率调节系数KD*=1.05，原运行频率50Hz，负荷突然增加300MVA。

源文本仅标注100MW×5台（σ=2.5%）为水轮机组、200MW×5台与50MW×21台为汽轮机组，其余机组类型未标注，表中按原文顺序列出。

第35页：例5-2 频率偏差计算

例5-2 频率偏差计算：例5-2

• （1）所有机组都具有调节能力时系统的总调节能力为频率偏差为各类发电机组承担的增量为
• 水轮机100MWσ(%)=2.575MWσ(%)=3
• 汽轮机200MWσ(%)=4100MWσ(%)=3.550MWσ(%)=4所有机组的总功率增量300050PfN负荷的频率调节效应系数有名值为KD=KD*=1.5×DN=90(MW/Hz)+KD=80×5+50×6+100×5+57.1429×6+25×21+90=2157.8574(MW/Hz)KS=[KGiKS2157.857435Δf=-ΔPD0=-300=-0.139027(Hz)ΔPG=-KGΔf=-80×(-0.1390)=11.1221(MW)ΔPG=-KGΔf=-50×(-0.1390)=6.9513(MW)ΔPG=-KGΔf=-100×(-0.1390)=13.9027(MW)ΔPG=-KGΔf=-57.1429×(-0.1390)=7.9444(MW)ΔPG=-KGΔf=-25×(-0.1390)=3.4757(MW)负[荷Δ由PGi于=自11.身12的21×频5率+6调.95节13效×6应+13.9027×5+7.9444×6+3.4757×5+21=287.4873(MW)ΔPD=KDΔf=90×(-0.1390)=-12.5124(MW)

第36页：仅有水轮机具有调节能力时

仅有水轮机具有调节能力时：（2）仅有水轮机具有调节能力时，系统的单位调节功率为+KD=80×5+50×6=790(MW/Hz)KS=[KGi从而产生的频率偏差为Δf=-ΔPD0=-300=-0.3797(Hz)KS790

• 由于汽轮机满载，致使系统的单位调节功率下降，频率偏差增大，如规定的频率偏差允许值为±0.2Hz,则已超出标准，应采用二次调频，减小偏差

第37页：检测部件(离心飞摆)：转速→B点位移

1检测部件(离心飞摆)：转速→B点位移4为转速控制机构或称同步器(调频器)3为执行机构（油动机）：油压↓启闭阀门↓D↑∫O∫、E∫点不∫动→F→2活塞∫b∫出油∫→3活塞↑↓→阀门↑∫汽∫（∫水）↑∫→ω·f↑→B′↑O↑b2放大部件(错油门)：位移→油压a特性曲线平行上移从而改变发电机的有功出力，使负荷变化引起的频率偏移在允许的波动范围内37A′↑错油门重新堵住油孔a,b适当控制D点的移动，可使转速恢复，达到新的平衡调整的结果使(二)频率的二次调整1.二次调整的作用频率的二次调整通过调频器完成手动或自动地操作调频器

第38页：无差调节与有差调节

无差调节与有差调节：b′′ITΔPHob′HoIΔPTΔff038ff0f无差调节有差调节2.无差调节和有差调节

• 无差调节是指负荷变动时，经过自动调速系统的调整作用，原动机的转速或频率能恢复为初值的调节
• 有差调节是指负荷变动时，经过自动调速系统的作用，原动机的转速或频率不能恢复初值的调节。PTPT

第39页：二次调频的过程f′ΔΔf′′B′

3.二次调频的过程f′ΔΔf′′B′ADΔPL0PGPG(f)BGΔP0P′′0Pf0PL(f)PL′(f)f1f2fGP′(f)GP′′(f)系统的原始运行点为A点，频率为f0，负荷增大△PL0，在一次调频的作用下，运行点转移到了B点，系统频率为f1一次调频后频率偏差△f'超出了允许范围，进行二次调整，增加发电机出力，使发电机的功-频静态特性曲线平移到P'G(f)，工作点转移到了B'点，频率为f2，这样频率偏差减小ΔPL0-ΔPG=-（KG+KL）Δf二次调频增发功率C由于二次调整发电机组增发了功率，O在相同负荷变化下，系统的频率偏差变小了。如果二次调整使发电机组增发的功率全部承担了负荷增量，△PG=△PL0,则实现了系统频率的无差调节,负荷的增量全由二次调整所抵偿E

第40页：调频厂的选择

调频厂的选择：4.调频厂

调频厂

负有二次调频任务的电厂分为主调频厂和辅助调频厂

调频厂应满足的条件

1足够的调整容量2较快的调整速度3调整范围内的经济性较好

第41页：调频厂选择

调频厂选择

• 水电厂发电机出力调整范围大，允许出力变化速度快，从空载到满载可在1min内实现，出力变化对运行经济性影响不大且易实现操作自动化
• 汽轮机组受最小技术出力限制（锅炉25%-70%、汽轮机10%-25%），调整范围小，出力变化速度受汽轮机各部件热膨胀限制（在50%-100%额定容量范围内，出力允许上升速度每min仅2-5%），而且出力变化对运行经济性影响较大，实现操作自动化比较复杂
• 水火电并存的系统中，一般宜选水电厂调频。洪水季节时避免弃水，水电厂宜带稳定负荷满发，由效率居中的中温中压火电厂担任调频，以提高系统运行经济性。枯水期季节时可由水电厂和中温中压火电厂担任调频
• 不同地域装有不同类型、容量及经济特性的机组，调节有功时，需要考虑机组间的合理组合和负荷的合理分配，以达到系统运行的经济性。分区控制的系统中，还应进行区域间联络线的功率控制

第42页：例5-3 二次调频增发功率

例5-342在例5-2所给的系统中，仅水轮机具有调节能力时，频率偏差超出了允许范围，为将频率偏差控制在±0.1Hz，求需要采用二次调频而增发的功率。解：ΔPL0-ΔPG=-（KG+KL）Δf水轮机的单位调节功率KG=80×5+50×6=700(MW/Hz)采用二次调频需要增发的功率ΔPG=ΔPL0+（KG+KL）Δf=300+(700+90)×(-0.1)=221(MW)

第43页：（三）互联系统的频率调整

（三）互联系统的频率调整(ΔP-ΔP)+(ΔP-ΔP)Δf=-LAGALBGBabABΔPKA+KB=KA(ΔPLB-ΔPGB)-KB(ΔPLA-ΔPGA)K+KAKGAΔPΔPLAKBGBΔPLBΔPΔPab对于2个子系统联合前二式相加ΔPLA-ΔPGA=-KAΔfAΔPLB-ΔPGB=-KBΔfB联合后两系统负荷变化引起的频率偏移应相同ΔfA=ΔfB=Δf△Pab对于A系统相当于负荷，对于B系统相当于电源二次调频增发功率ΔPLA-ΔPGA+ΔPab=-KAΔfLBGBabBΔP-ΔP-ΔP=-KΔf

第44页：联络线功率ΔPA=ΔPLA-Δ

联络线功率ΔPA=ΔPLA-Δ：PGAabΔP=KAΔPB-KBΔPAKA+KBΔPB=ΔPLB-ΔPGB+ΔPBΔf=-ΔPAKA+KB定义A，B系统的功率缺额有KA(ΔPLB-ΔPGB)-KB(ΔPLA-ΔPGA)ΔPab=KA+KB-ΔPGA)+(ΔPLB-ΔPGB)Δf=-(ΔPLAKA+KB联合系统频率的变化取决与系统总的功率缺额△PA+△PB，以及系统单位调节功率KA+KB=KS。联络线上交换功率的大小及流动方向也与各子系统的功率缺额以及子系统的单位调节功率有关

• 当ΔPA=0，ΔPB≠0，A系统没有功率缺额，ΔPab将由A→B流动
• 当ΔPA≠0，ΔPB=0，B系统没有功率缺额，ΔPab&lt;0,将由B→A流动
• 当ΔPA=-ΔPB，其中一个子系统的功率缺额完全由另一个子系统增发的功率所抵偿时，系统频率偏差为零，联络线功率ΔPab=ΔPB，负荷增量ΔPB=ΔPLB由联络线传输，联络线功率可能过载

第45页：例5-4 互联系统的频率调整

例5-4两系统由联络线连接为一联合系统。正常运行时，联络线上没有交换功率流通。两系统的容量分别为1500MW和1000MW，各自的单位调节功率如图所示。设A系统负荷增加100MW，试计算下列情1两系统既无一次调频,也无二次调频2两系统参与一次调频,但均无二次调频3两系统依靠二次调频各增发50MWKGA*=25LA*K=1.5KGB*=20KLB*=1.3ab45P况下的频率变量和联络线上流过的交换功率：1500MW1000MWKLA=KLA*PGAN/fN=1.5×1500/50=45(MW/Hz)KLB=KLB*PGAN/fN=1.3×1500/50=26(MW/Hz)4A系统无二次调频，B系统二次调频增发200MW5B系统无二次调频，A系统二次调频增发200MW解：将以标幺值表示的单位调节功率折算为有名值KGA=KGA*PGAN/fN=25×1500/50=750(MW/Hz)KGB=KGB*PGAN/fN=20×1000/50=400(MW/Hz)无一次调频时KA=KLA=45(MW/Hz),有一次调频时KA=KGA+KLA=795(MW/Hz),KB=KLB=26(MW/Hz)KB=KGB+KLB=426(MW/Hz)

第46页：例5-4 联络线功率（一）

abABΔP=KAΔPB-KBΔPAK+K45+26=-0-26×200=-73.239（4MW）已知ΔPGA=ΔPGB=ΔPLB=0,ΔPLA=200MW,KGA=KGB=0,KA=KGA+KLA=45MW/Hz，KB=KGB+KLB=26MW/Hz,ΔPA=200MW,ΔPB=0则：Δf=-ΔPA+ΔPB=-200+0=-2.816（9Hz）KA+KB４5+2646例5-41）两系统既无一次调频,也无二次调频这种情况最严重，发生在A、B系统的机组都已满载，调速器受负荷限制器的限制已无法调整。由于两系统既无一次调频又无二次调频，没有调频措施，频率偏差很大，远超出允许范围，这时A系统增加的负荷功率200MW，一方面靠自身的调节效应KDΔf=4.5×（-2.8169）=126.7606（MW），另一方面B系统送来功率73.2394MW，形成在低频率水平上的功平衡，这是应当避免的情况

第47页：例5-4 联络线功率（二）

KA=KGAKB=KGB+KLA=795MW/Hz+KLB=426MW/Hz,ΔPA=ΔPGA-ΔPLA=200MW,两系统机组都参与一次调频ΔPB=ΔPGB-ΔPLB=0则：abABΔP=KAΔPB-KBΔPAK+K795+426=0-426×200=-68.778（9MW）+ΔPB47200+0Δf=-ΔPA=-KA+KB795+426=-0.163（8Hz）由于两系统均参与一次调频，频率偏差大为减小，如果想进一步提高频率质量，可采取二次调频例5-42）两系统参与一次调频,但均无二次调频

第48页：该系统的功率缺额由B系统供应

该系统的功率缺额由B系统供应，以致联络线上要流过可能超出限额的大量交换功率。此时联络线功率的增量最大，可能过载，要引起注意5)B系统无二次调频，A系统二次调频增发200MWΔPAB=-KAΔf-ΔPLA+50=-795（-0.0819）-200+50=-84.889（4MW）4)A系统无二次调频，B系统二次调频增发200MWΔf=-ΔPAKA+KB795+426+ΔPB=-(200-0)+(0-200)=（0Hz）例5-43)两系统依靠二次调频各增发50MWΔPab=-200（MW）Δf=-ΔPAKA+KB795+426+ΔPB=-(200-200)+(0-0)=（0Hz）Δf=-ΔPA48KA+KB795+426+ΔPB=-(200-50)+(0-50)=-0.081（9Hz）ΔPab=（0MW）比较以上几种情况，自然会提出，在一个庞大的电力系统中可采用分区调整，及局部的功率盈亏就地调整平衡的方案。即可保证频率质量，又不至过分加重联络线的负担

第49页：本章小结

本章小结

• 有功功率平衡
• 有功—频率静态特性
• 频率一次调整、二次调整原理与计算
• 联合电力系统频差与互送功率计算
• 等微增率准则、电力系统中有功功率的最优分配计算