電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減載(整理)(共39頁(yè))

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減載電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)1 電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻1.1 電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)的原因頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一，在穩(wěn)態(tài)條件下，電力系統(tǒng)的頻率是一個(gè)全系統(tǒng)一致的運(yùn)行參數(shù)。系統(tǒng)頻率的波動(dòng)直接原因是發(fā)電機(jī)輸入功率輸出功率之間的不平衡，眾所周知，單一電源的系統(tǒng)頻率是同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的函數(shù)： n電機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min； f電力系統(tǒng)的頻率，HZ； p電機(jī)的極對(duì)數(shù)；對(duì)于一般的火力發(fā)電機(jī)組，發(fā)電機(jī)的極對(duì)數(shù)為1，額定轉(zhuǎn)速為3000 r/min，亦即額定頻率為50HZ。此時(shí)，系統(tǒng)頻率又可以用同步發(fā)電機(jī)的角速度的函數(shù)來表示： 為了研究系統(tǒng)頻率變換的規(guī)律，需要研究同步發(fā)電機(jī)

2、的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。同步發(fā)電機(jī)組的運(yùn)動(dòng)方程為：輸入機(jī)械轉(zhuǎn)距；輸出電磁轉(zhuǎn)距（忽略空載轉(zhuǎn)距，即負(fù)荷轉(zhuǎn)距）；J 發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量； 發(fā)電機(jī)組的角加速度；由于功率和力矩之間存在轉(zhuǎn)換關(guān)系（P=wT）上式經(jīng)過規(guī)格化處理和拉氏變換后，可得傳遞函數(shù)： 原動(dòng)機(jī)功率（發(fā)電機(jī)的輸入功率）；發(fā)電機(jī)電磁功率；發(fā)電機(jī)組的慣性常數(shù)；角速度變化量；由此可知，當(dāng)原動(dòng)機(jī)功率和發(fā)電機(jī)電磁功率之間產(chǎn)生不平衡的時(shí)候，必然引起發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，即引起系統(tǒng)頻率的變化。 在眾多發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的電力系統(tǒng)中，盡管原動(dòng)機(jī)功率不是恒定不變的，但它主要取決與本臺(tái)發(fā)電機(jī)的原動(dòng)機(jī)和調(diào)速器的特性，因而是相對(duì)容易控制的因素；而發(fā)電機(jī)電磁功率的變化則不僅與本臺(tái)發(fā)電

3、機(jī)的電磁特性有關(guān)，更取決于電力系統(tǒng)的負(fù)荷特性，是難以控制的因素，而這正是引起電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)的主要原因。1.2 調(diào)頻的必要性電力系統(tǒng)的頻率變動(dòng)對(duì)用戶、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)本身都會(huì)產(chǎn)生不良的影響，所以必須保持頻率在額定值50hz上下，且其偏移量不能超過一定范圍。電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)時(shí)，對(duì)用戶的影響：（1） 頻率變化將引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量。例如，紡織工業(yè)、造紙工業(yè)等都將因頻率變化而出現(xiàn)次品。（2） 近代工業(yè)、國(guó)防和科學(xué)技術(shù)都已經(jīng)廣泛使用電子設(shè)備，頻率不穩(wěn)將會(huì)影響電子設(shè)備的工作。雷達(dá)、電子計(jì)算機(jī)等重要設(shè)施將會(huì)因?yàn)轭l率過低而無法運(yùn)行。（3） 頻率變動(dòng)對(duì)發(fā)電廠和系統(tǒng)本身也有影響：（a） 火力

4、發(fā)電廠的主要廠用機(jī)械風(fēng)機(jī)和泵，在頻率降低時(shí)，所能供應(yīng)的風(fēng)量水量將迅速減少，影響鍋爐的正常運(yùn)行。（b） 低頻運(yùn)行還將增加氣輪機(jī)葉片所受的應(yīng)力，引起葉片的共振，縮短葉片的壽命，甚至使葉片斷裂。（c） 低頻運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)的通風(fēng)量將減少，而為了維持正常的電壓，又要求增加勵(lì)磁電流，以致使發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的溫升都將增加。為了不超過溫升限額，不得不降低發(fā)電機(jī)所發(fā)的功率。（d） 低頻運(yùn)行時(shí)，由于磁通密度增大，變壓器鐵芯損耗勵(lì)磁電流都增大。也為了不超過溫升限額，不得不降低變壓器的負(fù)載。（e） 低頻運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中無功功率負(fù)荷將增大，而無功功率負(fù)荷將增大又將促使系統(tǒng)電壓水平的下降。（f） 發(fā)生頻率崩潰現(xiàn)象：當(dāng)頻率下

5、降到4748hz時(shí)，火電廠的廠用機(jī)械（如給水泵等）的處理明顯降低，使鍋爐出力減少，導(dǎo)致發(fā)電廠發(fā)電功率進(jìn)一步減少，致使功率缺額更為嚴(yán)重。于是系統(tǒng)頻率進(jìn)一步下降，這樣惡性循環(huán)將使發(fā)電廠運(yùn)行受到破壞，從而造成所謂的“頻率崩潰” 現(xiàn)象。（g） 發(fā)生電壓崩潰現(xiàn)象：總之，由于所有設(shè)備都是按照系統(tǒng)額定頻率設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)頻率質(zhì)量的下降將影響各行各業(yè)，而頻率過低時(shí)，甚至?xí)拐麄€(gè)系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電。1.3 調(diào)頻方法系統(tǒng)頻率的波動(dòng)主要是由于負(fù)荷的變化引起的，調(diào)頻與有功功率的調(diào)節(jié)是分不開的。調(diào)頻問題實(shí)質(zhì)上是電力系統(tǒng)載正常運(yùn)行中，控制發(fā)電機(jī)的輸入功率使之與負(fù)荷所需功率之間的平衡問題。調(diào)頻是二次調(diào)節(jié)，是通過調(diào)整機(jī)組的

6、輸入功率來實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)系統(tǒng)機(jī)組輸入功率與負(fù)荷功率失去平衡而使頻率偏離額定值時(shí)，控制系統(tǒng)必須調(diào)節(jié)機(jī)組的出力，以保證電力系統(tǒng)頻率的偏移在允許范圍之內(nèi)（一般允許偏差不得超過HZ）。調(diào)節(jié)頻率或調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的基本方法是改變單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入原動(dòng)機(jī)的動(dòng)力元素（即蒸汽或水）。當(dāng)一臺(tái)或幾臺(tái)機(jī)組來調(diào)節(jié)頻率時(shí)還會(huì)引起機(jī)組間負(fù)荷分配的改變，這就涉及到電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行問題。因此，頻率的調(diào)節(jié)和電力系統(tǒng)負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配有密切的關(guān)系。機(jī)組功率改變時(shí)，它所需要的燃料費(fèi)用也就跟著改變，同時(shí)，全電網(wǎng)的潮流分布以至系統(tǒng)中的網(wǎng)損也都隨著改變。在電力系統(tǒng)中，燃料費(fèi)用和線路網(wǎng)損是考慮經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的重要因素，所以現(xiàn)代電力系統(tǒng)調(diào)頻的主要任務(wù)有二：（1

7、）維持系統(tǒng)頻率在給定水平；（2）同時(shí)還要考慮機(jī)組負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配和保持電鐘的準(zhǔn)確性。 調(diào)度在確定各個(gè)發(fā)電廠的發(fā)電計(jì)劃和安排調(diào)頻任務(wù)時(shí)，一般降運(yùn)行電廠分為調(diào)頻廠、挑峰廠和帶基頻負(fù)荷的發(fā)電廠三類。如圖所示的日負(fù)荷曲線，其中全天不變的基本負(fù)荷又帶基本負(fù)荷的發(fā)電廠承擔(dān)，這類電廠一般為經(jīng)濟(jì)性能好的高參數(shù)電廠、熱電廠及核電廠。負(fù)荷變動(dòng)部分按計(jì)劃下達(dá)給調(diào)峰電廠，調(diào)峰電廠一般由經(jīng)濟(jì)性能較差的機(jī)組擔(dān)任。在實(shí)際運(yùn)行中，計(jì)劃負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷不可能完全一致，其差值部分稱為計(jì)劃外負(fù)荷，由調(diào)頻電廠擔(dān)任。為了保證調(diào)頻任務(wù)的完成，系統(tǒng)中需要備有足夠容量的調(diào)頻機(jī)組來應(yīng)付計(jì)劃外負(fù)荷的變動(dòng)，而且還須具有一定的調(diào)整速度以適應(yīng)負(fù)荷的變化，

8、當(dāng)電網(wǎng)容量較大，一個(gè)調(diào)頻電廠不能滿足調(diào)節(jié)要求時(shí)，則選擇幾個(gè)電廠共同完成調(diào)頻任務(wù)。2. 電力系統(tǒng)的頻率特性2.1 電力系統(tǒng)負(fù)荷的功率-頻率特性 當(dāng)系統(tǒng)的頻率發(fā)生變化時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)荷也要隨之發(fā)生變化，即PL=F（f）。這種有功負(fù)荷隨著頻率變化的特性叫做負(fù)荷的功率-頻率特性，是負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性。 電力系統(tǒng)中，各種有功負(fù)荷與頻率的關(guān)系，可以歸納為以下幾類：（4） 與頻率變化無關(guān)的負(fù)荷，如照明、電弧爐、電阻爐、整流負(fù)荷等；（5） 與頻率變化成正比的負(fù)荷，如切削機(jī)床，壓縮機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等；（6） 與頻率的二次方成正比的負(fù)荷，如變壓器中的渦流損耗（但比重很?。?；（7） 與頻率的三次方成正比的負(fù)荷，如通風(fēng)

9、機(jī)、靜水頭阻力不達(dá)的給水泵等；（8） 與頻率的更高次方成正比的負(fù)荷，如靜水頭阻力很大的給水泵等。 負(fù)荷的功率-頻率特性一般表達(dá)式為： 式中：額定頻率；系統(tǒng)頻率為f時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)荷；系統(tǒng)頻率為額定值時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)荷；各類負(fù)荷的比例系數(shù)。將上式等式兩邊除以，得到標(biāo)么值形式，即：顯然，當(dāng)系統(tǒng)的頻率為額定值時(shí)，1，1，于是一般情況下，應(yīng)用上面的兩個(gè)式子進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，通常取到三次方即可，因?yàn)橄到y(tǒng)中與頻率高次方成正比的負(fù)荷很小，一般可以忽略。 上面的兩個(gè)式子稱為電力系統(tǒng)的有功負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性方程。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷的組成和性質(zhì)確定后，負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性方程也就確定了，因此也可以用曲線來表示。如右圖

10、所示。 由圖可知，在額定頻率fe時(shí)系統(tǒng)負(fù)荷功率為PLe（圖中a點(diǎn)），當(dāng)頻率下降到fb時(shí)，系統(tǒng)的負(fù)荷功率由PLe下降到PLb（圖中b點(diǎn)）。如果系統(tǒng)的頻率升高，負(fù)荷功率將增大，也就是說，當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組的輸入功率和負(fù)荷失去平衡時(shí)，系統(tǒng)負(fù)荷也參與了調(diào)節(jié)作用，它的特性有利于系統(tǒng)中有功功率在另一頻率值下重新平衡。這種現(xiàn)象稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)。通常用：來衡量調(diào)節(jié)效應(yīng)的大小。稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)（或稱為負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率）。由上式可知，系統(tǒng)的取決與負(fù)荷的性質(zhì)，它與各類負(fù)荷所占總負(fù)荷的比例有關(guān)。 在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，允許頻率變化范圍是很小的，在此較小的頻率變化范圍內(nèi)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外一些系統(tǒng)的是實(shí)測(cè)，有功負(fù)荷與頻

11、率的關(guān)系曲線接近于一條直線，直線的斜率為： （KL*是一個(gè)無綱的常數(shù)，它表明系統(tǒng)頻率變化1時(shí)負(fù)荷功率變化的百分比。）也可以用有名值表示為：（MW/HZ），有名值與標(biāo)么值之間的換算關(guān)系為。KL*和KL都是負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)，是系統(tǒng)調(diào)度部門要求掌握的一個(gè)數(shù)據(jù)。在實(shí)際系統(tǒng)中，需要經(jīng)過測(cè)試求得，也可以根據(jù)負(fù)荷統(tǒng)計(jì)資料分析估算確定。對(duì)于不同的電力系統(tǒng)，因負(fù)荷的組成不同，KL*的值也不同，一般在13之間。同時(shí)，每個(gè)系統(tǒng)的KL*值也隨著季節(jié)和晝夜的交替而變化。2.2 發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性 發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的調(diào)整是由原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。因此，發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性取決與調(diào)速系統(tǒng)的特性。當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷

12、變化引起頻率改變時(shí)，發(fā)電機(jī)組的調(diào)速系統(tǒng)工作，改變?cè)瓌?dòng)機(jī)進(jìn)氣量（或進(jìn)水量），調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的輸入功率以適應(yīng)負(fù)荷的需求。通常把由于頻率變化而引起的發(fā)電機(jī)組輸出功率變化的關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性或調(diào)節(jié)特性。2.2.1 發(fā)電機(jī)的功率-頻率特性1未配置調(diào)速器的功率-頻率特性。為了便于說明問題，先討論發(fā)電機(jī)組假定未配置調(diào)速器的功率-頻率特性。發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)距方程可以近似的表示為：故功率方程式為： 或 其中，ABC都是常數(shù)，通常C1=2C2。上式可以用曲線來表示如圖1：由圖1可見，輸出功率最大值是在額定條件下。即轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)距都是額定值時(shí)出現(xiàn)。 2有調(diào)速器時(shí)的靜態(tài)功率-頻率特性當(dāng)發(fā)電機(jī)配有調(diào)速系統(tǒng)的時(shí)候，情況就

13、發(fā)生了變化。由于調(diào)速系統(tǒng)的作用，隨著轉(zhuǎn)色的變動(dòng)而不斷的改變進(jìn)氣或進(jìn)水量，是原動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)不斷的從一根靜態(tài)特性向另一根靜態(tài)特性過渡，如圖2所示，由a1 到 a2等等。連接這些不同曲線上的運(yùn)行點(diǎn)所構(gòu)成的曲線（圖中虛線）就是有調(diào)速器時(shí)的靜態(tài)功率-頻率特性。一般近似的以直線代替。 即發(fā)電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)功率-頻率特性反映的是頻率變化而引發(fā)的發(fā)電機(jī)組出力的變化的關(guān)系。 配有調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)功率-頻率特性，如圖3所示。如果發(fā)電機(jī)以額定頻率fe運(yùn)行（圖中a點(diǎn)），其輸出功率為PGb；當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加而使頻率下降到f1時(shí)，則發(fā)電機(jī)組由于調(diào)速器的作用，使輸出功率增加到PGa（圖中b點(diǎn)）?？梢姡瑢?duì)應(yīng)于頻率下降

14、f，發(fā)電機(jī)組的輸出功率增加了PG。很顯然，這是一種有差調(diào)節(jié)，其特性稱為有差調(diào)節(jié)特性。特性曲線的斜率為： ，R是發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)。負(fù)號(hào)表示發(fā)電機(jī)輸出功率的變化和頻率的變化是相反的。調(diào)差系統(tǒng)R的標(biāo)么值表達(dá)式為：，或?qū)懗?（發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)節(jié)方程）。在計(jì)算功率頻率的關(guān)系的時(shí)候，常常采用調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)： 即 ，其中KG*是發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性靜態(tài)系數(shù)，或原動(dòng)機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率。它也可以用有名值表示。一般發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)或單位調(diào)節(jié)功率，可采用下列數(shù)值：對(duì)于汽輪發(fā)電機(jī)組R*（46） 或KG*16.625對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組R*（24） 或KG*2550發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性的調(diào)差系數(shù)主要取決于調(diào)速器的

15、靜態(tài)調(diào)節(jié)特性，它與機(jī)組間的有功功率的分配密切相關(guān)。2.2.2 調(diào)差特性與機(jī)組間有功功率的分配關(guān)系 兩臺(tái)發(fā)電機(jī)并聯(lián)允許時(shí)，有，即發(fā)電機(jī)組的功率增量用各自的標(biāo)么值表述時(shí)，在發(fā)電機(jī)組的功率分配與機(jī)組的調(diào)差系數(shù)成反比。調(diào)差系數(shù)小的機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷增長(zhǎng)標(biāo)么值要大，而調(diào)差系數(shù)大的機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷增長(zhǎng)標(biāo)么值要小。間 這個(gè)結(jié)論可以推廣到系統(tǒng)中多臺(tái)發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行的情況，由，可得第i臺(tái)發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)方程為：，i1，2，n對(duì)上式求和，并考慮到穩(wěn)態(tài)時(shí)整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的頻率的變化f是相同的，則得： 如果用一臺(tái)等值機(jī)來代替時(shí)，則有： ，是全系統(tǒng)總額定容量，是系統(tǒng)等值機(jī)組的調(diào)差系數(shù)（或稱平均調(diào)差系數(shù)）。所以當(dāng)系統(tǒng)中負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，

16、每臺(tái)機(jī)組所承擔(dān)的功率可用下式確定：2.3 電力系統(tǒng)的頻率特性 電力系統(tǒng)主要是由發(fā)電機(jī)組、輸電網(wǎng)絡(luò)及負(fù)荷組成，如果把輸電網(wǎng)絡(luò)的功率損耗看成是負(fù)荷的一部分，則電力系統(tǒng)功率-頻率關(guān)系，可以簡(jiǎn)化為圖1所示。在穩(wěn)態(tài)頻率f下，PL PG PT都相等，因此討論他們的功率-頻率特性時(shí)候，可以看成由兩個(gè)環(huán)節(jié)構(gòu)成的一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)。發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性與負(fù)荷的功率-頻率特性曲線的交點(diǎn)就是電力相同頻率穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)，如圖2中 a點(diǎn)。2.3.1 頻率的一次調(diào)整 如果系統(tǒng)中的負(fù)荷增加PL，則總負(fù)荷靜態(tài)頻率特性變成PL1 =f（f），假設(shè)這時(shí)候系統(tǒng)內(nèi)的所有機(jī)組都沒有調(diào)速器，機(jī)組的輸入功率恒定為PT且等于PL，則系統(tǒng)頻率將逐漸

17、下降，負(fù)荷所取用的有功功率也逐漸減小。依靠負(fù)荷調(diào)節(jié)效用系統(tǒng)達(dá)到新的平衡，運(yùn)行點(diǎn)移到圖中的b點(diǎn)，頻率穩(wěn)定值下降到f3，系統(tǒng)負(fù)荷所取用的有功功率仍然為原來的PL值。在這種情況下，頻率偏差值f取決與負(fù)荷變化值PL的大小，一般都是相當(dāng)大的。 但是，實(shí)際上各發(fā)電機(jī)組都裝有調(diào)速器，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加，頻率開始下降時(shí)，調(diào)速器就要起作用，增加機(jī)組的輸入功率PT。經(jīng)過一段時(shí)間后，允許點(diǎn)穩(wěn)定在C點(diǎn)，這時(shí)候系統(tǒng)負(fù)荷所取用的功率為PL2，小于額定頻率下所需要的功率PL1 ，頻率穩(wěn)定在f2。此時(shí)的頻率偏差值f要比無調(diào)速器時(shí)小的多。由此可見，調(diào)速器對(duì)頻率的調(diào)節(jié)作用是很明顯的。 （由于負(fù)荷的突然增加，發(fā)電機(jī)組功率不能及時(shí)隨之變

18、動(dòng)，機(jī)組將減速，系統(tǒng)頻率將下降，而系統(tǒng)頻率下降的同時(shí)，發(fā)電機(jī)組的功率將因他的調(diào)速器的一次調(diào)整作用而增大，負(fù)荷的功率將會(huì)因它自身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少。前者將沿著原動(dòng)機(jī)的頻率特性向下減少，經(jīng)過一個(gè)振蕩衰減的過程，重新抵達(dá)一個(gè)新的平衡運(yùn)行點(diǎn)。）調(diào)速器的這種調(diào)節(jié)作用通常稱為一次調(diào)節(jié)。這樣，由調(diào)速器的調(diào)節(jié)作用而增大的發(fā)電機(jī)組的功率，由負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少的負(fù)荷功率，可以得到 ,其中稱為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，以MW/HZ或MW/（0.1）Hz為單位。系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率也可以用標(biāo)要值表示。以標(biāo)要值表示時(shí)候的基準(zhǔn)功率通常就取系統(tǒng)原始運(yùn)行狀態(tài)下的總負(fù)荷。系統(tǒng)的系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率標(biāo)志了系統(tǒng)負(fù)荷增加或減少時(shí)候，在原動(dòng)

19、機(jī)調(diào)速器和負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作用下系統(tǒng)頻率下降或上升的多寡。2.3.2 頻率的二次調(diào)整在電網(wǎng)中所有有調(diào)節(jié)能力的發(fā)電機(jī)組都自動(dòng)參與頻率的一次調(diào)整。但由于系統(tǒng)中負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率不可調(diào)，發(fā)電機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率不可能很大，從而系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率也不可能很大。所以依靠調(diào)速器進(jìn)行的一次調(diào)整，只能限制周期較短，幅度較小的負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移。負(fù)荷變動(dòng)周期長(zhǎng)，幅度大的調(diào)頻任務(wù)自然的落在了二次調(diào)整方面。即，為了使電網(wǎng)恢復(fù)于額定頻率，則需要電網(wǎng)進(jìn)行二次調(diào)頻。同時(shí)為了避免在調(diào)整過程中出現(xiàn)過調(diào)或頻率長(zhǎng)時(shí)間不能穩(wěn)定的現(xiàn)象，電網(wǎng)頻率的二次調(diào)整就需要對(duì)電網(wǎng)中運(yùn)行電廠進(jìn)行分工和分級(jí)調(diào)整，即將電網(wǎng)中所有電廠分為主調(diào)頻廠

20、、輔助調(diào)頻廠和非調(diào)頻廠三類。頻率的二次調(diào)整就是手動(dòng)或自動(dòng)的操作調(diào)頻器使發(fā)電機(jī)組的頻率特性平行的上下移動(dòng)，從而使負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移可保持在允許范圍內(nèi)。例如圖2中，不進(jìn)行二次調(diào)整，系統(tǒng)中的負(fù)荷增加PL時(shí)，最后穩(wěn)定運(yùn)行于c點(diǎn)，頻率穩(wěn)定在f2。功率增加到PL2。在一次調(diào)整的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次調(diào)整，就是在負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率下降越出允許范圍時(shí)，操作調(diào)頻器，增加發(fā)電機(jī)組發(fā)出的功率，使頻率特性向上移動(dòng)，經(jīng)過一個(gè)過渡過程，最終穩(wěn)定在d點(diǎn)，這是系統(tǒng)的頻率升到額定值（或在允許范圍內(nèi)）。一般負(fù)荷的原始增量PLo可能有三部分承擔(dān)：（1） 由調(diào)速器的調(diào)節(jié)作用而增大的發(fā)電機(jī)組的功率：；（2） 由負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少的負(fù)

21、荷功率：;（3） 由于進(jìn)行了二次調(diào)頻，發(fā)電機(jī)組增發(fā)的功率：PGo則 或 。如果PLoPGo，即發(fā)電機(jī)組如數(shù)增發(fā)了負(fù)荷功率的原始增量PLo，則f0，也就是實(shí)現(xiàn)了所謂的無差調(diào)節(jié)。如上的情況，可以推廣到n臺(tái)發(fā)電機(jī)組，且由第n臺(tái)機(jī)組擔(dān)負(fù)二次調(diào)整任務(wù)的情形。這種情況也就相當(dāng)于一臺(tái)機(jī)組進(jìn)行二次調(diào)整，n臺(tái)機(jī)組進(jìn)行一次調(diào)整?？傻茫阂?yàn)閚臺(tái)機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率KGn遠(yuǎn)大與一臺(tái)機(jī)組的，在同樣的功率盈虧（PLPG）下，系統(tǒng)的頻率變化要比僅有一臺(tái)機(jī)組時(shí)候，小的多。由上可見，進(jìn)行二次調(diào)整時(shí)候，系統(tǒng)中負(fù)荷的增減基本上要有調(diào)頻機(jī)組或調(diào)頻廠承擔(dān)。雖然可以適當(dāng)增加其他機(jī)組或電廠的單位調(diào)節(jié)功率以減少調(diào)頻廠或調(diào)頻機(jī)組的負(fù)擔(dān)，但數(shù)值畢

22、竟有限。這就使調(diào)頻廠的功率變化幅度遠(yuǎn)大于其他電廠。如果調(diào)頻廠不位于負(fù)荷中心，則這種情況可能使調(diào)頻廠與系統(tǒng)的其他部分聯(lián)系的聯(lián)絡(luò)線上流通的功率超出允許值。這樣，就出現(xiàn)了在調(diào)整系統(tǒng)頻率的同時(shí)控制聯(lián)絡(luò)線上流通功率的問題。 為了討論這個(gè)問題，我們來看兩個(gè)系統(tǒng)聯(lián)合的例子。如圖，A、B兩個(gè)系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率分別是KA KB。為了使討論的結(jié)論更具有普遍意義，設(shè)A、B兩個(gè)系統(tǒng)都設(shè)有二次調(diào)整的電廠，它們的功率變量分別是PGA、PGB。兩個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷變量則分別是PLA、PLB。設(shè)聯(lián)絡(luò)線上的交換功率Pab由A流向B時(shí)為正。于是，在聯(lián)合前，對(duì)于A系統(tǒng)：PLA PGAKAfA對(duì)于B系統(tǒng)PLBPGBKBfB聯(lián)合后，通過聯(lián)絡(luò)

23、線由A向B輸送的交換功率，對(duì)A系統(tǒng)，也可以看作是一個(gè)負(fù)荷，從而：PLA +PabPGAKAfA ；對(duì)于B系統(tǒng)，這個(gè)交換功率也可以看作是電源，從而：PLBPabPGBKBfB聯(lián)合后，兩個(gè)系統(tǒng)的頻率應(yīng)該相等，即fAfBf，可得：（PLA PGA）（PLBPGB）（KAKB）f，帶回上式可得，交換功率為：令：PAPLA PGA ，PBPLBPGB，PA、PB分別是A、B兩個(gè)系統(tǒng)的功率缺額，則有：PA PabKAfA PBPabKBfB 由此可見，聯(lián)合系統(tǒng)頻率的變化取決于系統(tǒng)總的功率缺額和總的系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率。2.4 聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻2.4.1 聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻方式1. 恒定頻率控制FFC（fla

24、t frequency control）按照頻率偏差f進(jìn)行調(diào)節(jié)，在f0的時(shí)候，調(diào)節(jié)結(jié)束。所以最終維持的是系統(tǒng)頻率，而對(duì)聯(lián)絡(luò)線上的交換功率則不加控制，這實(shí)際上是單一系統(tǒng)的觀點(diǎn)，因此這種方式只適用與電廠之間聯(lián)系緊密的小型系統(tǒng)，對(duì)于龐大的聯(lián)合電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)起來有不少困難。2. 恒交換功率控制FTC（flat tie-line control ）控制調(diào)頻機(jī)組保持交換功率恒定，而對(duì)系統(tǒng)的頻率并不控制。這種方式適用于兩個(gè)電力相同間按照協(xié)議交換功率的情況。它要求保持聯(lián)絡(luò)線上功率不變，而頻率則要求通過兩個(gè)相鄰系統(tǒng)同時(shí)調(diào)整發(fā)電機(jī)的功率來維持。3. 頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制TBC（tie line load freq

25、uency bias control）既按頻差又按聯(lián)絡(luò)線交換功率調(diào)節(jié)，最終維持的是系統(tǒng)負(fù)荷波動(dòng)的就地平衡，這實(shí)際是多系統(tǒng)調(diào)頻觀點(diǎn)，這種調(diào)頻方式是大型電力系統(tǒng)或聯(lián)合電力系統(tǒng)中常用的一種方式。2.4.2頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制TBC 電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置（第二版），上海交通大學(xué)，楊冠城，中國(guó)電力出版社。Page164，148采用頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制TBC方式，不僅要消除頻差（f0），而且還要消除聯(lián)絡(luò)線中的交換功率偏差（Pab0）。這就是說每個(gè)控制區(qū)負(fù)責(zé)本區(qū)域的功率調(diào)整，通常把本區(qū)域調(diào)節(jié)作用的信號(hào)稱為區(qū)域控制ACE（area control error）。 依然以左圖這樣兩個(gè)互連的系統(tǒng)為例，來說明其調(diào)節(jié)

26、特點(diǎn)。A、B系統(tǒng)的區(qū)域控制誤差分別為：ACEAPtAKAfAACEBPtBKBfB其中，PtA為控制區(qū)A輸出的總有功功率增量；PtA為控制區(qū)A輸出的總有功功率增量；K為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率補(bǔ)充start：即Pti為控制區(qū)i輸出的總有功功率增量，它等于與區(qū)域I相連的各個(gè)聯(lián)絡(luò)線中功率增量之和，即PtiPtij （j1，2n）由電網(wǎng)理論知，傳輸線中的功率為其中：Uj Ui傳輸線兩端母線的電壓；ijij兩母線電壓相角之差；XL輸電線的電抗。當(dāng)聯(lián)絡(luò)線中功率發(fā)生微小變化時(shí)，其值可以表示為：令 ，稱為輸電線的極限傳輸容量， TijPmaxijcosij，稱為傳輸線的同步系數(shù)。則 Ptij TijijTij（i

27、 j） ，其中：i j輸電線兩端母線電壓相角的變化量補(bǔ)充end相應(yīng)的控制功率為：PGAKiA(PtAKAfA)dtPGBKiB(PtBKBfB)dt 其中，KiA、KiB是積分增益，常數(shù)；負(fù)號(hào)表示控制功率與聯(lián)絡(luò)線功率增量Pt和頻率偏差f的方向相反，即當(dāng)系統(tǒng)的f或Pt為負(fù)值時(shí)，調(diào)頻機(jī)組的控制功率PG為正的增加的輸出功率。任一控制區(qū)的負(fù)荷變動(dòng)，調(diào)整結(jié)果在穩(wěn)態(tài)條件下，必然使ACEA ACEB為零，即：PabKAfA0PabKBfB0負(fù)荷上述條件時(shí)，只有使f0，0，這正是我們所需要的控制要求。必須指出的是，如果A系統(tǒng)采用了TBC調(diào)節(jié)，而B系統(tǒng)采用有差調(diào)節(jié)或甚至無二次調(diào)頻，則仍有可能出現(xiàn)f和Pt，為了更

28、好的理解，從一般情況入手開始討論。設(shè)系統(tǒng)A有二次調(diào)頻，系統(tǒng)B只有調(diào)速器一次調(diào)頻，系統(tǒng)的負(fù)荷增量分別為PLA、PLB，聯(lián)絡(luò)線上的功率增量為PtA，在穩(wěn)定條件下有：PTiPLiKLifiPti即發(fā)電機(jī)功率增量與負(fù)荷增量間差值，由負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)聯(lián)絡(luò)線增量來平衡，又通常PT與PG相等，因此對(duì)系統(tǒng)A、B又下列關(guān)系：PGAPLAKLAfPtAPGBPLBKLBfPtB 其中PtAPtB。所以 PLAPGA KAfPtA PLBPGB KBfPtBKBfPtA （B系統(tǒng)只有一次調(diào)頻）A系統(tǒng)按頻率及聯(lián)絡(luò)線功率進(jìn)行調(diào)節(jié)時(shí)，最終使ACEAPtAKAfA0所以 由上面的兩個(gè)式子可得： PLAPGAPtA=KAf再

29、帶回到上面兩式可得 可見，A系統(tǒng)維持了系統(tǒng)的就地平衡。整個(gè)系統(tǒng)的頻率及聯(lián)絡(luò)線功率變化只與B系統(tǒng)負(fù)荷增量PLB有關(guān)。由于B系統(tǒng)沒有自動(dòng)調(diào)頻，所以整個(gè)聯(lián)合系統(tǒng)對(duì)B系統(tǒng)的負(fù)荷波動(dòng)，仍然是只有一次調(diào)頻的。3. 電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動(dòng)調(diào)頻電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)涉及系統(tǒng)中有功功率平衡和潮流分布。再保證頻率質(zhì)量和系統(tǒng)安全運(yùn)行前提下，如何使電力系統(tǒng)運(yùn)行具有良好的經(jīng)濟(jì)性，這就是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制（EDC，economic dispatch control）的任務(wù)。它是聯(lián)合自動(dòng)調(diào)頻的重要目標(biāo)之一，因此也有人把AGC列為AGC功能的一部分，稱之為AGC/EDC功能。一般的EDC是按數(shù)據(jù)模型編制的程序，調(diào)用時(shí)需要一定

30、的時(shí)間開銷，但它可以較長(zhǎng)時(shí)間啟動(dòng)一次（一般5分鐘以上）。有人稱EDC為三次經(jīng)濟(jì)調(diào)節(jié)。3.1 等微增率分配負(fù)荷的基本概念 電力系統(tǒng)自動(dòng)裝置（第二版），上海交通大學(xué)，楊冠城，中國(guó)電力出版社。Page167 電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析（第二版），東南大學(xué)，陳衍，中國(guó)電力出版社。Page203電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配 在很久以前，曾誤認(rèn)為最經(jīng)濟(jì)的分配負(fù)荷是，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)，使效率最好的機(jī)組先增加負(fù)荷，直至其最高效率；然后再讓效率次之的機(jī)組也增加負(fù)荷直到其最高效率時(shí)的負(fù)荷為止，以次類推。這種方法已經(jīng)被證明并不經(jīng)濟(jì)，最經(jīng)濟(jì)的是按照等微增率分配負(fù)荷。這一方法至今還被廣泛應(yīng)用。微增率是指輸入耗量的微增量與輸出功率

31、微增量的比值。對(duì)發(fā)電機(jī)組來說，為燃料消耗量（或消耗費(fèi)用）的微增量與發(fā)電機(jī)輸出功率微增量的比值。所謂等微增率法則，就是運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組按照微增率相等的原則來分配負(fù)荷，這樣就可使系統(tǒng)的總的燃料消耗（或費(fèi)用）為最小，從而是最經(jīng)濟(jì)的。3.1.1 最優(yōu)分配負(fù)荷的目標(biāo)函數(shù)和約束條件1. 耗量特性電力系統(tǒng)中有功功率負(fù)荷合理分配的目標(biāo)是在滿足一定的約束條件下，盡可能節(jié)約消耗的（一次）能源。因此，要分析這個(gè)問題，必須先確定發(fā)電設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)消耗的能源與發(fā)出的有功功率之間的關(guān)系，即發(fā)電設(shè)備輸入與輸出的關(guān)系，這種關(guān)系稱為耗量特性。如圖a所示。圖中縱坐標(biāo)可以是單位時(shí)間內(nèi)消耗的燃料F，例如每小時(shí)多少噸含熱量為29.31M

32、J/kg的標(biāo)準(zhǔn)煤；也可以為單位時(shí)間內(nèi)消耗的水量W，例如每秒鐘多少立方米。橫坐標(biāo)則為KW或MW為單位的電功率PG。耗量特性曲線上某一點(diǎn)縱坐標(biāo)與橫坐標(biāo)的比值，即單位時(shí)間內(nèi)輸入能量與輸出功率之間的比值稱為比耗量。顯然，比耗量實(shí)際是原點(diǎn)和耗量特性曲線上某一點(diǎn)連線的斜率，F(xiàn)/P或W/P。而當(dāng)耗量特性縱橫坐標(biāo)單位相同時(shí)，它的倒數(shù)就是發(fā)電設(shè)備的效率。耗量特性曲線上某一點(diǎn)切線的斜率稱為耗量微增率。耗量微增率是單位時(shí)間內(nèi)輸入能量微增量與輸出功率微增量的比值，即F/PdF/dP或W/PdW/dP。比耗量和比耗量微增率雖然通常具有相同的單位，如t/（MW.h），卻是兩個(gè)不同的概念。而且它們的數(shù)值一般也不相等。只有在

33、耗量特性曲線上某一個(gè)特殊的點(diǎn)m，它們才相等。如圖b所示。這個(gè)特殊的點(diǎn)m就是從原點(diǎn)做直線與耗量特性曲線相切時(shí)的切點(diǎn)。顯然，在這個(gè)點(diǎn)上，比耗量的數(shù)值恰好最小。這個(gè)比耗量的最小值就稱為最小比耗量min。合理組合發(fā)電設(shè)備的方法之一，就是按照這個(gè)最小比耗量由小到大的順序，隨負(fù)荷的由小到大增加，逐套投入發(fā)電設(shè)備；或負(fù)荷的由大到小減少，逐套推出發(fā)電設(shè)備。比耗量和耗量微增率的變化如圖c所示。2目標(biāo)函數(shù)和約束條件 明確了有功功率負(fù)荷的大小和耗量特性，在系統(tǒng)中有一定備用容量時(shí)候，就可以考慮這些負(fù)荷在已經(jīng)運(yùn)行發(fā)電設(shè)備和發(fā)電廠之間的最優(yōu)分配問題了。這個(gè)問題實(shí)際上屬于非線性規(guī)劃范疇。因在數(shù)學(xué)上，其性質(zhì)是，在一定的約束條

34、件下，使某一目標(biāo)函數(shù)為最優(yōu)，而這些約束條件和目標(biāo)函數(shù)都是這種變量狀態(tài)變量、控制變量、擾動(dòng)變量的非線性函數(shù)，換而言之，在數(shù)學(xué)上這個(gè)問題表達(dá)為：在滿足等約束調(diào)件：f（x、u、d）0和不等約束條件：g（x、u、d）0的前提下，使目標(biāo)函數(shù)C=C（x、u、d）為最優(yōu)?，F(xiàn)在的問題在于，如何表示分析有功功率負(fù)荷最優(yōu)分配時(shí)的目標(biāo)函數(shù)和約束調(diào)件。由于討論有功功率負(fù)荷最優(yōu)分配的目的在于：在供應(yīng)相同大小負(fù)荷有功功率的前提下，單位時(shí)間內(nèi)的能源耗量最少。這里的目標(biāo)函數(shù)就應(yīng)該是總耗量。原則上，這總耗量應(yīng)該與所有變量有關(guān)，但通常認(rèn)為，它只是各發(fā)電設(shè)備所發(fā)有功功率PGi的函數(shù)，即這里的目標(biāo)函數(shù)寫作：FF1（PG1）F2（PG

35、2）F3（PG3）Fn（PGn）Fi（PGi）式中，F(xiàn)i（PGi）表示某發(fā)電設(shè)備發(fā)出有功功率PGi時(shí)單位時(shí)間內(nèi)所消耗的能源。這里的等約束條件也就是有功功率必須保持平衡的條件。就每個(gè)節(jié)點(diǎn)而言，這條件是：PGiPLiUiUj（G ijCosijB ijSinij）0 式中，i1，2。n就整個(gè)系統(tǒng)而言，則為：PGiPLiP0 式中P為網(wǎng)絡(luò)總損耗。這里的不等約束條件有3，分別為各節(jié)點(diǎn)發(fā)電設(shè)備有功功率PGi、無功功率QGi電壓Ui的大小不能逾越限額，即：PGiminPGiPGimaxQGiminQGiQGimaxUiminUiUimax式中，PGimax就取發(fā)電設(shè)備的額定功率；PGimin則因發(fā)電設(shè)備的

36、類型的差異有所不同，例如火力發(fā)電設(shè)備的PGimin不能低于額定有功功率的2075。QGimax取決于發(fā)電機(jī)定子或轉(zhuǎn)子繞組的溫升；QGimin主要取決于發(fā)電機(jī)并列允許的穩(wěn)定性和定子端部溫升等等。Uimax和Uimin則由對(duì)電能質(zhì)量的要求決定。系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備消耗的能源可能收到限制。例如，水電廠一晝夜消耗的水量受約束于水庫(kù)調(diào)度。出現(xiàn)這種情況時(shí)，目標(biāo)函數(shù)就不應(yīng)再是單位時(shí)間內(nèi)消耗的能源，而應(yīng)是一段時(shí)間內(nèi)消耗的能源，即應(yīng)該為：F0tFi（PGi）dt而等約束條件增加：0t Wj（PGj）dt定值這里的Fi可以理解為單位時(shí)間內(nèi)火力發(fā)電設(shè)備的燃料消耗；Wj為單位時(shí)間內(nèi)水利發(fā)電設(shè)備的水量消耗，t為時(shí)間段長(zhǎng)，例如

37、24h。而這里設(shè)I1，2，m為火力發(fā)電設(shè)備，j(m+1),(m+2)n為水力發(fā)電設(shè)備。3.1.2 最優(yōu)分配負(fù)荷時(shí)的等耗量微增率準(zhǔn)則 所謂等微增率法則，就是運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組按照微增率相等的原則來分配負(fù)荷 我們以兩臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行為例，說明等微增率法則。如圖所示兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組，原來所帶的負(fù)荷，機(jī)組1為P1，微增率為b1，機(jī)組2為P2，微增率為b2，且b1> b2，如果機(jī)組1的功率減小P，即功率變?yōu)镻1，相應(yīng)的微增率變?yōu)閎1，而機(jī)組2的增加相同的P，使其功率變?yōu)镻2，微增率變?yōu)閎2，此時(shí)總的負(fù)荷不變。由圖可知，機(jī)組1減少的燃料耗量（圖中陰影部分，由b1、b1、P1、P1所圍的面積）大于機(jī)組2增加的燃

38、料耗量（由b2、b2、P2、P2所圍的面積），這兩個(gè)面積之差即為減少（或增加）的燃料消耗量，如果上述過程是使總的燃料消耗減少，則這樣的轉(zhuǎn)移負(fù)荷的過程就繼續(xù)下去，總的燃料消耗就繼續(xù)減少，直到兩臺(tái)機(jī)組的微增率相等時(shí)為止。即b1b2時(shí)，總的燃料耗量為最小。 如果微增率曲線時(shí)反函數(shù)曲線，即微增率隨負(fù)荷增加而減小，用上述同樣的方法，可以證明，把機(jī)組負(fù)荷加到最大時(shí)則最經(jīng)濟(jì)。 當(dāng)然，等微增率準(zhǔn)則的嚴(yán)格證明應(yīng)該由數(shù)學(xué)推導(dǎo)獲得。3.2 各類發(fā)電廠之間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配電力系統(tǒng)中，有功功率的最優(yōu)分配其實(shí)有兩方面的內(nèi)容，即有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配和有功功率電源的最優(yōu)組合。有功功率電源的最優(yōu)組合是指系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠的

39、合理組合，也就是通常所說機(jī)組的合理開停。它大體上包括三部分：機(jī)組的最優(yōu)組合順序、機(jī)組的最后組合數(shù)量，和機(jī)組的最優(yōu)開停時(shí)間。簡(jiǎn)而言之，涉及的是電力系統(tǒng)中冷備用容量的合理分布問題。合理組合機(jī)組的方法，目前有最優(yōu)組合順序法，動(dòng)態(tài)規(guī)劃設(shè)計(jì)法、整數(shù)規(guī)劃法等等。各類發(fā)電廠的合理組合：一般，火電廠以承擔(dān)基本不變的負(fù)荷為宜。這樣可避免頻繁開停設(shè)備或增減負(fù)荷。其中，高壓高溫電廠因?yàn)楣β室驍?shù)高，應(yīng)優(yōu)先投入，而且，它們可靈活調(diào)節(jié)的范圍較窄，在負(fù)荷曲線的更基底部分運(yùn)行更恰當(dāng)。其次是中溫中壓電廠。低溫低壓電廠設(shè)備陳舊，效率很低，應(yīng)該及早淘汰。而在淘汰前只能在高峰負(fù)荷期間用于發(fā)必要的功率。核能電廠的可調(diào)容量雖大，但因核能

40、電廠的一次投資大，運(yùn)行費(fèi)用小，建成后應(yīng)盡可能利用，原則上是應(yīng)該持續(xù)承擔(dān)額定容量負(fù)荷，在負(fù)荷曲線的更基底部分運(yùn)行。無調(diào)節(jié)水庫(kù)水電廠的全部功率和有調(diào)節(jié)水庫(kù)水電廠的強(qiáng)迫功率都不可調(diào)，應(yīng)首先投入。有調(diào)節(jié)水庫(kù)水電廠的可調(diào)功率，在洪水季節(jié)，為了防止棄水，往往也優(yōu)先投入；在苦水季節(jié)恰好相反，應(yīng)承擔(dān)高峰負(fù)荷。抽水蓄能電廠在低谷負(fù)荷時(shí)，其水輪發(fā)電機(jī)組做電動(dòng)機(jī)-水泵方式運(yùn)行，因而應(yīng)做負(fù)荷考慮；在高峰負(fù)荷時(shí)發(fā)電，與常規(guī)水電廠無異。雖然這一抽水蓄能放水發(fā)電循環(huán)的總效率只有70左右，但因這類電廠的介入，使火電廠的負(fù)荷進(jìn)一步平穩(wěn)，就系統(tǒng)總體而言，是很合理的。另外，由于發(fā)電廠之間通過傳輸線路相聯(lián)，所以考慮發(fā)電廠之間的負(fù)荷經(jīng)

41、濟(jì)分配時(shí)，要考慮線路的功率損耗。在考慮線損的條件下，負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配的準(zhǔn)則是每個(gè)電廠的微增率與相應(yīng)的線損修正系數(shù)的乘積相等。調(diào)頻電廠按照下式運(yùn)行是最經(jīng)濟(jì)的（公式的推導(dǎo)省略）。式中：bi各電廠的微增率；各電廠線損微增率；系統(tǒng)微增率；4. 電力系統(tǒng)自動(dòng)低頻減載4.1 電力系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)特性經(jīng)過分析可知，當(dāng)分發(fā)電機(jī)功率負(fù)荷功率失去平衡的時(shí)候，系統(tǒng)頻率f按指數(shù)曲線化。功率缺額Ph* 是一個(gè)隨機(jī)不定的數(shù)，但系統(tǒng)的頻率f的變化總是可以歸納為如下幾種情況。1由于f*的值與功率缺額Ph* 成比例，當(dāng)Ph*不同時(shí)，系統(tǒng)頻率特性分別如左圖中曲線a、b所示。該兩曲線表明，事故初期，頻率的下降速率與功率缺額的標(biāo)要值成正比

42、，即Ph*值越大，頻率下降的速率也越大。它們的頻率穩(wěn)定值分別是fa fb。2設(shè)系統(tǒng)的功率缺額是Ph，當(dāng)頻率下降到f1時(shí)，切除負(fù)荷功率PL，如果PL等于Ph，則發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率剛好與切除后的系統(tǒng)功率平衡。系統(tǒng)頻率按照指數(shù)規(guī)律恢復(fù)到額定頻率fe允許，如圖中的c所示。3上述事故情況下，如果在f1時(shí)，切除負(fù)荷功率PL小于功率缺額Ph值，則系統(tǒng)的穩(wěn)定頻率就低于額定值。設(shè)切除負(fù)荷PL1后，正好使系統(tǒng)的頻率fx維持在f1運(yùn)行，那么，它的頻率特性就如圖中直線d所示。4設(shè)頻率下降到f1時(shí)切除的負(fù)荷功率為PL2，且小于上述情況的PL1，這時(shí)，系統(tǒng)頻率fx降繼續(xù)下降，如果這時(shí)候系統(tǒng)功率缺額所對(duì)應(yīng)的穩(wěn)態(tài)頻率也為fb，

43、于是系統(tǒng)頻率的變化過程如圖中曲線e所示。比較b、e曲線也可以說明，如果能及早切除負(fù)荷功率，可以延緩系統(tǒng)頻率下降的過程。4.2 自動(dòng)低頻減載的工作原理當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生嚴(yán)重功率缺額時(shí)候，自動(dòng)低頻減載裝置的任務(wù)就是迅速斷開相應(yīng)數(shù)量的用戶的負(fù)荷，時(shí)系統(tǒng)的頻率在不低于某一允許值的情況下，達(dá)到有功功率的平衡，以確保電力系統(tǒng)安全允許，防止事故的擴(kuò)大。4.2. 1最大功率缺額的確定在電力系統(tǒng)中，自動(dòng)低頻減載裝置是用來應(yīng)付嚴(yán)重功率缺額事故的重要措施之一，它通過切除負(fù)荷功率（通常是比較不重要的負(fù)荷）的辦法來制止系統(tǒng)頻率的下降，藉以取得逐步恢復(fù)系統(tǒng)正常工作的條件。因此，必須考慮即使系統(tǒng)發(fā)生最嚴(yán)重事故的情況下，即出現(xiàn)最大的

44、可能功能缺額的情況下，接至低頻減載裝置的用戶功率量也能使系統(tǒng)頻率恢復(fù)在可運(yùn)行的水平，以避免系統(tǒng)事故的擴(kuò)大?？梢姡_定系統(tǒng)事故情況下的最大可能功率缺額，以及接入自動(dòng)低頻減載裝置的相應(yīng)的功率值，是保證系統(tǒng)安全允許的重要措施。確定系統(tǒng)中可能發(fā)生的功率缺額涉及到對(duì)系統(tǒng)事故的設(shè)想，為此應(yīng)作具體分析。一般應(yīng)該根據(jù)不利的允許方式下發(fā)生故障時(shí)，實(shí)際可能發(fā)生的最大功率缺額來考慮，例如按系統(tǒng)中斷最大機(jī)組或某一電廠來考慮，如果系統(tǒng)有可能解列成幾個(gè)子系統(tǒng)（即幾個(gè)部分）運(yùn)行時(shí)，還必須考慮各子系統(tǒng)可能發(fā)生的最大功率缺額。自動(dòng)低頻減載裝置是針對(duì)事故情況的一種反故障措施，并不要求系統(tǒng)頻率恢復(fù)至額定值，一般希望它的恢復(fù)頻率fh

45、低于額定值，約為49.550HZ之間，所以接到低頻減載裝置最大可能的斷開功率PLmax可小于最大功率缺額Phmax。設(shè)正常允許時(shí)候系統(tǒng)負(fù)荷為PLe，額定頻率與恢復(fù)頻率fh之差fh，則有： 其中：P*功率缺額；PLmax切負(fù)荷總量；Phmax系統(tǒng)最大功率缺額；上式表明，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷PLe，系統(tǒng)最大功率缺額Phmax已知后，只要系統(tǒng)恢復(fù)頻率fh確定，就可以求得接到自動(dòng)低頻減載裝置的功率總數(shù)。4.2.1 自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作順序在電力相同發(fā)生故障的情況下，被迫采取斷開部分的負(fù)荷的辦法以確定系統(tǒng)的安全運(yùn)行，這對(duì)于被切除的用戶來說，無疑會(huì)造成不少困難，因此，應(yīng)該力求盡可能少的斷開負(fù)荷。 如上所述，接于自

46、動(dòng)低頻減載裝置的總功率是按照系統(tǒng)最嚴(yán)重的事故的情況來考慮的。然而，系統(tǒng)的運(yùn)行方式是很多的，而且事故的嚴(yán)重程度也是有差別的，對(duì)于各種可能發(fā)生的事故，都要求自動(dòng)低頻減載裝置能作出恰當(dāng)?shù)姆从?，切除相?dāng)數(shù)量的負(fù)荷功率，既不能過多又不能過少，只有分批斷開負(fù)荷功率采用逐步修正的辦法，才能取得較為滿意的結(jié)果。 在頻率下降速率信號(hào)d fx/dt，中， 載有功率缺額的信息，從理論上講，它提供了切除相應(yīng)功率量的數(shù)學(xué)描述，是較為理想的檢測(cè)信號(hào)。然而，目前得到的實(shí)際應(yīng)用的是按照頻率降低值切除負(fù)荷，即按頻率自動(dòng)減載。自動(dòng)低頻減載裝置，是在電力系統(tǒng)發(fā)生事故時(shí)系統(tǒng)頻率下降的過程中，按照頻率的不同數(shù)值按順序的切除負(fù)荷。也就是

47、將接至低頻減載裝置的總功率PLmax分配在不同啟動(dòng)頻率值來分批的切除，以適應(yīng)不同功率缺額的需要。根據(jù)啟動(dòng)頻率的不同，低頻減載可以分為若干級(jí)，也稱為若干輪。為了確定自動(dòng)低頻減載裝置的級(jí)數(shù)，首先應(yīng)該定出裝置的動(dòng)作頻率范圍，即選定第一級(jí)啟動(dòng)頻率f1和最末一級(jí)啟動(dòng)頻率fN的數(shù)值。1第一級(jí)啟動(dòng)頻率f1的選則有前面的“電力系統(tǒng)頻率動(dòng)態(tài)特性”圖可知，在事故初期，如果能夠很快的及早切除負(fù)荷功率，這對(duì)于延緩頻率的下降是有利的。因此，第一級(jí)啟動(dòng)頻率宜選擇得高一些，但又必須考慮電力系統(tǒng)動(dòng)用旋轉(zhuǎn)備用容量所需要的時(shí)間延遲，避免因暫時(shí)性頻率下降而不必要的斷開負(fù)荷情況，所以一般第一級(jí)的啟動(dòng)頻率整定在48.549Hz。在以水

48、電廠為主的電力系統(tǒng)中，由于水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)動(dòng)作較慢，所以第一級(jí)啟動(dòng)頻率宜取低值。2最末一級(jí)啟動(dòng)頻率fN的選擇電力系統(tǒng)允許的最低頻率受“頻率崩潰”或“電壓崩潰”的限制，對(duì)于高溫高火的火電廠，在頻率低于4646.5HZ時(shí)，廠用電已經(jīng)不能夠正常工作，在頻率低于45hz時(shí)，就有“電壓崩潰”的危險(xiǎn)。因此，末級(jí)啟動(dòng)頻率以不低于4646.5HZ為宜。3頻率級(jí)差 在f1和fN 確定后，就可以在該頻率范圍內(nèi)按頻率級(jí)差f分為N級(jí)斷開負(fù)荷，即級(jí)數(shù)N越大，每極斷開的負(fù)荷就越小，這樣裝置所切除的負(fù)荷量就越有可能近于實(shí)際功率缺額，具有較好的適應(yīng)性。4.2.3 頻率級(jí)差f的選擇 關(guān)于頻率級(jí)差f的選擇問題，當(dāng)前有兩種截然不同的

49、原則。1 按選擇性確定級(jí)差強(qiáng)調(diào)各級(jí)動(dòng)作的次序，要在前一級(jí)動(dòng)作以后還不能抑止頻率下降的情況下，后一級(jí)才動(dòng)作?？紤]選擇性的最小頻率級(jí)差為：f2fftfy其中：f頻率測(cè)量元件的最大誤差；如果±0.15Hz，則f0.5 Hz；如果<0.15Hz，則f0.2 0.3Hz；ft對(duì)應(yīng)于t時(shí)間內(nèi)的變化率，一般可取0.15Hz；fy頻率欲度，一般可取0.05Hz；按照各級(jí)有選擇性的順序切斷負(fù)荷功率，級(jí)差f的值主要決定于頻率測(cè)量元件的最大誤差f，和t時(shí)間內(nèi)的變化率ft。當(dāng)頻率測(cè)量元件本身的最大誤差為±0.15Hz，則f0.5 Hz，這樣，整個(gè)低頻減載裝置只可分成56級(jí)。 現(xiàn)在數(shù)字式頻率繼

50、電器已經(jīng)在電力系統(tǒng)中廣泛運(yùn)用，其測(cè)量誤差已經(jīng)大為減小，且動(dòng)作延時(shí)也縮短，為此頻率級(jí)差可相應(yīng)減小為0.2 0.3Hz。2 級(jí)差不強(qiáng)調(diào)選擇性由于電力系統(tǒng)運(yùn)行方式和負(fù)荷水平是不固定的，針對(duì)電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)功率缺額有很大分散性的特點(diǎn)，低頻減載裝置遵循逐步試探求解的原則分級(jí)切除少量負(fù)荷，以求達(dá)到最佳的控制效果。這就要求減小級(jí)差f，增加總的頻率動(dòng)作級(jí)數(shù)N，同時(shí)相應(yīng)的減少每極的切負(fù)荷功率，則兩級(jí)間的選擇性問題并不突出，所以近來的趨勢(shì)時(shí)增加級(jí)數(shù)N的方法。4.2.4 每極切除負(fù)荷PLi的限值低頻減載裝置采用了分級(jí)切除負(fù)荷的辦法，以適應(yīng)各種事故條件下系統(tǒng)功率缺額大小等不同的情況。在同一事故情況下，切除負(fù)荷越多，

51、系統(tǒng)恢復(fù)頻率越高，可見每一級(jí)切除負(fù)荷的功率受到恢復(fù)頻率的限制。我們不希望恢復(fù)頻率過高，更不希望頻率恢復(fù)值大于額定值。設(shè)第i級(jí)動(dòng)作頻率為fi，它所切除的用戶功率為PLi，電力相同頻率fx下降特性是與功率缺額相對(duì)應(yīng)的，顯然它是隨機(jī)的，是不確定的。典型的系統(tǒng)頻率變化過程總可表達(dá)為如圖所示。其中如果特性曲線的穩(wěn)態(tài)頻率恰好是fi，這是能使第I級(jí)啟動(dòng)的功率缺額為最小的臨界情況，因此，當(dāng)切除后PLi，系統(tǒng)頻率恢復(fù)值fh達(dá)到最大值。在其他功率缺額較大的情況下，也能使第i級(jí)啟動(dòng)，不過它們的恢復(fù)頻率均低于fh，如曲線2、3所示。曲線2表示切除后PLi，頻率正好穩(wěn)定在fi；曲線3表示切除后PLi，頻率還繼續(xù)下降。如

52、上所述，若系統(tǒng)恢復(fù)頻率fh為已知，則第i級(jí)啟動(dòng)切除功率的限值就不難求得，即按第（i1）級(jí)動(dòng)作切除負(fù)荷后，系統(tǒng)的穩(wěn)定性頻率正好為第i級(jí)啟動(dòng)頻率fi來考慮。此時(shí)頻率的變化率fifefi；系統(tǒng)當(dāng)前的頻率缺額為Pi1，由負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)的減少功率來補(bǔ)償，因此： 其中 前（i1）輪斷開的負(fù)荷頻率；如果把所有功率都表示為系統(tǒng)總負(fù)荷PLe的標(biāo)么值，那么上式寫出標(biāo)么值形式為：當(dāng)?shù)趇輪切負(fù)荷PLi*，系統(tǒng)頻率恢復(fù)到fh，同樣當(dāng)前系統(tǒng)的功率缺額Phi相應(yīng)的由負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)來補(bǔ)償，即：因?yàn)榈趇級(jí)動(dòng)作前的功率缺額等于第i級(jí)切除功率與動(dòng)作后頻率恢復(fù)為fh時(shí)系統(tǒng)功率缺額之和，即：Pi1*=PLi*Phi*所以 第i級(jí)切除負(fù)荷量

53、為：一般希望各級(jí)切除功率小于按上式計(jì)算所得的值，特別是在采用N增大，級(jí)差減小的系統(tǒng)中，每極切除功率值就更應(yīng)該小一些。小結(jié)：第（i1）輪切負(fù)荷（減載）后，系統(tǒng)頻率恢復(fù)到fi，當(dāng)前系統(tǒng)的功率缺額為Pi1，第i輪切負(fù)荷（減載）后，系統(tǒng)頻率恢復(fù)到fh，當(dāng)前系統(tǒng)的功率缺額為Pi，則第i輪減載為（Pi1Pi）。 在自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作過程中，當(dāng)?shù)趇級(jí)動(dòng)作切除負(fù)荷后，如果系統(tǒng)頻率仍然下降，則下面的各級(jí)會(huì)相繼動(dòng)作，直到頻率下降被制止為止。如果出現(xiàn)這種情況：第i級(jí)動(dòng)作后，系統(tǒng)頻率可能穩(wěn)定在fhi，它低于恢復(fù)頻率的極限值fh，但又不足以使下一級(jí)減載裝置啟動(dòng)，例如像圖中曲線2所示的那樣，因此要裝設(shè)后備輪，以便使頻

54、率能恢復(fù)到允許的限制fh之上。后備輪的動(dòng)作頻率應(yīng)該不低于前面基本段第一級(jí)的啟動(dòng)頻率，它是在系統(tǒng)頻率已經(jīng)比較穩(wěn)定的時(shí)候動(dòng)作的。因此，其動(dòng)作時(shí)限可以為系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)Tx的23倍，最小動(dòng)作時(shí)間應(yīng)該為1015秒。后備段可以按照時(shí)間分為若干級(jí)，也就是其動(dòng)作頻率相同，但動(dòng)作時(shí)延不一樣，各級(jí)時(shí)間差可不小于5秒，按時(shí)間的先后次序分批切除用戶負(fù)荷，以適應(yīng)功率缺額大小不等的需要。在分批切負(fù)荷的過程中，一旦系統(tǒng)恢復(fù)頻率高于后備段的返回頻率，低頻減載裝置就停止切除負(fù)荷。接于后備輪的功率總數(shù)應(yīng)該按照最不利的情況來考慮，即低頻減載裝置切除負(fù)荷后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在可能最低的頻率值，按此條件考慮后備輪段所切除負(fù)荷功率總數(shù)的最大值

55、，并且保證具有足以使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到fh的能力。4.2.5 自動(dòng)低頻減載裝置的動(dòng)作時(shí)延及防止誤操作措施自動(dòng)低頻減載裝置動(dòng)作時(shí)，原則上應(yīng)盡可能快，這是延遲系統(tǒng)頻率下降的最有效的措施，但考慮到系統(tǒng)發(fā)生事故，電壓急劇下降期間有可能引發(fā)頻率繼電器的誤動(dòng)作，所以往往采用一個(gè)不大的時(shí)限（通常用0.10.2s）以躲過暫態(tài)過程可能出現(xiàn)的誤動(dòng)作。自動(dòng)低頻減載裝置是通過測(cè)量系統(tǒng)頻率來判斷系統(tǒng)是否發(fā)生頻率缺額事故的，在系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中往往會(huì)出現(xiàn)使裝置誤動(dòng)作的例外情況，例如地區(qū)變電所某些操作，可能會(huì)造成短實(shí)際供電中斷，該地區(qū)的旋轉(zhuǎn)機(jī)組如同步電動(dòng)機(jī)，同步調(diào)相機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)等的動(dòng)能仍短時(shí)反饋輸送功率，且維持一個(gè)不低的電壓水平

56、，而頻率則急劇下降，因而引發(fā)低頻減載裝置的錯(cuò)誤啟動(dòng)。該地區(qū)變電所很快恢復(fù)供電時(shí)，用戶負(fù)荷已經(jīng)被錯(cuò)誤的切掉了。當(dāng)電力系統(tǒng)容量不大，系統(tǒng)中有很大沖擊負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)頻率將瞬時(shí)下跌，同樣也肯能引起低頻減載裝置啟動(dòng)，錯(cuò)誤的斷開負(fù)荷。在上述自動(dòng)低頻減載裝置誤動(dòng)作的例子中，可引入其他信號(hào)量進(jìn)行閉鎖，防止其誤動(dòng)作，如頻率急劇變化速率閉鎖等。有時(shí)可以簡(jiǎn)單的采用自動(dòng)重合閘來補(bǔ)救，即當(dāng)系統(tǒng)頻率恢復(fù)的時(shí)候，將被自動(dòng)低頻減載裝置所斷開的用戶按頻率分批的的進(jìn)行自動(dòng)重合，以恢復(fù)供電。按頻率進(jìn)行自動(dòng)重合閘以恢復(fù)對(duì)用戶的供電，一般都是在相同頻率恢復(fù)至額定值后進(jìn)行的，而且采用分組自動(dòng)投入的方法（每組的用戶功率不大）。如果重合閘后系

57、統(tǒng)頻率又下降，則自動(dòng)重合就停止。5. 低頻減載的計(jì)算5.1 傳統(tǒng)算法功率缺額情況下，系統(tǒng)功率缺額Ph，輪次N，頻率之間的關(guān)系： 其中：KL*負(fù)荷功率調(diào)節(jié)系數(shù)，它表明系統(tǒng)頻率變化1時(shí)負(fù)荷功率變化的百分比 Ph系統(tǒng)功率缺額，即系統(tǒng)負(fù)荷所減少的功率，一般切負(fù)荷量<功率缺額fe額定頻率 50HzPLe額定頻率時(shí)系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷5.1.1 已知切負(fù)荷量PLi，輪次N，求頻率f公式1： 用標(biāo)么值表示： 其中：Pi1第（i1）輪后的功率缺額；fi第（i1）后穩(wěn)定的頻率，fifefi；前（i1）輪斷開的負(fù)荷頻率；公式2：其中：PLi第i輪后的切除的負(fù)荷功率；fh系統(tǒng)要求恢復(fù)功率的極限值，fhfefh；或：用國(guó)際中的方法求。具體方法見后。5.1.2 已知切負(fù)荷量PL，頻率要求fh，求切負(fù)荷