第3章電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動調(diào)節(jié)

第3章電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動調(diào)理本章主要內(nèi)容第一節(jié)電力系統(tǒng)的頻率特性第二節(jié)調(diào)頻與調(diào)頻方程式第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻第四節(jié)電力系統(tǒng)低頻減載第五節(jié)功率頻率控制系統(tǒng)的模型與仿真第一節(jié)電力系統(tǒng)的頻率特性學(xué)習(xí)目的：了解電力系統(tǒng)頻率及有功功率控制的必要性；了解頻率調(diào)理的原理；掌握電力系統(tǒng)負(fù)荷的功率—頻率特性；了解調(diào)速器的任務(wù)原理，掌握配有調(diào)速器的發(fā)電機(jī)組的功率—頻率特性，以及發(fā)電機(jī)組的頻率調(diào)理特性與機(jī)組間有功功率分配的關(guān)系；掌握電力系統(tǒng)的頻率特性；第一節(jié)電力系統(tǒng)的頻率特性補(bǔ)充〔回想〕：一、電力系統(tǒng)頻率控制的必要性(一)頻率對電力用戶的影響1、電力系統(tǒng)頻率變化會引起異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速變化，這會使得電動機(jī)所驅(qū)動的加工工業(yè)產(chǎn)品的機(jī)械的轉(zhuǎn)速發(fā)生變化。2、電力系統(tǒng)頻率動搖會影響某些丈量和控制用的電子設(shè)備的準(zhǔn)確性和性能，頻率過低時有些設(shè)備甚至無法任務(wù)。這對一些重要工業(yè)和國防是不能允許的。3、電力系統(tǒng)頻率降低會使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和輸出功率降低，導(dǎo)致其所帶動機(jī)械的轉(zhuǎn)速和出力降低，影響電力用戶設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。(二)頻率對電力系統(tǒng)的影響1、頻率下降時，汽輪機(jī)葉片的振動會變大，輕那么影響運用壽命，重那么能夠產(chǎn)生裂紋。對于額定頻率為50HZ的電力系統(tǒng)。當(dāng)頻率低到45HZ附近時，某些汽輪機(jī)的葉片能夠因發(fā)生共振而斷裂，呵斥艱苦事故。2、頻率下降到47～48HZ時，由異步電功機(jī)驅(qū)動的送風(fēng)機(jī)、吸風(fēng)機(jī)、給水泵、循環(huán)水泵和磨煤機(jī)等火電廠廠用機(jī)械的出力隨之下降，使火電廠鍋爐和汽輪機(jī)的出力隨之下降，從而使火電廠發(fā)電機(jī)發(fā)出的有功功率下降，這種趨勢假設(shè)不能及時制止，就會在短時間內(nèi)使電力系統(tǒng)頻率下降到不能允許的程度，這種景象稱為頻率雪崩。出現(xiàn)頻率雪崩會呵斥大面積停電，甚至使整個系統(tǒng)瓦解。3、在核電廠中，反響堆冷卻介質(zhì)泵對供電頻率有嚴(yán)厲要求。當(dāng)頻率降到一定數(shù)值時，冷卻介質(zhì)泵即自動跳開，使反響堆停頓運轉(zhuǎn)。4、電力系統(tǒng)頻率下降時，異步電動機(jī)和變壓器的勵磁電流添加，使異步電動機(jī)和變壓器的無功耗費添加，引起系統(tǒng)電壓下降。頻率下降還會引起勵磁機(jī)出力下降，并使發(fā)電機(jī)電勢下降，導(dǎo)致全系統(tǒng)電壓程度降低。假設(shè)電力系統(tǒng)原來的電壓程度偏低，在頻率下降到一定值時能夠出現(xiàn)電壓快速而不斷地下降，即所謂電壓雪崩景象。出現(xiàn)電壓雪崩會呵斥大面積停電，甚至使系統(tǒng)瓦解。(二)頻率對電力系統(tǒng)的影響1、維持電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內(nèi)電力系統(tǒng)頻率是靠電力系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運轉(zhuǎn)的一切發(fā)電機(jī)組發(fā)出的有功功率總和與系統(tǒng)內(nèi)一切負(fù)荷耗費(包括網(wǎng)損)的有功功率總和之間的平衡來維持的。二、電力系統(tǒng)有功功率控制的必要性2.提高電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度包括兩個方面：第一，在某一負(fù)荷情況下，哪些機(jī)組投入電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)；需求思索發(fā)電機(jī)組的效率、各種發(fā)電機(jī)組(水電、火電、核電)的協(xié)調(diào)、電力系統(tǒng)網(wǎng)損等問題，目的是提高電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性，降低電能本錢。第二，確定該負(fù)荷情況下并聯(lián)運轉(zhuǎn)機(jī)組的有功出力。前者是發(fā)電機(jī)組經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題，后者是有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配問題。3、保證結(jié)合電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)電力系統(tǒng)的規(guī)模在不斷地擴(kuò)展，曾經(jīng)出現(xiàn)了將幾個區(qū)域電力系統(tǒng)聯(lián)在一同組成的結(jié)合電力系統(tǒng)。有的結(jié)合電力系統(tǒng)實行分區(qū)域控制，要求不同區(qū)域系統(tǒng)間交換的電功率和電量按事先商定的協(xié)議進(jìn)展。這時電力系統(tǒng)有功功率控制要對不同區(qū)域系統(tǒng)之間聯(lián)絡(luò)線上經(jīng)過的功率和電量實行控制。電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制是親密相關(guān)和不可分割的，應(yīng)一致思索并協(xié)同控制。一、概述1、并列運轉(zhuǎn)的每一臺發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率的關(guān)系為：P——發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子極對數(shù)n——發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)數(shù)〔r/min〕f——電力系統(tǒng)頻率〔Hz〕顯然，電力系統(tǒng)的頻率控制實踐上就是調(diào)理發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速！第一節(jié)電力系統(tǒng)的頻率特性2、頻率調(diào)理的原理〔1〕正常運轉(zhuǎn)時：假設(shè)系統(tǒng)中有m臺機(jī)組，各機(jī)組原動機(jī)的輸入總功率為：G1G2Gm系統(tǒng)各機(jī)組的發(fā)電功率總輸出為：當(dāng)忽略機(jī)組內(nèi)部損耗時，輸入輸出功率平衡：〔2〕負(fù)荷忽然添加△PL時：使發(fā)電機(jī)組輸出功率添加△PL,但由于機(jī)械慣性，輸入功率來不及做出反響，此時：2、頻率調(diào)理的原理機(jī)組只需把轉(zhuǎn)子的一部分動能轉(zhuǎn)換成電功率，致使機(jī)組轉(zhuǎn)速下降，系統(tǒng)頻率下降。為了堅持功率平衡Wki—各機(jī)組的動能G1G2Gm系統(tǒng)設(shè)機(jī)組運轉(zhuǎn)在a點，機(jī)組以轉(zhuǎn)速na穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。當(dāng)負(fù)荷添加時，發(fā)電機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩特性曲線向上方平移．設(shè)移到曲線MG2的位置。假設(shè)此時不調(diào)理進(jìn)入原動機(jī)的動力元素(蒸汽或水),機(jī)組調(diào)速器不動作，那么原動機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩特性仍為曲線MT1。機(jī)組就會在新的平衡點b以轉(zhuǎn)速nb穩(wěn)定運轉(zhuǎn).用圖示闡明：這闡明，即使沒有調(diào)速器參與調(diào)理原動機(jī)的輸入功率，機(jī)組也可以從一個穩(wěn)定運轉(zhuǎn)工況過渡到另一個穩(wěn)定工況運轉(zhuǎn)。這種才干稱為自平衡才干或調(diào)理才干。轉(zhuǎn)速nb遠(yuǎn)離了原來的轉(zhuǎn)速na。這闡明僅僅依托機(jī)組的自平衡才干進(jìn)展調(diào)理，機(jī)組的轉(zhuǎn)速(頻率)會在較大范圍內(nèi)變化。發(fā)電機(jī)的負(fù)荷功率原動機(jī)輸入功率系統(tǒng)頻率的變化電力系統(tǒng)負(fù)荷:不斷變化原動機(jī)輸入功率的改動:緩慢頻率的動搖:難免維持系統(tǒng)頻率在規(guī)定范圍內(nèi);力求使系統(tǒng)負(fù)荷在發(fā)電機(jī)組之間實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配。電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)中的主要義務(wù)之—，就是對頻率進(jìn)展監(jiān)視和控制。3、電力系統(tǒng)負(fù)荷的變動情況電力系統(tǒng)負(fù)荷變動情況負(fù)荷分類：一是變化周期普通小于10s的隨機(jī)分量；二是變化周期在10s～3min之間的脈動分量；三是變化周期在3min以上的繼續(xù)分量，負(fù)荷預(yù)測預(yù)告這一部分。第一種負(fù)荷變化引起的頻率偏移，利用調(diào)速器來調(diào)整原動機(jī)的輸入功率，這稱為頻率的一次調(diào)整。第二種負(fù)荷變化引起的頻率偏移較大，必需由調(diào)頻器參與控制和調(diào)整，這稱為頻率的二次調(diào)整。第三種負(fù)荷變化，調(diào)度部門的方案內(nèi)負(fù)荷，這稱為頻率的三次調(diào)整。二、電力系統(tǒng)負(fù)荷的功率—頻率特性1、負(fù)荷的功率—頻率特性定義：當(dāng)系統(tǒng)頻率變化時，整個系統(tǒng)的有功負(fù)荷也要隨著改動，即這種有功負(fù)荷隨頻率而改動的特性稱為負(fù)荷的功率—頻率特性，即負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性。2、電力系統(tǒng)的負(fù)荷類型按負(fù)荷與頻率的關(guān)系分類：(1)與頻率變化無關(guān)的負(fù)荷如白熾燈、電弧爐、電阻爐和整流負(fù)荷等。(2)與頻率成正比的負(fù)荷如切削機(jī)床、球磨機(jī)、緊縮機(jī)和卷揚機(jī)等。這類負(fù)荷占有較大比重。(3)與頻率的二次方成比例的負(fù)荷如變壓器中的渦流損耗。這種損耗在電網(wǎng)有功損耗中所占比重較小。(4)與頻率的三次方成比例的負(fù)荷如通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等。(5)與頻率的更高次方成比例的負(fù)荷如靜水頭阻力很大的給水泵等。3、負(fù)荷的功率—頻率特性方程式fN——額定頻率；PL——系統(tǒng)頻率為f時，整個系統(tǒng)的有功負(fù)荷；PLN——系統(tǒng)頻率為額定值fN時，整個系統(tǒng)的有功負(fù)荷；a0，a1，…，an——各類負(fù)荷占PLN的比例系數(shù)?；蓸?biāo)么值的方式將上式除以PLN，那么得標(biāo)么值方式，即當(dāng)系統(tǒng)的頻率為額定值時:通常與頻率變化三次方以上成正比的負(fù)荷很少，可忽略其影響。于是4、負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷的組成及性質(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，如下圖：由圖可知：在系統(tǒng)頻率下降時，系統(tǒng)負(fù)荷從系統(tǒng)取用的有功功率下降。假設(shè)系統(tǒng)的頻率升高，系統(tǒng)負(fù)荷從系統(tǒng)取用的有功功率將增大。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)機(jī)組的輸入功率和負(fù)荷功率間失去平衡時，系統(tǒng)負(fù)荷也參與了調(diào)理作用，這種特性有利于系統(tǒng)中有功功率在另一頻率下重新平衡。這種景象稱為負(fù)荷的頻率調(diào)理效應(yīng)。通常用負(fù)荷的頻率調(diào)理效應(yīng)系數(shù)δ來衡量負(fù)荷調(diào)理效應(yīng)的大小。5、負(fù)荷的頻率調(diào)理效應(yīng)系數(shù)由上式可知，系統(tǒng)的值決議于負(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)。而定義：根據(jù)國內(nèi)外一些實例，負(fù)荷的靜態(tài)特性曲線在額定頻率附近〔48～51HZ〕接近于一條直線，如下圖。直線的斜率為：δ是調(diào)度部門必需掌握的一個數(shù)據(jù)！闡明：1〕負(fù)荷的頻率效應(yīng)起到減輕系統(tǒng)能量不平衡的作用。3〕電力系統(tǒng)允許頻率變化的范圍很小，為此負(fù)荷功率與頻率的關(guān)系曲線可近似地視為具有不變斜率的直線。這斜率即為δ。4〕δ闡明系統(tǒng)頻率變化1%時，負(fù)荷功率變化的百分?jǐn)?shù)。5〕對于不同的電力系統(tǒng)，δ值也不一樣。普通δ=1~3。即使是同一系統(tǒng)的δ，也隨季度及晝夜交替導(dǎo)致負(fù)荷組成的改動而變化。三、發(fā)電機(jī)組的功率—頻率特性發(fā)電機(jī)組的功率—頻率特性取決于調(diào)速系統(tǒng)的特性。當(dāng)系統(tǒng)的負(fù)荷變化引起頻率改動時，發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)任務(wù)，改動原動機(jī)進(jìn)汽量(或進(jìn)水量)，調(diào)理發(fā)電機(jī)組的輸入功率以順應(yīng)負(fù)荷的需求。發(fā)電機(jī)組的功率—頻率特性定義：通常把由于頻率變化而引起發(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)理特性?！惨弧硻C(jī)械式調(diào)速器簡介→E、F下降至E′、F′，→活塞提升，→汽門提升，進(jìn)汽量添加→轉(zhuǎn)速就會上升。當(dāng)機(jī)組因負(fù)荷添加而轉(zhuǎn)速下降時：活塞調(diào)理氣閥錯油門從鍋爐來的蒸汽1〕兩個重錘開度減小→A降至A′C點尚未挪動B點降至B′D點代表有伺服電動機(jī)控制的轉(zhuǎn)速整定元件的nDEF，它不會因轉(zhuǎn)速而變動?；钊?〕轉(zhuǎn)速上升后→重錘開度添加→A、B、E、F各點也隨之不斷改動；這個過程要到C點升到某一位置時，比如C〞，即汽門開大到某一位置時，機(jī)組的轉(zhuǎn)速經(jīng)過重錘的開度使杠桿DEF重新回復(fù)到使Ⅱ的活門完全封鎖的位置時才會終了，這時B點就回到原來的位置。3〕由于C〞上升了，所以A〞必定低于A。這闡明調(diào)速過程終了時，出力添加，轉(zhuǎn)速稍有降低。4〕調(diào)速器是一種有差調(diào)理器。5〕經(jīng)過伺服電動機(jī)改動D點的位置，就可以到達(dá)將調(diào)速器特性上下平移的目的?；钊捕嘲l(fā)電機(jī)組的功率—頻率靜態(tài)特性反映調(diào)整過程終了后發(fā)電機(jī)輸出功率和頻率關(guān)系的曲線稱為發(fā)電機(jī)組的功率—頻率靜態(tài)特性，可以近似的表示為一條直線：在特性曲線上任取兩點，我們定義機(jī)組的靜態(tài)調(diào)差系數(shù)：負(fù)號表示發(fā)電機(jī)輸出功率的變化和頻率的變化符號相反。〔三〕發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)差系數(shù)R用標(biāo)么值表示：稱為發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)理方程。發(fā)電機(jī)組的功率—頻率靜態(tài)特性系數(shù)KG*在計算功率與頻率的關(guān)系時，經(jīng)常采用調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)。普通發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)或單位調(diào)理功率，可采用以下數(shù)值：對汽輪發(fā)電機(jī)組R*=(4~6)%或KG*=6.16~25；對水輪發(fā)電機(jī)組R*=(2~4)%或KG*=25~50；與KL﹡不同的是KG﹡可以人為調(diào)理整定，但其大小，即調(diào)整范圍受機(jī)組調(diào)速機(jī)構(gòu)的限制。KG*——發(fā)電機(jī)的功率-頻率特性系數(shù)，或原動機(jī)的單位調(diào)理功率?！菜摹痴{(diào)差特性與機(jī)組間有功功率分配的關(guān)系假設(shè)此時系統(tǒng)總負(fù)荷為∑PL，如線段CB的長度所示：以兩臺發(fā)電機(jī)組為例，分析并列運轉(zhuǎn)時有功功率的分配情況：曲線1代表1號發(fā)電機(jī)組的調(diào)理特性，曲線2代表2號發(fā)電機(jī)組的調(diào)理特性。系統(tǒng)頻率為fN時:1號發(fā)電機(jī)組承當(dāng)?shù)呢?fù)荷為P1，2號發(fā)電機(jī)組承當(dāng)?shù)呢?fù)荷為P2，于是有:當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷添加，經(jīng)過調(diào)速器調(diào)理后，系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在f1，這時1號發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷為P1′，添加了△P1；2號發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷為P2′，添加了△P2；兩臺發(fā)電機(jī)組的增量之和為△PL?！呓Y(jié)論：當(dāng)發(fā)電機(jī)組的功率增量用各自的標(biāo)么值表示時，發(fā)電機(jī)組間的功率分配與機(jī)組的調(diào)差系數(shù)成反比，與單位調(diào)理功率成正比。調(diào)差系數(shù)小的機(jī)組承當(dāng)?shù)呢?fù)荷增量標(biāo)么值就會增大，而調(diào)差系數(shù)大的機(jī)組承當(dāng)?shù)呢?fù)荷增量標(biāo)么值就會變小。在電力系統(tǒng)中，假設(shè)沒有調(diào)理容量的發(fā)電機(jī)，那么取該機(jī)組的單位調(diào)理功率為零。電力系統(tǒng)中一切機(jī)組的調(diào)速器都為有差調(diào)理，由它們共同承當(dāng)負(fù)荷的動搖。2、調(diào)理特性的失靈區(qū)(1)失靈區(qū)的構(gòu)成以上討論中，都是假定機(jī)組的調(diào)理特性是一條理想的直線。但是實踐上，由于丈量元件的不靈敏性，對微小的轉(zhuǎn)速變化不能反響，特別是機(jī)械式調(diào)速器更為明顯。也就是說調(diào)速器具有一定的失靈區(qū)，因此調(diào)理特性實踐上是一條具有一定寬度的帶子，如圖6.8所示。失靈區(qū)的寬度可以用失靈度ε來描畫：即---調(diào)速器不能分辨的最大頻率誤差

f1f2fN(2)失靈區(qū)的影響由于調(diào)速器的頻率調(diào)理特性是條帶子，因此會導(dǎo)致各并聯(lián)運轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)組間有功功率的分配產(chǎn)生誤差。對應(yīng)于一定的失靈度,最大誤差功率與調(diào)差系數(shù)R存在如下關(guān)系:f1f2fN〔1〕△PW*與失靈度成正比，而與調(diào)差系數(shù)成反比。過小的調(diào)差系數(shù)將會引起較大的功率分配誤差，所以調(diào)差系數(shù)R的值不能太小。〔2〕不靈敏區(qū)的存在雖然會引起一定的功率誤差或頻率誤差。但是，不靈敏區(qū)不能太小或完全沒有。由于當(dāng)不靈敏區(qū)不能太小或完全沒有，當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生微小動搖時，調(diào)速器也要調(diào)理，這樣會使閥門的調(diào)理過分頻繁。通常：汽輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速器的不靈敏區(qū)為0.1%～0.5%；水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速器的不靈敏區(qū)為0.1%～0.7%。最大誤差功率與調(diào)差系數(shù)的關(guān)系:結(jié)論：f1f2fN四、電力系統(tǒng)的頻率特性發(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就是電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)點。電力系統(tǒng)主要由發(fā)電機(jī)組、輸電網(wǎng)絡(luò)及負(fù)荷組成，假設(shè)把輸電網(wǎng)絡(luò)的功率損耗看成是負(fù)荷的一部分，那么電力系統(tǒng)功率頻率關(guān)系可簡化為如下圖。在頻率穩(wěn)態(tài)為f時:四、電力系統(tǒng)的頻率特性以一臺發(fā)電機(jī)組和一個負(fù)荷的情況為例引見：負(fù)荷和發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)特性如圖6.9所示。1、正常運轉(zhuǎn)時：發(fā)電機(jī)組的功率—頻率特性與負(fù)荷的功率-頻率特性曲線相交于1點。對應(yīng)的頻率為fN，功率為PL1。在頻率為fN時，發(fā)電機(jī)的輸出功率和負(fù)荷功率到達(dá)了平衡。圖6.9電力系統(tǒng)功率-頻率特性2、當(dāng)系統(tǒng)中的負(fù)荷添加△PL時:即負(fù)荷由PL1添加到PL2，也就是將PL1(

f

)曲線平行移到PL2(

f

)曲線，〔1〕假設(shè)此時系統(tǒng)內(nèi)的一切機(jī)組均無調(diào)速器：機(jī)組的輸入功率恒定為PT且等于PL1，那么系統(tǒng)頻率將逐漸下降，負(fù)荷所取用的有功功率也將逐漸減小。依托負(fù)荷調(diào)理效應(yīng)系統(tǒng)到達(dá)新的平衡，運轉(zhuǎn)點移到圖中2點。圖6.9電力系統(tǒng)功率-頻率特性頻率穩(wěn)定值下降到f2，系統(tǒng)負(fù)荷所取用的有功功率依然為原來的PL1值。在這種情況下，頻率偏向值△f決議于△PL值的大小，普通是相當(dāng)大的?！鱢〔2〕實踐上各發(fā)電機(jī)組均裝有調(diào)速器當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷添加，頻率開場下降后，調(diào)速器動作，以添加機(jī)組的輸入功率PT。經(jīng)過一段時間后，運轉(zhuǎn)點穩(wěn)定在3點，這時系統(tǒng)負(fù)荷所取用的功率為PL3，其值小于額定頻率下所需的功率PL2，頻率穩(wěn)定在f3。此時的頻率偏向△f比無調(diào)速器時小得多。此時，發(fā)電機(jī)組增發(fā)的功率為：負(fù)荷的頻率調(diào)理效應(yīng)所產(chǎn)生的負(fù)荷功率變化為：△f負(fù)荷功率的實踐增量為：負(fù)荷增量應(yīng)同發(fā)電機(jī)組的功率增量相平衡，即：上式闡明，系統(tǒng)負(fù)荷添加時，在發(fā)電機(jī)組功頻特性和負(fù)荷本身的調(diào)理效應(yīng)共同作用下，又到達(dá)了新的平衡。一方面，負(fù)荷添加，頻率下降，發(fā)電機(jī)組按照有差調(diào)理特性添加輸出；另一方面，負(fù)荷實踐取用的功率也因頻率下降而有所減少。稱為系統(tǒng)的功頻特性系數(shù),或系統(tǒng)的單位調(diào)理功率。五、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整1、一次調(diào)頻的概念：當(dāng)電力系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化引起系統(tǒng)頻率變化時，系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運轉(zhuǎn)機(jī)組的調(diào)速器會根據(jù)電力系統(tǒng)頻率變化自動調(diào)理進(jìn)入它所控制的原動機(jī)的動力元素，改動輸入原動機(jī)的功率，使系統(tǒng)頻率維持在某一值運轉(zhuǎn)，這就是電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整，也稱為一次調(diào)頻。〔一〕一次調(diào)頻2、一次調(diào)頻的情況:△f結(jié)論：一次調(diào)頻的作用是有限的，它只適用于變化幅值小、變化周期短的負(fù)荷，對于變化幅值較大、變化周期較長的負(fù)荷。一次調(diào)頻不能保證頻率偏移在運轉(zhuǎn)范圍之內(nèi)。在這種情況下，需求發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)〔調(diào)頻器〕來進(jìn)展頻率的二次調(diào)整。〔二〕二次調(diào)頻1、二次調(diào)頻概念：當(dāng)機(jī)組負(fù)荷變動引起頻率變化時，利用同步器〔調(diào)頻器〕平移機(jī)組工頻特性來調(diào)理系統(tǒng)頻率，稱為電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)理，也稱為二次調(diào)頻。經(jīng)過伺服電動機(jī)改動D點的位置，就可以到達(dá)將調(diào)速器特性上下平移的目的。當(dāng)轉(zhuǎn)速給定安裝推進(jìn)D點向上挪動時，由于機(jī)組轉(zhuǎn)速和油動機(jī)活塞的位置尚未來的及變化，A,B,C,F各點都不會動。這樣，D點向上挪動，就以F點為軸推進(jìn)E點向下挪動，引起錯油門凸肩下移，壓力油進(jìn)入油動機(jī)活塞下腔，……引起閥門開度增大，機(jī)組轉(zhuǎn)速添加，A點上移,C、F點上移，E點上移，直到錯油門完全堵住高壓油入口，調(diào)理過程終了。顯然調(diào)理過程終了后，發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速升高了。D’進(jìn)展二次調(diào)頻時：在同步器的作用下，機(jī)組的功頻特性上移到PG2(

f

)，運轉(zhuǎn)點也隨之移到3點，此時的頻率為f3。由圖6.10可知，系統(tǒng)負(fù)荷的增量△PL=PL2-PL1由三部分組成，可表示為：△PG——由二次調(diào)頻而得到的發(fā)電機(jī)組的功率增量(圖中4～5段)-KG△f——由一次調(diào)頻而得到的發(fā)電機(jī)組的功率增量(圖中1～4段)；-KL△f——由負(fù)荷本身的調(diào)理效應(yīng)所得到的功率增量(圖中5～6段)。2、調(diào)理過程當(dāng)負(fù)荷添加△PL=PL2-PL1時，即負(fù)荷由PL1添加到PL2時，未進(jìn)展二次調(diào)頻時：運轉(zhuǎn)點將移到2點，系統(tǒng)頻率將下降到f2，進(jìn)一步進(jìn)展二次調(diào)頻時：在同步器的作用下，機(jī)組的功頻特性上移到PG3(

f

)，運轉(zhuǎn)點也隨之移到6點，此時的頻率恢復(fù)為fN，這樣就實現(xiàn)了無差調(diào)理。結(jié)論1：經(jīng)過二次調(diào)理，系統(tǒng)負(fù)荷的變化△PL就完全由等效機(jī)組輸入功率的添加承當(dāng)了，即：結(jié)論2：〔1〕在多臺發(fā)電機(jī)組并聯(lián)運轉(zhuǎn)的電力系統(tǒng)中，當(dāng)負(fù)荷變化時，配置了調(diào)速器的機(jī)組，只需還有可調(diào)的容量，都毫無例外地按靜態(tài)特性參與頻率的一次調(diào)整?！?〕而頻率的二次調(diào)整普通只是由一臺或少數(shù)幾臺發(fā)電機(jī)組(一個或幾個廠)承當(dāng)，這些機(jī)組(廠)稱為主調(diào)頻機(jī)組(廠)。例3-1兩個發(fā)電單元，額定功率分別為250MW和400MW,調(diào)差系數(shù)分別為6.0%和6.4%，兩個發(fā)電單元并行向500MW負(fù)荷供電，假定調(diào)速器以各自的調(diào)差系數(shù)運轉(zhuǎn)，試求各自承當(dāng)?shù)呢?fù)荷。解：將兩個發(fā)電單元的調(diào)速器調(diào)差系數(shù)轉(zhuǎn)化為同一基準(zhǔn)容量下的值〔基準(zhǔn)容量為1000MVA)例3-2一個區(qū)域有兩個發(fā)電單元，見表3-1，這兩個單元并聯(lián)運轉(zhuǎn)，在額定頻率下提供700MW的功率，其中單元1提供200MW,其中單元2提供500MW,先添加負(fù)荷130MW。系統(tǒng)初始頻率為f0=60HZ.(1)假定沒有頻率敏感型負(fù)荷，即δ=0，試求穩(wěn)態(tài)頻率偏向和兩個發(fā)電單元新的發(fā)電量?！?〕頻率變化1%時，負(fù)荷變化率為0.804%，即δ=0.804，試求穩(wěn)態(tài)頻率偏向和每個發(fā)電單元新的發(fā)電量。解：將兩個發(fā)電單元的調(diào)速器調(diào)差系數(shù)轉(zhuǎn)化為同一基準(zhǔn)容量下的值〔基準(zhǔn)容量為1000MVA)單元號額定容量調(diào)差系數(shù)1400MVA4%2800MVA5%負(fù)荷變化量〔1〕由于δ=0，穩(wěn)態(tài)頻率偏向標(biāo)幺值為：因此，穩(wěn)態(tài)頻率偏向為：新的頻率為：兩個單元的發(fā)電變化量分別為：〔1〕當(dāng)δ=0.804時，穩(wěn)態(tài)頻率偏向標(biāo)幺值為：因此，穩(wěn)態(tài)頻率偏向為：新的頻率為：兩個單元的發(fā)電變化量分別為：負(fù)荷功率變化：小結(jié)負(fù)荷吸收的有功功率隨頻率而改動的特性稱為負(fù)荷的功率頻率特性，也稱為負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性，這是負(fù)荷本身固有的調(diào)理效應(yīng)。調(diào)速系統(tǒng)動作的原因是系統(tǒng)內(nèi)負(fù)荷變化，發(fā)電機(jī)阻力轉(zhuǎn)矩變化，呵斥與發(fā)電機(jī)的原動轉(zhuǎn)矩〔汽輪機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩〕不平衡；調(diào)速系統(tǒng)動作的目的是到達(dá)新的轉(zhuǎn)矩平衡，即功率平衡。頻率的一次調(diào)整經(jīng)過汽輪發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)反響機(jī)組轉(zhuǎn)速變化，調(diào)理原動力閥門開度調(diào)理轉(zhuǎn)速，其表如今某一條調(diào)理特性上運轉(zhuǎn)點的變化，當(dāng)負(fù)荷變化較大時，調(diào)整終了時頻率與額定值偏向較大——調(diào)理結(jié)果有差；頻率的二次調(diào)整經(jīng)過調(diào)頻器反響系統(tǒng)頻率變化，調(diào)理原動力閥門開度調(diào)理轉(zhuǎn)速，表現(xiàn)為一條調(diào)理特性上、下平移，可以保證調(diào)整終了時頻率與額定值偏向很小或趨于零——調(diào)理結(jié)果是無差的；第二節(jié)調(diào)頻與調(diào)頻方程式主要內(nèi)容：了解調(diào)頻有哪幾種方法；掌握積差調(diào)頻方法；掌握改良積差調(diào)頻方法；第二節(jié)調(diào)頻與調(diào)頻方程式調(diào)頻定義：借助調(diào)頻器對頻率進(jìn)展二次調(diào)整,此時機(jī)組上裝有有差特性的調(diào)速器,調(diào)頻器的輸出作用于調(diào)速器,將發(fā)電機(jī)頻率調(diào)理特性適當(dāng)挪動,以堅持系統(tǒng)頻率在額定值?？刂普{(diào)頻器的信號包括下面三種方式：〔1〕比例調(diào)理：按△f的大小，控制調(diào)頻器按比例增減機(jī)組功率△Pref，只能減小△f，不能消除頻率偏移?！?〕微分調(diào)理：按△f對時間的微分調(diào)理調(diào)頻器，最初調(diào)理作用明顯，末段調(diào)理不是很明顯，穩(wěn)態(tài)時不起作用。〔3〕積分調(diào)理：按△f的積分調(diào)理，最初調(diào)理作用不明顯，延緩調(diào)理過程，末段調(diào)理作用明顯，可以實現(xiàn)無差調(diào)理。實踐中往往幾種信號綜合后作為調(diào)頻器控制信號，改動△Pref直到控制信號為零。第二節(jié)調(diào)頻與調(diào)頻方程式第二節(jié)調(diào)頻與調(diào)頻方程式一、電力系統(tǒng)自動調(diào)頻方法〔1〕有差調(diào)頻法〔2〕主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法〔3〕積差調(diào)理法〔4〕改良積差調(diào)理法第二節(jié)調(diào)頻與調(diào)頻方程式一、有差調(diào)頻法有差調(diào)頻法指系統(tǒng)中的調(diào)頻機(jī)組用有差調(diào)頻器并聯(lián)運轉(zhuǎn)，到達(dá)系統(tǒng)調(diào)頻的目的。1、調(diào)頻方程式：有差調(diào)頻器的穩(wěn)態(tài)任務(wù)特性可以用下式表示，即Δf、ΔPref——調(diào)頻過程終了時系統(tǒng)頻率的增量與調(diào)頻機(jī)組有功功率設(shè)定值的增量。R——有差調(diào)頻器的調(diào)差系數(shù)第二節(jié)調(diào)頻與調(diào)頻方程式2、調(diào)頻過程：調(diào)頻器的調(diào)整是向著滿足調(diào)頻方程式的方向進(jìn)展的。第二節(jié)調(diào)頻與調(diào)頻方程式3、機(jī)組間有功功率的分配：當(dāng)系統(tǒng)中有n臺機(jī)組參與調(diào)頻：設(shè)系統(tǒng)的負(fù)荷增量〔即方案外的負(fù)荷〕為ΔPL，那么調(diào)理過程終了時，必有：上式也可以寫為：那么每臺調(diào)頻機(jī)組所承當(dāng)?shù)姆桨竿庳?fù)荷為：4、優(yōu)缺陷：〔1〕各機(jī)組同時參與調(diào)頻，沒有先后之分；〔2〕方案外負(fù)荷在調(diào)頻機(jī)組間是按一定的比例分配的；〔3〕頻率穩(wěn)定值的偏向較大。負(fù)荷增量越大，頻率的偏向值也就越大。第二節(jié)調(diào)頻與調(diào)頻方程式第二節(jié)調(diào)頻與調(diào)頻方程式二、主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法無差調(diào)頻器雖具有頻率偏向值為零的優(yōu)點，但無差調(diào)頻器不能并聯(lián)運轉(zhuǎn)。為此，只可在一臺主要的調(diào)頻機(jī)組上運用無差調(diào)頻器，而在其他的調(diào)頻機(jī)組上均只安裝功率分配器，這樣的調(diào)頻方法稱為主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法。1、調(diào)頻方程式：2、調(diào)頻過程：當(dāng)負(fù)荷變動，系統(tǒng)f發(fā)生變化時，調(diào)頻廠中的主導(dǎo)機(jī)組的調(diào)頻系統(tǒng)先動作，改動主導(dǎo)機(jī)組的功率，力圖維持系統(tǒng)f恒定，此時由于主導(dǎo)機(jī)組的功率變化，協(xié)助調(diào)頻的其他機(jī)組也隨之作相應(yīng)的功率調(diào)整，力圖使它們的調(diào)理功率與主導(dǎo)機(jī)組的調(diào)理功率間維持給定的比例關(guān)系。在調(diào)理過程中，主導(dǎo)機(jī)組按系統(tǒng)f不斷調(diào)理，協(xié)助調(diào)頻機(jī)組也跟隨主導(dǎo)機(jī)組進(jìn)展調(diào)理直到系統(tǒng)頻率恢復(fù)到額定值，協(xié)助調(diào)頻機(jī)組和主導(dǎo)機(jī)組的調(diào)理功率符合給定比例關(guān)系時為止。此時，系統(tǒng)內(nèi)不參與調(diào)頻的其他機(jī)組的功率維持不變，方案外負(fù)荷的變動全部由調(diào)頻機(jī)組承當(dāng)。第二節(jié)調(diào)頻與調(diào)頻方程式3、機(jī)組間有功功率的分配調(diào)頻終了后，必有：各調(diào)頻機(jī)組承當(dāng)?shù)墓β剩?、優(yōu)缺陷：1〕各調(diào)頻機(jī)組間的出力也是按照一定的比例分配的。2〕在無差調(diào)頻器為主導(dǎo)調(diào)頻器的主要缺陷是各機(jī)組在調(diào)頻過程中的作用有先有后，缺乏“同時性〞。穩(wěn)態(tài)性能較好，但動態(tài)性能不夠理想。3〕主導(dǎo)機(jī)組與協(xié)調(diào)機(jī)組如在同一電廠，較易實施，因此適用于中小型電力系統(tǒng)。第二節(jié)調(diào)頻與調(diào)頻方程式三、積差調(diào)頻法〔同步時間法〕積差調(diào)理法是根據(jù)系統(tǒng)頻率偏向的累積值調(diào)理頻率的。1、單臺發(fā)電機(jī)組進(jìn)展頻率積差：〔1〕調(diào)理方程式為：——系統(tǒng)頻率偏向；——調(diào)頻機(jī)組的有功出力增量；——調(diào)頻功率比例系數(shù)；〔2〕調(diào)理過程在0～t1時段內(nèi)：f=fN，△f=0，那么有設(shè)t1時出現(xiàn)了方案外負(fù)荷增量:在t1～t2時段內(nèi)：f<fN，△f<0，那么有即調(diào)頻機(jī)組添加有功出力，頻率下降到達(dá)某一最低值后，逐漸上升，直至t2時辰為止.在t2～t3時段內(nèi)：調(diào)頻機(jī)組添加的有功出力與方案外負(fù)荷增量相等，系統(tǒng)以額定頻率穩(wěn)定運轉(zhuǎn)：f=fN，△f=0，調(diào)頻機(jī)組堅持t2時辰的有功出力不再增大。設(shè)t3時出現(xiàn)了方案外負(fù)荷增量:在t3～t4時段內(nèi)，f>fN，△f>0，即調(diào)頻機(jī)組有功出力減小，直至t4時辰，調(diào)頻機(jī)組出力增量又與方案外負(fù)荷變化相等，調(diào)理過程又一次終了。(3)積差調(diào)理法的特點隨著負(fù)荷的變化，頻率發(fā)生變化，產(chǎn)生頻率偏向，即。

就不斷積累，調(diào)頻器動作挪動調(diào)速器調(diào)理特性，改動進(jìn)入機(jī)組的進(jìn)汽(或進(jìn)水)量，使頻率力求恢復(fù)額定值，頻率調(diào)理過程只能在△f=0時終了。此時系統(tǒng)中的功率到達(dá)新的平衡。

推行到電力系統(tǒng)中，采用多臺發(fā)電機(jī)組進(jìn)展積差調(diào)頻時，調(diào)理方程式為：2、多臺發(fā)電機(jī)組進(jìn)展積差調(diào)頻時：〔1〕調(diào)理方程式為由于各機(jī)組的△f是相等的。設(shè)系統(tǒng)方案外負(fù)荷為△PL，那么式〔6-38〕(2)每臺調(diào)頻機(jī)組承當(dāng)?shù)姆桨竿庳?fù)荷為:上式闡明，調(diào)理過程終了后，各調(diào)頻發(fā)電機(jī)組按一定比例分擔(dān)了系統(tǒng)方案外負(fù)荷，使系統(tǒng)有功功率重新平衡，實現(xiàn)了無差調(diào)理。第i臺調(diào)頻機(jī)組的有功功率分配系數(shù)3、積差調(diào)理法的缺陷：頻率的積差信號滯后于頻率瞬時值的變化，因此調(diào)理過程緩慢。不能保證頻率的瞬時偏向在規(guī)定范圍內(nèi)。4、改良：通常不單純采用積差調(diào)理，而是采用在頻率積差調(diào)理的根底上，添加頻率瞬時偏向調(diào)理信號，構(gòu)成改良的頻率積差調(diào)理方程。四、改良的頻率積差調(diào)頻法1、調(diào)頻方程式在頻率積差調(diào)理的根底上添加頻率瞬時偏向的信息△Prefi—第i臺機(jī)組承當(dāng)?shù)墓β收{(diào)理量；Ri—第i臺機(jī)組的調(diào)差系數(shù)；αi—第i臺機(jī)組調(diào)理功率的分配系數(shù)，k—系統(tǒng)功率與頻率的轉(zhuǎn)換系數(shù)；2、調(diào)頻過程當(dāng)系統(tǒng)頻率變化時，按Δf啟動的調(diào)速器會使按積差任務(wù)的調(diào)頻器先進(jìn)展大幅度的調(diào)整,但不會到達(dá)額定頻率；到頻差累積到一定值時，調(diào)頻器會取代調(diào)速器的任務(wù)特性，使調(diào)頻按照式〔6-38〕調(diào)理，使頻率穩(wěn)定在fN。在調(diào)理過程終了時△f必需為零。方案外負(fù)荷調(diào)理量:每臺機(jī)組分擔(dān)的容量：調(diào)理過程終了后，方案外負(fù)荷按照一定比例在調(diào)頻機(jī)組間進(jìn)展分配。即四、多臺機(jī)組積差調(diào)頻的實現(xiàn)積差調(diào)理法維持系統(tǒng)頻率的精度取決于各調(diào)頻機(jī)組的頻差積分信號數(shù)值的一致性?！惨弧臣姓{(diào)頻制積差調(diào)理法的頻差積分信號在電網(wǎng)調(diào)度中心集中產(chǎn)生，即裝設(shè)一套高精度頻率發(fā)生器集中產(chǎn)生積差信號，從而確定各調(diào)頻電廠應(yīng)該承當(dāng)?shù)呢?fù)荷變化量，經(jīng)過遠(yuǎn)動通道送給各調(diào)頻電廠，各調(diào)頻電廠再根據(jù)運轉(zhuǎn)方式分配給各調(diào)頻機(jī)組。集中調(diào)頻制的優(yōu)點：各調(diào)頻電廠的頻差積分信號是一致的；集中調(diào)頻制的缺陷：需求遠(yuǎn)動通道?！捕撤稚⒄{(diào)頻制當(dāng)采用多個調(diào)頻電廠調(diào)頻時，可以采用分散方式，即參與調(diào)頻的電廠各有一套頻差信號發(fā)生器，就地產(chǎn)生信號進(jìn)展調(diào)頻。分散調(diào)頻的特點：1〕在各調(diào)頻廠均設(shè)置一套精度滿足要求的頻差積分信號發(fā)生器，免去遠(yuǎn)動通道傳送積差信號。2〕分散制方式能夠存在各廠的積分信號略有差別，這會產(chǎn)生功率分配上的誤差。3〕各調(diào)頻安裝的誤差會帶來系統(tǒng)內(nèi)無休止的無謂的功率交換。五、結(jié)合電力系統(tǒng)的自動調(diào)頻兩種觀念：1〕把結(jié)合電力系統(tǒng)看成是一個一致電力系統(tǒng);2〕把結(jié)合電力系統(tǒng)看成是假設(shè)干個區(qū)域電力系統(tǒng).結(jié)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻方式:①按系統(tǒng)的頻差要求進(jìn)展調(diào)理〔恒定頻率控制法FFC〕按頻差要求進(jìn)展調(diào)理時，最終維持的是系統(tǒng)頻率，而對聯(lián)絡(luò)線上的交換功率不加控制。②按系統(tǒng)內(nèi)聯(lián)絡(luò)線上交換功率的偏向要求進(jìn)展調(diào)理〔恒定交換功率控制FTC〕按聯(lián)絡(luò)線上交換功率的偏向進(jìn)展調(diào)理時，最終是交換功率維持恒定，而對系統(tǒng)的頻率并不控制。③既按頻差要求又按聯(lián)絡(luò)線交換功率的偏向要求進(jìn)展調(diào)理〔頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏向控制TBC〕既按頻差又按聯(lián)絡(luò)線交換功率調(diào)理時，維持的是各區(qū)域電網(wǎng)功率。分區(qū)調(diào)頻法〔一〕分區(qū)控制誤差A(yù)CE聯(lián)絡(luò)線功率應(yīng)維持為方案功率。1、判別負(fù)荷的變動能否在本區(qū)之內(nèi)A區(qū)負(fù)荷不變時，B區(qū)負(fù)荷增長，Δf<0，聯(lián)絡(luò)線上出現(xiàn)A端流向B端的功率增量，即ΔPtie.A>0，ΔPtie.B<0。Δf和ΔPtie.B的符號一樣，本區(qū)有負(fù)荷變動；Δf和ΔPtie.A的符號不同，它區(qū)有負(fù)荷變動結(jié)論：結(jié)合電力系統(tǒng)中，可用流出某區(qū)功率增量的正負(fù)與系統(tǒng)頻率的符號進(jìn)展比較，來判別負(fù)荷變動能否在該區(qū)之內(nèi)。ABPtie.APtie.B2、非負(fù)荷變化區(qū)內(nèi)的調(diào)頻機(jī)組在系統(tǒng)調(diào)頻過程中盡能夠少輸出調(diào)頻功率。A區(qū)調(diào)頻方程式：KAΔf+ΔPtie.A+ΔPA=0?為了使A區(qū)機(jī)組盡能夠不向B區(qū)輸出調(diào)頻功率〔ΔPA≈0〕可以找到KA：使KAΔf+ΔPtie.A≈03、定義分區(qū)控制誤差A(yù)CE〔areacontrolerror〕ACE=KΔf+ΔPtie

分區(qū)調(diào)頻法ΔPA為A區(qū)機(jī)組輸出的調(diào)頻功率式中—系統(tǒng)頻率的偏向,即—i區(qū)聯(lián)絡(luò)線功率和的實踐值，該區(qū)輸出聯(lián)絡(luò)線功率為正。—i區(qū)聯(lián)絡(luò)線功率和的方案值—i區(qū)聯(lián)絡(luò)線功率對方案值的偏向—i區(qū)調(diào)頻機(jī)組的功率設(shè)定值增量〔二〕分區(qū)調(diào)頻方程式1、調(diào)頻方程式ACE積差調(diào)頻方程式為：分區(qū)調(diào)頻法2、頻率恢復(fù)到額定值：在調(diào)頻過程終了時，必有分區(qū)控制誤差A(yù)CE為零，系統(tǒng)頻率回到額定值。3、調(diào)頻過程：系統(tǒng)分區(qū)調(diào)頻方程組為：

分區(qū)調(diào)頻法ABPtie.APtie.B分區(qū)調(diào)頻終了時，各區(qū)的控制誤差A(yù)CE都等于零，任何調(diào)頻機(jī)組都不再出現(xiàn)新的功率增量，即有由于，假設(shè)各區(qū)調(diào)頻中心都沒有安裝誤差，即

系統(tǒng)頻率必維持在額定值fN，并有ΔPtie.i=0。

ABPtie.APtie.B分區(qū)調(diào)頻法本節(jié)小結(jié)有差調(diào)頻法主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法積差調(diào)頻與改良積差調(diào)頻方法積差調(diào)頻方法的實現(xiàn)分區(qū)調(diào)頻法一、等微增率分配負(fù)荷的根本概念1、燃料本錢曲線

第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度〔EDC〕：在保證頻率質(zhì)量和系統(tǒng)平安的前提下,使電力系統(tǒng)負(fù)荷在各機(jī)組間獲得最正確分配,使所需的運轉(zhuǎn)總費用為最小。熱率曲線燃料輸入量本錢費用燃料本錢曲線第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻2、微增率微增率是指本錢費用微增量與輸出功率微增量的比值。

dC----本錢費用微增量;dP----輸出功率微增量.微增率曲線微增率以兩臺機(jī)組并聯(lián)運轉(zhuǎn)為例，闡明等微增量法那么：3、等微增率法那么：運轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)組按微增率相等的原那么來分配負(fù)荷。等微增量法那么數(shù)學(xué)推導(dǎo)：設(shè)有n臺機(jī)組，每臺機(jī)組承當(dāng)?shù)呢?fù)荷為P1，P2，?，Png，對應(yīng)的發(fā)電本錢為C1，C2，?，Cng，那么總的發(fā)電本錢為：第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻而總負(fù)荷功率PD為：用拉格朗日乘子法那么來求解：取拉格朗日方程第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻這里功率平衡就是相應(yīng)的約束條件，即〔3-31〕使發(fā)電總本錢最小的條件是〔3-31〕式對功率的偏導(dǎo)數(shù)為零。即第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻因PD是常數(shù)，同時各機(jī)組的輸出功率又是相互無關(guān)的，所以設(shè)每臺機(jī)組都是獨立的，那么每臺機(jī)組的發(fā)電本錢只與本身的輸出功率有關(guān)。第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻由可得：結(jié)論：發(fā)電廠內(nèi)并聯(lián)運轉(zhuǎn)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)調(diào)度準(zhǔn)那么為：各機(jī)組運轉(zhuǎn)時微增率b1,b2,?,bn相等，并等于全廠的微增率λ。第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻圖3-16為發(fā)電廠內(nèi)n臺機(jī)組按等微增率運轉(zhuǎn)分配負(fù)荷時的表示圖。二、發(fā)電廠之間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配〔思索網(wǎng)損時〕設(shè)有個發(fā)電廠，每個電廠承當(dāng)?shù)呢?fù)荷分別為P1，P2，?，Png，相應(yīng)的發(fā)電本錢為C1，C2，?，Cng，

那么全系統(tǒng)總的發(fā)電本錢為：第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻總的發(fā)電功率與總負(fù)荷PD及線損PL相平衡，即拉格朗日方程為：上式對功率的偏導(dǎo)數(shù)為零，得：第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻結(jié)論：在思索網(wǎng)損條件下，負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配的準(zhǔn)那么是每個電廠的微增率與相應(yīng)電廠的懲罰因子的乘積相等。第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻三、自動發(fā)電控制〔AGC/EDC功能〕〔一〕概述電力系統(tǒng)中發(fā)電量的控制，普通分為三種情況:1、由同步發(fā)電機(jī)的調(diào)速器實現(xiàn)的控制〔一次調(diào)整，10S〕；2、由自動發(fā)電控制〔簡稱AGC，即英文AutomaticGenerationControl的縮寫〕〔二次調(diào)整，10S~3min〕；〔以控制發(fā)電機(jī)組輸出功率來順應(yīng)負(fù)荷動搖的反響控制?！?、按照經(jīng)濟(jì)調(diào)度〔簡稱EDC，即英文EconomicDispatchControl〕〔三次調(diào)整，>3min〕〔在保證頻率質(zhì)量和系統(tǒng)平安運轉(zhuǎn)前提下、如何使電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)具合良好的經(jīng)濟(jì)性，這就是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制?！车谌?jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻〔二〕自動發(fā)電控制的根本原理1、單臺發(fā)電機(jī)組的AGC系統(tǒng)第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻2、具有多臺發(fā)電機(jī)的AGC系統(tǒng)第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻G1、G2、G3為發(fā)電機(jī)組；ACE稱為區(qū)域控制誤差，用來根據(jù)系統(tǒng)頻率偏向以及輸電線路功率偏向來確定輸出控制信號；負(fù)荷分配器根據(jù)輸入的控制信號大小并且根據(jù)等微增率準(zhǔn)那么或其他原那么來控制各臺發(fā)電機(jī)輸出功率的大小?！踩匙詣影l(fā)電控制系統(tǒng)的根本義務(wù)和目的：①使全系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)輸出功率和總負(fù)荷功率相匹配；②將電力系統(tǒng)的頻率偏向調(diào)整控制到零，堅持系統(tǒng)頻率為額定值；③控制區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的交換功率與方案值相等，以實現(xiàn)各個區(qū)域內(nèi)有功功率和負(fù)荷功率的平衡；④在區(qū)域網(wǎng)內(nèi)各發(fā)電廠之間進(jìn)展負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配。第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻〔四〕自動發(fā)電控制系統(tǒng)的組成：〔1〕負(fù)荷分配器作用：根據(jù)電力系統(tǒng)頻率和其它有關(guān)丈量信號，按照一定的調(diào)理控制準(zhǔn)那么確定各發(fā)電機(jī)組的最正確設(shè)定輸出功率?！?〕發(fā)電機(jī)組控制器作用：根據(jù)負(fù)荷分配器所確定的各發(fā)電機(jī)組的最正確輸出功率，控制調(diào)速器的調(diào)理特性，使發(fā)電機(jī)組在電力系統(tǒng)額定頻率下所發(fā)出的實踐功率與設(shè)定的輸出功率相一致。第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配〔EDC〕每隔五分鐘修正一次Pbi和αi值，以順應(yīng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的要求。各臺發(fā)電機(jī)組的設(shè)定調(diào)整功率按以下公式分配：有時為了增大加到發(fā)電機(jī)組上的誤差信號信息，可以運用一個或者多個附加的負(fù)荷分配回路，如圖3-19所示。這樣的附加分配回路可以用一個分配系數(shù)βi來表示，但它與按經(jīng)濟(jì)調(diào)度調(diào)整負(fù)荷的“分配系數(shù)αi〞不同，它不受經(jīng)濟(jì)調(diào)度的約束，所以稱為調(diào)整分配。第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻自動發(fā)電控制〔AGC〕的分配方式為：第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻當(dāng)ACE=0，負(fù)荷按經(jīng)濟(jì)調(diào)度〔EDC〕分配；當(dāng)ACE≠0，ACE功率按(αi+βi)分配。第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻〔五〕自動發(fā)電控制系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)：第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻〔六〕互聯(lián)電力系統(tǒng)的AGC控制N滿足：地域間規(guī)定的凈交換功率PA+PB+PC堅持本系統(tǒng)的頻率為額定值。本節(jié)小結(jié)掌握經(jīng)濟(jì)調(diào)度的概念及微增率分配負(fù)荷的含義；掌握發(fā)電機(jī)組間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配原那么；掌握發(fā)電廠間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配；掌握自動發(fā)電控制的作用、根本原理、系統(tǒng)組成，了解自動發(fā)電控制的硬件實現(xiàn)及結(jié)合電力系統(tǒng)的AGC；了解常用的常規(guī)穩(wěn)定安裝的作用；重點掌握低頻減載安裝原理；第四節(jié)電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制安裝一、概述在電力系統(tǒng)發(fā)惹事故時，忽然呵斥系統(tǒng)有功功率嚴(yán)重不平衡，引起系統(tǒng)頻率的猛烈變化，將呵斥系統(tǒng)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性破壞。呵斥系統(tǒng)有功功率平衡關(guān)系破壞的主要緣由有：(1)系統(tǒng)內(nèi)忽然缺點，呵斥大面積切除負(fù)荷；(2)系統(tǒng)之間的聯(lián)絡(luò)線缺點，斷路器跳閘，呵斥系統(tǒng)解列；(3)系統(tǒng)內(nèi)大機(jī)組因故忽然退出運轉(zhuǎn)；(4)系統(tǒng)內(nèi)大量負(fù)荷忽然投入；(5)系統(tǒng)內(nèi)大機(jī)組忽然投入。第四節(jié)電力系統(tǒng)穩(wěn)定控制安裝由于出現(xiàn)電源和負(fù)荷間有功功率的嚴(yán)重不平衡，會引起系統(tǒng)頻率急劇變化，要挾系統(tǒng)平安穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。

系統(tǒng)頻率過高：系統(tǒng)頻率急劇下降：會對電力系統(tǒng)呵斥災(zāi)難性的影響，必需迅速制止頻率下降，同時又要在不使頻率解體的前提下盡量保住更多的用戶用電。采取措施：及時切除部分電源就可使系統(tǒng)頻率下降；采取措施：一方面：立刻添加具有旋轉(zhuǎn)備用容量的發(fā)電機(jī)組的有功出力。另一方面：采取特殊的穩(wěn)定控制安裝。穩(wěn)定控制安裝的作用：〔1〕加快切除缺點時間，提高系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性?！?〕維持送受端功率平衡：保證送端機(jī)組不至于加速而與系統(tǒng)失步；受端系統(tǒng)不至于功率缺額而導(dǎo)致電壓、頻率解體等惡性事故的發(fā)生。1、低頻自起動發(fā)電機(jī)安裝適用于：水輪發(fā)電機(jī)組對于處在低頻自起動備用形狀的水輪發(fā)電機(jī)組，在系統(tǒng)頻率下降到低頻起動整定值(49.5Hz～49.0Hz)時，低頻起動安裝會自動起動機(jī)組，并以自同期方式并入電力系統(tǒng)，整個過程可以在40s內(nèi)將水輪發(fā)電機(jī)組從靜止形狀升速到額定轉(zhuǎn)速，并入系統(tǒng)接帶負(fù)荷。二、電力系統(tǒng)平安安裝的種類(2)低頻調(diào)相改發(fā)電安裝水輪發(fā)電機(jī)可根據(jù)系統(tǒng)需求作調(diào)相運轉(zhuǎn)，此時發(fā)電機(jī)組不發(fā)有功功率。當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時，可經(jīng)過低頻繼電器起動這一安裝，使處于調(diào)相運轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)組迅速轉(zhuǎn)為發(fā)電運轉(zhuǎn)。這種安裝很簡單，實踐上是水輪發(fā)電機(jī)組控制回路中的一部分。目前國內(nèi)安裝的水輪發(fā)電機(jī)組都具有這一功能。(3)低頻降低電壓安裝當(dāng)系統(tǒng)頻率降低到某一定值時，低頻降低電壓安裝動作，自動調(diào)理變壓器有載調(diào)壓分接頭位置，運用戶電壓在短時間內(nèi)降低5%～8%。由于電壓的降低，負(fù)荷所吸收的有功功率隨之減小，這樣就會借助于負(fù)荷的調(diào)理效應(yīng)緩解有功功率供求不平衡的矛盾，抑制系統(tǒng)頻率下降?？梢詾槠渌胧┌l(fā)揚作用博得珍貴時間。這一方法在國外的一些電力系統(tǒng)中已被采用。(4)低頻抽水改發(fā)電安裝在抽水蓄能水電廠，當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時，利用低頻繼電器使發(fā)電機(jī)組由抽水運轉(zhuǎn)方式迅速改為發(fā)電運轉(zhuǎn)方式。抽水蓄能機(jī)組都是可逆的，既可抽水蓄能，又可放水發(fā)電。(5)自動低頻減載安裝當(dāng)頻率下降到某一定值時，低頻減負(fù)荷安裝起動，自動切除預(yù)先安排的部分負(fù)荷，同時迅速啟動備用發(fā)電機(jī)組，能有效地抑制頻率的繼續(xù)下降，使之逐漸恢復(fù)到穩(wěn)定運轉(zhuǎn)形狀。這種方法稱為按頻率自動減負(fù)荷。中文簡拼為“ZPJH〞；英文為UFLS〔UnderFrequencyLoadShedding〕。當(dāng)系統(tǒng)頻率超越某一整定值時，利用高頻繼電器起動，將部分運轉(zhuǎn)的發(fā)電機(jī)組退出運轉(zhuǎn)，以減輕系統(tǒng)功率過剩。(6)高頻切機(jī)安裝(7)高頻減出力安裝當(dāng)系統(tǒng)頻率升高時，可用短時減小汽輪機(jī)主汽門或水輪機(jī)導(dǎo)水葉開度的方法，減少發(fā)電機(jī)組的出力，當(dāng)系統(tǒng)缺點消除后，又很容易恢復(fù)到正常出力。這種方法比高頻切機(jī)安裝的靈敏性好。低頻自起動發(fā)電機(jī)安裝適用于：水輪發(fā)電機(jī)組對于處在低頻自起動備用形狀的水輪發(fā)電機(jī)組，在系統(tǒng)頻率下降到低頻起動整定值(49.5Hz～49.0Hz)時，低頻起動安裝會自動起動機(jī)組，并以自同期方式并入電力系統(tǒng)，整個過程可以在40s內(nèi)將水輪發(fā)電機(jī)組從靜止形狀升速到額定轉(zhuǎn)速，并入系統(tǒng)接帶負(fù)荷。自動低頻減載安裝當(dāng)頻率下降到某一定值時，低頻減負(fù)荷安裝起動，自動切除預(yù)先安排的部分負(fù)荷，同時迅速啟動備用發(fā)電機(jī)組，能有效地抑制頻率的繼續(xù)下降，使之逐漸恢復(fù)到穩(wěn)定運轉(zhuǎn)形狀。這種方法稱為按頻率自動減負(fù)荷。中文簡拼為“ZPJH〞；英文為UFLS〔UnderFrequencyLoadShedding〕。“輪〞：計算點f1、f2??fn點1：系統(tǒng)發(fā)生了大量的有功功率缺額；點2：頻率下降到f1，第一輪繼電器起動，經(jīng)一定時間△t1點3：斷開一部分用戶，這就是第一次對功率缺額進(jìn)展的計算。點3-4：假設(shè)功率缺額比較大，第一次計算不能求到系統(tǒng)有功功率缺額的數(shù)值，那么頻率還會繼續(xù)下降，很顯然由于切除了一部分負(fù)荷，功率缺額曾經(jīng)減小，一切頻率將按3-4的曲線而不是3-3′曲線繼續(xù)下降。三、自動低頻減載安裝〔一〕自動低頻減載安裝的任務(wù)原理點4：當(dāng)頻率下降到f2時，ZPJH的第二輪頻率繼電器啟動，經(jīng)一定時間Δt2后，點5：又?jǐn)嚅_了接于第二輪頻率繼電器上的用戶。點5-6：系統(tǒng)有功功率缺額得到補(bǔ)償。頻率開場沿5～6曲線上升，最后穩(wěn)定在f2(∞)。逐次逼近：進(jìn)展一次次的計算，直到找到系統(tǒng)功率缺額的數(shù)值〔同時也斷開了相應(yīng)的用戶〕。即系統(tǒng)頻率重新穩(wěn)定下來或出現(xiàn)上升時，這個過程才會終了。自動低頻減負(fù)荷必需經(jīng)過嚴(yán)厲的整定計算，普通經(jīng)過ZPJH動作五級(輪)之后，就會使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到允許頻率值?！捕匙畲蠊β嗜鳖~確實定：1、最大功率缺額確實定目的：保證在系統(tǒng)發(fā)生最大能夠的功率缺額時，也能斷開相應(yīng)的用戶，防止系統(tǒng)的瓦解，使頻率趨于穩(wěn)定。對系統(tǒng)中能夠發(fā)生的最大功率缺額應(yīng)作詳細(xì)分析：有的按系統(tǒng)中斷開最大容量的機(jī)組來思索；有的要按斷開發(fā)電廠高壓母線來思索等。2、系統(tǒng)功率最大缺額確定以后，就可以思索接于減負(fù)荷安裝上的負(fù)荷的總數(shù)?！?〕思索到負(fù)荷調(diào)理效應(yīng)，接于減負(fù)荷安裝上的負(fù)荷總功率PJH可以比最大功率缺額Pqe小些。三、自動低頻減載安裝根據(jù)負(fù)荷調(diào)理效應(yīng)系數(shù)公式:可以得到:〔2〕接于減負(fù)荷安裝上的負(fù)荷總功率PJH確實定：PJH—接于減負(fù)荷安裝上的負(fù)荷總功率Pqe—最大功率缺額。三、自動低頻減載安裝〔三〕各輪動作功率的選擇1、第一級動作頻率2、最后一輪的動作頻率電力系統(tǒng)允許最低頻率受“頻率解體〞和“電壓解體〞的限制，因此自動減負(fù)荷安裝最后一輪的動作頻率以不低于46～46.5Hz為宜?！沧詈笠惠唲幼骱?，頻率不應(yīng)低于使大型機(jī)組跳閘的程度，因此大型機(jī)組應(yīng)大于等于48Hz〕3、前后兩級動作的頻率間隔前后兩