1、第第5 5章章 电力系统有功功率平电力系统有功功率平衡和频率调整衡和频率调整电力系统分析教材配套课件电力系统分析教材配套课件电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社第第5 5章电力系统有功功率平衡和频率章电力系统有功功率平衡和频率调整调整v5.1 5.1 电力系统有功功率平衡和频率变化电力系统有功功率平衡和频率变化v5.1.1 5.1.1 频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响v5.1.2 5.1.2 电力系统有功功率平衡和备用容量电力系统有功功率平衡和备用容量 v5.1.3 5.1.3 各类电厂的合理组合各类电厂的
2、合理组合v5.2 5.2 电力系统频率调整电力系统频率调整v5.2.1 5.2.1 电力系统负荷的频率特性电力系统负荷的频率特性v5.2.2 5.2.2 发电机组的频率特性发电机组的频率特性v5.2.3 5.2.3 电力系统的频率调整电力系统的频率调整v5.2.4 5.2.4 电力系统有功功率最优分布电力系统有功功率最优分布电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社5.1 5.1 电力系统有功功率平衡和频率变化电力系统有功功率平衡和频率变化v5.1.1 5.1.1 频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响v频率是衡量电能
3、质量的一个重要的指标，保证电力系统的频频率是衡量电能质量的一个重要的指标，保证电力系统的频率合乎标准是系统运行调整的一项基本内容。我国规定电力率合乎标准是系统运行调整的一项基本内容。我国规定电力系统的额定频率为系统的额定频率为50Hz50Hz，允许的波动为，允许的波动为（0.2-0.50.2-0.5）HzHz。v频率变化超出允许范围时，对用电设备的正常工作和电力系频率变化超出允许范围时，对用电设备的正常工作和电力系统的稳定运行都会产生影响，甚至造成事故。具体如下：统的稳定运行都会产生影响，甚至造成事故。具体如下：v（1 1）工业中普通应用的异步电动机，其转速与系统频率有关。）工业中普通应用的异
4、步电动机，其转速与系统频率有关。频率变化时将引起电动机转速的变化，从而影响产品质量。频率变化时将引起电动机转速的变化，从而影响产品质量。v（2 2）现代工业、国防和科学研究部门广泛用电子技术设备，）现代工业、国防和科学研究部门广泛用电子技术设备，系统频率的不稳定会影响这些电子设备的工作特性，降低精系统频率的不稳定会影响这些电子设备的工作特性，降低精度，造成误差。度，造成误差。电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社v（3 3）电力系统频率不稳定运行时，汽轮机低频率运行）电力系统频率不稳定运行时，汽轮机低频率运行将使叶片将由于震动大而产生裂纹，轻则缩短叶片
5、寿命，将使叶片将由于震动大而产生裂纹，轻则缩短叶片寿命，重则会使叶片发生断裂，影响汽轮机的正常使用。重则会使叶片发生断裂，影响汽轮机的正常使用。v（4 4）频率变化对发电厂本身的影响。发电厂本身有许）频率变化对发电厂本身的影响。发电厂本身有许多由异步电动机拖动的重要设备，如多由异步电动机拖动的重要设备，如: :给水泵，循环水给水泵，循环水泵、风机等。如果系统频率降低，将使电动机出力降低，泵、风机等。如果系统频率降低，将使电动机出力降低，若频率降低过多，将使电动机停转，造成锅炉停炉。若若频率降低过多，将使电动机停转，造成锅炉停炉。若系统频率进一步下降，将导致系统崩溃。系统频率进一步下降，将导致系
6、统崩溃。v由上述可见，要保证电力系统的正常运行，必须使频率由上述可见，要保证电力系统的正常运行，必须使频率控制在所规定的允许范围内。这就要求对频率不断进行控制在所规定的允许范围内。这就要求对频率不断进行调整。调整。电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社5.1.2 5.1.2 电力系统有功功率平衡和备用容量电力系统有功功率平衡和备用容量1 1电力系统有功功率平衡电力系统有功功率平衡频率产生偏差的根本原因在于负荷的波动，而频率取决于有功频率产生偏差的根本原因在于负荷的波动，而频率取决于有功功率的平衡，与负荷和有功电源的特性相关功率的平衡，与负荷和有功电源的
7、特性相关。（1 1）有功负荷）有功负荷根据电力系统的特点，负荷根据电力系统的特点，负荷时刻都在变化，时刻都在变化， 如图如图5-15-1给出了负荷变化的给出了负荷变化的示意图。示意图。P P1 1- -第一类负荷变化曲线；第一类负荷变化曲线；P P2 2- -第二类负荷变化曲线；第二类负荷变化曲线；P P3 3- -第三类负荷变化曲线；第三类负荷变化曲线；P P- -综合负荷变化曲线综合负荷变化曲线图图5-15-1有功负荷变化示意图有功负荷变化示意图电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社v对于不同类型的负荷变化，采取的频率调节方式是对于不同类型的负荷变
8、化，采取的频率调节方式是不同的，第一类负荷引起的频率偏差小，可以通过不同的，第一类负荷引起的频率偏差小，可以通过各个发电机组的调速器自行完成调频，称为一次调各个发电机组的调速器自行完成调频，称为一次调频；第二类负荷引起的频率偏差较大，可能会超过频；第二类负荷引起的频率偏差较大，可能会超过允许的偏差范围，这是只靠一次调频不能满足要求，允许的偏差范围，这是只靠一次调频不能满足要求，必须由承担调频任务的电厂依靠调频器来进行调整，必须由承担调频任务的电厂依靠调频器来进行调整，称为二次调频；第三类负荷的变化较大，则必须由称为二次调频；第三类负荷的变化较大，则必须由各类发电厂合理组合按照最优化的原则在各发
9、电厂各类发电厂合理组合按照最优化的原则在各发电厂之间进行经济分配，称为三次调频。之间进行经济分配，称为三次调频。电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社v(2)(2)有功电源有功电源v电力系统的有功功率电源就是各类发电厂的发电机。电力系统的有功功率电源就是各类发电厂的发电机。而有功电源与频率的关系直接体现在调速器的动作，而有功电源与频率的关系直接体现在调速器的动作，即一次调频。这种调节是自动完成的，只要发电机即一次调频。这种调节是自动完成的，只要发电机有调节能力，就会随着频率的变化而变化，但其是有调节能力，就会随着频率的变化而变化，但其是一种有差调节，只
10、能小部分的调节频率，保证其在一种有差调节，只能小部分的调节频率，保证其在规定的偏差范围之内工作。规定的偏差范围之内工作。电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社（3 3）有功功率平衡）有功功率平衡 电力系统有功功率平衡是指运行中，所有发电厂电力系统有功功率平衡是指运行中，所有发电厂发出的有功功率的总和发出的有功功率的总和, ,在任何时刻都等于该系统的在任何时刻都等于该系统的总负荷，包括所有用户的有功功率、网络的有功损耗总负荷，包括所有用户的有功功率、网络的有功损耗以及厂用电有功负荷，即以及厂用电有功负荷，即+GPLPDPPcP=+= 在一般情况下，电力网
11、中的有功功率损耗约占发在一般情况下，电力网中的有功功率损耗约占发电厂输出功率电厂输出功率7%8%7%8%；火电厂厂用电约占电厂出力的；火电厂厂用电约占电厂出力的5%10%5%10%，水电厂一般只占，水电厂一般只占1%1%左右。左右。电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社2 2电力系统备用容量电力系统备用容量系统的备用容量按其作用可分为：系统的备用容量按其作用可分为：（1 1）负荷备用）负荷备用系统的负荷备用。是指调整系统中短时的负荷波动并担负计划外的系统的负荷备用。是指调整系统中短时的负荷波动并担负计划外的负荷增加而设置的备用。其大小应根据系统总负荷的
12、大小、运行经负荷增加而设置的备用。其大小应根据系统总负荷的大小、运行经验并考虑各类用电的比重确定。一般为最大负荷的验并考虑各类用电的比重确定。一般为最大负荷的3%5%3%5%，大系统，大系统采用较小数值，小系统采用较大数值。采用较小数值，小系统采用较大数值。（2 2）事故备用）事故备用系统的事故备用。是指在电力系统中当发电设备发生偶然事故时，系统的事故备用。是指在电力系统中当发电设备发生偶然事故时，为保证向用户正常供电所设置的备用。其大小应根据系统总容量的为保证向用户正常供电所设置的备用。其大小应根据系统总容量的大小、发电机组台数的多少，单机容量的大小，机组的事故概率及大小、发电机组台数的多少
13、，单机容量的大小，机组的事故概率及系统的可靠性指标等确定，一般取最大负荷的系统的可靠性指标等确定，一般取最大负荷的5%10%5%10%。但不能少于。但不能少于系统中最大机组的容量。系统中最大机组的容量。电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社（3 3）检修备用）检修备用v检修分为大检修和小检修，大检修安排在系统负荷检修分为大检修和小检修，大检修安排在系统负荷的季节性低落期间；小检修一般安排在节假日进行。的季节性低落期间；小检修一般安排在节假日进行。在这期间内，如不能完全安排所有机组的大小检修在这期间内，如不能完全安排所有机组的大小检修时，才设置所需要的检
14、修备用容量。因而一般可以时，才设置所需要的检修备用容量。因而一般可以不单独设置检修备用。不单独设置检修备用。（4 4）国民经济备用）国民经济备用电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社5.1.3 5.1.3 各类电厂的合理组合各类电厂的合理组合1 1各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点v电力系统中的发电厂主要有火力发电厂、水力发电厂电力系统中的发电厂主要有火力发电厂、水力发电厂和核能发电厂三类。其各自有自身的特点，具体如下和核能发电厂三类。其各自有自身的特点，具体如下所示。所示。（1 1）火力发电厂的主要特点）火力发电厂的主要特点 1 1）火电厂运行
15、时要消耗大量的燃料，需要支付燃料）火电厂运行时要消耗大量的燃料，需要支付燃料的费用，并且运行费用大，但其不受自然气候条件的的费用，并且运行费用大，但其不受自然气候条件的影响。影响。 2 2）火电厂的锅炉和汽轮机都受最小技术负荷的限制。）火电厂的锅炉和汽轮机都受最小技术负荷的限制。电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社v3 3）带有热负荷的火电厂称为热电厂，它采用）带有热负荷的火电厂称为热电厂，它采用抽气供热，从经济性能上看，其总效率高于抽气供热，从经济性能上看，其总效率高于一般的凝气式火电厂。从技术性能上看，其一般的凝气式火电厂。从技术性能上看，其有功
16、出力的调节范围较小。但与热负荷相适有功出力的调节范围较小。但与热负荷相适应的那部分功率是不可调节的强拍功率。应的那部分功率是不可调节的强拍功率。v4 4）火电厂机组的投入、退出或承担急剧变化）火电厂机组的投入、退出或承担急剧变化的负荷时，即额外耗费能量，又花费时间，的负荷时，即额外耗费能量，又花费时间，且易损坏设备。且易损坏设备。电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社(2)(2)水力发电厂的特点：水力发电厂的特点： 1 1）水电厂部不需要支付燃料费用，且水能是可以再生资源。但）水电厂部不需要支付燃料费用，且水能是可以再生资源。但运行依水库调节性能的不同
17、在不通程度上受自然环境条件的影响。运行依水库调节性能的不同在不通程度上受自然环境条件的影响。2 2）水电厂机组的投入、退出或承担急剧变动的负荷时，所需要）水电厂机组的投入、退出或承担急剧变动的负荷时，所需要时间短，操作简单，无需额外的耗费。时间短，操作简单，无需额外的耗费。 水电厂的水轮机没有严格的最小技术负荷要求，发电机出力水电厂的水轮机没有严格的最小技术负荷要求，发电机出力的调整范围较宽的调整范围较宽（3 3）水利枢纽往往兼有防洪、发电、航运、灌溉、养殖、供水和）水利枢纽往往兼有防洪、发电、航运、灌溉、养殖、供水和旅游等多方面的效益。水库的发电用水量通常按水库的综合效益旅游等多方面的效益。
18、水库的发电用水量通常按水库的综合效益来考虑安排，不一定能同电力负荷的需求相一致，因此，只有在来考虑安排，不一定能同电力负荷的需求相一致，因此，只有在火电厂的适当配合下，才能充分发挥水力发电的经济利益。火电厂的适当配合下，才能充分发挥水力发电的经济利益。电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社(3)(3)核能发电厂的特点核能发电厂的特点核电厂一次性投资大，运行费用低。核电厂一次性投资大，运行费用低。1 1）核电厂反应堆的负荷基本上没有限制，因此，其最小技术负）核电厂反应堆的负荷基本上没有限制，因此，其最小技术负荷主要取决于汽轮机，约为额定负荷的荷主要取决于
19、汽轮机，约为额定负荷的10%15%10%15%。2 2）核电厂的反应堆和汽轮机投入、退出或承担急剧变动负荷时，）核电厂的反应堆和汽轮机投入、退出或承担急剧变动负荷时，需要耗费能量，需要耗费能量， 花费时间，且设备易损坏。花费时间，且设备易损坏。图图5-25-2电力系统的典型日负荷电力系统的典型日负荷电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社（3 3）抽水蓄能发电厂。是一种特殊的水力发电厂，）抽水蓄能发电厂。是一种特殊的水力发电厂，它有上、下两级水库，在日符号曲线的低谷期间，它有上、下两级水库，在日符号曲线的低谷期间，作为负荷向系统吸收有功功率，将下级水库的
20、水抽作为负荷向系统吸收有功功率，将下级水库的水抽到上级水库。在高峰负荷期间，由上级水库向下级到上级水库。在高峰负荷期间，由上级水库向下级水库放水，作为发电厂运行向系统发出有功功率。水库放水，作为发电厂运行向系统发出有功功率。抽水蓄能发电厂的主要作用是调节电力系统有功负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。其调峰作用如图荷的峰谷差。其调峰作用如图5-25-2所示。所示。图图5-25-2电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社图图5-35-3各类电厂在日负荷曲线上的负荷分配示意图各类电厂在日负荷曲线上的负荷分配示意图a)a)丰水期丰水期 b
21、 b）枯水期）枯水期A A水电厂的不可调功率；水电厂的不可调功率；B B水电厂的可调功率；水电厂的可调功率；C C热电厂；热电厂；D D核电厂；核电厂；E E高温高压凝汽式火电厂；高温高压凝汽式火电厂；F F中温中压凝汽中温中压凝汽式火电厂式火电厂电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社5.2 电力系统频率调整电力系统频率调整5.2.1 5.2.1 电力系统负荷的频率特性电力系统负荷的频率特性v当频率变化时，系统中的有功功率负荷也将发生变化。系统当频率变化时，系统中的有功功率负荷也将发生变化。系统处于运行稳态时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负处于运
22、行稳态时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的静态频率特性。荷的静态频率特性。v根据所需的有功功率与频率的关系可将负荷分成以下几种：根据所需的有功功率与频率的关系可将负荷分成以下几种：（1 1）与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉和整流）与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉和整流负荷等。负荷等。（2 2）与频率的一次方成正比负荷，负荷的阻力矩等于常数的属）与频率的一次方成正比负荷，负荷的阻力矩等于常数的属于此类，如球磨机、切削机床、往复式水泵、压缩机和卷扬于此类，如球磨机、切削机床、往复式水泵、压缩机和卷扬机等。机等。（3 3）与频率的二次方成正比的负荷，如变压器中的涡流损
23、耗。）与频率的二次方成正比的负荷，如变压器中的涡流损耗。（4 4）与频率的三次方成正比的负荷，如通风机、静水头阻力不）与频率的三次方成正比的负荷，如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等。大的循环水泵等。电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社（5 5）与频率的更高方次成正比的负荷，如静水头阻力很大的）与频率的更高方次成正比的负荷，如静水头阻力很大的给水泵。给水泵。电力系统的综合负荷的有功功率与频率的关系用数学式可表电力系统的综合负荷的有功功率与频率的关系用数学式可表示为示为.3332210ffPaffPaffPaPaPLNNLNNLNLNL 式中，式中，P
24、 PL L为频率等于为频率等于f f时整个系统的有功负荷；时整个系统的有功负荷；P PLNLN为频率等于为频率等于额定值时整个系统的有功负荷；额定值时整个系统的有功负荷； 为与频率的为与频率的i i次次方成正比的负荷占的百分值。方成正比的负荷占的百分值。公式（公式（5-15-1）就是电力系统负荷的静态频率特性的数学表达式。）就是电力系统负荷的静态频率特性的数学表达式。若以若以P PLNLN和和f fN N分别作为功率和频率的基准值，以分别作为功率和频率的基准值，以P PLNLN去除公式（去除公式（5-5-1 1）的各项，便得到用标幺值表示的有功功率）的各项，便得到用标幺值表示的有功功率- -频
25、率特性如下式：频率特性如下式：,.)2 , 1 , 0( iai电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社.3*32*2*10*fafafaaPL1.3210aaaa显然显然当频率偏离额定值不大时，负荷的静态频率特性常用一条直线近似当频率偏离额定值不大时，负荷的静态频率特性常用一条直线近似表示如图表示如图5-45-4所示，这就是说，在额定频率附近，系统负荷与频率所示，这就是说，在额定频率附近，系统负荷与频率呈线形关系。当系统频率略有下降时，负荷成比例自动减小。呈线形关系。当系统频率略有下降时，负荷成比例自动减小。图图5-4 5-4 负荷的静态频率特性曲线负
26、荷的静态频率特性曲线图中直线的斜率为图中直线的斜率为fPtgKLL或用标幺值表示为或用标幺值表示为*fPffPPKLNLNLLK KL L、K KL L* *称为负荷的频率调解效应称为负荷的频率调解效应系数。系数。K KL L* *=1=13电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社5.2.2 5.2.2 发电机组的频率特性发电机组的频率特性v1 1）频率的一次调整）频率的一次调整v当系统有功功率平衡遭到破坏，引起频率变化时，原动机当系统有功功率平衡遭到破坏，引起频率变化时，原动机的调速系统将自动改变原动机的进汽（水）量，相应增加的调速系统将自动改变原动机
27、的进汽（水）量，相应增加或减少发电机的出力。当调速器的调节过程结束，建立新或减少发电机的出力。当调速器的调节过程结束，建立新的稳态时，发电机的有功出力同频率之间的关系称为发电的稳态时，发电机的有功出力同频率之间的关系称为发电机组调速器的功率机组调速器的功率- -频率静态特性（简称为功频静态特频率静态特性（简称为功频静态特性）。为说明这种静态特性，下面对调速系统的作用做简性）。为说明这种静态特性，下面对调速系统的作用做简单介绍。单介绍。v调速有很多种类型，为简单起见，这里只介绍离心飞摆式调速有很多种类型，为简单起见，这里只介绍离心飞摆式机械液压调速系统。其原理图如图机械液压调速系统。其原理图如图
28、5-55-5所示。所示。电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社 图图5-55-5离心飞摆式调速系统原理示意图离心飞摆式调速系统原理示意图飞摆；飞摆；2-2-弹簧；弹簧；3-3-套筒；套筒；4-4-错油门；错油门；5-5-油动机油动机6-6-调频器；调频器；7-7-进汽（水）阀门进汽（水）阀门电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社n离心飞摆式机械液压调速系统。其原理图如图离心飞摆式机械液压调速系统。其原理图如图5-55-5所示。它由四所示。它由四部分组成，即转速测量元件（由离心飞摆、弹簧和套筒组成）、部分组成，即
29、转速测量元件（由离心飞摆、弹簧和套筒组成）、放大元件（错油门）、执行元件（油动机）和转速控制机构（变放大元件（错油门）、执行元件（油动机）和转速控制机构（变频器）。其作用原理如下：频器）。其作用原理如下：n调速器的飞摆调速器的飞摆1 1由套筒带动旋转，套筒则由原动机的主轴带动。由套筒带动旋转，套筒则由原动机的主轴带动。单机运行时，机组因负荷增大转速下降时，由于离心力减小，在单机运行时，机组因负荷增大转速下降时，由于离心力减小，在弹簧弹簧2 2的作用下飞摆的作用下飞摆1 1向转轴靠拢，使向转轴靠拢，使A A点向下移动到点向下移动到AA。但油动机。但油动机4 4的活塞两边油压相等，的活塞两边油压相
30、等，B B点不动，使杠杆点不动，使杠杆ABAB绕绕B B点逆时针转动到。点逆时针转动到。在调频器未动的情况下，在调频器未动的情况下，D D点不动。因而在点不动。因而在A A点下降到时，杠杆点下降到时，杠杆DEDE绕绕D D点顺时针转到。即点顺时针转到。即E E点向下移动到。这样错油门的活塞向下移点向下移动到。这样错油门的活塞向下移动，使油管动，使油管a a、b b的小孔开启，压力油经过油管的小孔开启，压力油经过油管b b进入油动机活塞下进入油动机活塞下部，而活塞上部的油则由油管部，而活塞上部的油则由油管a a经错油门上部小孔溢出。在油压作经错油门上部小孔溢出。在油压作用下，油动机活塞向上移动，
31、使汽轮机的调节气门或水轮机的导用下，油动机活塞向上移动，使汽轮机的调节气门或水轮机的导向叶片开度增大，增加进气量（或进水量）。向叶片开度增大，增加进气量（或进水量）。 电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社v油动机活塞上升同时，由于进汽量（或进水量）的增加，机组油动机活塞上升同时，由于进汽量（或进水量）的增加，机组转速上升，飞摆的离心力增大，随之上升，当杠杆转速上升，飞摆的离心力增大，随之上升，当杠杆ABAB的上升使的上升使C C点回到原来位置时，连动错油门的活塞也回到原来位置，使油点回到原来位置时，连动错油门的活塞也回到原来位置，使油管管a a、b
32、b的小孔重新被堵住。这时油动机活塞又处于上下油压相的小孔重新被堵住。这时油动机活塞又处于上下油压相等的状态下，停止移动。调节过程结束。这时杠杆等的状态下，停止移动。调节过程结束。这时杠杆ABAB的位置变的位置变为。此时，杠杆上的位置比点高，为。此时，杠杆上的位置比点高，C C点位置保持原来位置，的位点位置保持原来位置，的位置较置较A A略低。这说明调整后的进汽（或进水）量较原来多，发电略低。这说明调整后的进汽（或进水）量较原来多，发电机出力增大了，但机组转速较原来略低。也就是说系统的频率机出力增大了，但机组转速较原来略低。也就是说系统的频率较原来略低。并没有恢复原来数值，这就是频率的一次调整。
33、较原来略低。并没有恢复原来数值，这就是频率的一次调整。电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社2 2）频率的二次调整）频率的二次调整二次调频由调频器完成，调频器由伺服电动机、蜗轮、蜗杆二次调频由调频器完成，调频器由伺服电动机、蜗轮、蜗杆等装置组成。在人工手动操作或自动装置的控制下，调频器等装置组成。在人工手动操作或自动装置的控制下，调频器转动蜗轮、蜗杆，将转动蜗轮、蜗杆，将D D点抬高，杠杆点抬高，杠杆DEDE绕绕F F点顺时针转动，使点顺时针转动，使错油门再次向下移动，从而进一步增加进汽量（或进水量）。错油门再次向下移动，从而进一步增加进汽量（或进水量
34、）。机组转速便可以上升，这样离心飞摆使机组转速便可以上升，这样离心飞摆使A A点由向上升。而在点由向上升。而在油动机活塞向上移动时，杠杆油动机活塞向上移动时，杠杆ABAB又绕逆时针转动，带动又绕逆时针转动，带动C C、F F、E E点向上移动，再次堵住错油门小孔，结束调节过程。由图点向上移动，再次堵住错油门小孔，结束调节过程。由图5-55-5可见，由于调频器动作使可见，由于调频器动作使D D点升高，点升高，E E点不动，则点不动，则F F点和点和C C点都较原来要高，只要点都较原来要高，只要D D点位置合适，点位置合适，A A点就可以恢复到原来点就可以恢复到原来位置，即机组转速可以恢复原来的转
35、速，系统频率也恢复到位置，即机组转速可以恢复原来的转速，系统频率也恢复到原来的数值。这就是二次调频。原来的数值。这就是二次调频。 电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社由上述频率调整过程可见，对应增大系统有功功率负荷，频率下降，由上述频率调整过程可见，对应增大系统有功功率负荷，频率下降，经调速器调整，使发电机组输出有功功率增加。反之，如果系统有经调速器调整，使发电机组输出有功功率增加。反之，如果系统有功功率负荷减少，系统频率上升，则调速器调整结果使机组输出用功功率负荷减少，系统频率上升，则调速器调整结果使机组输出用功功率减少。如果以系统频率为横坐标，以
36、机组输出的有功功率为功功率减少。如果以系统频率为横坐标，以机组输出的有功功率为纵坐标绘制出发电机组的有功功率纵坐标绘制出发电机组的有功功率频率静态特性曲线。将得到一频率静态特性曲线。将得到一条倾斜的直线，如图条倾斜的直线，如图5-65-6所示。所示。5-6 5-6 发电机组的功率发电机组的功率- -频率静态特性曲线频率静态特性曲线电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社 发电机组的有功功率发电机组的有功功率频率静态特性曲线的斜率称为发电机组频率静态特性曲线的斜率称为发电机组的单位调节功率。的单位调节功率。 即即GGPKtgf 其标幺值为其标幺值为*GGN
37、NGGNGNPPfKKffP K KG G的数值表示当频率下降或上升的数值表示当频率下降或上升1Hz1Hz，发电机组增发或减发的有功，发电机组增发或减发的有功功率。式（功率。式（5-65-6）中的负号表示频率下降时，发电机组的有功出力）中的负号表示频率下降时，发电机组的有功出力是增加的。是增加的。(5-6)(5-7)定义机组的静态调差系数定义机组的静态调差系数GPf%100%0GNNPff%100%0GNNPff还可以认为发电机组的调差系数是机组空载运行频率与额定频还可以认为发电机组的调差系数是机组空载运行频率与额定频率之差的百分值。即率之差的百分值。即%100%0NNfff电力系统分析（刘学
38、军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社%100%0NNfff%100%100%00*NNNNffffff用百分数表示用百分数表示 100%0NNfff调差系数也叫调差率，可定量表明某台机组负荷改变时相应的调差系数也叫调差率，可定量表明某台机组负荷改变时相应的转速（频率）偏移。例如，当转速（频率）偏移。例如，当 ，如负荷改变，如负荷改变1%1%，频，频率将偏移率将偏移0.05%0.05%；负荷改变；负荷改变20%20%，则频率将偏移，则频率将偏移1%(0.5Hz) 1%(0.5Hz) 0.05电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社
39、调差系数的倒数就是机组的单位调节功率（或称为发电机组的静态调差系数的倒数就是机组的单位调节功率（或称为发电机组的静态调节特性系数），即调节特性系数），即)(1HzMWfPKGG*1fPKGG （5-135-13）(5-14)(5-14)两者的关系为两者的关系为 NGNGGfPKK*与负荷的频率调节效应与负荷的频率调节效应K KG G不同，发电机组的调差系数不同，发电机组的调差系数 或相应或相应的单位调节功率的单位调节功率K KG G是可以整定的。从公式（是可以整定的。从公式（5-85-8）和（）和（5-145-14）可见，）可见，调差系数的大小对频率偏移的影响很大，调差系数愈小（即单位调调差系
40、数的大小对频率偏移的影响很大，调差系数愈小（即单位调节功率愈大），频率偏移亦愈小。但是因受机组调速机构的限制，节功率愈大），频率偏移亦愈小。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。调差系数的调整范围是有限的。通常取汽轮发电机组：通常取汽轮发电机组： 水轮发电机组：水轮发电机组：(5-15); 7 .1625,06. 004. 0*GK2550,04. 002. 0*GK电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社5.2.3 5.2.3 电力系统的频率调整电力系统的频率调整 1. 1.频率的一次调整频率的一次调整 要确定电力系统的负荷变化引起的
41、频率波动，需要同时考要确定电力系统的负荷变化引起的频率波动，需要同时考虑负荷及发电机组两者的调节效应，先只考虑一台机组和一个虑负荷及发电机组两者的调节效应，先只考虑一台机组和一个负荷的情况。负荷和发电机组的静态频率特性如图负荷的情况。负荷和发电机组的静态频率特性如图5-75-7所示。所示。图图5-75-7电力系统等效机组的静态频率特性电力系统等效机组的静态频率特性电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社由图由图5-7可见，有可见，有0LGLGLGLSPACABB CPPKfKfKKfKf fPKKKLLGS0*fPKKKKLLGrSLNGNrPPK 式中
42、，式中，K Kr r为备用系数，表示发电机组额定容量与系统额定频率的总为备用系数，表示发电机组额定容量与系统额定频率的总有功负荷之比。若负载在有备用容量的情况下（有功负荷之比。若负载在有备用容量的情况下（KrKr1）将相应增）将相应增大系统的单位调节功率。大系统的单位调节功率。在公式（在公式（5-165-16）中）中K Ks s称为系统的功率称为系统的功率- -频率静特性系数，或系频率静特性系数，或系统的单位调节功率统的单位调节功率 (5-16)电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社v如果发电机组已经满载运行，即运行在图如果发电机组已经满载运行，即运行
43、在图5-35-3中发中发电机组的静态特性与纵轴平行的直线，在这一段电机组的静态特性与纵轴平行的直线，在这一段K KG G=0=0。当系统的负荷增加时，发电机已没有可调节。当系统的负荷增加时，发电机已没有可调节的容量，不能在增加输出了，只要靠频率下降后负的容量，不能在增加输出了，只要靠频率下降后负荷本身的调节效应的作用来取的新的平衡。这时，荷本身的调节效应的作用来取的新的平衡。这时，K KS S* *=K=KL L* *; ;由于由于K KL L* *的数值很小，负荷增加所引起的频的数值很小，负荷增加所引起的频率下降就相当严重了。由此可见，系统有功功率电率下降就相当严重了。由此可见，系统有功功率
44、电源的出力不仅应满足在额定频率下系统对有功功率源的出力不仅应满足在额定频率下系统对有功功率的需求，并且为了适应负荷增长，还应该有一定的的需求，并且为了适应负荷增长，还应该有一定的备用容量。备用容量。电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社2.互联系统的频率调整互联系统的频率调整频率的一次调整时由发电机组的调速器完成的对频率变化所频率的一次调整时由发电机组的调速器完成的对频率变化所进行的调整。需要同时考虑负荷及发电机组两者的调节效应。进行的调整。需要同时考虑负荷及发电机组两者的调节效应。在在n台装有调速器的机组并联运行时，可根据各机组的调差系台装有调速器的
45、机组并联运行时，可根据各机组的调差系数数 和单位调节功率算出其等效调差系数和单位调节功率算出其等效调差系数 ，或算出等效单，或算出等效单位调节功率位调节功率KG。当系统频率变动当系统频率变动f时，第时，第i台机组的输出功率增量为台机组的输出功率增量为fKPGiGi1,2,3,inn台机组输出功率总增量为台机组输出功率总增量为fKfKPPGniGiniGiGi11故故n台机组的等值单位调节功率为台机组的等值单位调节功率为niNGiNGiniGiGfPKKK1*1（5-205-20）电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社若把台机组用一台等值机来代表，利用关
46、系式（若把台机组用一台等值机来代表，利用关系式（5-155-15），并计），并计及式（及式（5-205-20），即求得等值单位调节功率的标幺值为），即求得等值单位调节功率的标幺值为GNniiGNGiGPPKK1*其倒数为等值调差系数其倒数为等值调差系数 niiiGNGNGPPK1*1式中式中P PGNiGNi，为第，为第i i台机组的额定功率；台机组的额定功率；P PGNGN为全系统为全系统n n台机组额定功台机组额定功率之和。率之和。（5-225-22）由此可见，由此可见，n台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的单位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。在输出功率变动值相同
47、的条件下，多台机组并列运行时调节功率。在输出功率变动值相同的条件下，多台机组并列运行时的频率变化比一台机组运行时的要小得多。的频率变化比一台机组运行时的要小得多。（5-215-21）1nGNGN iiPP电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社必须注意，在计算必须注意，在计算KG或或 时，如第台机组已满载运行，当负时，如第台机组已满载运行，当负荷增加时应取荷增加时应取KG=0或。或。 求出了求出了n台机组的等值调差系数和等值单位调节功率后，就台机组的等值调差系数和等值单位调节功率后，就可像一台机组时一样来分析频率的一次调整。利用式（可像一台机组时一样来分
48、析频率的一次调整。利用式（5-19）可算出负荷功率初始变化量引起的频率偏差。而各台机组所承可算出负荷功率初始变化量引起的频率偏差。而各台机组所承担的功率增量则为担的功率增量则为 NiGNiiGiGifPfffKP*1*iGiNGifPP由公式（由公式（5-245-24）可见，调差系数越小的机组增加的有功出力）可见，调差系数越小的机组增加的有功出力（相对本身额定功率值）就越多。（相对本身额定功率值）就越多。（5-235-23）（5-245-24）电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社2.2.频率的二次调整频率的二次调整v频率的二次调整是由调频电厂利用调频
49、器完成的频率的二次调整是由调频电厂利用调频器完成的对系统频率变化而进行的进一步调整，其作用是对系统频率变化而进行的进一步调整，其作用是将调频电厂的功率频率特性曲线左右平移。将调频电厂的功率频率特性曲线左右平移。v假定系统中只有一台等效发电机组向负荷供电，假定系统中只有一台等效发电机组向负荷供电，原始运行点为两条特性曲线原始运行点为两条特性曲线P PG G(f(f) )和和P PL L(f(f) )的交点的交点A A，系统的频率为，系统的频率为f fA A，如图，如图5-85-8所示。所示。电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社图图5-85-8频率二次调
50、整过程曲线频率二次调整过程曲线电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社电力系统分析（刘学军主编）机械工业出版社v系统的负荷增加系统的负荷增加P PL0L0后，系统负荷的静态特性曲线由后，系统负荷的静态特性曲线由P PL L(f(f) )变为变为 。系统等效机组必须立刻多发出有功功。系统等效机组必须立刻多发出有功功率率 PL0。机组功率从。机组功率从P PGAGA突然增加到突然增加到P PGDGD，而等效机组的，而等效机组的原动机输入机械功率仍然为原动机输入机械功率仍然为P PTATA=P=PGAGA, ,因此机组转速（频因此机组转速（频率）要下降，随着机组频率下降，机组转子储存的动能率）要下降
