電力系統(tǒng)有功功率平衡(電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析陳珩)

1、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電能相對于其他一、二次能源具有易于輸送的特點，尤其電能在遠(yuǎn)距離輸送 時，無論在經(jīng)濟(jì)性、安全性及損耗等方面都具有顯著優(yōu)勢， 這使其成為現(xiàn)代社會 最重要的能源類型之一。保證以及提高電能質(zhì)量是世界所有電力企業(yè)的共同目標(biāo)。 電能質(zhì)量的好壞一般由一系列電網(wǎng)運行狀態(tài)參數(shù)來衡量，衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)有頻率質(zhì)量、電壓質(zhì)量和波形質(zhì)量，分別以頻率偏移、電壓偏移和波形畸變率表示。 可見，電網(wǎng)頻率質(zhì)量是電能質(zhì)量中最重要的指標(biāo)之一。電網(wǎng)中絕大多數(shù)發(fā)電及用電設(shè)備均按照電網(wǎng)額定頻率生產(chǎn)制造，一般只能夠在較小的頻率偏差下正常使用。 當(dāng)頻率偏差較大時，電氣設(shè)備可能會出現(xiàn)低效乃至損壞等問題， 從而造成經(jīng)濟(jì)損 失甚

2、至人身安全事故。電網(wǎng)頻率與電網(wǎng)整體有功功率的平衡直接相關(guān)。若電網(wǎng)中的總發(fā)電功率大于 總負(fù)荷吸收功率，則電網(wǎng)頻率上升；反之則電網(wǎng)頻率下降。因此，保證電網(wǎng)頻率 質(zhì)量的問題，可轉(zhuǎn)化為保證電網(wǎng)整體有功功率平衡控制質(zhì)量的問題。由于在目前的技術(shù)條件下，電能尚無法實現(xiàn)大規(guī)模直接存儲，因此有功功率平衡質(zhì)量的保證 只能依賴于電能在發(fā)、輸、配、用各環(huán)節(jié)中實現(xiàn)實時功率平衡。在有功功率平衡 控制問題的研完中，一般將輸配電過程中的功率損耗看作等效負(fù)荷，因此，電網(wǎng)有功功率平衡控制問題主要是發(fā)電與用電的平衡控制。表面上看，電網(wǎng)的有功功率平衡控制問題似乎是十分簡單及清晰的，即電網(wǎng)中的發(fā)電功率與用電功率需要實時平衡。 然而，在

3、實際操作層面，即電網(wǎng)如何具 體且高質(zhì)量地實現(xiàn)實時的有功功率平衡卻較為復(fù)雜。有功功率平衡控制及其性能 評價作為互聯(lián)電網(wǎng)有功功率平衡控制問題中的一個環(huán)節(jié)，與其他環(huán)節(jié)間相互影響、相互制約，因此，必須首先對所究問題的背景及相關(guān)概念加以分析和梳理。1有功功率平衡和平率調(diào)節(jié)相關(guān)基本概念1.1 頻率頻率是電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的交流正弦電壓的頻率。 在穩(wěn)態(tài)運行條件 下，所有發(fā)電機(jī)同步運行，整個電力系統(tǒng)的頻率是相等的。并聯(lián)運行的每一臺發(fā) 電機(jī)組的轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率的關(guān)系為?=詈(1.1)60式中?為發(fā)電機(jī)頻率，Hz；?為發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的極對數(shù)；?為機(jī)組轉(zhuǎn)速，r/min 。系統(tǒng)頻率的變化是由于負(fù)荷功率與原動機(jī)輸入功率

4、之間失去平衡所致。 由于機(jī)械慣性的作用， 原動機(jī)輸入功率變化較緩慢， 負(fù)荷的變化使系統(tǒng)頻率產(chǎn)生波動。假如分離的區(qū)域沒有參與速度調(diào)節(jié)的旋轉(zhuǎn)備用， 則有三種因素會導(dǎo)致分離區(qū)域的系統(tǒng)頻率下降：(1) 過負(fù)荷的量( 即發(fā)電出力的缺額) ；(2) 作用于區(qū)域負(fù)荷的負(fù)荷阻尼系數(shù)；(3) 代表區(qū)域內(nèi)所有發(fā)電機(jī)總轉(zhuǎn)動慣量的慣性常數(shù)。由上式可知，要控制發(fā)電機(jī)頻率就得控制機(jī)組轉(zhuǎn)速。1.2 頻率質(zhì)量電網(wǎng)運行中使用 “頻率” 這一物理量來衡量電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)、 電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速的快慢。 凡是連接到同一電網(wǎng)上的發(fā)電設(shè)備及用電設(shè)備均是按照相同的同步轉(zhuǎn)速所設(shè)計和制造， 即只有在電網(wǎng)額定頻率下， 電氣設(shè)備才能達(dá)到最高的使用效率和最

5、長的設(shè)計壽命。 當(dāng)電網(wǎng)頻率高于或低于額定頻率超過一定限度時， 電氣設(shè)備的效率會開始下降；若頻率進(jìn)一步偏移，還有可能直接損害電氣設(shè)備。因此，電網(wǎng)的頻率質(zhì)量是電能質(zhì)量中最重要的指標(biāo)之一。頻率偏差有一定的允許范圍，我國國標(biāo)規(guī)定的頻率偏差范圍在土0.2HZ,而在現(xiàn)代大型互聯(lián)電網(wǎng)的實際運行中， 頻率偏差的控制目標(biāo)一般在土以內(nèi)。 以我國的額定頻率為基準(zhǔn)值進(jìn)行計算，土的控制偏差僅相當(dāng)于±的百分比偏差?？梢?，頻率偏差的允許波動范圍非常狹窄，因此，對電網(wǎng)頻率控制的要求相對較高。電力系統(tǒng)運行的特殊性在于， 電能的生產(chǎn)、 輸送、 分配和使用等環(huán)節(jié)瞬間完成， 即， 發(fā)電設(shè)備在任意時刻所生產(chǎn)的電能總和， 與該

6、時刻用電設(shè)備在系統(tǒng)中取用的電能和輸配過程中日勺電能損耗之和相等。另外，在目前的技術(shù)條件下，發(fā)電機(jī)輸出功率的調(diào)整還不能做到隨調(diào)隨到， 而高效率的大規(guī)模能量存儲還無法實現(xiàn)，因此， 運行中的頻率偏差控制問題復(fù)雜而難解。 根據(jù)能量守恒定律， 當(dāng)發(fā)電功率大于負(fù)荷吸收功率時， 所多余的功率將轉(zhuǎn)變?yōu)樗问降哪芰浚?除小部分轉(zhuǎn)化為熱能等， 最大的部分是轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)同步旋轉(zhuǎn)設(shè)備的旋轉(zhuǎn)動能。 此處的旋轉(zhuǎn)設(shè)備不僅包括發(fā)電機(jī)、電動機(jī)的轉(zhuǎn)子部分，還包括了與轉(zhuǎn)子物理連接的所有慣性元件。根據(jù)理論力學(xué)中旋轉(zhuǎn)動能的相關(guān)理論， 旋轉(zhuǎn)動能的數(shù)量與旋轉(zhuǎn)角速度的平方成正比，而電網(wǎng)運行中，同步旋轉(zhuǎn)角速度與電網(wǎng)運行頻率呈線性比例。因此，保

7、證電網(wǎng)頻率質(zhì)量就是保證電網(wǎng)內(nèi)發(fā)電功率與負(fù)荷吸收功率互相平衡的控制質(zhì)量。應(yīng)該明確的是， 電網(wǎng)頻率與有功功率平衡的關(guān)系是整個互聯(lián)電網(wǎng)層面上的關(guān)系，因此，單獨某一地區(qū)的有功功率的不平衡并不意味著電網(wǎng)頻率一定會變差。實際上， 只要保證整個互聯(lián)電網(wǎng)整體的發(fā)電與負(fù)荷功率平衡， 電網(wǎng)的頻率質(zhì)量就可以保證。 這一特性也是可以形成互聯(lián)電網(wǎng)電力市場的理論基礎(chǔ)之一： 電能多的地區(qū)可以多發(fā)電向其他地區(qū)售賣； 電源性能好的地區(qū)可以向其他地區(qū)提供有償?shù)妮o助調(diào)節(jié)服務(wù)，從而形成資源互補(bǔ)，提高電力系統(tǒng)運行品質(zhì)。1.3 有功功率平衡及其控制如上節(jié)所述， 電網(wǎng)頻率與電網(wǎng)整體有功功率平衡相關(guān)， 因此， 嚴(yán)格意義來說，電網(wǎng)頻率質(zhì)量與電

8、網(wǎng)運行中所有涉及有功功率的環(huán)節(jié)有關(guān)。 按照時間尺度， 可大致劃分為以下三個主要環(huán)節(jié)：（ 1）電網(wǎng)規(guī)劃。主要指電廠規(guī)劃、選址以及建設(shè)等，電氣上對應(yīng)電源的電氣位置和發(fā)電容量，其時間尺度以年為單位。（ 2）發(fā)電計劃。包括電量計劃、功率計劃、檢修計劃等，電氣上對應(yīng)于電源的接入或退出，及其輸出功率的數(shù)量，依照時間尺度，從日前計劃到年度計劃。（ 3）實時頻率調(diào)節(jié)。包括頻率的一次、二次以及三次調(diào)節(jié)，電氣上對應(yīng)于電源輸出功率數(shù)量上的調(diào)整， 時間尺度是在有功功率不平衡事件發(fā)生后數(shù)秒至數(shù)十分鐘。有功功率平衡控制這一概念， 通常不包含事前的計劃部分， 而僅指實時頻率調(diào)節(jié)， 在獨立電網(wǎng)與互聯(lián)電網(wǎng)中， 這一概念的含義又

9、略有不同。 在獨立電網(wǎng)中有功功率平衡控制包含了所有的頻率調(diào)節(jié)手段， 主要是頻率的一次、 二次以及三次調(diào)節(jié)；在互聯(lián)電網(wǎng)中，有功功率平衡控制的主體為控制區(qū)域，區(qū)域的一次、二次以及三次調(diào)節(jié)在功能上與獨立電網(wǎng)相比均有所變化， 此時， 互聯(lián)電網(wǎng)中的有功功率平衡控制更多地是專指控制區(qū)域二次調(diào)節(jié)中的自動發(fā)電控制 （AutomaticGeneration Control 簡稱AGC。）現(xiàn)代電力網(wǎng)絡(luò)控制的一個重要方法是自動發(fā)電控制， 它是一種在允許的調(diào)節(jié)偏差閾值下對頻率進(jìn)行實時追蹤， 從而及時調(diào)整發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速和輸出功率。著電力系統(tǒng)遠(yuǎn)動技術(shù)的成熟和廣泛應(yīng)用，自動發(fā)電控制 (Automatic Generatio

10、nControl , AGCH成為現(xiàn)代電網(wǎng)控制的一項重要手段，是在電網(wǎng)調(diào)度自動化能量管理系統(tǒng)與發(fā)電機(jī)組協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)間閉環(huán)控制的一種先進(jìn)的技術(shù)手段。 英國、 挪威和美國已對電力庫模式和雙邊合同模式下頻率控制服務(wù)，尤其是 AGC的供應(yīng)以及其市場運作有了一定的實踐經(jīng)驗， 但大多數(shù)國家仍處在理論探討與局部試點之中。 目前我國電力市場對這個課題的研究還未深入進(jìn)行， 還需要在該領(lǐng)域作進(jìn)一步的探索研究，以滿足我國電力工業(yè)市場化改革對頻率控制市場化的要求。2. 頻率調(diào)節(jié)的必要性衡量電能質(zhì)量的指標(biāo)是頻率和電壓的偏移， 頻率偏移以赫茲表示， 我國規(guī)定電力系統(tǒng)額定頻率為50Hz,允許的波動范圍為土 0.20.5Hz

11、。允許頻率偏移的大小反映了一個國家工業(yè)發(fā)展水平， 這與電力系統(tǒng)管理與運行水平有關(guān)。 電壓偏移以百分?jǐn)?shù)表示， 允許的波動范圍為±5%。 電力系統(tǒng)的頻率變動對用戶、 發(fā)電廠和電力系統(tǒng)本身都會產(chǎn)生不利影響,所以必須保持頻率在額定值50Hz上下，且偏移不超過一定范圍。電力系統(tǒng)頻率變動時，對用戶的影響有：用戶使用的電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率有關(guān)。 頻率變化將引起電動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，從而影響產(chǎn)品質(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)殘次品。 近代工業(yè)、 國防和科學(xué)技術(shù)都已廣泛使用電子設(shè)備， 系統(tǒng)頻率的不穩(wěn)定將會影響電子設(shè)備的工作。 雷達(dá)、 電子計算機(jī)等重要設(shè)施將因頻率過低而無法運行。頻率

12、變動對發(fā)電廠和系統(tǒng)本身也有影響：火力發(fā)電廠的主要廠用機(jī)械風(fēng)帆和泵， 在頻率降低時， 所能供應(yīng)的風(fēng)量和水量將迅速減少，影響鍋爐的正常運行。低頻率運行還將增加汽輪機(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。低頻率運行時， 發(fā)電機(jī)的通風(fēng)量將減少， 而為了維持正常電壓， 又要求增加勵磁電流， 以致使發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的溫升都將增加。 為了不超越溫升限額， 不得不降低發(fā)電機(jī)所發(fā)功率。低頻率運行時， 由于磁通密度的增大， 變壓器的鐵芯損耗和勵磁電流都將增大。也為了不超越溫升限額，不得不降低變壓器的負(fù)荷。頻率降低時，系統(tǒng)中的無功功率負(fù)荷將增加，而無功功率負(fù)荷的增大又將促 使系統(tǒng)電壓水

13、平的下降。總之。由于所有設(shè)備都是按系統(tǒng)額定頻率設(shè)計的， 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，甚至?xí)拐麄€系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電。由于負(fù)荷變化將導(dǎo)致系統(tǒng)頻率的偏移， 頻率變化超出允許范圍時，對用電設(shè) 備的正常工作和電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運行， 都會產(chǎn)生影響，甚至造成事故。因此應(yīng)對 發(fā)電功率做相應(yīng)的調(diào)整，以使系統(tǒng)在要求的頻率水平達(dá)到新的平衡，電力系統(tǒng)的 有功功率和頻率調(diào)整大體上也可分為一次、二次、三次調(diào)整三種，如圖 1所示。 對第一種負(fù)荷變動引起的頻率偏移，由發(fā)電機(jī)組調(diào)速器進(jìn)行調(diào)整，稱為頻率的一 次調(diào)整；第二種負(fù)荷變動引起的頻率偏移， 由發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻器進(jìn)行調(diào)整，稱為 頻率的二次調(diào)整；對第

14、三種負(fù)荷變化，必須根據(jù)預(yù)測的負(fù)荷曲線，按優(yōu)化原則在 各廠（機(jī)組）問進(jìn)行經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配，也稱為三次調(diào)整。近年來，由于普遍缺電，負(fù)荷變動頻率圖2-1調(diào)頻任務(wù)的分配在技術(shù)上還不夠成熟。3.自動調(diào)速系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)特性調(diào)整系統(tǒng)頻率的主要手段是發(fā)電機(jī)組原動機(jī)的自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速系統(tǒng)， 或簡稱自 動調(diào)速系統(tǒng)，特別是其中的調(diào)速器和調(diào)頻器（又稱同步器）。以下，就從自動調(diào)速 系統(tǒng)的作用開始，討論頻率調(diào)整。自動調(diào)速系統(tǒng)的種類很多，以下介紹的是一種 相當(dāng)原始的機(jī)械調(diào)速系統(tǒng)一離心飛擺式。這種調(diào)速系統(tǒng)比較直觀，但它的調(diào)節(jié)機(jī)在我國出現(xiàn)了與上述一次、二次、三 次調(diào)整迥然不同的另一種調(diào)整手段， 稱負(fù)荷控制。所謂負(fù)荷控制是指個別 負(fù)荷大量

15、或長時間超計劃用電以致影 響系統(tǒng)運行質(zhì)量時，由系統(tǒng)運行管理 部門在遠(yuǎn)方將其部分或全部切除的控 制方式。這顯然是一種不得已而采用 的控制方式，鑒于這種控制方式目前理又和新型調(diào)速系統(tǒng)（如電液式調(diào)速系統(tǒng)）沒有很大差別圖2-2離心飛擺式調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速器的飛擺由套筒帶動轉(zhuǎn)動，套簡則為原動機(jī)的主鈾所帶動。單機(jī)運行時， 因機(jī)組負(fù)荷的增大，轉(zhuǎn)速下降，飛擺由于離心力的減小，在彈簧的作用下向轉(zhuǎn)軸 靠攏，使A點向下移動到A''。但因油動機(jī)活塞兩邊油壓相等，B點不動，結(jié)果 使杠桿AB繞B點逆時針轉(zhuǎn)動到A''B。在調(diào)頻器不動作的情況下，D點也不動， 因而在A點下降到A''時

16、，杠桿D或D點順時針轉(zhuǎn)動到DE',E點向下移動到E'。 錯油門活塞向下移動，使油管 a、b的小孔開啟，壓力油經(jīng)油管b進(jìn)入油動機(jī)活 塞下部，而活塞上部的油則經(jīng)油管a經(jīng)錯油門上部小孔溢出。在油壓作用下，油 動機(jī)活塞向上移動，使汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)汽門或水輪機(jī)的導(dǎo)向葉片開度增大，增加進(jìn)汽量或進(jìn)水量。與油動機(jī)活塞上升的同時，杠桿 AB繞A點逆時針轉(zhuǎn)動，將連結(jié)點 C從而錯 油門活塞提升，使油管a、b的小孔重新堵住。油動機(jī)活塞又處于上下相等的油 壓下，停止移動。由于進(jìn)汽或進(jìn)水量的增加，機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，A點從A''回升到A'。調(diào)節(jié)過程結(jié)束。這時杠桿 AB的位置為A'CB

17、'o分析杠析AB的位置可見，杠 桿上C點的位置和原來相同，因機(jī)組轉(zhuǎn)速穩(wěn)定后錯油門活塞的位置應(yīng)恢復(fù)原狀； B'位置較B高，A'的位置較A略低；相應(yīng)的進(jìn)汽或進(jìn)水量較原來多， 機(jī)組轉(zhuǎn)速較 原來略低。這就是頻率的“一次調(diào)整”作用。 對應(yīng)負(fù)荷的增大，發(fā)電機(jī)輸出功率 增加，頻率略低于原來值；如果負(fù)荷降低，調(diào)速器調(diào)整作用將使輸出功率減小， 頻率略高于原來值。這就是頻率的一次調(diào)整，頻率的一次調(diào)整由調(diào)速器自動完成 的。調(diào)整的結(jié)果，頻率不能回到原來值，因此一次調(diào)整為有差調(diào)節(jié)。為使負(fù)荷增加后機(jī)組轉(zhuǎn)速仍能維持原始轉(zhuǎn)速，要求有“二次調(diào)整”?！岸握{(diào)整”是借調(diào)頻器完成的。調(diào)頻器轉(zhuǎn)動蝸輪、蝸桿，將D

18、 點抬高。 D 點上升時，杠桿DE繞F點順時針轉(zhuǎn)動，錯油門再次向下移動，開啟小孔。在油壓作用下，油動機(jī)活塞再次向上移動， 進(jìn)一步增加進(jìn)汽或進(jìn)水量。 機(jī)組轉(zhuǎn)速上升， 離心飛擺使A點由A'向上升。而在油動機(jī)活塞向上移動時，杠桿 AB又繞A逆時針轉(zhuǎn)動， 帶動C、F、E點向上移動，再次堵塞錯油門小孔，再次結(jié)束調(diào)節(jié)過程。如 D點的 位移選擇得恰當(dāng)， A 點就有可能回到原來位置。 這就是頻率的“二次調(diào)整”作用。由于調(diào)整的結(jié)果，頻率能回到原來值，因此二次調(diào)整為無差調(diào)節(jié)。4 . 電源有功功率的靜態(tài)頻率特性電源有功功率靜態(tài)頻率特性通?？梢岳斫鉃榫褪前l(fā)電機(jī)中原動機(jī)機(jī)械功率的靜態(tài)頻率特性。 原動機(jī)未配置自動

19、調(diào)速時， 其機(jī)械功率與角速度或頻率的關(guān)系： ? = ?1 ?- ?2?2 = ?1?- ?2 ?2式中各變量都是標(biāo)幺值；?1?、 ?2為常數(shù)，而且通常?1?= 2?2??？勺魅缦吕斫猓?機(jī)組轉(zhuǎn)速很小時， 即使蒸汽或水在它葉輪上施加很大轉(zhuǎn)矩， 它的功率輸出仍很小， 因功率為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的乘積； 機(jī)組轉(zhuǎn)速很大時， 由于進(jìn)汽或進(jìn)水速度很難跟上葉輪速度，它們在葉輪上施加的轉(zhuǎn)矩很小，功率輸出仍然很??；只有在額定條件下，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都適中，它們的乘積最大，功率輸出最大。調(diào)速系統(tǒng)中調(diào)頻器的二次調(diào)整作用在于： 原動機(jī)的負(fù)荷改變時， 手動或自動地操作調(diào)頻器， 使有一次調(diào)整的靜態(tài)頻率特性曲線平行移動， 有調(diào)頻器的二次

20、調(diào) 整后， 原動機(jī)的運行點就從一根僅有一次調(diào)整的靜態(tài)頻率特性曲線過渡到另一根曲線。5 .頻率的一次調(diào)整負(fù)荷及發(fā)電機(jī)組的有功功率一頻率靜態(tài)特性已知時, 分析頻率的一次調(diào)整并不困難 。為此，可先設(shè)系統(tǒng)中僅有一臺發(fā)電機(jī)組和一個綜合負(fù)荷，他們的靜 態(tài)頻率特性分別如圖 2-3 （ a） （ b） 。這些特性曲線都已近似以直線替代。hi /o(b)綜合負(fù)荷(a)發(fā)電機(jī)組原動機(jī)圖2-3靜態(tài)頻率特性這些代表頻率特性的直線有各自的斜率。 發(fā)電機(jī)組原動機(jī)或電源頻率特性的斜率為?= -?？?稱為發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率，以MW/HZE MW/(0.1Hz)為單位。它的標(biāo)幺值則Kg*產(chǎn)f Kg fN/PGN PGN f發(fā)

21、電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率標(biāo)志了隨頻率的升降發(fā)電機(jī)組發(fā)出功率較少或增加的多少。這個單位調(diào)節(jié)功率和機(jī)組的調(diào)差系數(shù)互為倒數(shù)。因機(jī)組的調(diào)差系數(shù)?- ?- ?否?" 0?以百分?jǐn)?shù)表示則為k 0/ 一(T /o =?- ?X100 =” X100?從而有KgPGN fN ,100 %Kg汽輪機(jī)組% 3: 5或Kg* 33.3 : 20100調(diào)差系數(shù) 或與之對應(yīng)的發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率是可以整定的，一般整定為:水輪機(jī)組% 2: 4或KG50 : 25而電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整問題主要與這個調(diào)差系數(shù)或與之對應(yīng)的發(fā)電機(jī)的單 位調(diào)節(jié)功率有關(guān)。綜合負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性KlPl/ f稱為負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率，也以 MW/

22、HZE MW/(0.1Hz)為單位。它的標(biāo)幺值則 是KlRf NPln fK_fN /PLN負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率標(biāo)志了隨頻率的升降負(fù)荷消耗功率增加或較少的多少。它的標(biāo)幺值在數(shù)值上就等于額定條件下負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)。 所謂負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)系指一定頻率下負(fù)荷隨頻率變化的變化率dPL*df*Pl*/f*K L*顯然，負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率不能整定。電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率Kl*大致為1.5。發(fā)電機(jī)組原動機(jī)的頻率特性和負(fù)荷頻率特性的交點就是系統(tǒng)的原始運行點。設(shè)負(fù)荷突然增加 P.o ,則由于負(fù)荷突增時發(fā)電機(jī)功率不能即使隨之變動，機(jī)組 將減速，系統(tǒng)頻率將下降。而在系統(tǒng)頻率下降的同時，發(fā)電機(jī)組的功率將

23、因它的 調(diào)速器的一次調(diào)整作用而增大，負(fù)荷的功率將因本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少。 前者沿 原動機(jī)的頻率特性向上增加，后者沿負(fù)荷的頻率特性向下減少，經(jīng)過一個衰減的 振蕩過程抵達(dá)一個新的平衡點。P.o(Kg Kl) f或Plo/ f Kg Kl KsKS稱為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，也以 MW/H或MW/(0.1Hz)為單位。系統(tǒng)的單位調(diào) 節(jié)功率也可以用標(biāo)幺值來表示。以標(biāo)幺值表示時的基準(zhǔn)功率通常就取系統(tǒng)原始運行狀態(tài)下的總負(fù)荷。 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， 在原動機(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少。因此，從這個系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率Ks可求取在允許的頻率偏移范圍內(nèi)系統(tǒng)能

24、承受多少負(fù)荷增減。可見，系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率取決于兩個方面，即發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率和負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率。 因為負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率不可調(diào)， 要控制、 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率只能從控制、調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率或調(diào)速器的調(diào)差系統(tǒng)入手?？磥碇饕獙⒄{(diào)差系數(shù)整定得小些或發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率整定得大些就可以保證頻率質(zhì)量。 但從實際上， 系統(tǒng)中不止一臺發(fā)電機(jī)組， 調(diào)差系統(tǒng)不能整定得過小。 如某臺機(jī)組已經(jīng)滿載， 可認(rèn)為該機(jī)組已不能參加調(diào)整， 它的調(diào)差系數(shù)無窮大。系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率Ks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)荷變動引起的頻率偏移。 負(fù)荷變動周期更長、 幅度更大的調(diào)頻

25、任務(wù)自然落到了二次調(diào)整上。6 .頻率的二次調(diào)整頻率的二次調(diào)整就是手動或自動地操作調(diào)頻器使發(fā)電機(jī)的頻率特性平行地上下移動， 從而使負(fù)荷變動引起的頻率偏移可保持在允許范圍內(nèi)。 在一次調(diào)整的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次調(diào)整就是在負(fù)荷變動引起的頻率下降越出允許范圍時， 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。只進(jìn)行一次調(diào)整時，負(fù)荷的增量PLO 可分解為兩部分：一部分是因調(diào)速器的調(diào)整作用而增大的發(fā)電機(jī)組功率 KG f ' ，另一部分是因負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少的負(fù)荷功率KL f ' 。不僅進(jìn)行一次調(diào)整而且進(jìn)行二次調(diào)整時，這個負(fù)荷增量PLO 可分解為三個部分：一部分是由于進(jìn)行了二次調(diào)整，

26、發(fā)電機(jī)組增發(fā)的功率 PGO ；另一部分仍是由于調(diào)速器的調(diào)整而增發(fā)的發(fā)電機(jī)功率KG f '' ；第三部分仍是由于負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少的負(fù)荷功率KL f'' 。則：PloPgo(KgKl) fPloPsoKg Kl Ks如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f 。，亦即實現(xiàn)了所謂的無差調(diào)節(jié)。進(jìn)行二次調(diào)整時，系統(tǒng)中負(fù)荷的增減基本上要靠調(diào)頻機(jī)組或調(diào)頻廠承擔(dān)。雖 可適當(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)頻機(jī)組或調(diào)頻廠的負(fù)擔(dān)，但數(shù)值畢竟有限。這就使調(diào)頻廠的功率變動幅度遠(yuǎn)大于其他電廠。如調(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

27、統(tǒng)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)整頻率的同時控制聯(lián)絡(luò)線上流通功率的問題。圖中Ka，Kb分別為聯(lián)合前A B兩系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率。設(shè)A、B兩系統(tǒng)中都設(shè)有二次調(diào)整的電廠，它們的功率變量分別為Pga，Pgb； A B兩系統(tǒng)的負(fù)荷變量則分別為Pla，Plb 。設(shè)聯(lián)合線上的交換功率 Pab ，由A流向B為正值。聯(lián)合前,對A系統(tǒng)PlaPgaKa fa對B系統(tǒng)Plb馬bKb fB聯(lián)合后，通過聯(lián)絡(luò)線A流向B的交流功率，對A來說，可以看做一個負(fù)荷P LAPABPGA KA fA對B來說，這交換功率看做一個電源PlbPGBKB fB聯(lián)合后，系統(tǒng)頻率一致,fAfB f 可得,(Pla

28、Pga )( PlbPgb)(KA KB) f(Pla%) ( Plb(KA KB)PGB )代入上式,PABKA( PLBPKB(P-APGAPKA KB令：PLAPGaPa，PlbPgbPbPa, Pb分別為兩系統(tǒng)的功率缺額，則:PaPb(KA KB)KA PbKB PaKA KB可見，聯(lián)合系統(tǒng)頻率的變化取決于這系統(tǒng)總的功率缺額和總的系統(tǒng)單位調(diào)節(jié) 功率。這理應(yīng)如此，因兩系統(tǒng)聯(lián)合后，應(yīng)看做一個系統(tǒng)。且如 A系統(tǒng)沒有功率缺 額，即Pa 0,則聯(lián)絡(luò)線由A流向B的功率要增大；而如果B系統(tǒng)的功率缺額完全由A系統(tǒng)增發(fā)的功率所抵償，即PbPa，則f 0, Pab PbPao這種情況下，雖可保持系統(tǒng)頻率不

29、變，B系統(tǒng)的功率缺額 PB或A系統(tǒng)增發(fā)的功率 Pa卻要如數(shù)通過聯(lián)絡(luò)線由A流向B傳輸。這就是調(diào)頻廠設(shè)在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心 而且要實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)的情況。例2-1兩系統(tǒng)由聯(lián)絡(luò)線聯(lián)結(jié)為一聯(lián)合系統(tǒng)。正常運行時，聯(lián)絡(luò)線上沒有交換功率流通。兩系統(tǒng)的容量分別為1500MW口 1000MWV各自的單位調(diào)節(jié)功率（分別以兩系統(tǒng)容量為基準(zhǔn)的標(biāo)么值）示于下圖，設(shè) A系統(tǒng)負(fù)荷增加100MWV試計算下列情況 下的頻率變量和聯(lián)絡(luò)線上流過的交換功率：（1） A、B兩系統(tǒng)機(jī)組都參與一次調(diào)頻；(2) A、B兩系統(tǒng)機(jī)組都不參與一次調(diào)頻；(3) B系統(tǒng)機(jī)組不參與一次調(diào)頻； (4) A系統(tǒng)機(jī)組不參與一次調(diào)頻；(5)A、B兩系統(tǒng)機(jī)組都參與一、二次

30、調(diào)頻，A、B兩系統(tǒng)都增發(fā)50MWV(6) A B兩系統(tǒng)機(jī)組都參與一次調(diào)頻，A系統(tǒng)機(jī)組都參與 二次調(diào)頻并增發(fā)60MW (7) A、B兩系統(tǒng)機(jī)組都參與一次調(diào)頻，B系統(tǒng)機(jī)組都參 與二次調(diào)頻并增發(fā)60MW (8) A系統(tǒng)所有機(jī)組都參與一次調(diào)頻， 并有部分機(jī)組參 與二次調(diào)頻，增發(fā)60MW B系統(tǒng)一半機(jī)組參與一次調(diào)頻，另一半機(jī)組為負(fù)荷限制 器所限制，不參與調(diào)頻。1500MW1000MW圖2-4兩個系統(tǒng)的聯(lián)合解：將以標(biāo)么值表示的單位調(diào)節(jié)功率折算為有名值?= 25""?=?<=20 ?=?癡=1.5? =1.31500X-50- = 750 (MW/Hz )1000X-50- = 4

31、00 (MW/Hz )1500X= 45 (MW/Hz )501000X= 26 ( MW/Hz )50(1)兩系統(tǒng)都參加一次調(diào)頻時?= ?= ?= 0; ?= 100?; ?= ?+ ?= 795?/Hz;?= ?+ ?= 426?/?= 100?; ?= 00?=?=?+ ?100-= - 7957726 = -0.082(?)?- ?-426 X100?+?= - 126=例？)這種情況正常，頻率下降不多，通過聯(lián)絡(luò)線由 B向A輸送的功率也不大。(2)A、B兩系統(tǒng)機(jī)組都不參與一次調(diào)頻時?=?=?=0； ?=100?；?=?=0;?=?=45?/?= ?= 26?/?= 100? ?= 00

32、?+ ?= - = ?+ ?- ?= -?+ ?100 =-1.41(?)45 + 26')-26 X10015TT = -36.6(?)這種情況最嚴(yán)重，發(fā)生在 A、B兩系統(tǒng)的機(jī)組都已滿載，調(diào)速器受負(fù)荷限制 器的限制已無法調(diào)整，只能依靠負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)。這時，系統(tǒng)頻率質(zhì)量已無 法保證。(3) B系統(tǒng)機(jī)組不參與一次調(diào)頻時?= ?= ?= 0; ?= 100?; ?= 750?/Hz ; ?= 0; ? =?+ ?= 795?/Hz; ?= ?= 26?/?= 100?; ?= 0。?+ ?100?=-?+-?= - 79576 =-0.122(?)?- ?-26 X100"一

33、?+?= - 15TT = -3.17(?)3.17MW。這種情況說明，由于B系統(tǒng)機(jī)組不參加調(diào)頻，A系統(tǒng)的功率缺額主要由該系 統(tǒng)本身機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行一次調(diào)頻加以補(bǔ)充。B系統(tǒng)所能供應(yīng)的，實際上只是由于聯(lián)合系統(tǒng)頻率略有下降，它的負(fù)荷略有減少，使該系統(tǒng)略有富裕的(4) A系統(tǒng)機(jī)組不參與一次調(diào)頻時?= ?= ?= 0; ?= 100?; ?= 0; ?= 400M?/Hz; ?= ?= 45?/?= ?+ ?= 426?/?= 100? ?= 00?+ ?= ?- = ?+ ?- ?= -?+ ?1004576 = -0.212(?)-426 X100-15T72T = -90.5(?)這種情況說明，

34、由于A系統(tǒng)機(jī)組不參加調(diào)頻，A系統(tǒng)的功率缺額主要由B系 統(tǒng)供應(yīng)，以致聯(lián)絡(luò)線上要流過可能會超過限額的大量交換功率。(5) A B兩系統(tǒng)機(jī)組都參與一、二次調(diào)頻，A、B兩系統(tǒng)都增發(fā)50MW寸?= ?= 50MW; ?= 100? ?= 0; ?= ?+ ?=795?/? = ?+ ?= 426?/? = 100 - 50 = 50?= -50MW 。?=-?=?-?+ ?_ _ _ _ = ,?+ ?795?+ ?50- 50795f = 0(?)X (-50 ) - 426 X 50=-50(?)795 + 426這種情況說明，由于進(jìn)行了二次調(diào)頻，發(fā)電機(jī)增發(fā)的總和與負(fù)荷增量平衡，系統(tǒng)頻率無偏移，B系

35、統(tǒng)增發(fā)的功率全部通過聯(lián)絡(luò)線輸往 A系統(tǒng)。(6)A、B兩系統(tǒng)機(jī)組都參與一次調(diào)頻，A系統(tǒng)機(jī)組都參與二次調(diào)頻并增發(fā) 60MW 時?= 60MW, ?= 0； ?戶 100?； ?= 0; ?= ?+ ?=795?/? = ?+ ?= 426?/? = 100 - 60 = 40? ?= 00?展?=-這種情況說較理想,?+ ?40- 795Tl26 = -0.0328(?)?- ?-426 X40?+ ?= - 795 + 426 = -14(?)頻率偏移很小，通過聯(lián)絡(luò)線由B系統(tǒng)輸往A系統(tǒng)的交換功率也較小。(7) A、B兩系統(tǒng)機(jī)組都參與一次調(diào)頻，B系統(tǒng)機(jī)組都參與二次調(diào)頻并增發(fā) 60MW 時?= 0,

36、 ?= 60MW; ?= 100?； ?= 0; ?= ?+ ?=795?/?= ?+ ?= 426?/?= 100?; ? =-60?。?+ ?=-一 ?+ ?100 - 60 =-0.0328(?)795 + 426')?=-?- ?+ ?795 X(-60 ) - 426 X100795 + 426=-74(?)這種情況與上一種情況相比，頻率偏移相同，因聯(lián)合系統(tǒng)的功率缺額都是40MW。聯(lián)絡(luò)線上流過的交換功率中增加了 B系統(tǒng)由于有部分機(jī)組進(jìn)行二次調(diào)頻 而增發(fā)的60MW。聯(lián)絡(luò)線上傳輸大量交換功率是不希望發(fā)生的。(8) A系統(tǒng)所有機(jī)組都參與一次調(diào)頻，并有部分機(jī)組參與二次調(diào)頻，增發(fā)60MW B 系統(tǒng)一半機(jī)組參與一次調(diào)頻時?= 60MW; ?= 100? , ?= 0 ; ?= 0; ?= ?+ ?=226?/? ? = 100 - 60 = 40?; 1 _795?/? ? = 2 ?+ ?=?= 00?+ ?= - ?-=- ?+ ?- ?=?+ ?40=-0.0391(?)795 + 226-226 X 40=- 795726 = -8.85(?)這種情況說明，由于系統(tǒng)中有一半機(jī)組不能參加調(diào)頻，頻率的偏移將增大，單也正由于有一半機(jī)組不能參加調(diào)頻，通過聯(lián)絡(luò)線又B系統(tǒng)