电力系统的频率特性

第一节电力系统的频率特性一.电力系统频率和有功功率自动调节的主要任务及时地调整发电机的出力,使系统的有功功率保持平衡,维持系统频率在允许的范围内,并使系统负荷在同步发电机之间实现最优经济分配。1.电力系统中负荷的功率频率特性（负荷的静态频率特性）当系统频率变化时,整个系统的负荷功率PL也要随之改变,即PL=F(f)这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率—频率特性，是负荷的静态频率特性，也称作负荷的调节效应。负荷的功率—频率特性一般可表示为neleneleeleelelelffPaffPaffPaffPaPaP＋332210（3-2）式中fe—额定频率Pl—系统频率为f时，整个系统的有功负荷Ple—系统频率为额定值fe时，整个系统的有功负荷aaan10,,—为上述各类负荷占Ple的比例系数第一节电力系统的频率特性将上式除以Ple，则得标么值形式，即nnlfafafaaP*2*2*10*第一节电力系统的频率特性PLPLbPLafafbfboa图3-2负荷的静态频率特性95.097.099.001.103.198.002.196.000.105.195.090.000.110.1fPL图3-3有功负荷的静态频率特性2.负荷调节效应系统频率变化时,总负荷吸收的有功功率也随之变化：即当频率下降时,总负荷吸收的有功功率随之下降,如果系统频率升高,总负荷吸收的有功功率随之增大。3.负荷调节效应系数通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，如忽略其影响，并将上式（3-3）对频率微分，得LLKfafaadfdP232132或写成：NLNLLLLffPPfPfPK//%%*****LK称为负荷的调节效应系数。第一节电力系统的频率特性说明：1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。2）称LK为负荷的频率调节效应系数。3）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与频率的关系曲线可近似地视为具有不变斜率的直线。这斜率即为LK。4）LK表明系统频率变化1%时，负荷功率变化的百分数。5）对于不同的电力系统，LK值也不相同。一般LK=1~3。即使是同一系统的LK，也随季度及昼夜交替导致负荷组成的改变而变化。第一节电力系统的频率特性例3-1某电力系统中，与频率无关的负荷占30％，与频率一次方成比例的负荷占40％，与频率二次方成比例的负荷占10％，与频率三次方成比例的负荷占20％。求系统频率由50Hz下降到47Hz时，负荷功率变化的百分数及其相应的值。第一节电力系统的频率特性解由（3-3）式可求出当频率下降到47Hz时系统的负荷为nnlfafafaaP*2*2*10*3294.02.094.01.094.04.03.0930.0166.0088.0376.03.0则7100)930.01(%LP于是17.167%%*fPKLL第一节电力系统的频率特性例3-2某电力系统总有功负荷为3200MW（包括电网的有功损耗），系统的频率为50Hz，若5.1*KL，求负荷频率调节效应系数KL值。解：965032005.1*eleLLfPKK（MW/Hz）若系统的KL*值不变，负荷增长到3650MW时，则5.1095036505.1KL（MW/Hz）即频率降低1Hz，系统负荷减少l09.5MW，由此可知，KL的数值与系统的负荷大小有关。第一节电力系统的频率特性二、发电机组的功率—频率特性a)发电机组转速的调整是由原动机的调速系统来实现的。b)通常把由于频率变化而引起发电机组输出功率变化的关系称为发电机组的功率—频率特性或调节特性。c)发电机组的功率—频率特性取决于调速系统的特性。第一节电力系统的频率特性（一）调速器第一节电力系统的频率特性测量，放大，执行等组成。控制汽门(或导水叶)的开度，以控制进入原动机的动力元素。调速系统示意图（二）调速系统静态特性（有差调节特性）在稳态下，配有调速器的发电机组转速n与所带有功功率P的关系。同步发电机的频率调差系数RPfRG负号表示发电机输出功率的变化和频率的变化符号相反。调差系数R的标幺值表示为PfPPffRGGeGee***或写成0***GPRf上式又称为发电机组的静态调节方程。ofef1PGaPGbPGPGfabf图3-5发电机组的功率—频率特性第一节电力系统的频率特性在计算功率与频率的关系时，常常采用调差系数的倒数，***1fPRKGGKG*——发电机的功率-频率特性系数，或原动机的单位调节功率。一般发电机的调差系数或单位调节功率，可采用下列数值：对汽轮发电机组)%6~4(*R或25~6.16*KG；对水轮发电机组)%4~2(*R或50~25*KG。第一节电力系统的频率特性（三）调差特性与机组间有功功率分配的关系曲线①代表1号发电机组的调节特性。曲线②代表2号发电机组的调节特性。系统频率为fe：线段CB的长度所示系统总负荷PL。1号机承担的负荷为P1，2号机承担的负荷为P2，于是有PPPL21第一节电力系统的频率特性系统频率稳定在f1：1号机组的负荷增加了P12号机组的负荷增加了P2两台机组增量之和等于PL可得RRPP*1*2*2*1此式表明：在发电机组间的功率分配与机组的调差系数成反比。12P2P'2P2P1oP'1PP'P2PLP1f1fefABC图3-6两台发电机并联运行情况第一节电力系统的频率特性（四）调节特性的失灵区由于测量元件的不灵敏性，对微小的转速变化不能反应，调速器具有一定的失灵区，因而调节特性实际上是一条具有一定宽度的带子。不灵敏区的宽度可以用失灵度来描述，即ffeW式中fW—调速器的最大频率呆滞有失灵区产生的分配功率上的误差为（用标幺值表示）：RPW第一节电力系统的频率特性1）PW*与失灵度成正比，而与调差系数R*成反比。过小的调差系数将会引起较大的功率分配误差，所以R*不能太小。2）如果不灵敏区太小或完全没有，那么当系统频率发生微小波动时，调速器也要调节，这样会使阀门的调节过分频繁。图3-7调速器的不灵敏区oPWPWPePfWfWffea第一节电力系统的频率特性三、电力系统的频率特性发电机组的功率—频率特性与负荷的功率、频率特性曲线的交点就是电力系统频率的稳定运行点。图3-8电力系统的功率—频率关系及频率特性(a)电力系统功率—频率关系；(b)电力系统频率特性发电机组负荷PLfPGPT)(aPLPL2PL1PLPL2PL1Pf2feff3abcd)(b)(ffPL)(1ffPL第一节电力系统的频率特性a点：ef，PLb点：负荷增加PL，负荷静态频率特性变为PL1，无调速器，频率稳定值下降到f3，取用功率仍然为原来的PL值c点：调速器一次调节，增加机组的输入功率PT。频率稳定在2fd点：调频器二次调节，增加机组的输入功率PT。频率稳定在ef第一节电力系统的频率特性第一节电力系统的频率特性小结负荷吸收的有功功率随频率而改变的特性称为负荷的功率频率特性，也称为负荷的静态频率特性，这是负荷本身固有的调节效应。调速系统动作的起因是系统内负荷变化，发电机阻力转矩变化，造成与发电机的原动转矩（汽轮机输出转矩）不平衡；调速系统动作的目的是达到新的转矩平衡，即功率平衡。频率的一次调整通过汽轮发电机组调速系统反应机组转速变化，调节原动力阀门开度调节转速，其表现在某一条调节特性上运行点的变化，当负荷变化较大时，调整结束时频率与额定值偏差较大——调节结果有差；频率的二次调整通过调频器反应系统频率变化，调节原动力阀门开度调节转速，表现为一条调节特性上、下平移，可以保证调整结束时频率与额定值偏差很小或趋于零——调节结果是无差的；复习思考1.频率和有功功率调节的主要任务是什么?2.在电力系统中，有了调速器对频率的一次调节，为什么还要引入调频器，进行二次调节?3.调速器的失灵区对频率调整有何影响?第一节电力系统的频率特性