大工21春《电力系统分析》复习资料八
电力系统分析辅导资料八主 题：第五章电力系统有功功率的平衡和频率调整（第3节）学习时间：2020年5月18日--5月24日
“不忘初心、牢记使命”主题理论学习：
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摘选自《推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动》课程内容：
这周我们将学习第五章中的第3节，主要学习电力系统有功功率的平衡和调节的相关知识。 第五章电力系统有功功率的平衡和频率调整
第三节 电力系统的频率调整
1.频率调整的概念
如上图所示，负荷可根据波动规律分解为三种负荷。
对于第三种负荷，通过提前预测负荷，并事先安排好发电计划的方式的可以得到满足。
但是对于第一、二种负荷波动，由于其随机性，难以准确预测。因此，事先安排的发电计划，总是与实际负荷有所偏差。为避免这种对有功功率的供需不平衡造成的频率偏移，就需要进行一次调频和二次调频。
（1）负荷的有功功率—频率静态特性
当频率变化时，电力系统中的有功功率负荷也将发生变化。当电力系统处于稳态运行时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的有功功率-频率静态特性。
电力系统综合负荷的有功功率与频率的关系用数学式表示为频率的高次函数：
式中，为电力系频率为时，整个系统的有功负荷，为电力系统频率为额定值时，整个系统的有功负荷，为上述有功负荷占的百分数。
在电力系统中，允许频率变化的范围是很小的。在较小的频率变化范围内，负荷的有功功率—频率静特性接近于一直线。如下图所示。
负荷的有功功率—频率静态特性曲线
该图表示，频率增大，负荷会自动增加吸收有功功率，频率减小，负荷会相应减少有功功率的消耗。
图中，直线的斜率为：
称之为负荷的单位调节功率，它表示负荷有功功率自动调节效应。一般，=1~3，表示频率变化1%，负荷的有功功率相应变化1%~3%。
（2）发电机的有功功率—频率静态特性
发电机组的有功输出随频率的变化特性称为发电机组的有功功率-频率静态特性。该特性曲线可近似表示为下图。该图表示，当频率下降时，发电机会增发功率；当频率上升时，发电机则会减发功率。
图中，直线的斜率为：
称之为发电机的单位调节功率，表示发电机有功输出的自动调节效应，其值与发电机组调差系数有关。
显然，越大，相同负荷波动下频率偏移越小。然而，受到调速机构的限制，的调整范围是有限的。
注意：对于满载的机组，频率下降，发电机不会增加功率输出（由图可看出）。
（3）发电机的调差系数
发电机的调差系数是以百分比表示的机组空载运行时的频率f0与额定条件下运行时的频率fN的差值，即
调差系数与发电机的单位调节功率的关系：
一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：
对于汽轮发电机组来说，=3%~5%或者=33.3~20
对于水轮发电机组来说，=2%~4%或者=50~25
（4）发电机组具有功频静特性的原因
因为发电机组的具有“自动调速系统”，当系统有功功率平衡遭到破坏，引起频率变化时，原动机的调速器将自动改变原动机的进汽量，相应增加或减少发电机的出力。
2．频率的一次调整
（1）原理（如下图）：原始点为O点，负荷突然增加ΔPLO，由PL到P’L。机组功率不能及时变动，转子减速，系统频率下降。频率下降导致调速器动作，机组功率增大，而此时负荷也减少。经过一个衰减的振荡过程，达到新运行点为O’点。
（2）新稳定点分析
1）频率偏移
其中，
KS称为系统的单位调节功率，单位Mw/Hz。它标志了电力系统负荷增加或减少时，在原动机调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频率下降或上升的多少。显然，KS越大，相同负荷变化下，频率偏移越小。2）发电机因频率变化的输出调整量
3）负荷因频率变化的调整量
4）注意事项
①取功率的增大或频率的上升为正。
②为保证调速系统本身运行的稳定，不能采用过大的单位调节功率。
③对于满载机组，不再参加调整。
④一次调频是有差调节，频率无法恢复到原始状态。
⑤对于系统有若干台机参加一次调频：。
⑥具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其调差系数即下降特性自然分配，即。
3.频率的二次调整
（1）动作条件
当负荷变动幅度较大（0.5%到1.5%），周期较长（几分钟），仅靠一次调频作用不能使频率的变化保持在允许范围内，这时需要调速系统中的调频器动作，以使发电机组的功频特性平行移动，从而改变发电机的有功功率以保持系统频率不变或在允许范围内。
（2）原理（如下图）：原始点O点，负荷突然增加ΔPLO，由PL到P’L。调速器动作（一次调频），运行点转移到达O’点。调频器动作（二次调频），运行点转移到A点。
（3）新运行点分析
频率偏移计算：
表示原始状态下的负荷波动，表示二次调节的量，表示一次调频需要满足的负荷波动，即为。
显然，如果，即发电机组如数增发了负荷功率的原始增量，则，即所谓的无差调节。
如果系统中有m台机组担负二次调整的任务，则：
为第i台机组的单位调节功率
当系统负荷增加时，有功平衡由如下方式保证：
二次调频的发电机组增发的功率为，发电机组执行一次调频按有差特性的调差系数分配而增发的功率为，由于系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率为，则三者之和，即等于负荷增加量：
4.互联系统的频率调节
（1）频率偏差
由于系统互联，频率相同，因此互联系统的频率偏差由互联系统总的功率缺额和总的单位调节功率决定。
A区功率缺额：
B区功率缺额：
总功率缺额：
总单位调节功率：
频率偏移：
（2）联络线交换功率(流出为正，流入为负)
A区：
B区：
根据上述方程，可求出
显然在其他条件不变情况下，通过控制各区域的二次调频功率，可控制联络线上的功率。
5.二次调频电厂的选择
注意：在电力系统中，并不是所有发电机组都能作为二次调频机组，通常由系统调度机构根据机组性能指定某些机组进行二次调频。
调频厂须满足的条件：
（1）调整的容量应足够大
（2）调整的速度应足够快
（3）调整范围内的经济性能应该好
（4）注意系统内及互联系统的协调问题
通过分析各种电厂的特点，调频厂的选择原则为系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂，当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调频厂。
在电力系统中，不是所有的发电机组都参加一次调频，发电机组可以通过将调速器闭锁的方式拒绝参加一次调频。本周要求掌握的内容如下：
本周要掌握电力系统的频率调整的基本概念、一次调频、二次调频、互联电网频率调节、二次调频电厂的选择等。习题：
（一）选择题
1、调频厂须满足的条件（ ）。
A、调整的容量应足够大
B、调整的速度应足够快
C、调整范围内的经济性能应该好
D、注意系统内及互联系统的协调问题
答案：ABCD
（二）判断题
1、在电力系统中，允许频率变化的范围是很大的。 （错误）
2、因此互联系统的频率偏差由互联系统总的功率缺额和总的单位调节功率共同决定。 （正确）东财作业答案可以联系QQ 76129 6021
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