m
1
PTi
m 1
PGi
PL
d( dt
m 1
WKi )
机组的动能
频率变化是系统负荷与电源之间的功率失去平衡所致。 调频与有功功率调节密不可分。
电力系统负荷不断变化，原动机输入功率变化缓慢，频率 波动在所难免。
电力系统运行的主要任务之一，就是对频率进行监视和控制。 频率偏差允许范围：一般偏差不超过± 0.2Hz，有点地区
PG f
对于汽轮发电机组：R* 4％－6％或KG*＝16.6－25；
对于水轮发电机组：R* 2％－4％或KG*＝25－50；电力系统
自动装置原理
（二）调差特性与机组间有功功率分配的关系
f
A
C
fN
ΔP2
f1ΣPL
ΣP’
B ΔP1
P2 P2’ P2
P1
P1’ P1
两机组间的功 率增量分配
f* R*PG* 0 PG1* R2*
fW PW R fW* PW* R*
/ PW* R*
过小的调差系数会引起较大的功率分配误差。
为避免系统在频率微小波动时动作，会人为加不灵敏区。
汽轮发电机组的不灵敏区为0.1%--0.5%
水轮发电机组的不灵敏区为0.1%--0.7%
电力系统 自动装置原理
（四）电力系统的频率特性
❖ 电力系统的频率特性 电力系统由发电机、输电网络、负荷组成。 系统频率特性是由负荷频率特性和发电机频率特性共同形 成的。
C
B
DF E
A
C
B
DF E
A
C
B
DF E
DF
电力系统
E自动装置原理
二 功率—频率电液调速器
电力系统 自动装置原理
1 转速测量
A 磁阻发送器
磁阻发送器的作用是将转速转换为相应频率的电压信号。它由齿 轮和测速磁头两部分组成，齿轮与主轴联在一起。测速磁头由永 久磁铁和线圈组成，且与齿轮相距一定间隙。当汽轮机转动时 带动齿轮一起旋转。测速磁头所对的齿顶及齿槽交替地变化，这 种磁阻的变化导致通过测速磁头磁通的相应变化，于是在线圈中 感应出微弱的脉动信号，该信号的频率与机组转速成正比自。动电装力置系原统理
调速器通常分为
❖ 机械液压调速器：将转速的变化转变成离心 飞摆的位移量。
❖ 电气液压调速器：将转速的变化变成电信号。
电液式与机械式比较有以下优点：
❖ 电液调速系统的灵敏度高，调节速度快。并有较高的调节精 度，特别是当机组甩负荷后，能稳定在额定转速运行；
❖ 易实现多种控制信号的综合控制； ❖ 参数的调节灵活； ❖ 省去结构复杂的飞摆机构，运行维护方便。
B 频率—电压变送器 1) 方框图
2) 工作波形 3) 频率—电压变送
器的输出特性
电力系统 自动装置原理
频率—电压变送器的工作波形
电力系统 自动装置原理
2 功率测量
将发电机的有功功率转换成 与之成正比的直流电压，即 有功功率变送器。
B 3
1
2
4
EH
RH d
icB cos
108
电力系统 自动装置原理
a0 PLN
a1PLN
f fN
a2PLN
f fN
a3PLN
f fN
anPLN
f fN
标么化：
PL* a0 a1 f* a2 f*2 a3 f*3 an f*n 其中：a0 a1 a2 a3 an 1
一般情况下，取到三次方即可。 负荷的组成和性质确定后，负荷静态频率特性也确定。
电力系统 自动装置原理
（四）电力系统的频率特性
❖ 电力系统的频率特性 负荷的功率--频率特性和发电机组的功率---频率特性的交 点就是电力系统频率的稳定运行点。
f
PL = f(f)
PL1 = f(f)
fN
a
d
PL PL1 PL2
f2 f3
c
b ΔPL
PG=f(f)
无调速 有调速
到状态b，PL未变，PG没增加 到状态c，再调可以到状态d
功率在另一频率下重新平衡，这种现 象称为负荷调节效应。
K L*
dPL* df*
a1 2a2
f*
3a3 f*2
nan
f n1 *
n 1
mam电f力*m系统1
自动装置原理
负荷的有功功率－频率静态特性简化表达
KL 取决于负荷的性质，与各类负荷所占的比例有关。
在电力系统运行中，允许频率变化的范围是很小的，负荷 有功－频率静态特性用一条近似直线来表示。
第五章 电力系统频率及有功 功率的自动调节
发电自动控制示意图
△P
P－f
△f
控制器
△Pc
蒸汽 汽阀
执行 机构
汽轮机
控制
Q－U 控制器
可控 励磁电源
励磁绕组
发电机
测量
△f
频率检测
到发电机母线
电力系统 自动装置原理
第一节 电力系统的频率特性
❖ 一、概述
频率是电能质量的重要指标之一。
电网稳态条件下的频率 f 是全系统一致的运行参数
则 Δ PL%=(1-0.93) ×100%=7%
Δ f%=(1-47 / 50) ×100%=6%
于是
KL*=ΔPL*% / Δf*%= 7 / 6 =1.17
电力系统 自动装置原理
例5-2 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KL*=1.5,试求KL .
KL
tg
PL f
K L
PL / PLN f / fN
PL f
K L
KL
fN PLN
KL 是系统调度部门要
求掌握的实测数据，取 值范围在1~3之间。
电力系统 自动装置原理
例5-1 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％.试求当系统频率由50HZ 下降到47HZ时,负荷功率变化的百分数及其相应的KL*的大小. 解: 由公式可以求出频率下降到47HZ时系统的负荷为: PL* ＝ a0+a1f*+a2f*2+a3f*3 =0.3+0.4×0.94+0.1×0.942+0.2× 0.943=0.93
解 由式(4-8)可得
KL = KL* ×( PLN / fN ) = 1.5 × ( 3200 / 50 ) = 96 ( MW / HZ )
若系统负荷增长到3650MW时,则有
KL = 1.5 × ( 3650 / 50 ) = 109.5 ( MW / HZ )
* 由此可知, KL的数值与系统的负荷大小有关.
三、发电机组的功率——频率特性
❖ （一）发电机的功率 - 频率特性
发电机转矩方程： M G A B
ω* f* PG*
功率方程：
PG C1 C22
1.0
MG*
P*
无调速器时，转速和转矩都为额定值，
1.0
M*
输出功率最大值。
电力系统 自动装置原理
三、发电机组的功率——频率特性
❖ （一）发电机的功率 - 频率特性
❖ 与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的涡流损耗， 但这种损耗在电网有功 损耗中所占比重较小;
❖ 与频率的三次方成比例的负荷，如通风机、静水头阻力 不大的循环水泵等;
❖ 与频率的更高次方成比例的负荷，如静水头阻力很大的
给水泵等。
电力系统 自动装置原理
3. 负荷的功率—频率特性一般表达式
2
3
n
PL
f PG
f
标么化： R* PG
fN PGN
f* PG*
PG
或
f* R*PG* 0
电力系统 自动装置原理
R*
f PG
/ /
fN PGN
f* PG*
实际运行过程中，采用调差系数的倒数：
KG*1 R*Fra bibliotekPG* f*
，即：KG*f
PG*
0
K
一般称为发电机组的功率－频率静态特性曲线。
G*
KG用有名值表示：KG
电力系统 自动装置原理
电力系统的频率特性
❖ 电力系统负荷的功率 - 频率特性
负荷的静态频率特性：PL F ( f )
PL
频率下降时，负荷功率也下降到 PLb ；
PLN
a
b
PLb
频率上升时，负荷功率也上升到 PLa 。
系统功率失去平衡时，系统负荷也
fb fN
f
负荷的频率调节效 应系数
参与了调节作用。系统的负荷随频 率下降的负荷特性有利于系统中有功
ΔPL2
ΔPL1
PL
PL2 PL1
P
调速器的调节作用被称为一次调节。
电力系统 自动装置原理
电力系统的频率特性
❖ 思考题1
已知：某电力系统， KL 1.5, KG 20
，
当PL=3000MW时，fN=50Hz。求负荷增加120MW 时，系统调速后的运行点。
电力系统 自动装置原理
第二节 调速器原理
行是不现实的。
在电力系统中，所有机组的调速器都为 有差调节，由它们共同承担负荷的波动。
电力系统 自动装置原理
(三）调节特性的失灵区
f
调速器的最大频率呆滞 失灵度 fW
fN
fN
fW
调速器的频率调节特性是
fW
条带子，导致并联运行的发电 机组间有功功率分配产生误差。
PW PW
机组的最大误差功率PN
P