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§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
变
化 周
一次 调频
期
小
于
10s
变化 周期 10s ︱ 3min
二次调频
0
三次调频-最优分配
有功功率的日负荷曲线 3
二、负荷的有功功率-频率特性
1、负荷的种类 ❖ 与频率变化无关的负荷
电阻炉、电弧炉、整流负荷 ❖ 与频率一次方成正比的负荷
阻力矩为常数的负荷 ❖ 与频率二次方成正比的负荷
K* G
KGfN /PGN
i1
PGN
* 1
K* G
PGN
PGiN / i*
PGN系统n台机组额定功率之和
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四、有功功率平衡
P
1、有功平衡与频率的关系 P1
PG (PD PS PL ) 0
P2
PG 所有电厂发出的有功总和；
PD 系统综合负荷；
PS 厂用电有功负荷；
0
PL 网络的有功损耗
放 大 器
功率 PG 测量
功
PID 率
校
放
正
大
器
转 速
电 液
油 动
汽 轮
系 发统 电
转
机
机
机
换
器
有
功
功
率
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1、调速系统工作原理
电气液压调速系统的组成 转速测量环节-----将机组的转速转换成电压信号、 与给定的转速值相减（经频差放大器）得出频率 误差信号。 功率测量环节-----将发电机发出的有功功率转换 成电压信号，与给定功率相减并与频率误差同时 送入综合放大器进行综合和放大，得出综合误差 信号。
PD/PDNPD* f / fN f*
P
负
荷
机组
机组的单位调节功率
KG*
1
*
电液转换器-----将电信号转换成油压信号使油动机动 作，从而改变汽门的开度。
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2在、自发动电调机速组系的统作功用率下-频，率发静电机态输特出性功率和频率
的关系曲线。
P
发电机的单位调节功率
Pset
正 KGPfGPfN setΔΔG Pf
值
KG*
ΔPG* Δf*
0
fN f0
f
发电机组的频率静态特性
ΔPG/PGN Δf/Nf
KG
fN PGN
1
*
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2、发电机组的功率--频率静态特性
静态调差系数---调差率
P
Pset
* f*
PG*
0.05?
结论：
0
fN f0
f
•调差系数的大小对频率偏移的影响很大。
•调差系数（单位调节功率）可以整定：
汽轮发电机组:*=0.04-0.06,KG*=25-16.7; 水轮发电机组: *= 0.02-0.04, KG*= 50-25。
Ch5 电力系统正常运行方式 的调整与控制
难点： 1）调频计算与调压计算 2）水火电厂有功负荷最优分配 3）无功负荷最优补偿
1
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
一、调整频率的必要性 1、频率是衡量电能质量的一个重要指标 由于所有用电设备都是按系统额定频率设计的； 系统频率质量的下降将影响各行各业； 电力系统的频率变动对发电厂和电力系统本身会 产生不利影响，而且频率过低时，甚至会使整个 系统瓦解，造成大面积停电； 2、有功负荷的变动与调整控制
(αi 1)
以PDN和fN为基准值
P D *01f* 2f* 23f* 3 ...
有功损耗占有功负荷的5-10%。
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3、负荷的功-频特性及频率调节效应
P DKDf KD P fDtg 正值 P
负荷的频率调节效应（系数）
以PDN和fN为基准值
PDN
KD * P fD * * P fD//P fN D NKDP fD N N
PG(f)
△PD
PD(f)’
B
△PD0
△PG A PD(f)
f2 f1
f
有功平衡水平的高低决定了系统频率水平的高低。 要保持频率水平，需有足够的有功电源的备用容量 应付有功负荷的增加。
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2、备用容量
2-5%最大负荷
5-10%最 大负荷
❖ 按作用分：负荷备用、事故备用、检修备用、 国民经济备用；
❖ 按储存形式分：旋转备用（热备用）、冷备用
3、有功电源的最优组合
火力发电厂的特点 支付燃料费用，但不受自然条件影响； 有功出力调节范围小、负荷增减速度慢； 热电厂为不可调节的强迫功率。
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水电厂的特点 ❖ 不支付燃料费用，受自然条件影响； ❖ 有功出力调节范围宽、负荷增减速度快； ❖ 发电用水量按水库综合效益考虑。 抽水出能电厂
具有填谷削峰的作用。 核电站
标么值=1-3
0
fN
f
有功负荷的频率静态特性
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三、发电机组的有功功率-频率特性
1、调速系统工作原理
机械液压调速系统
调速器
电气液压调速系统
固
负荷增加→开大汽门；
定
负荷减少→减少汽门。
频率的一次调整---有差调整
同步器
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电气液压调速系统的原理框图
转速 测量
f
频 差
放
转速
大
给定
器
fset
综 合
功率 Pset 给定
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多台机组的等值单位调节功率
KG
ΔPG Δf
第i台机组的输出功率增量 PGi KGif
(i 1,2,....n)
n台机组输出功率总增量
n
n
P G P G i K G ifK G f
i1
i1
KG 1 P fG 2i n1KG i i n1K* GiP fG NiN
等值调差系数
n
K P * Gi GiN
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综合误差信号
U err i(Pset PG ) KG(f set f)
Pset 功率给定值；
PG 发电机发出功率的测量 值；
f set
频率给定值，一般为
f
；
N
f 与发电机转速相应的频 率测量值；
i、KG - 偏差系数。
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电气液压调速系统的组成
PID校正（调节）-----实现功率偏差和转速偏差之间的 稳态线性关系，并改善控制系统的性能。所得出的 信号经过功率放大使之有足够的功率来驱动电液转 换器。
一次性投资大、运行费用小，运行中不易带急剧 变化的负荷，反应堆和汽机组退出和再度投入费 时，且消耗能量大。
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各类发电厂负荷的合理分配
A---水电厂不可调功率；B—水电厂可调功率；C—热 电厂；D—核电厂；E—高温高压凝汽式火电厂；F—中 温中压凝汽式火电厂
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小结：功频特性
负荷的频率调节效应
KD*
变压器中的涡流损耗 ❖ 与频率三次方成正比的负荷
通风机、循环水泵 ❖ 与频率更高次方成正比的负荷（比重很小）
给水泵
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二、负荷的有功功率-频率特性
2、负荷频率特性数学表达式
PD PLN[α0 α1(f/fN )α3(f/fN )2 α3(f/fN )3 ...] PD:频率f时系统的有功负荷 PDN:f fN时系统的有功负荷 αi:与频频率 i次方成正比负的 荷在PDN中所占的比例