➢与f 4有关的负荷：静水头阻力很大的给水泵等
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负荷的频率调节效应
①调节效应的定性描述 ②调节效应的定量描述 ③例题分析
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负荷频率调节效应的定性描述
PL 当负荷成分确定后，负荷的功 PLN 率频率特性即可确定（见图）。 PL
f f fN
fN：负荷功率缺额f由负荷的功率频率特性负荷 缓解f的下降，最终稳定在略低于fN的频率值。
系数成反比。R*不能太小，否则功率误差 过大。
• 失灵区虽有不利影响，但失灵区也不能没
有或过小，否则当f 稍有变化时，调速器 o
就要调节，反而会使阀门调节过分频繁，
产生负面影响。因此，在一些非常灵敏的
电液调速器中，常人为适当增加不灵敏区。
调节特性 的失灵区
f
2fw
Pw
Pw
PGN
PG
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电力系统的频率特性
在将网损功率归并到负荷中时，电力系统的频率特性实际 上已经决定于发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率 特性，二者的交点即为系统频率的稳定运行点。下面具体 分三种情况分析系统的频率特性： 1. 初始状态（或额定状态fN ） 2. 小额负荷增加PL（不会使频率下降太多） 3. 大额负荷增加PL（致使频率下降太多，超过允许值）
n
iai
i 1
f i1 *
KL
PLN fN
KL
KL
fN PLN
KL
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负荷频率调节效应的例题分析
[题]某电力系统中，与f 0次方、1次方、2次方及3次方成比例 的负荷分别占30%、40%、10%和20%，且当f = 50Hz时系统总 的有功负荷为3200MW（包括有功网损）。试求：(1)当f = 47Hz时，负荷变化的百分数及相应的KL和KL*；(2)当f = 52Hz时， 负荷变化的百分数及相应的KL和KL*；(3)若f = 50Hz时系统总的 有功负荷为3600MW（包括有功网损），则上述两种情形的KL 又是多大？
参见工作点转移图
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工作点转移图
f
fN a f3
f2
b
PLN=F1 (f) PL=F2 (f) d
c
2
1
o
P
PLN1 PL3 PLN2
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初始状态
• 此时工作点为a点：负荷特性PLN = F1( f )和发 电机组特性1的交点。
• 此时PTN = PGN = PLN1（包括网损）。
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• 此时负荷特性转移到PL = F2 ( f )。 小额负荷增加
• 还可得功率/频率静特性系数： [注意与负荷频率调节效应系数对照]
KG = 1/R = PG/f 或 KG* = 1/R* = PG*/f* • 结论：发电机组输出功率的增量与频率的变化成正比，与调差系统成反比。
系统中所有机组的调速系统均为有差调节，因此，只要存在频率变化，则
所有机组都将承担负荷的变化。
• 比较工作点c和d知，调频装置作用的结果使频率由f3 回升到fN，负荷功率由PL3增加到PLN2。调频装置的这 种调节作用称为二次调节，它不改变调差系数。
压调速器
（1）示意图 （2）测速机构 （3）执行机构 （4）转速给定机构（特性平移机构）
三、功率-频率电液调速器 四、数字式电液调速器 （参见书P150图5-22 ）
[结论]在掌握KL*后，只需根据PLN的大小即可求出KL，从而可
得频率偏移量与功率调节量之间的关系。
参见求解过程
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(1) f = 47Hz时
PL* = 0.3+0.4(47/50)+0.1 (47/50)2+0.2 (47/50)3 = 0.93 PL * = 1-0.93 = 0.07 KL* = PL* / f* = 0.07/(3/50) = 1.17 KL = (PLN / fN)KL* =32001.17/50 =74.88MW/Hz (2) f = 52Hz时
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• 测量元件不灵敏造成调速器具有一定的失
灵区，使得调节特性在理想状态附近产生
一条失灵带，失灵带的宽度以失灵度表示：
= fw / fN = fw*
其中 fw为最大频率呆滞。与此对应的最
大功率误差为：
Pw = fw /R 或 Pw* = fw* /R*= / R*
fN
可知：失灵带导致功率误差，误差与调差
PL* = 0.3+0.4(52/50)+0.1 (52/50)2+0.2 (52/50)3 = 1.05 PL * = 1.05-1 = 0.05 KL* = PL* / f* = 0.05/(2/50) = 1.25 KL = (PLN / fN) KL* =32001.25/50 =80.0MW/Hz (3) PLN =3600MW时 KL = (PLN / fN) KL* =36001.17/50 =84.24MW/Hz KL = (PLN / fN) KL* =36001.25/50 =90.0MW/Hz
率为PL3。
• 比较①和②，调速器动作的结果使频率由f2回升到f3，负荷功
率由PLN增加到PL3。调速器的这种调节作用称为一次调节，
它与调差系数对应。
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大额负荷增加
• 经调速器动作后到达c点，此时f3仍过小。手动或自 动加入调频装置，使机组特性平移到特性2 f 继续 回升，稳定在d点，此时频率值为fN，负荷功率为 PLN2 > PL3。
fN：负荷功率过剩f由负荷的功率频率特性负荷 缓解f的上升，最终稳定在略高于fN的频率值。
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负荷频率调节效应的定量描述
衡量负荷频率调节能力大小的指标为负荷的
频率调节效应系数KL（或KL*）为 ：
KL
dPL df
PL f
PLN fN
n i 1
iai (
f fN
)i 1
K L
dPL df
PL f
PG* = c1f* c2f2* • 通常，c1 =2c2。于是，未配置调速
器时的特性如右图所示。
• 当f* = - c1 /(-2 c2) = 1.0时（额定条 件下），PG*取得最大值。
f*
1.0
o
PG*max PG*
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(2)配置调速器的情形
f fN
• 调速器使进汽（水）量随发电机转速而变，从而 f
PG=PG1+PG2=PGN1PG1*+PGN2PG2* = PGN1f* / R1* PGN2f* / R2* = f* (PGN1/R1* +PGN2/ R2*)
f fN
R2
f
R1
PG2
PG1
PG2 PGN2o PGN1 PG1
PG*=PG / PGN = f* (PGN1/R1* +PGN2/ R2*) / PGN 等值调差系数 R* = PGN /(PGN1/R1* +PGN2/ R2*)
②表示方法
PL
n
P( f ) PLN ai (
n
i0
f )i fN
或
n
PL = ai f*i
i0
n通常取3，且 ai 1。
i0
➢与f 无关的负荷：照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等
➢与f 有关的负荷：切削机床、球磨机、往复式水泵、压缩 机、卷扬机等
➢与f 2有关的负荷：变压器中的涡流损耗
➢与f 3有关的负荷：通风机、静水头阻力不大的循环水泵等
XB B 油动机 进汽
离心飞摆
弹簧
XC C
A
XE E
FD
XA
XF
XD
调 频 错油门 器
机械 液压 调速 器示 意图
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测速机构
• 汽轮机主轴带动的齿轮传动机构+离心飞摆。 • A点位移代表了转速的变化。转速越高，A点
位移越高。
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执行机构
• 油动机+错油门（控制油动机的动作）。
• 转速上升时，A点上升。若调频器（D点）不动作，则C、E、 F上移，错油门两个凸肩上移，在油压作用下使油动机活塞 （B点）下移，关小进汽阀（减小汽机的输入功率）。在B 点下移时，带动C、F、E下移，直到错油门两个凸肩重新回 到堵住油动机上、下腔油路位置。
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多台机组间有功功率的分配
• 将两机组的结论推广到n台机，等值调差系数为：
R
1 n1
R i1 i
n
PGNi
或
R
i 1
P n GNi
R i 1 i*
或等值调节方程 f* + R*PG* =0。
• 当系统中机组承担的有功功率总量的增量已知后，
即可求得频率变化，从而可以求出各台机组所承
担的有功功率的增量大小。
• 负荷的变化按其变化的频率大小可分为3种： 随机分量 频率较高，幅度较小，周期一般小于10秒。 脉动分量 频率较随机分量低些，幅度较随机分量大些，
周期在10秒~ 3分钟。 持续分量 负荷的主要成分，幅度最大，频率最低，变化
很缓慢。
其中，后两种分量对系统频率的变化起主要作用。 返回
频率的调节手段
例 题 求 解 过 程
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发电机组功率频率特性的 定义和表示方法
①定义 发电机组输出功率与系统频率变化之间的关系PG = F( f )。它取决于调速系统的特性。
②表示方法 （1）未配置调速器的情形 （2）配置调速器的情形
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(1)未配置调速器的情形
• 发电机组的转矩方程近似表示为：
MG* = AB* PG* = K(A* B2*)
第5章 电力系统频率及有功 功率的自动调节
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第1节 电力系统的频率特性
一、概述
⒈负荷对系统频率的影响