附加条款 ☞ 用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过±0.2Hz。 测量仪表 ☞ 频率测量仪表绝对误差不大于±0.01Hz。
1.1电能生产与质量
如果频率变化过大，不仅会
对用户造成很大危害或损失， 发
而且更重要的是，这将严重影 电
响发电机组自身的安全稳定运 行、以及造成电网解列的重大 事故。
机 组
Mg
J—机组转动部分惯量 ω—机组角速度 Mt—水轮机的主动力矩 Mg—为发电机阻力矩
分以下3种情况讨论：（1）.M t M g
（2）.M t M g
（3）.M t M g
dω 0 dt
dω 0 dt
dω 0 dt
const
1.2机组转速自动调节
由于发电机的负荷所产生的电磁阻力矩经常发生变化，因而，机组转速
f—同步发电机频率（Hz） n—同步发电机转速（rpm） ω—机组角速度（1/s） p—同步发电机极对数
由上式可见，同步发电机频率与转速及角速度成正比例变化。因此，保 证机组转速不变，就能使机组频率保持恒定。
1.2机组转速自动调节
水轮发电机组转动部分可描述为绕
固定轴旋转的刚体运动。
J
dω dt
Mt
1 水轮机调节系统工作原理
1.1 电能生产与质量 1.2 机组转速自动调节 1.3 机组并网运行 1.4 调速器分类
1
1.1电能生产与质量
水力发电是指利用大坝将河流中收集到的水能，先由水轮机将水能转换为 机械能，再由发电机将机械能转换为电能的过程。电能是发电厂的产品。
由于电能不能够大量 储存，必然要求电能的 生产与消费同时进行。 实际上，电力系统中的 负荷是不断变化的，具 有随机性或总体上的不 可预测性，从而使电力 系统经常处于动态平衡 过程中。然而，这种动 态过程必须在安全稳定 前提下，满足用户的电 能质量要求。
最早的原动机转速自动调节可追溯到詹姆斯·瓦特(James Watt，1736— 1819，英国 )发明的蒸汽机转速自动调速器。瓦特并不是蒸汽机的发明者， 他是在修理纽可门蒸汽机过程中，经过不断改良，给蒸汽机加装了离心飞锤 调速器，较好地解决了当工作机械负载变化引起的蒸汽机转速大幅度变化的 问题，使蒸汽机很快进入实用阶段，导致以蒸汽机为标志的第一次工业革命。 从此，瓦特与蒸汽机紧密地联系在一起。
1.1电能生产与质量
《电能质量电力系统频率偏差》GB/T15945-2008
基本条款 ☞ 电力系统额定频率为50Hz。电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz。 ☞ 当系统容量较小时，频率偏差值可以放宽到±0.5Hz。 制定依据 ☞ 保证电力系统，发电厂和用户的安全和正常运行 ☞ 相关国标和规范的规定 ☞ 相关国际标准规定（±0.5Hz 甚至±0.1Hz ） ☞ 各个电网的实际情况有所差别
电
枢
力
纽
用
变
户
电
站
1.1电能生产与质量
可见，维持电网频率稳定相当重要，我国国家标准对电能的频率指标有着 严格的规定。因此，为了达到频率指标要求，必须采取有效的控制措施。
水轮机调节系统的基本任务就是维持机组转速或频率在规定的范围之内。
同步发电机频率与转速及角速度之间的关系：
f p n p
60
2
蒸汽机转速自动调节系统示意图
1.2机组转速自动调节
右图为水轮机转速自动调节系 统示意图。该调速器是在瓦特蒸 汽机调速器基础上发展而来的， 除了测量元件离心飞摆外，考虑 到水轮机笨重的导水机构，设置 了液压放大元件，还考虑到引水 系统的水பைடு நூலகம்作用，增加了反馈元 件（缓冲器）。
当负荷减小时，主动力矩大于 负载力矩，机组转速升高，关小 导叶开度，随之主动力矩减小， 使得转速上升减缓并开始回落。
1.2机组转速自动调节
见右图，为了改变水轮 机进水流量，在水轮机中 专门设有导水机构。调速 器的执行元件—主接力器 动作（双接力器，一个推、 另一个拉），驱动调速环 转动，通过连杆拐臂，使 所有活动导叶同步摆动改 变开度，控制水轮机的进 水流量。
水轮机各部件及导水机构示意图 10
1.2机组转速自动调节
1.1电能生产与质量
按照IEEE定义是指：导致供电设备或用户设备故障或不能正常工作的电 流、电压或频率偏差，属于电能质量问题。 电能质量问题（国际标准化委员会推荐的电能质量主要术语）： （1）断电( interruption) （2）频率偏差（frequency deviation） （3）电压凹陷/下跌( voltage sags) （4）电压上升(swell) （5）瞬时脉冲或暂态(impulse，Transient) （6）电压波动和闪变(fluctuation and flicker) （7）电压切痕( voltage notches) （8）谐波/间谐波(harmonics/ interharmonics)
我国电网电能质量技术监督管理规定：电网电能质量系指公用电网供 到用电受电端的交流电能质量，包括下列衡量指标：⑴.供电频率允许偏 差；⑵.供电电压允许偏差；⑶.供电三相电压允许不平衡度；⑷.电网谐 波允许指标；⑸.供电电压允许波动和闪变等。
总的来说，优质电能质量的具有以下特征：(1) 供电电压具有稳定的频 率、幅值和波形；(2) 保持三相电压和电流的平衡；(3) 对环境的不良影 响较小；(4) 持续稳定和充足的电能供应，等等。
水力发电厂
1.1电能生产与质量
目前国际上，对电能质量还没有统一的定义，国际电工委员会(IEC)标准 中对电能质量的定义为:电能质量是指供电装置在正常工作情况下不中断和 不干扰用户使用电力的物理特性。
电气和电子工程师协会(IEEE)给出的定义是：合格的电能质量是指供给敏 感设备的电力和设置的接地系统是适合于该设备正常工作的。
必然也时常处于变化过程之中。为了尽可能减少负荷变化对机组转速的影 响，必须尽快调整水轮机的主动力矩。
如何调整水轮机的主动力矩呢？根据水轮机的主动力矩计算公式可得：
Mt—水轮机力矩 P —水轮机出力
Mt
P
QH
式中：
ω —机组角速度 Q —水轮机流量 H—水轮机水头
η—水轮机效率
γ —水的容重
通过上述分析，改变水轮引用机流量Q，就改变了水轮机力矩Mt，就能改 变机组转速，这就是水轮机转速调节的方法。