四、频率的二次、三次调整和自动发电控制
1. 自动发电控制的一般要求
(1)控制系统频率的同时，应控制省与省之间、地区与地区之间
通过联络线交换的功率。这种控制称为频率和联络线功率控
制，也称为负荷频率控制。
(2)为了达到经济的目的而进行调整和控制称为经济调度控制，
简称为经济调度。
➢ 负荷频率控制称为频率的二次调整或二次调频；
标么值形式：
PL* KL*f*
K L*
KL fN PLN
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
二、频率调整的必要性和有功功率平衡 1. 频率调整的必要性 频率变化的影响及危害： (1) 电动机转速与频率近似成正比，频率变化会引起电动机转速
的变化，影响产品质量。 (2) 对电子设备来说，系统频率的不稳定影响其正常工作。 (3) 频率下降将使汽轮发电机的汽轮叶片振动增大，影响其寿命，
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
(2)电气液压式：将转速信号变换为电信号，再通过电气-液压转 换器转换为液压变化信号。
功率-频率电气液压调速系统：
转速 测量
转速 给定
功率 给定
功率 测量
f －频
差＋
f set
＋
放 大
Pset
＋
PG
－
综 综合
合 误差 放 大 Uerr
PID 校正
器
转速
功电
➢ βi为区域i的功率偏差系数；Ki为区域i的频率偏差系数。 ➢ 在负荷频率控制中，各区域根据本身的区域控制误差ACEi对
该区域内的发电机进行控制，使得在达到稳态时，区域控制
误差ACEi为零。
(1)恒定频率控制
取βi =0，Ki =1
ACEi iPTi Kif f
(2)恒定净交换功率控制
取βi =1，Ki =0
3. 自动发电控制的实现 ➢ 各机组功率给定值决定
于区域控制误差的大小 和负荷变化在机组间的 分配原则。
＋ PSi1 － ＋ PGi1 PSi2 －
＋ PGi2 PSi3 －
机组控制器 机组控制器 机组控制器
发电机i1 发电机i2 发电机i3
电 力 系 统
f PT
✓ 按照参与自动发电控制
PGi3
的各机组的备用容量大
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
PL
PLN a0
a1
f fN
a2
f fN
2
a3
f fN
3
an
f fN
n
a0 a1 a2 a3 an 1
PL* a0 a1 f* a2 f*2 a3 f*3 an f*n
PL KLf
KL：负荷的频率调节效应系数，MW/Hz
KG* 2560 50 / 5000 25.6
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
3. 系统频率的一次调整 ➢ 定性分析 ✓ 暂态过程——调节过程
负荷增加 PL
机组惯性，n不能突变
PG 不变
PG PL 机组动能转换为电功率
n
直到达到新的平衡
f
PL
调速系
PG
统工作
PG ΔPL
PG=PL PG0=PL0
在无功功率和电压的控制中，必须对它们和发电机的控制进 行协调，才能取得最佳效果，使全系统的功率损耗最小。
§5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制
一、无功负荷及负荷的静态电压特性 1. 负荷的无功功率及网络中的无功功率损耗
各种用电设备中，除了白炽灯和电热器等电阻性负荷只取用 有功功率外，其他都需要从电网吸收感性无功功率才能运行。
➢ 系统中还必须安排适当的备用容量。备用容量的种类：
(1)负荷备用。为了适应系统中短时的负荷波动，以及因负荷预 测不准或计划外负荷增加而设置的备用容量。一般取负荷的 2%~5%。
(2)事故备用。为防止发电机组发生事故设置的备用容量，一般 取系统最大负荷的5%~10%。
(3)检修备用。为系统中的发电设备能进行定期检修而设置的备 用容量。
➢ 通过原动机调速器的作用完成发电机组出力和频率的调整， 称为频率的一次调整。
测出同步发电机转速，与额定值的偏差，调整原动机调速器， 调发电机转速，调其出力及频率。
1. 发电机组的自动调速系统 ➢ 调速系统种类： (1)机械液压式：采用离心飞摆将转速信号变换为位移信号。
误差信号1个——转速信号。 液压系统可靠性高。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
➢ 电能质量：电压、频率、可靠性。 电压和频率变化的原因是电源和负载的功率不平衡。
正常稳态运行情况下的调整和控制 主要内容： 有功功率和频率的调整、无功功率和电压的调整、运行方式的
优化以及潮流的灵活控制。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
从以下几个方面理解调整和控制： (1) 负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力，使之与负荷
7×300MW机组, KG*=100/5.0=20, KG=20×(7×300)/50=840(MW/Hz)
PG KGf
PG PG1 PG2 PG3 KG1f KG2f KG3f KG1 KG2 KG3 f KGf
KG 720 1000 840 2560MW/Hz PGN 900 2000 2100 5000MW
定值通过调频器设定；功频电液调速系统可直接整定KG。
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
例5-2 设某一电力系统中所含机组台数、单机容量及其调速系统的调 差系数发表如下表。计算系统全部发电机的单位调节功率及其标么值。
机组形式
单机容量(MW)
台数
总容量(MW)
调差系数σ%
水轮机组
225
4
900
系
率 液 油 汽 发统 放转动轮电
大换机机机
器器
有功 功率
Uerr Pset PG KG fset f
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
2. 发电机组有功功率静态频率特性
➢ 有功功率静态频率特性：在自动调速系统作用下，发电机组 输出的有功功率与频率之间的稳态关系。
Uerr Pset PG KG fset f 0
(4)国民经济备用。适应负荷的超计划增长而设置的备用容量。
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
➢ 负荷备用必须以热备用的方式存在于系统之中。 ➢ 热备用是指所有投入运行的发电机组可能发出的最大功率之
和与全系统发电负荷之差，也称运转备用或旋转备用。 ➢ 冷备用指系统中停止运行状态，可随时待命起动的发电机组
(1)全系统负荷所吸收的无功功率在一天的变化情况与有功 功率日负荷曲线相似，并具有一定的周期性变化。
*注：无功负荷的最大值经常出现在上午的高峰负荷期间。 有功负荷的最大值经常出现在夜晚的高峰负荷期间。
➢ 为防止频率崩溃，系统中设置自动低频减负荷装置，当频率 降低到一定程度时，按频率的高低自动分级切除部分负荷。
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
2. 有功功率平衡和备用容量 ➢ 为保证电力系统的频率质量，应满足额定频率下系统有功功
率平衡的要求。
发电机可用出力的总和并不一定就是它们的有功容量总和，这是因为在运行过程 中，既不是所有发电机组都不间断地投入运行，也不是所有投入运行的发电机组都 能按其额定容量发电。
最大出力的总和。 ➢ 冷备用可作为检修备用和国民经济备用。
全 系 统 总 的 全系统总有功功率 最大负荷 备用容量
g
PGNi PLmax Pmax PR 0
i 1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
发 电 机 可 用 全系统最大有功功率 有功出力 损耗和厂用电
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
三、发电机组的调速系统和频率的一次调整
ΔPG
o‘ o
ΔPL0
0
f fN
f
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
3. 系统频率的一次调整
PG ΔPL
➢ 定量分析
PL0 PL PG f f fN
PG=PL ΔPG
o‘
PG KGf (5-8) PL KLf
PG0=PL0
o
PL0 PG PL KG KL f KS f
甚至产生裂纹或断裂； (4) 频率降低时，火力发电厂由电动机驱动的动力设备由于转速
下降而使它们的出力减小，引起锅炉和汽轮机出力降低，从 而使得频率继续下降而产生恶性循环，可能出现频率崩溃； (5) 核电厂的反应堆的冷却介质泵对频率的要求比较严格，当频 率降低到一定程度时，将自动跳开，使反应堆停止运行。
➢ 无功功率和电压的控制与有功功率和频率的控制之间有很大 区别：
(1)稳态时，全系统的频率相同，但各节点的电压则不同，且电 压的容许变化范围也可能不同。
(2)调整频率的手段只是各个发电厂的发电机组，而调整电压 的手段除各个发电机外，还有大量的无功功率补偿设备和 带负荷调整分接头变压器，它们分散在整个电力系统中。
2.5
汽轮机组
200
10
2000
4.0
汽轮机组
300
7
2100
5.0
解
KG*
KG
fN PGN
1
KG* % 100
4×225MW机组, KG*=100/2.5=40, KG=40×(4×225)/50=720(MW/Hz)
10×200MW机组, KG*=100/4.0=25, KG=25×(10×200)/50=1000(MW/Hz)
负荷分配器
ACE计算
小或功率调整速率进行分配，主要针对区域误差。
✓ 按照经济原则分配，针对负荷的变化和预测误差作经济功率
分配调整。
§5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制