对电力系统频率调整的综述

对电力系统频率调整的综述

摘要：频率和电压是电力系统运行的两大质量指标。若频率或电压不稳定,不仅

给发电厂(变电站)及电力系统本身带来许多危害,而且更重要的是不能满足广大用户对电能质量的要求, 使用户的产品质量下降甚至报废。因此,当系统频率或电压变化时,各发电厂(变电站)值班人员应按照规定主动调整,使其恢复至规定范围内运行。

Abstract: the frequency and voltage is two quality index for power system operation. If the frequency or the voltage is not stable, not only for power plants (substation) and power system itself bring a lot of harm, but more important is can't satisfy the needs of the users of power quality, the user's product quality declining even scrapped. Therefore, when the system frequency or voltage changes, the power plant (substation) on duty personnel should take the initiative to adjust according to the regulation, make its restore to regulations within the scope of operation. 关键词：1.频率与有功功率平衡 2.频率的调整 3. 调整频率的必要性

正文：

一、频率与有功功率平衡

电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。

但是，电力系统的负荷是时刻变化的，从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内 ，就需要及时调节系统内并联运行机组的有功功率。

频率质量是电能质量的一个重要指标。中国《电力工业技术管理法规》规定，大容量电力系统的频率偏差不得超过

，一些工业发达国家规定频率偏差不得超过

。

二、频率的调整

电力系统的有功功率和频率调整大体可分为一次、二次、三次调整三种。一次调整或频

率的一次调整指由发电机的调速器进行的，对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整。二次调整或频率的二次调整指由发电机的调频器进行的，对第二种负荷变动引起的频率偏移的调整。三次调整其实就是指按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，即责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。在潮流计算中除平衡节点外其他节点的注入有功功率之所以可以给定，就是由于系统中大部分电厂属于这种类型。这类发电厂又称为负荷监视。至于潮流计算中的平衡节点，一般可取系统中担负调频任务的发电厂母线，这其实是指担负二次调频任务的发电厂母线。 1.频率的一次调整

KG???PG/?f

称为发电机的单位调节功率，以MW/Hz或MW/（0.1Hz）为单位。它的标幺值则是

KG*???PGfN?KGfN/PGN

PGN?f发电机的单位调节功率标志了随频率的升降发电机组发出功率较少或增加的多少。这个单位调节功率和机组的调差系数?互为倒数。

KG?或

1??PGN?100 fN?%1?100 ?%调差系数?%或与之对应的发电机的单位调节功率是可以整定的，一般整定为： KG*?汽轮机组 水轮机组

?%?35或KG*?33.320 ?%?24或KG*?5025

综合负荷的静态频率特性

KL???PL/?f

称为负荷的单位调节功率，也以MW/Hz或MW/（0.1Hz）为单位。它的标幺值则是

KL*???PLfN?KLfN/PLN

PLN?f负荷的单位调节功率标志了随频率的升降负荷消耗功率增加或较少的多少。它的标幺值在数值上就等于额定条件下负荷的频率调节效应。所谓负荷的频率调节效应系数系指一定频率下负荷随频率变化的变化率

dPL*??PL*/?f*?KL* df*显然，负荷的单位调节功率不能整定。电力系统综合负荷的单位调节功率KL*大致为1.5。 发电机组原动机的频率特性和负荷频率特性的交点就是系统的原始运行点。设负荷突然增加

?PLO，则由于负荷突增时发电机功率不能即使随之变动，机组将减速，系统频率将下降。

而在系统频率下降的同时，发电机组的功率将因它的调速器的一次调整作用而增大，负荷的功率将因本身的调节效应而减少。前者沿原动机的频率特性向上增加，后者沿负荷的频率特性向下减少，经过一个衰减的振荡过程抵达一个新的平衡点。

?PLO??(KG?KL)?f

或

??PLO/?f?KG?KL?KS

KS称为系统的单位调节功率，也以MW/Hz或MW/(0.1Hz)为单位。系统的单位调节功率也

可以用标幺值来表示。以标幺值表示时的基准功率通常就取系统原始运行状态下的总负荷。系统的单位调节功率标志了系统负荷增加或减少时，在原动机调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频率下降或上升的多少。因此，从这个系统的单位调节功率KS可求取在允许的频率偏移范围内系统能承受多少负荷增减。

可见，系统的单位调节功率取决于两个方面，即发电机的单位调节功率和负荷的单位调节功率。因为负荷的单位调节功率不可调，要控制、调节系统的单位调节功率只能从控制、调节发电机的单位调节功率或调速器的调差系统入手。

看来主要将调差系数整定得小些或发电机的单位调节功率整定得大些就可以保证频率质量。但从实际上，系统中不止一台发电机组，调差系统不能整定得过小。如某台机组已经满载，可认为该机组已不能参加调整，它的调差系数无穷大。

系统的单位调节功率KS不可能很大，所以依靠调速器进行的一次调整只能限制周期较短、幅度较小的负荷变动引起的频率偏移。负荷变动周期更长、幅度更大的调频任务自然落到了二次调整上。 2.频率的二次调整

频率的二次调整就是手动或自动地操作调频器使发电机的频率特性平行地上下移动，从而使负荷变动引起的频率偏移可保持在允许范围内。在一次调整的基础上进行二次调整就是在负荷变动引起的频率下降越出允许范围时，操作调频器，增加发电机组发出的功率，使频率特性向上移动。

只进行一次调整时，负荷的增量?PLO可分解为两部分：一部分是因调速器的调整作用而增大的发电机组功率?KG?f'，另一部分是因负荷本身的调节效应而减少的负荷功率KL?f'。 不仅进行一次调整而且进行二次调整时，这个负荷增量?PLO可分解为三个部分：一部分是由于进行了二次调整，发电机组增发的功率?PGO；另一部分仍是由于调速器的调整而增发的发电机功率?KG?f''；第三部分仍是由于负荷本身的调节效应而减少的负荷功率KL?f''。则：

?PLO??PGO??(KG?KL)?f

??PLO??PGO?KG?KL?KS

?f如?PLO??PGO，即发电机组如数增发了负荷功率的原始增量?PLO，则?f?0，亦即实现了所谓的无差调节。 进行二次调整时，系统中负荷的增减基本上要靠调频机组或调频厂承担。虽可适当增加其他机组或电厂的单位调节功率以减少调频机组或调频厂的负担，但数值毕竟有限。这就使调频厂的功率变动幅度远大于其他电厂。如调频厂不位于负荷中心，则这种情况可能使调频厂与系统其他部分联系的联络线上流通的功率超出允许值。这样，就出现了在调整频率的同时控制联络线上流通功率的问题。

图中KA,KB分别为联合前A、B两系统的单位调节功率。设A、B两系统中都设有二次调整的电厂，它们的功率变量分别为?PA、B两系统的负荷变量则分别为?PLA,?PLB。GA,?PGB；设联合线上的交换功率?PAB，由A流向B为正值。

KA ?PGA ?PAB KB ?PGB ?PLA ?PLB

联合前，对A系统

?PLA??PGA??KA?fA

对B系统 ?PLB??PGB??KB?fB

联合后，通过联络线A流向B的交流功率，对A来说，可以看做一个负荷

?PLA??PAB??PGA??KA?fA

对B来说，这交换功率看做一个电源

?PLB??PAB??PGB??KB?fB

联合后，系统频率一致， ?fA??fB??f 可得，

(?PLA??PGA)?(?PLB??PGB)??(KA?KB)?f

或 ?f??(?PLA??PGA)?(?PLB??PGB)

(KA?KB)代入上式，?PAB?令：?PLAKA(?PLB??PGB)?KB(?PLA??PGA)

KA?KB??PGA??PA,?PLB??PGB??PB

?PA,?PB分别为两系统的功率缺额，则：

?f???PA??PB

(KA?KB)?PAB?KA?PB?KB?PA

KA?KB可见，联合系统频率的变化取决于这系统总的功率缺额和总的系统单位调节功率。这理应如此，因两系统联合后，应看做一个系统。且如A系统没有功率缺额，即?PA?0，则联络线由A流向B的功率要增大；而如果B系统的功率缺额完全由A系统增发的功率所抵偿，即

?PB???PA，则?f?0，?PAB??PB???PA。这种情况下，虽可保持系统频率不变，B

系统的功率缺额?PB或A系统增发的功率??PA却要如数通过联络线由A流向B传输。这就是调频厂设在远离负荷中心而且要实现无差调节的情况。

3. 三次调频

三次调频的实质是完成在线经济调度，其目的是在满足电力系统频率稳定和系统安全的前提下合理利用能源和设备，以最低的发电成本或费用获得更多的、优质的电能。

三、调整频率的必要性

电力系统频率变动时，对用户的影响： 用户使用的电动机的转速与系统频率有关。 系统频率的不稳定将会影响电子设备的工作。 频率变动地发电厂和系统本身也有影响： 火力发电厂的主要厂用机械—风机和泵，在频率降低时，所能供应的风量和水量将迅速减少，影响锅炉的正常运行。

低频运行还将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，缩短叶片的寿命，甚至使叶片断裂。

低频运行时，发电机的通风量将减少，而为了维持正常电压，又要求增加励磁电流，以致使发电机定子和转子的温升都将增加。为了不超越温升限额，不得不降低发电机所发功率。 低频运行时，由于磁通密度的增大，变压器的铁芯损耗和励磁电流都将增大。也为了不超越温升限额，不得不降低变压器的负荷。 频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大。而无功功率负荷的增大又将促使系统电压水平的下降。

频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电。

调整系统频率的主要手段是发电机组原动机的自动调节转速系统，或简称自动调速系统，特别时其中的调速器和调频器（又称同步器）。