电力系统调频综述
专业：电气工程及其自动化 姓名： 指导老师：
摘 要: 电力系统频率调整是电力系统中维持有功功率供需平衡的主要措施，其根本目的是保证电力系统的频率稳定。电力系统频率调整的主要方法是调整发电功率和进行负荷管理。一次调频是指当电力系统频率偏离目标频率时，发电机组通过调速系统的自动反应，调整有功出力以维持电力系统频率稳定。二次调频也称为自动发电控制，是指发电机组提供足够的可调整容量及一定的调节速率，在允许的调节偏差下实时跟踪频率，以满足系统频率稳定的要求。三次调频就是协调各发电厂之间的负荷经济分配，从而达到电网的经济、稳定运行。 关键词: 电力系统,一次调频,二次调频,三次调频,综述
ABSTRACT
Maintain the power system of power system frequency adjustment is active power balance between supply and demand of main measures, its fundamental purpose is to ensure that the frequency of power system stability. Power system the main method is to adjust the power frequency adjustment and load management. Primary frequency control is to point to when power system frequency deviates from the target frequency generator set automatically by the speed control system of reaction, active efforts to maintain stability of power system frequency adjustment. Secondary frequency modulation, also known as the automatic generation control refers to the adjustable generators provide sufficient capacity and a certain adjustment rate, real-time tracking frequency under the allowed to adjust deviation, in order to meet the requirements of system frequency stability. Three frequency modulation is to coordinate the economic load distribution between the various power plants, so as to achieve economic and stable operation of the power grid.
Key words: Electric system , A frequency modulation ,The two FM The three FM , Review
0. 引言
“频率”概念源于针对周期性变化的事物的经典物理学定义， 由于电力系统中许多物理变量具有( 准) 周期性特征, 故这一概念在电业技术中得到广泛的应用。电力系统频率一方面作为衡量电能质量的指标, 需加以动态监测; 另一方面作为实施安全稳定控制的重要状态反馈量, 要求能实时重构。因此,电力系统频率控制是电力系统运行的一项重要内容，系统频率的变化对用户、发电机组和电力系统本身都有着重大影响，当今电力系统安全运行的目标之一便是将频率变化控制在较小的范围内。
一次调频是指当电力系统频率偏离目标频率时，发电机组通过调速系统的自动反应，调整有功出力以维持电力系统频率稳定。一次调频的特点是响应速度快，但是只能做到有差控制。二次调频也称为自动发电控制（AGC），是指发电机组提供足够的可调整容量及一定的调节速率，在允许的调节偏差下实时跟踪频率，以满足系统频率稳定的要求。二次调频可以做到频率的无差调节，且能够对联络线功率进行监视和调整。三次调频就是协调各发电厂之间的负荷经济分配，从而达到电网的经济、稳定运行。其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。本文在平时课堂上的认真学习和课下的资料查阅下详细介绍了电力系统的各次调频概念以及相关实际应用，侧重于一次和二次调频以供参考研究学习。
1.一次调频
1.1概念
一次调频是指由发电机调速系统频率静态特性而增减发电机的出力所起到的调频作用。机组一次调频的投入是稳定系统频率的一项重要技术措施，对于实现电网发电自动调度、提高电能质量、维持电网安全稳定运行能够起到重要作用。一次调频即利用系统固有的负荷频率特性以及发电机调速器的作用，阻止系统频率偏离标准的调节方式。当系统频率发生变化时，系统中所有发电机的转速随即发生变化，如转速的变化超出发电机组规定的不灵敏区，该发电机组的调速器就会动作，改变其原动机的阀门位置，调整原动机的功率，力求改善原动机功率或负荷功率的不平衡状态。一次调频功能是维护电网稳定的重要手段。
1.2调频过程
由于负荷突增，发电机组功率不能及时变动而使机组减速，系统频率下降，同时，发电机组功率由于调速器的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身的调节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程，达到新的平衡。
OA?OB?BA??PL0OB?B?O???KG?fBA?A?B??KL?f?PL0?AO?OB?BA??KG?f?KL?f???KG?KL??f??KS?f数学表达式： ?PL0??KG?KL?f
??PL0/?f?KG?KL?KS
KS：称为系统的单位调节功率，单位Mw/Hz。表示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。 KSKSfNK?? S?PLNPLN
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注意：
（1）取功率的增大或频率的上升为正；
（2）为保证调速系统本身运行的稳定，不能采用过大的单位调节功率； （3）对于满载机组，不再参加调整。
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对于系统有若干台机参加一次调频： SGL
具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其调差系数即下降特性自然分配。
K??K?K1.3特性分析
由于电网周波是随时间动态变化的随机变量，含有不同的频率成分，因此电网的一次调频是一个随机过程。整个系统负荷可看作由如下3 种具有不同变化规律的变动负荷所组成：(1) 变化幅度较小，变化周期较短，一般为10s 以内的随机负荷分量；(2)变化幅度较大，变化周期较长，一般为10s 到3min 的负荷分量,属于这类负荷的主要有电炉、轧钢机械等；(3)变化缓慢的持续变动负荷,引起负荷变化的主要原因是工厂的作息制度，人们的生活规律等。一次调频所调节的正是叠加在长周期变化分量上的随机分量,这就决定了电网一次调频的随机性。通常所采用的一次调频对策是建立在静态范畴内的，所谓静态范畴的一次调频特性是把电网中的各台机组负荷分配规律简单的归结成不等率的反比例关系，在系统规模不大时，电力系统的调峰和调频问题的研究可以从静态的角度来考虑。从20 世纪80 年代开始，一直都把电厂的负荷静态经济分配、安全调度、静态潮流作为考虑的重点，而对时间方向上的各类动态信息关心不够。随着系统规模和负荷的迅速发展,电网的调峰和调频出现了许多新的问题，静态的分析方法已经不能满足实际生产的需要，比如在考察汽轮发电机组对周波变化的一次调频响应时，不仅要看周波的变化幅度，还要看周波的变化速度，这些都涉及到不同机组对不同频率的负荷扰动适应能力的差异(如再热机组与非再热机组)，而这一点用静态特性的概念是无法描述的。另外，汽轮机调节对周波变化的各频率分量的响应也是不同的(如设计有高压调节阀动态过开能力与没有此能力的再热机组)。因此，这都需要从动态的角度重新考虑一次调频策略的问题。
1.4控制策略分析
一次调频的功能是将电网频差因子转换成负荷增量信号后，一方面将其叠加于汽轮机调节阀控制指令，以改变调节阀开度，并利用锅炉蓄热快速增减机组负荷，以满足电网频率要求；另一方面改变锅炉负荷指令，将主蒸汽压力维持在安全范围内。一次调频包含汽轮机侧的数字式电液控制系统(DEH) 一次调频和机组协调控制(UCC)一次调频。DEH一次调频具有响应速度快的特点，但因是有差调节，调频目标负荷与实际负荷存在一定偏差。UCC一次调频能够实现机组能量平衡，但不能快速响应电网频率变化。因此，UCC和DEH的联合一次调频是满足电网一次调频要求的最佳方式。DEH通常包括转速／功率回路、调节级压力回路和阀门管理程序。DEH一次调频的频差因子通常叠加在功率信号上，如果DEH功率回路和调节级压力回路未投人运行，则一次调频的频差因子直接叠加到阀门管理程序中，以便迅速转变为汽轮机调节阀开度。图1 所示为DEH一次调频系统。