1、一次调频与二次调频的特点分析08012411 沈霈霖1、 一次调频1.1 原理论述图一：一次调频原理图一次调频的结构图如图所示，其机理如下：调速器的飞摆由套筒带动转动，套筒则为原动机主轴所带动。单机运行时，因机组负荷增大，转速下降，飞摆由于离心力的减小，在弹簧的作用下向转轴靠拢，使 A 点向下移动。B 点不动，结果使杠杆 AB 绕 B 点逆时针转动。在调频器不动作的情况下，D 点也不懂，因而在 A 点下降时，杠杆 DE 绕 D 点顺时针转动。错油门活塞向下移动，是油管 a、b 的小孔开启，压力油经油管 b 进入油动机活塞下部，而活塞上部的油则经油管 a 经错油门上部小孔溢出，在油压的作用下，油
2、动机活塞向上移动，使汽轮机的调节气门或水轮机的导向叶片开度增大，增加进气量或进水量。在油动机活塞上升的同时，杠杆 AB 绕 A 点逆时针转动，将连接点 C 从错油门活塞提升，使油管 a、b 的小孔重新堵住。油动机活塞又处于上下相等的油压下，停止移动。由于进气或进水量增加，机组转速上升。调节过程结束，这时 A 比原始位置低，C 点位置不变，B 点升高，发动机组输出功率增大。调频器飞摆弹簧AA CFab4DEB 进汽错油门油动机1.2 一次调频限制分析一次调频最大的缺点在于图中的 C 点在调控前后必须处在同一高度上，这使得 A,B 相当于被一个支点在 C 点的杠杆连接，正是这种杠杆效应时的一次调频
3、只能是比例调节。即不能够实现无差调节，由结构图也易于分析：为使功率增大，必定需要 B 点提高，而因为C 点位置前后不变，所以 B 点的提高的前提必定使 A 点较原来位置低，即频率减小。所以一次调频的结构已经决定了其限制。1.3 一次调频维持频率平衡的过程根据前文的论述，随着频率的减小，P G 应该有所上升，因此我们可以大致得到 PG 的调控曲线如下：图 2：一次调频 PG 与 f 关系曲线对电力系统的另一头，即负载进行分析。负载的功率应满足：PL=202sin=202sin可见负载功率在电压恒定的情况下必定和 f 值呈线性正相关。图 3：负载频率特性曲线综合以上两点，可以发现在一次调频的时候其
4、实有两个因素在起作用。当负载功率极大，发电功率不足的时候，导致频率的降低，而由曲线可以看出频率的降低一方面会带来发电机组功率的提高，另一方面会造成负载功率的降低，而新的平衡点，则是两者共同作用的结果。通过更为直观的图像，则可以表示如下：图 4：频率的一次调整图假定 PG 曲线的斜率为-K G，负载特性曲线斜率为 KL，则：L0=AB+BO=OB+BA。OB=-KG BA=-KL 综合以上三式，最终可以推得：L0=- G L)(+所以对 L0 的调控由 KG 和 KL 共同起作用，总的调控的斜率绝对值为两者之和，这与我们之前进行的原理上的分析是一致的。在实际的电力系统的运行中，负载端调控的斜率
5、KL 属于不可控因素，因此电力系统的平衡需要 KG 的合适值来保证。2、 二次调频原理分析从自动控制原理公式的角度上讲，二次调频之所以能够实现误差调节，是因为加入了 的积分环节，而如果我们直观的从二次调频设计结构的角度上分析的话，就可以发1现二次调频相比于一次调频的优势在于通过手动或自动调节调频旋钮，直接带来了 C点的移动，这是一次调频所不能做到的。如图 1 所示，即便在 A 点不动的情况下，单独移动 C 点也可以直接导致 B 点的上升，进而使得进气量或进水量增大，输出功率升高。也就是说，在飞摆转速不变，即频率不变的情况下，二次调频也依然可以通过移动 C 带来输出功率的提高，来供给负载的需要。
6、在曲线上，这相当于在原有基础上将同一 f 点的 PG 抬高，也就是将曲线向上平移 G0，如图所示：PG 0fNfPG图 5:二次调频对发电功率的影响所以，在电力系统加入二次调频以后，发电机组与负载相比缺少的功率一部分有二次调频本身所带来的发电功率的增加来承担，另一部分有一次调频和负载本身的调控性能共同承担。相当于在前文所论述的一次调频的基础上扣除二次调频所带来的功率增长的部分，如图所示：图 6：二次调频变化曲线L0=OA=OC+CB+ABAB=-KL =-KL 0-f0) (BC=-KG =-KG 0-f0) (OC= G0综合以上四式：L0- G0= G+KL）（ 3、 互联电力系统的频率调
7、整KA PG A PL AKB PG B PL B Pa bA B图七：互联电力系统原理框图假定 ab 由 A 到 B 为正则 ab 可以作为 A 的负荷，可以作为 B 的电源，所以可得到如下公 式：LA+ ab- GA=-KA A LB- ab- GB=-KB B 联合后，两系统的频率相等，即实际上应有 A= B= ，可得：LA- GA）+ （ LB- GB）=-（K A+KB）（ = ()+()+将代入或得：=()()+令 LA- GA= ， LB- GB= ，则式可以写为：+=+=+利用电力系统的互联，可以将 A 系统和 B 系统视为一个整体，二者可以相互补充，例如 A区域的用电量突然增
8、加超过负荷，可以由 B 区域的发电机组进行补偿，增强了系统整体对突发现象的适应能力。但需要注意的问题是，在实际应用的过程中，应该避免 过大的情况，由于两系统间电力运输的距离长 过大也会造成系统的不稳定。，如果 4、 例题分析例 5-61. 两系统机组都参加一次调频时：=+= 100795+426=0.082()=+ =425100795+426=34.9()从对结果的分析可以看出，A 系统负载功率的增大由 A 和 B 量系统共同承担，B 系统向A 系统输送 34.9MW 的功率，频率波动小，且 B 向 A 输送的功率也不大，是一种比较合理的状态。2. 两系统机组都不参加一次调频时：=+= 10
9、045+26=1.41()=+ =2610045+26=36.6()这是一种比较极端的情况，在这种情况下，两个发电机组都已经饱和，无法在起到频率调控作用，所有的调控全部有两系统的负载来承担，造成频率波动极大，是应该尽量避免的情况。3. B 系统不参加一次调频时=+= 100795+26=0.122()=+ =26100795+26=3.17()在这种情况下 ，B 系统的机组没有参与调频，由 A 系统的机组进行一次调频，而 B 系统之所以能够向 A 系统提供 3.17MW 的功率，完全是由于频率减小而带来的 B 系统区域负载调控的结果，并非发电机组的贡献。这种情况 B 向 A 输送的功率小，但是
10、频率波动较大，比状态 2 要好，但不及状态 1。4. A 系统不参加一次调频时=+= 10045+426=0.212()=+ =42610045+426=90.5()在这种情况下，A 系统机组没有起到任何频率调节的作用，一次调频完全由 B 系统承担，但 B 系统只想 A 系统提供了 90.5MW 的功率，是因为剩余的 9.5MW 是由频率降低所带来的 A 系统的负载调节所承担的。系统频率波动较大，B 向 A 传送的功率极大，比状态 2 要好，但不及状态 1 和状态 3。例 5-71. A、 B 两系统都参加一、二次调频，且都增发 50MW 时：=+= 5050795+426=0()=+ =79
11、5（ 50） 42650795+426 =50()在此种情况下，A,B 两系统二次调频一共增发了 50+50=100MW 的功率刚好能够补偿 A 系统负载增加的功率，因此可以实现无差调节，但是代价是 B 系统必须将二次调频所增发的50MW 的功率全部送往 A 系统，远距离传输功率较大。2. A、 B 两系统都参加一次调频，且 A 系统有部分机组参加二次调频，增发 60MW 时=+= 40795+426=0.0328()=+ =42640795+426=14()可以发现，频率波动极小，B 向 A 传送的功率也极小，是一种比较理想的情况。3. A、 B 两系统都参加一次调频，且 B 系统有部分机组
12、参加二次调频，增发 60MW 时。=+=10060795+426=0.0328()=+ =795（ 60） 426100795+426 =74()在此种情况下，B 系统的一次和二次调频均投入使用，承担了电力系统调频的主要任务，但带来的代价是 B 系统需要向 A 系统传送大量的功率，虽然频率调节比较成功，但仍然是一种应当尽量避免的情况。4 A 系统的所有机组都参加一次调频，并有部分机组参加二次调频，增发 60MW，B 系统仅有一半机组参加了一次调频时：=+= 40795+226=0.0391()=+ =22640795+426=8.85()在本次情况下，由于 B 系统只有一半的机组投入一次调频，
13、也就自然而然造成了频率偏移量比状态 2 要大，但也并非没有好处，在这种情况下， B 系统之需要向 A 系统输送8.85MW 的功率，传输功率减小明显。综合 5-7 例题，可以发现情况 2 和情况 4 要明显优于情况 1 和情况 3，因此可以发现，在频率调控的过程中，无差调节并不一定是最好的选择。而另外，情况 3 和情况 2 的对比也说明了系统内部的负载功耗波动应该尽量有系统内部本身的机组来解决，超出本机组承受范围的在借助其他系统的机组，这样有助于系统的稳定。通过对以上两道例题的分析，可以发现：1、 二次调频是电力系统稳定中极为重要的一环，可以发现，加入二次调频是可以使频率的偏移量大大减小（与一次调频甚至不在一个数量级）甚至可以实现无差调节。2、 在实际应用的过程中，采用何种程度的二次调频，需要结合具体情况来进行分析，无差调节并不一定就是最好的选择，还应该对系统间功率的传送等因素进行综合的考量。3、 一个系统内部的负载功率波动应该尽量由该系同本身的机组来进行调控，在调控能力确实不足时再借用其他系统的机组，这样可以减少功率的传递，有助于降低整体功耗，维持系统稳定。
