本页对应教材 P30–P38,内容包括主导发电机法、分区调频法和区域控制误差 ACE。通过两区域联络线演示,说明如何根据频率偏差与联络线功率偏差判断负荷变动所在区域,并确定二次调频的责任区域。
本节只列出理解后续内容所需的基本概念,调速器的详细结构与一次调频推导不在本页范围内。
同步发电机频率由转子转速决定:
发电功率与负荷功率相等时频率维持额定;负荷突增、发电功率暂时不足时,转子减速,频率下降。
有差特性:频率下降时机组自动增发,调节后频率存在偏差,多台机组可并列运行、按比例分担负荷。
无差特性:调差系数为 0,机组维持额定频率;同一并列系统中只能有一台机组(或一个调频电站)按无差特性运行。
ep 越小则 K 越大,同样负荷变化引起的频率偏差越小;无差机组 K→∞,不参与调频的机组 K=0。
减小调差系数可以减小频率偏差,但调差系数过小会使并列机组间负荷分配不稳定、功率分配误差增大,因此不能仅靠减小调差系数解决问题。
频率偏差与系统总运行容量成反比,大容量系统在小负荷波动时频率偏差较小;但系统容量有限,仍需指定专门的调频机组承担计划外负荷。
调频机组需要频繁、大幅度改变出力,应选择调节速度快、调节范围大、调节成本低的电站。
指定一台容量足够大的机组以无差特性(调差系数 ep=0,等价于功率调整系数 K→∞)运行,承担全部计划外负荷,调节结束后频率恢复额定。
主导机组按无差特性运行,承担全部计划外负荷;基载机组出力保持计划值。
注意区分:K→∞ 表示无差,机组在频率出现偏差时持续调节;K=0 表示不参与调频,两者含义不同。
各机组出力按比例分配,但动作有先后。
逐级调节,整体响应较慢。
适用于中小电力系统。
多个区域联合运行时,区内非计划负荷主要由本区调频厂承担,联络线交换功率基本维持计划值。调频方程需要判断负荷变动是否发生在本区,并采取相应的调节措施。
调频方程表示一个区域的有功平衡关系:机组二次增发、一次调频、联络线交换功率三项之和为零。
| 项 | 含义 | 所属调频级别 |
|---|---|---|
| Δf = f − fr | 频率偏差(全系统同一值) | — |
| ΔPAB | 联络线功率增量(相对计划值,送出为正) | — |
| KA·Δf | 一次调频项;Δf<0 时为负,−KΔf 为一次增发的功率 | 一次调频 |
| ΔPA | 调频器或 AGC 的二次增发功率(控制量) | 二次调频 |
本区负荷突增时频率下降(Δf<0),更多功率留在区内使用,联络线送出功率减少(ΔPAB<0),二者同为负。KΔf 与 ΔPAB 不能抵消,ΔPA 为正,本区需要二次增发。
它区负荷突增时本区频率同样下降(Δf<0),本区一次增发的功率经联络线送往它区(ΔPAB>0),二者异号。若 K 整定恰当,KΔf 与 ΔPAB 抵消,ΔPA≈0,本区不进行二次增发。
Δf=−0.125、ΔPAB=+25,二者异号。
A区一次增发的 25 MW 属于临时支援,二次调频不动作。
Δf=−0.125、ΔPBA=−25,二者同号。
B区二次增发 50 MW 承担全部新增负荷,频率与联络线随后恢复。
KA 应整定为本区的自然频率响应能力,即区内机组调速器单位调节功率与负荷频率效应之和。
ACE 是分区调频的控制指标,由频率偏差和联络线功率偏差两项组成。控制器根据 ACE 即可确定是否调节、调节方向和调节幅度。
两项抵消或同时为零,代入调频方程得 ΔPi=0:本区无调频责任,机组保持原有出力。
符号决定调节方向(负值对应增发、正值对应减发),绝对值决定调节幅度。
AGC(自动发电控制)以分区调频和 ACE 为基础,自动采集频率与联络线功率、计算 ACE,并将调节任务分配给调频机组,实现二次调频自动运行。AGC 的详细构成不在本页范围内。
| 模式 | 控制目标 |
|---|---|
| FFC 定频率控制 | 只维持系统频率(ACE=KΔf),不控制联络线,适用于孤立系统。 |
| FTC 定联络线控制 | 只维持联络线交换计划(ACE=ΔPtie),不控制频率。 |
| TBC 频率联络线偏差 | 同时控制频率与联络线(ACE=KΔf+ΔPtie),自动判定责任区域,互联电网普遍采用。 |
出现计划外负荷,Δf≠0
调速器秒级响应,频率存在残差
单一系统由主导机组承担;多区域按同号、异号判定
ACE=KΔf+ΔPtie,本区 ACE≠0 才调节
扰动区增发,非扰动区 ΔP≈0
ACE 归零,频率与联络线恢复额定值和计划值
单一系统、无差调节、响应较慢。
区内负荷由本区承担,联络线维持计划值。
统一控制指标,用于判定责任区域。