第一節概述
一、調頻的任務
電力係統正常運行時,負荷消耗的有功功率(包括線損與係統總的發電功率是一致的。有功功率的平衡,使得係統頻率為額定值(50Hz)運行。當由於某種原因,使得功率平衡被破壞財,係統頻率偏離額定值若使頻率恢複額定值,就得改變發電機的輸入動力元素(蒸汽或水),即改變發電機的有功功率輸出。如果發電機發出的有功功率與負荷在額定頻率下所需求的功率相一致時,係統頻率又會重新在額定頻率下運行。顯而易見,頻率的調節與有功功率調節是密切相關的。
電力係統中心按預計的日負荷曲線確定各電廠的出力,由於負荷經濟會有意外的波動,預計的和實際的日負荷曲線很難完全一致,二者之差為計劃外負荷。在電力係統中除了個別機組或電廠,因事故切除會引起頻率偏離外,計劃外負荷也是造成係統頻率波動的主要原因。
在小容量係統中,比較平緩的、不大的計劃外負荷的波動,可由一個電廣來補償(調節),並由它來維持係統頻率於額定值。
在大容量的係統中,計劃外負荷的波動值相對於係統容量要小得多,因此保持係統頻率的任務是較容易實現的。但由於大容量係統計劃外負荷波動的絕對值較大,在一個電廠的可調範圍內已無法補償這一波動,因此需要幾個電廠同時調頻。在這種情況下便出現了各調頻廠之間的負荷分配問題。
綜合上述得知,調頻的任務是:當係統有功功率不平衡而使係統頻率偏離額定值時,能及時調節發電機的出力,使係統有功功率達到新的平衡,以保證電力係統頻率在允許範圍內波動(一般允許頻率偏差不得超過±0.2)。除此之外,調頻還需考慮機組間負荷的合理分配問題及保持時鍾準確性等問題。
二、調速器的調節特性
調速器的構成及動作原理已在其它課程中講述,在此僅對調速器的調節特性討論如下。
1.調節特性
電力係統所有原動機(汽輪機、水輪機)均裝有調速器。它可以根據測量到的轉速變化,自動調節動力閥門的開度,以改變原動機的出力,保持轉速在一個不大的範圍內變化。這種不改變變速機構位置而通過調速器自動實現的調節作用,通常稱一次調整,屬於基本調整。但是,由於受調速器性能的限製,通常僅靠一次調整不能滿足電力係統對頻率偏差的要求,更不能完成對各機組間或各電有功功率的合理分配,以提高整個電力係統運行的經濟性。因此,當係統內負荷變動引起頻率變化時,往往還需用人工手動或動調頻裝置去改變變速機構的位置,亦即改變調速器的工作特性,以使有功功率的供求能在額定頻率實現平衡,且能合理分配機組間有功功率。這種獨立於調速器以外的自動調節作用稱為二次調整。
電力係統頻率的自動調整,不管是一次調整,二次調整,都是調節動力元素的進入量以建立功率平衡,力求使頻率維持額定值,所以頻率的調節最終是通過機組的調速係統實現的。
具有調速器的機組,在穩態運行的情況下,機組轉速與負荷之間的關係曲線,稱為發電機的靜態調節特性。打可以近似直線表示和圖。
這是一種有差調節特性,式中表示發電機的調整係數。它表示機組負荷改變時,相應轉速的改變;負號表示發電機組負荷增加時,頻率將下降,即發電機輸出功率的變化和頻率的變化方向相反。稱為無差調節,即負荷變化不會引起頻率的改變,其調節特性是平行於橫軸的一條直線。雖然無差調節特性可以維持頻率穩定,但在同一頻率下可有不同的有功功率與之對應,故對並聯運行的機組來說,會引起機組間不確定的有功功率分配,所以是不允許的。為此,係統中不允許有兩台或兩台以上具有無差調節特性的機組並列。
2.調節特性的失靈區
碼上討論,都是假定機組的調節特性是一條理想直線,但是實際上由於受調速器的機件摩擦等影響;應不出較小的轉速偏差,具有一定的失畧區,其調節特性不是一條直線而是一條具有一定寬度的失靈帶。
由於調速器的頻率調節特性是帶狀,因此使得並聯運行機組間的有功功率分配也產生誤差戶對應於一定的失靈度來說,最大功率誤差與調整係數存在如下關係。
第二節係統頻率調節及機組間負荷分配的關係
一、係統頻率的調整;
1.係統頻率的一次調整
係統負荷變動時,係統頻率的變化過程及調速器所起的調節作用為例進行討論。