发电机组有功功率-频率静态特性优化方案

发电机的频率是由原动机的调速系统来实现的。当有功功率平衡遭到破坏，引起频率变化时，原动机的调速系统将自动改变原动机的进汽（水）量，相应增加或减少发电机的出力。当调速器的调节过程结束，建立新的稳态时，发电机的有功出力同频率之间的关系称为发电机组的功率—频率静态特性（简称功频静态特性）。为了说明这种静态特性，以下对调速系统的作用原理作简要的介绍。

原动机调速系统有很多种，根据测量环节的工作原理，可以分为机械液压调速系统和电气液压调速系统两大类。下面介绍离心飞摆式机械液压调速系统。

离心飞摆式机械液压调速系统的原理如图4-4所示，其工作原理如下所述。

图4-4　离心式飞摆式调速系统示意图

Ⅰ—飞摆；Ⅱ—错油门；Ⅲ—油动机；Ⅳ—调频器（同步器）

调速器的飞摆由套筒带动转动，套筒则为原动机的主轴所带动。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点向下移动到A′。但因油动机活塞两边的油压相等，B点不动，结果使杠杆AB绕B点逆时针转动到A′B。在调速器不动作的情况下，D点也不动，因而在A点下降到A′时，杠杆DE绕D点顺时针转动到DE′，E点向下移动到E′。错油门活塞向下移动，使油管a、b的小孔开启，压力油经油管b进入油动机下部，而活塞上部的油则经油管a经错油腔滑调门上部小孔溢出。在油压作用下，油动机活塞向上移动，使汽轮机的调节气门或水轮机的导向叶片开度增大，增加进汽量或进水量。

与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从而错油门活塞提升，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。由于进汽或进水量的增加，机组转速上升，A点从A′回升到A″，调节过程结束。这时杠杆AB的位置为A″CB″。分析杠杆AB的位置可见，杠杆上C点的位置和原来相同，因此机组转速稳定后错油门活塞的位置应恢复原状；B″的位置较B高，A″的位置较A略低；相应的进汽或进水量较原来多，机组的转速较原来略低。这就是频率的“一次调整”作用。

由此可见，对应着增大了的负荷，发电机组输出功率增加，频率低于初始值；反之，如果负荷减小，则调速器调整的结果使机组输出功率减小，频率高于初始值。这种调整就是频率的一次调整，是由调速系统中的元件按有差特性自动执行。反映调整过程结束后发电机输出功率和频率关系的曲线称为发电机组的功率-频率静态特性，可以近似地表示为一条向下倾斜的直线，如图4-5所示。

图4-5　发电机组的功率—频率静态特性

在发电机组的功频静态特性图4-5（a）上任取两点1和2，定义机组的静态调差系数为

以发电机额定参数为基准的标幺值表示时，便有

式中的负号是因为调差系数习惯上取正值，而频率变化量又恰与功率变化量的符号相反。

调差系数通常由发电机制造厂家提供，它是指机组由空载变化到满载时，转速（频率）变化与发电机输出功率变化之比。在图4-5（b）上如果取点1为空载运行点，即P1＝0，f1＝f0；设点2为额定运行点，即，P2＝PGN，f2＝fN，便有(www.xing528.com)

如果用百分数表示，则为

调差系数也叫调差率，可定量表示某台机组负荷改变时相应的转速（频率）偏移。例如当δ*＝0.05时，如果负荷改变1%，则频率将偏移0.05%；如果负荷改变20%，则频率将偏移1%。

图中直线的斜率可以反映出发电机单位调节功率能力倾向。它表明系统频率变化会引起发电机输出功率的变化，即发电机输出功率增加时，系统频率是降低的。调差系数的倒数就是机组的单位调节功率（或称发电机组的功频静特性系数），从空载到满载发电机的单位调节功率为

改用标幺值表示为

两者的关系为

一般给出的是发电机的调差系数δ的百分数，KG的计算式有可用δ%表示为

KG的数值表示频率发生单位变化时，发电机组输出功率的变化量。式（4-12）中的负号表示频率下降时，发电机组的有功出力是增加的。

调差系数的大小对频率偏移的影响很大，调差系数愈小，频率偏移也愈小。与负荷的频率调节效应系数KL*不同，发电机组的调差系数δ*或相应的单位调节功率KG*是可以整定的，一般整定为如下的数值：

汽轮发电机组δ%＝3～5或KG*＝33.3～20；

水轮发电机组δ%＝2～4或KG*＝50～25。