第33卷第16期 电网技术 59 中功率频率静态特性是指稳态下系统的有功功率 时，在转子上加额定转矩，转子从静止状态到达其 和频率的关系，主要取决于负荷和机组的功率频率 额定转速的所需时间。因此增大机组惯性时间常 静态特性：功率频率动态特性是指电力系统受扰动 数，将降低频率变化的速率，延迟频率达到极值的 之后，系统由于有功功率平衡遭到破坏引起系统频 时间，使振荡周期变长。减少惯性时间常数将对功 率发生变化，频率从正常状态过渡到另一个稳定值 率频率动态过程起相反作用。 所经历的时间过程。 旋转备用对于即时抵偿由于随机事件，如短时 1.2频率时空分布特性 间的负荷波动、日负荷曲线的预测误差和发电机组 通常互联大电网发生有功缺额扰动之后，不仅 因偶然事件退出运行等引起的功率缺额有很大帮 不同地点频率变化的幅值不同，而且各地频率变化 助，其容量和分布对功率频率特性的影响非常大。 量达到最大值的时间也不同，使系统频率呈现出明 各机组旋转备用需要机组的调速系统参与发 显的时空分布特性。文献[11]对美国西部电网 挥作用，调速系统的调差系数对于系统的功率频率 WSCC系统和东部电网EUS系统的研究表明，扰 过程有重要影响，它直接影响机组在转速发生变化 动后互联大电网不同频率观测点可以观测到不同 时有功功率调节能力。调差系数大，一次调频能力 的频率响应过程。频率的时空分布特性是互联大电 差，频率变化时对应有功功率变化小。 网区别于简单网络分析结果的重要特性之一。 反映负荷频率调节能力的主要参数是负荷频 2功率频率过程及影响因素分析 率调节效应系数，其数值与系统中各类负荷所占的 比例有关，不同电力系统或同一电力系统在不同时 2.1功率频率动态过程分析 刻该系数可能不同。当系统发生功率缺额时，负荷 电力系统发生有功缺额时，系统频率的变化涉 的调节效应可减少有功功率的不平衡程度。 及输电网络结构、发电机运动方程及其参数、调速 器模型及旋转备用2-14、励磁调节模型和负荷模 3仿真分析 型56。发生有功缺额故障后，系统原有的有功平 3.1系统及参数 衡状态被打破，各发电机组将按其同步功率分担发 以某互联电网为研究对象，该系统内共有1000 电缺额，并释放转子储存的部分惯性动能。转子动 多条母线、140多台发电机组，总有功出力为 能的消耗将使机组转速下降，系统频率降低。系统 19201.5MW,无功出力为7215.5Mvar,有功负荷 频率偏离额定值时，负荷吸收的有功功率随之变 为18653.4MW,无功负荷为7863.3Mvar。系统负 化。机组自动调节装置检测到转速改变而动作，各 荷模型采用一定比例感应电动机负荷和多项式静 机组将按调速系统的调差系数重新分配负荷，最后 态负荷组成综合负荷模型。 由系统的调频机组增加出力使频率恢复到额定值。 3.2频率时空分布特性仿真 在整个过程中，各机组的转速因各自初始承担的负 以该电网某电厂有功脱落100MW为扰动故障 荷不同、惯性不同、调速器的调节特性不同，各机 (占全网发电量的0.52%)，故障后各观测点频率动 组承担着不同的负荷功率分配比例。 态过程如图1所示。 影响系统功率频率过程的因素主要集中在故 由图1可见，大电网发生有功功率缺额时，系 障扰动地点、发电机组模型及其参数、调速器调节 统不同频率观测点的频率动态过程存在明显差异。 特性、旋转备用容量及其分布和负荷特性等几个因 其中距故障扰动点越近频率变化越剧烈，初始频率 素上。 跌落越快：距故障点越远频率波动越平稳，初始频 2.2功率频率特性影响因素分析 远离故障点 有功缺额扰动发生在不同地点时，将会改变电 50.00 障扰动点 49.95 网的运行方式。运行方式的改变影响系统潮流分 距故障中间点 49.90 布，尤其是无功的变化会导致负荷点电压的改变， 49.85 49.80 靠近故障点 而电压的变化又会通过负荷的电压特性影响负荷 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 吸收的有功功率，从而影响系统的功率频率特性。 图1有功脱落100MW后各观测母线的频率响应曲线 机组模型中对功率频率特性影响较大的参数 Fig.1 Bus frequencies response curve when 是机组的惯性时间常数，其物理意义是发电机空载 100 MW active power tripped from generator第 33 卷 第 16 期 电 网 技 术 59 中功率频率静态特性是指稳态下系统的有功功率 和频率的关系，主要取决于负荷和机组的功率频率 静态特性；功率频率动态特性是指电力系统受扰动 之后，系统由于有功功率平衡遭到破坏引起系统频 率发生变化，频率从正常状态过渡到另一个稳定值 所经历的时间过程。 1.2 频率时空分布特性 通常互联大电网发生有功缺额扰动之后，不仅 不同地点频率变化的幅值不同，而且各地频率变化 量达到最大值的时间也不同，使系统频率呈现出明 显的时空分布特性。文献[11]对美国西部电网 WSCC 系统和东部电网 EUS 系统的研究表明，扰 动后互联大电网不同频率观测点可以观测到不同 的频率响应过程。频率的时空分布特性是互联大电 网区别于简单网络分析结果的重要特性之一。 2 功率频率过程及影响因素分析 2.1 功率频率动态过程分析 电力系统发生有功缺额时，系统频率的变化涉 及输电网络结构、发电机运动方程及其参数、调速 器模型及旋转备用[12-14]、励磁调节模型和负荷模 型[15-16]。发生有功缺额故障后，系统原有的有功平 衡状态被打破，各发电机组将按其同步功率分担发 电缺额，并释放转子储存的部分惯性动能。转子动 能的消耗将使机组转速下降，系统频率降低。系统 频率偏离额定值时，负荷吸收的有功功率随之变 化。机组自动调节装置检测到转速改变而动作，各 机组将按调速系统的调差系数重新分配负荷，最后 由系统的调频机组增加出力使频率恢复到额定值。 在整个过程中，各机组的转速因各自初始承担的负 荷不同、惯性不同、调速器的调节特性不同，各机 组承担着不同的负荷功率分配比例。 影响系统功率频率过程的因素主要集中在故 障扰动地点、发电机组模型及其参数、调速器调节 特性、旋转备用容量及其分布和负荷特性等几个因 素上。 2.2 功率频率特性影响因素分析 有功缺额扰动发生在不同地点时，将会改变电 网的运行方式。运行方式的改变影响系统潮流分 布，尤其是无功的变化会导致负荷点电压的改变， 而电压的变化又会通过负荷的电压特性影响负荷 吸收的有功功率，从而影响系统的功率频率特性。 机组模型中对功率频率特性影响较大的参数 是机组的惯性时间常数，其物理意义是发电机空载 时，在转子上加额定转矩，转子从静止状态到达其 额定转速的所需时间。因此增大机组惯性时间常 数，将降低频率变化的速率，延迟频率达到极值的 时间，使振荡周期变长。减少惯性时间常数将对功 率频率动态过程起相反作用。 旋转备用对于即时抵偿由于随机事件，如短时 间的负荷波动、日负荷曲线的预测误差和发电机组 因偶然事件退出运行等引起的功率缺额有很大帮 助，其容量和分布对功率频率特性的影响非常大。 各机组旋转备用需要机组的调速系统参与发 挥作用，调速系统的调差系数对于系统的功率频率 过程有重要影响，它直接影响机组在转速发生变化 时有功功率调节能力。调差系数大，一次调频能力 差，频率变化时对应有功功率变化小。 反映负荷频率调节能力的主要参数是负荷频 率调节效应系数，其数值与系统中各类负荷所占的 比例有关，不同电力系统或同一电力系统在不同时 刻该系数可能不同。当系统发生功率缺额时，负荷 的调节效应可减少有功功率的不平衡程度。 3 仿真分析 3.1 系统及参数 以某互联电网为研究对象，该系统内共有 1 000 多条母线、140 多台发电机组，总有功出力为 19 201.5 MW，无功出力为 7 215.5 Mvar，有功负荷 为 18 653.4MW，无功负荷为 7 863.3Mvar。系统负 荷模型采用一定比例感应电动机负荷和多项式静 态负荷组成综合负荷模型。 3.2 频率时空分布特性仿真 以该电网某电厂有功脱落 100MW 为扰动故障 (占全网发电量的 0.52%)，故障后各观测点频率动 态过程如图 1 所示。 由图 1 可见，大电网发生有功功率缺额时，系 统不同频率观测点的频率动态过程存在明显差异。 其中距故障扰动点越近频率变化越剧烈，初始频率 跌落越快；距故障点越远频率波动越平稳，初始频 故障扰动点 靠近故障点 远离故障点 距故障中间点 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 t/s f/Hz 49.80 49.90 50.00 49.85 49.95 图 1 有功脱落 100 MW 后各观测母线的频率响应曲线 Fig. 1 Bus frequencies response curve when 100 MW active power tripped from generator