第1章
新型电力系统背景下火电机组调频现状及挑战

1.1 电力系统频率控制技术基础

1.1.1 电力系统频率波动

电力系统频率主要和系统负荷有关。大型机组的投切、大功率负荷的变化都可能会引起电力系统频率的变化；当发电量大于用电负荷或有部分线路跳闸时，系统频率会升高，当负荷突增或发电机跳闸时，系统频率会下降。

电力系统频率波动的直接原因是发电机输入功率和输出功率之间的不平衡。众所周知，单一电源的系统频率是同步发电机转速的函数：

式中，f为电力系统频率，单位为Hz；n为发电机的转速，单位为r/min；p为发电机的极对数；60为分钟转换为秒的转换系数。

对于一般的火力发电机组，发电机的极对数为1，额定转速为3000r/min，即额定频率为50Hz。

此时系统频率又可以用同步发电机角速度的函数来表示

为了研究系统频率变化的规律，需要研究同步发电机的运动规律。同步发电机组的运动方程为

式中，T_m为输入机械力矩；T_e为输出电磁力矩；J为发电机组的转动惯量；dω/dt为发电机组的角加速度。

由于功率与力矩之间存在转换关系（P=ωT），由式（1-3）可得传递函数为

式中，P_m为原动机功率；P_e为发电机电磁功率；H_s为发电机的惯性常数；Δω为角速度变化量。

由此可知，当原动机功率和发电机电磁功率之间产生不平衡时，必然引起发电机转速的变化，即引起系统频率的变化。

在众多发电机组并联运行的电力系统中，尽管原动机功率P_m不是恒定不变的，但它主要取决于本台发电机的原动机和调速器的特性，因而是相对容易控制的因素；而发电机电磁功率P_e的变化则不仅与本台发电机的电磁特性有关，更取决于电力系统的负荷特性，是难以控制的因素，而这正是引起电力系统频率波动的主要原因。