【正文】 段，如要依靠人工對(duì)時(shí)，則工作量巨大，如以電鐘為計(jì)時(shí)手段，既可保持時(shí)間的準(zhǔn)確度，又可降低電度表的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和造價(jià)。頻率質(zhì)量改善對(duì)經(jīng)濟(jì)效益的影響眾所周知，頻率偏差反映了發(fā)電與負(fù)荷間的不平衡，特別是頻率偏高，反映發(fā)電量超出了用電的需求量，造成了用戶電費(fèi)的額外支出，以及能源的浪費(fèi)。平均頻率反映的經(jīng)濟(jì)效益由于我國(guó)過去長(zhǎng)期處于缺電局面，因此，在一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期中，從政策上鼓勵(lì)電廠多發(fā)電，以發(fā)電量為電廠的主要經(jīng)濟(jì)考核指標(biāo)，在這種情況下，發(fā)電廠普遍存在搶發(fā)電（超計(jì)劃發(fā)電）的現(xiàn)象，特別是在年底歲末，發(fā)電廠為完成生產(chǎn)指標(biāo)，搶發(fā)電的現(xiàn)象更為嚴(yán)重，使電力系統(tǒng)大多數(shù)時(shí)間處于高頻率運(yùn)行，系統(tǒng)的平均頻率必然高于標(biāo)準(zhǔn)頻率值。以華東電網(wǎng)為例，經(jīng)過了20世紀(jì)八十年代中、后期及九十年代初期的建設(shè)和發(fā)展，到1995年，華東電網(wǎng)迎來了發(fā)電容量基本滿足用電需求的局面，基本消除了壓低頻率運(yùn)行的現(xiàn)象，但高頻率卻成為困擾系統(tǒng)運(yùn)行的問題，：能源浪費(fèi)（折合成標(biāo)準(zhǔn)煤）=年頻率平均偏差值（Hz）頻率偏差系數(shù)（kw/Hz）365（天）24（時(shí)/天）標(biāo)準(zhǔn)煤耗（T/kwH） （）如果式中頻率偏差系數(shù)按2200103kw/Hz、標(biāo)準(zhǔn)煤耗按378106T/kwH計(jì)算，可推算出1995年華東電網(wǎng)因頻率偏高浪費(fèi)了能源合標(biāo)準(zhǔn)煤145,696噸。：用戶多付電費(fèi)=年頻率平均偏差值（Hz）頻率偏差系數(shù)（kw/Hz）365（天）24（時(shí)/天）用戶電費(fèi)(元/kwH) （）如果式中頻率偏差系數(shù)仍按2200103kw/Hz、可推算出1995年華東電網(wǎng)的用戶因頻率偏高多支出了電費(fèi)15,。頻率分布反映的經(jīng)濟(jì)效益電力系統(tǒng)頻率偏差而引起平均頻率偏高的現(xiàn)象也許并不多見，用平均頻率來分析電力系統(tǒng)頻率與各方經(jīng)濟(jì)利益的關(guān)系可能不具有普遍意義，但頻率偏差必然引起頻率分布的變化，因此，對(duì)頻率分布的研究更具普遍意義。從圖122可以看出盡管系統(tǒng)1和系統(tǒng)2的平均頻率均為50Hz，但系統(tǒng)1的頻率偏差明顯比系統(tǒng)2的大，通過對(duì)頻率分布曲線高于50Hz部分的積分，可以推算出電力系統(tǒng)在高頻率時(shí)多消耗的能源。如果根據(jù)圖122所示的頻率分布曲線，并均按華東電網(wǎng)上述有關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，可以推算得到，系統(tǒng)1在一年內(nèi)高頻率時(shí)多消耗能源合標(biāo)準(zhǔn)煤86,398噸；系統(tǒng)2在一年內(nèi)高頻率時(shí)多消耗能源合標(biāo)準(zhǔn)煤55,365噸。當(dāng)然，一個(gè)正常運(yùn)行的電力系統(tǒng)，其高于標(biāo)準(zhǔn)頻率的運(yùn)行時(shí)間是不可能等于零的，但通過對(duì)同一個(gè)系統(tǒng)不同頻率分布曲線的分析、比較，可以對(duì)在節(jié)能方面取得的經(jīng)濟(jì)效益作出評(píng)估。綜上所述，使頻率穩(wěn)定在額定值，是電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要任務(wù)。三、 電力系統(tǒng)頻率指標(biāo)和控制要求確定頻率指標(biāo)和控制要求需考慮的因素為了滿足發(fā)電廠設(shè)備、用戶設(shè)備和電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的需要，必須根據(jù)各電力系統(tǒng)的特點(diǎn)，提出頻率指標(biāo)和控制要求。為此，需要考慮的問題有：基準(zhǔn)頻率和頻率的正常范圍基準(zhǔn)頻率是由設(shè)計(jì)確定的，中國(guó)、西歐、澳大利亞、日本的一部分的電力系統(tǒng)基準(zhǔn)頻率為50Hz；而北美、日本的另一部分的電力系統(tǒng)的基準(zhǔn)頻率為60Hz。在各個(gè)電力系統(tǒng)中，所有的發(fā)電和用電設(shè)備均按在基準(zhǔn)頻率下運(yùn)行效率最高的原則來設(shè)計(jì)的。確定頻率的正?？刂品秶鷳?yīng)考慮三個(gè)重要因素：對(duì)發(fā)電、用電設(shè)備經(jīng)濟(jì)性的影響，使其能發(fā)揮最佳的效率。對(duì)故障狀態(tài)下頻率允許范圍的影響，當(dāng)電力系統(tǒng)中發(fā)生故障時(shí)，頻率不越出相應(yīng)故障狀態(tài)的頻率允許范圍。對(duì)安全性和經(jīng)濟(jì)性的綜合分析。由于電力系統(tǒng)絕大部分時(shí)間必須運(yùn)行在頻率的正?？刂品秶畠?nèi)，因此，確定頻率的正?？刂品秶鷮?duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性影響較大，如果放寬對(duì)頻率正?？刂品秶囊?，會(huì)降低對(duì)維持正常頻率的輔助服務(wù)的要求，同時(shí)也降低了成本；但是卻增加了在電力系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)將頻率維持在故障狀態(tài)下頻率允許范圍內(nèi)的難度。故障狀態(tài)的頻率允許范圍。規(guī)定故障狀態(tài)下的頻率允許范圍需考慮的因素有：對(duì)發(fā)電、用電設(shè)備功能性的影響，不能影響設(shè)備的正常功能。對(duì)發(fā)電、用電設(shè)備安全性的影響，不能造成設(shè)備的損壞。對(duì)電力系統(tǒng)運(yùn)行安全性的影響，不能由于頻率異常，造成發(fā)電設(shè)備解列，而危及整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行。由于電力系統(tǒng)故障狀態(tài)千變?nèi)f化，因此故障狀態(tài)下的頻率允許范圍往往分為幾級(jí)：常見故障（如N1故障）狀態(tài)下的頻率允許范圍。嚴(yán)重故障（如N2故障）狀態(tài)下的頻率允許范圍。特別嚴(yán)重故障（如多個(gè)設(shè)備故障）狀態(tài)下的頻率允許范圍。電力系統(tǒng)解列成幾塊運(yùn)行時(shí)故障狀態(tài)下的頻率允許范圍。頻率越限的允許時(shí)間規(guī)定頻率越限后恢復(fù)至正常范圍的允許時(shí)間需要考慮的因素有：頻率越限的延續(xù)時(shí)間對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備壽命的影響。在頻率越限故障處理期間發(fā)生第二次事件的危險(xiǎn)性。如果發(fā)生第二次事件，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)頻率越出相應(yīng)故障狀態(tài)下頻率允許范圍，從而產(chǎn)生切負(fù)荷裝置動(dòng)作等嚴(yán)重后果。例：澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)的頻率標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)行原則是：在正常情況下，盡力使系統(tǒng)頻率保持在表121所示的“正常頻率帶”內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生重大變化時(shí)，應(yīng)保證系統(tǒng)頻率不越出表121所示的“負(fù)荷變化頻率帶”，并按要求盡快恢復(fù)至“正常頻率帶”內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生突然和非計(jì)劃的單個(gè)發(fā)電機(jī)解列時(shí)，應(yīng)保證系統(tǒng)頻率不越出表121所示的“單機(jī)故障頻率帶”，并按要求盡快恢復(fù)至“正常頻率帶”內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生突然和非計(jì)劃的除單個(gè)發(fā)電機(jī)解列以外的單個(gè)可信故障（如重載聯(lián)絡(luò)線跳閘等）時(shí)，應(yīng)保證系統(tǒng)頻率不越出表121所示的“可信故障頻率帶”，并按要求盡快恢復(fù)至“單機(jī)故障頻率帶”內(nèi)；進(jìn)而按要求盡快恢復(fù)至“正常頻率帶”內(nèi)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生突然和非計(jì)劃的多重故障時(shí)，應(yīng)保證系統(tǒng)頻率不越出表121所示的“極端嚴(yán)重故障頻率帶”，并按要求盡快恢復(fù)至“單機(jī)故障頻率帶”內(nèi)；進(jìn)而按要求盡快恢復(fù)至“正常頻率帶”內(nèi)。表121 澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)頻率標(biāo)準(zhǔn)故障狀態(tài)頻率帶名稱頻率帶范圍（Hz）恢復(fù)至單機(jī)故障頻率帶的時(shí)間要求恢復(fù)至正常頻率帶的時(shí)間要求正常正常頻率帶~————負(fù)荷變化負(fù)荷變化頻率帶~——5分鐘單個(gè)發(fā)電機(jī)解列單機(jī)故障頻率帶~——5分鐘其它可信故障可信故障頻率帶~60秒5分鐘極端嚴(yán)重故障極端嚴(yán)重故障頻率帶~60秒10分鐘國(guó)內(nèi)外電力系統(tǒng)頻率指標(biāo)和控制要求的對(duì)比電力系統(tǒng)由于規(guī)模、系統(tǒng)特性等不盡一致，因此，對(duì)系統(tǒng)頻率控制的要求也不盡相同。規(guī)模大的電力系統(tǒng)對(duì)故障的承受能力強(qiáng)，在華東電網(wǎng)中，失去一臺(tái)600Mw的發(fā)電機(jī)組，；。但是，同樣的頻率偏差對(duì)不同規(guī)模的電力系統(tǒng)的威脅卻是不一樣的，在華東電網(wǎng)中，；而在美國(guó)東部電網(wǎng)中，因?yàn)?，它表示出發(fā)電與負(fù)荷之間存在巨大的不平衡。因此，一般來說，規(guī)模越大的電力系統(tǒng)對(duì)頻率控制的要求越嚴(yán)。對(duì)系統(tǒng)頻率控制的要求表122列出了澳大利亞、英國(guó)、北美、中國(guó)電力系統(tǒng)對(duì)頻率控制的不同要求。表122 各國(guó)電力系統(tǒng)對(duì)頻率控制的要求頻率偏差（Hz）澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)美國(guó)東部電網(wǎng)美國(guó)得克薩斯電網(wǎng)中國(guó)華東電網(wǎng)正常狀態(tài)正常狀態(tài)警戒狀態(tài)(+)正常頻率帶警戒狀態(tài)異常狀態(tài)(+)正常頻率帶故障狀態(tài)正常頻率帶負(fù)荷變化頻率帶故障狀態(tài)單機(jī)故障頻率帶法定目標(biāo)頻率帶嚴(yán)重故障狀態(tài)嚴(yán)重故障狀態(tài)故障頻率帶故障頻率帶可信故障頻率帶嚴(yán)重故障頻率帶極端嚴(yán)重故障頻率帶對(duì)時(shí)差控制的要求表123列出了各電力系統(tǒng)對(duì)時(shí)差控制的要求。表123 各國(guó)電力系統(tǒng)對(duì)時(shí)差控制的要求澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)英國(guó)國(guó)家電網(wǎng)美國(guó)東部電網(wǎng)美國(guó)得克薩斯電網(wǎng)中國(guó)華東電網(wǎng)10秒10秒10秒3秒30秒對(duì)頻率控制的指標(biāo)要求各電力系統(tǒng)對(duì)頻率控制的指標(biāo)要求形式不盡相同，大致有兩種類型：頻率合格率指標(biāo)即對(duì)頻率控制效果的評(píng)價(jià)，以將頻率控制在規(guī)定范圍內(nèi)的時(shí)間為依據(jù)，澳大利亞和我國(guó)電力系統(tǒng)采用的是這種評(píng)價(jià)方法。澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)要求頻率控制在50177。 Hz范圍內(nèi)的時(shí)間應(yīng)達(dá)到99%以上，但實(shí)際上，其控制效果比所要求的高得多，在1999年和2000年兩年中，澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)頻率越出50177。 Hz范圍的時(shí)間累計(jì)共有242分鐘，%以上。我國(guó)有關(guān)技術(shù)規(guī)程規(guī)定，電力系統(tǒng)頻率控制在50177。 Hz范圍內(nèi)的時(shí)間應(yīng)達(dá)到98%以上。隨著我國(guó)電力系統(tǒng)規(guī)模的擴(kuò)大，頻率控制技術(shù)的提高，在電力系統(tǒng)內(nèi)部，對(duì)頻率控制合格率的要求正在逐步提高，有的電力系統(tǒng)已把對(duì)頻率控制合格率的要求提高到與澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)的要求一樣。而2002年華東電網(wǎng)的50177。 %。頻率分布統(tǒng)計(jì)指標(biāo)頻率合格率的評(píng)價(jià)方法是存在缺陷的，從滿足頻率控制在50177。 Hz范圍內(nèi)的要求來說，；但從發(fā)電設(shè)備和用電設(shè)備的運(yùn)行效率來說，其意義是不同的，從這一含意來說，要求頻率越接近50Hz越好。因此，頻率的分布情況更能反應(yīng)頻率控制的效果。相近的頻率合格率不一定會(huì)有相近的頻率分布情況，華東電網(wǎng)2002年50177。 Hz頻率合格率已接近于澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)1999年和2000年兩年平均的頻率合格率的水平，但從有關(guān)資料和華東電網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)來看，兩網(wǎng)的頻率分布還是有較大的差別。圖123和圖124分別表示了澳大利亞國(guó)家電力市場(chǎng)典型的日頻率分布以及華東電網(wǎng)2002年9月（頻率合格率最高的月份）的頻率分布情況。歐洲與北美的電力系統(tǒng)已普遍采用頻率分布統(tǒng)計(jì)指標(biāo)作為頻率控制的評(píng)價(jià)依據(jù)。其方法是統(tǒng)計(jì)全年系統(tǒng)頻率偏離標(biāo)準(zhǔn)頻率（50Hz或60Hz）的偏差值的均方根，當(dāng)頻率的分布符合以標(biāo)準(zhǔn)頻率為數(shù)學(xué)期望值的正態(tài)分布時(shí)，該均方根值正反映了分布函數(shù)的離散程度（即正態(tài)分布函數(shù)的σ）。北美各互聯(lián)電力系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)的是每分鐘頻率偏差平均值的均方根（稱為ε1），年控制目標(biāo)見表124。表124 北美各互聯(lián)電力系統(tǒng)年頻率控制目標(biāo)（ε1）互聯(lián)電力系統(tǒng)名稱美國(guó)東部電網(wǎng)美國(guó)西部電網(wǎng)美國(guó)得克薩斯電網(wǎng)年頻率控制目標(biāo)（ε1）美國(guó)得克薩斯電網(wǎng)是北美規(guī)模最小的互聯(lián)電力系統(tǒng)，2002年最高負(fù)荷為57,694Mw，與華東福建電網(wǎng)極為接近，與得克薩斯電網(wǎng)相比，在頻率控制的效果上，還有較大的差距。四、 自動(dòng)發(fā)電控制是保證系統(tǒng)頻率質(zhì)量的重要技術(shù)手段傳統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)方法是依靠調(diào)度員指令或指定的調(diào)頻廠的調(diào)節(jié)來保持頻率的質(zhì)量，但隨著電力系統(tǒng)規(guī)模的不斷擴(kuò)展，負(fù)荷的變化速率不斷提高，以華東電網(wǎng)為例，在正常情況下，負(fù)荷波動(dòng)的最高速率達(dá)到600Mw/分鐘，在這種快速的負(fù)荷變化情況下，依靠傳統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)方法，要將電網(wǎng)頻率始終控制在規(guī)定的范圍內(nèi)已是相當(dāng)困難了。華東電網(wǎng)傳統(tǒng)上以新安江水電廠作為第一調(diào)頻廠，該廠共有九臺(tái)機(jī)組，總?cè)萘繛?30Mw，雖然從理論上這些機(jī)組都可以在一分鐘內(nèi)從空載加到滿出力，但即使是在該廠的發(fā)電容量全部用來調(diào)頻的話，在電廠值班員人工的逐臺(tái)機(jī)組調(diào)節(jié)控制下，機(jī)組的出力變化還是不可能跟上600Mw/分鐘的負(fù)荷波動(dòng)的；更何況該電廠還要承擔(dān)完成電量的任務(wù)。負(fù)荷除了有瞬間波動(dòng)以外，在一天中還會(huì)有較大幅度的變化，在華東電網(wǎng)中，一小時(shí)的負(fù)荷變化最高達(dá)到4000Mw。這需要改變大量發(fā)電機(jī)組的出力，才能得到發(fā)電有功功率和負(fù)荷之間的平衡。盡管各級(jí)電網(wǎng)調(diào)度所根據(jù)負(fù)荷預(yù)計(jì)對(duì)管轄范圍內(nèi)的發(fā)電廠安排了發(fā)電計(jì)劃曲線，而且隨著負(fù)荷預(yù)計(jì)時(shí)段的細(xì)化（從24點(diǎn)到96點(diǎn)），發(fā)電計(jì)劃曲線更接近實(shí)際負(fù)荷變化的情況。但是，負(fù)荷預(yù)計(jì)本身一般存在著1~2%的偏差，在華東電網(wǎng)中，2002年全網(wǎng)最高統(tǒng)調(diào)負(fù)荷達(dá)到51255Mw，這就意味著在正常情況下負(fù)荷預(yù)計(jì)可能存在500~1000Mw的偏差；同時(shí)，發(fā)電廠在執(zhí)行發(fā)電計(jì)劃曲線時(shí)，存在著未按照規(guī)定時(shí)間加減出力的情況，圖125表示了某發(fā)電廠的某日發(fā)電曲線，從圖中可以看出，該廠發(fā)電出力曲線上升的時(shí)間比計(jì)劃曲線提前了將近30分鐘，而在電網(wǎng)中，30分鐘即意味著可能有2000Mw負(fù)荷的偏差。電網(wǎng)中意外故障的發(fā)生，也會(huì)打破發(fā)電有功功率和負(fù)荷之間的平衡。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電網(wǎng)中單個(gè)設(shè)備故障帶來的發(fā)電功率損失越來越大，在華東電網(wǎng)中，目前單臺(tái)發(fā)電機(jī)的最大容量為700Mw，在不久的將來，將會(huì)出現(xiàn)900~1000Mw的發(fā)電機(jī)組；單個(gè)電廠的全廠裝機(jī)容量最大已達(dá)3000Mw，全廠裝機(jī)容量4000Mw的電廠也已在建設(shè)中；在輸變電設(shè)備中，葛滬直流單極最大輸送功率為600Mw，雙極最大輸送功率為1200Mw；而于2002年底投入運(yùn)行的龍政直流單極最大輸送功率為1500Mw，雙極最大輸送功率為3000Mw。這些設(shè)備的故障，都會(huì)造成發(fā)電有功功率和負(fù)荷之間的嚴(yán)重偏差，而靠人工調(diào)整發(fā)電出力則需要較長(zhǎng)的時(shí)間，才能達(dá)到新的平衡。針對(duì)這些問題，出路只有一個(gè)，即采用自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）的技術(shù)手段，對(duì)電力系統(tǒng)中的大部分發(fā)電機(jī)組，根據(jù)其本身的調(diào)節(jié)性能及在電網(wǎng)中的地位，分類進(jìn)行控制，自動(dòng)地維持電力系統(tǒng)中發(fā)供電功率的平衡，從而保證電力系統(tǒng)頻率的質(zhì)量。第三節(jié) 自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）與電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行電力系統(tǒng)有功功率的經(jīng)濟(jì)分配電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，即在滿足安全和質(zhì)量的前提下使供電成本最低，是電力系統(tǒng)追求的又一運(yùn)行目標(biāo)。由于電力系統(tǒng)是由分布在廣闊地域上各種類型的發(fā)電廠（發(fā)電廠中又有著不同類型的發(fā)電機(jī)組），以及將其與負(fù)荷連接起來的電網(wǎng)組成的。在一個(gè)電力系統(tǒng)中，各種發(fā)電機(jī)組使用著不同的一次能源，這些一次能源的價(jià)格（市場(chǎng)價(jià)和運(yùn)輸價(jià)）不同，發(fā)電機(jī)組使用一次能源的效率不同，各發(fā)電廠供給負(fù)載所引起的網(wǎng)絡(luò)損耗也不同，因此，要實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，就需要同時(shí)考慮兩個(gè)問題：如何在所有的發(fā)電機(jī)組間合理地分配有功負(fù)荷，使所消耗的一次能源總價(jià)格最低；如何在發(fā)電廠間合理地分配有功負(fù)荷，使所輸送的電力在電網(wǎng)中的損耗最小。在進(jìn)行有功功率的經(jīng)濟(jì)分配時(shí)，除考慮上述兩個(gè)要求外，還須考慮電網(wǎng)輸送容量的約束，以及環(huán)保、水庫(kù)調(diào)度、國(guó)家能源政策等因素，在互聯(lián)電力系統(tǒng)中還須考慮向其它電力系統(tǒng)購(gòu)、售電的經(jīng)濟(jì)性，因而是一個(gè)非常復(fù)雜的運(yùn)行問題。電力系統(tǒng)的有功功率經(jīng)濟(jì)分配有兩種計(jì)算方法：離線的經(jīng)濟(jì)調(diào)度所謂離線的經(jīng)濟(jì)調(diào)度，就是根據(jù)預(yù)先收集