下垂速度控制

在发电领域中，下垂速度控制（droop speed control）是利用同步发电机发电，且连接到输电网络的发电厂，可使用的一种速度控制方式。此方式可以允许同步发电机并联运转，因此可以依发电机的功率不同，负载对应比例的负载。

细节

同步发电机的电气频率如下：

$F={\frac {PN}{120}}$

其中

• F:频率，单位Hz
• P:发电机极数
• N:发电机转速，单位RPM

同步发电机的频率直接和速度成正比，多个同步发电机并联供应电网时，因为个别发电机的功率远小于整个电网的功率，其频率会由电网决定。连接到这个电网的同步发电机频率都相同，但因为其发电机极数不同，可能会有不同的转速。

此模式中，会设定以实际转速百分比来表示的转速目标值。若发电机的负载从无载到满载，发电机的实际转速会下降。为了在此模式下增加发电机的功率输出，会增加发电机的转速目标值，因为实际的转速会因为电网而是固定值，则转速目标值和实际转速之间的转速差可用来增加工作流体（燃料、蒸气等）的流率，因此功率输出可以增加。若要减少输出功率，也可以用相反方式控制。发电机的转速目标值会恒大于发电机的实际转速。发电机的实际转速允许低（droop）于转速目标值，因此命名为droop speed control。

例如涡轮的额定转速是3000 rpm，而负载从无载上升到满载时，机器速度会由3000 rpm降到2880 rpm，因此下垂百分比为

$\mathrm {Droop\%} ={\frac {\mathrm {No\ load\ speed-Full\ load\ speed} }{\mathrm {No\ load\ speed} }}$

= (3000 – 2880) / 3000

= 4%

此例子中，转速目标值会是104%，实际的转速会是100%。涡轮转速每1%的变化，会对应负载25%的变化。因此下垂百分比表示为100%输出功率时，转速的变化。

因为电网的频率固定，因此实际发电机的速率也固定，发电机速度命令的上升也会让速度命令和实际速度的误差值上升。在误差值变大时，给发电机的燃料也会变多，反之亦然。这类的控制称为“直接比例”控制。若整个电网都过载，电网频率会下降，因此实际发电机的速率也会下降。所有设备都会看到速度误差的增加，因此会增加原动机的燃料，产生更多的电力。因此，下垂速度控制可以维持稳定的电网频率。产生的电力会和实际发电机速率和速率命令之间的差值成正值。

可以用数学证明，若所有的发电机都和系统同步，且使用相同的下垂速度控制机制，会依其机器的额定功率，有等比例的电力输出。

相关条目

• 输电系统
• 广域同步电网
• 动态电力需求

延伸阅读

• Alfred Engler: Applicability of droops in low voltage grids. International Journal of Distributed Energy Resources, Vol 1, No 1, 2005.