第三章电力系统频率有功功率的自动调节

1、2021-7-6电力系统自动化1第三章第三章 电力系统频率有功功率的自动调节电力系统频率有功功率的自动调节第三节第三节 电力系统的经济调度与自动调频电力系统的经济调度与自动调频第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性第二节第二节 调频与调频方程式调频与调频方程式第四节第四节 电力系统低频减载电力系统低频减载2021-7-6电力系统自动化2一、概述一、概述60pnf 并列运行的发电机并列运行的发电机nf 调节调节调频调频- -有功调节有功调节HZfN50有功功率平衡有功功率平衡负荷变化情况负荷变化情况 f f 变化变化需要调整需要调整随机分量随机分量- -周期周期10s10s持续分量持

2、续分量- -变化缓慢变化缓慢, ,周期周期脉冲分量脉冲分量- -周期周期103min103min分分解解第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性持续分量持续分量脉冲分量脉冲分量随机分量随机分量P Pt t负荷瞬时变动情况负荷瞬时变动情况2021-7-6电力系统自动化3频率的一次调整频率的一次调整: :调频器参与控制和调整调频器参与控制和调整( (原动功率原动功率) )，维持，维持f f水平；水平；针对脉冲变化的负荷。针对脉冲变化的负荷。( (仅靠调速器不能保证仅靠调速器不能保证f f水平水平) )机组的调速器控制，调整原动功率，维持机组的调速器控制，调整原动功率，维持f f水平；水平

3、；针对随机波动的负荷。针对随机波动的负荷。频率的二次调整频率的二次调整: :经济调度经济调度: :负荷预测负荷预测针对持续变化负荷针对持续变化负荷f f调整分三层次：调整分三层次：2021-7-6电力系统自动化4根据负荷的类型可表示为根据负荷的类型可表示为: :nNLNnNLNNLNNLNLNLffPaffPaffPaffPaPaP.332210标么值表示：标么值表示： nnLfafafafaaP.332210N1LLLNPPPff即时当可见可见1.210naaaaLLKfafaadfdP232132负荷的频率调节效应系数负荷的频率调节效应系数 一般一般31LK二、电力负荷的调节效应二、电力负

4、荷的调节效应负荷的静态频率特性：负荷的静态频率特性： fFPL 荷的功率荷的功率- -频率特性频率特性负荷的调节效应负荷的调节效应2021-7-6电力系统自动化5举例举例 例例3-13-1：与f无关负荷30%与f成比例负荷40%某电力系统某电力系统320%与f 成比例负荷10%2与f 成比例负荷时HZf47 求求f f由由50HZ50HZ下降到下降到47HZ47HZ时时负荷变化的百分数及相应的负荷变化的百分数及相应的 值值LK94. 0504747f06. 0f6% f解解: : %77100930. 01%LP930. 094. 02 . 094. 01 . 094. 04 . 03 . 0

5、32LP%fPfPKLLL17. 167%fPKLL2021-7-6电力系统自动化6例例3-23-2：某电力系统总负荷：某电力系统总负荷3200MW3200MW，频率，频率50HZ50HZ?求3650到负荷，51；若，求51若LLLLKMW.KK.K MWPLN3200解解: : HZMWfPKKNLNLL/965032005 . 1MWPLN3650HZMWKL/5 .1095036505 . 1MWHZf5 .109,1负荷减少吸收功率fPKfPKLLLL2021-7-6电力系统自动化7三三. .发电机的功率发电机的功率- -频率特性频率特性 ( (取决与调速系统特性取决与调速系统特性)

6、)定义定义: : 由于频率变化而引起发电机组输出功率变化的关系称为发电机的由于频率变化而引起发电机组输出功率变化的关系称为发电机的功率功率- -频率特性频率特性, ,也叫也叫“调节特性调节特性” ” 机械式调速器机械式调速器 发电机的调差系数发电机的调差系数( (频率调差系数频率调差系数) )GPfR符号相反与fPG 标么值表示标么值表示 GPGNPfPffRGN/写成写成 0GPRf常用常用 fPRKGG1调节特性的系数调节特性的系数原动机的单位调节功率原动机的单位调节功率 汽轮机汽轮机 256 .16,%,64GKR水轮机水轮机 5025%,42GKRn,fn,fp p2021-7-6电力

7、系统自动化81）两个重锤开度减小A降至AC点尚未移动B点降至B点D点代表有伺服马达控制的转速整定元件nREF，它不会因转速而变动E、F下降至E、F。活塞提升，汽门提升，进汽量增加转速回升。2）转速上升时重锤开度增加A、B、E、F各点也随之不断改变；C点升到某一位置时，比如C，即汽门开大到某一位置时，机组的转速通过重锤的开度使杠杆DEF重新回复到使的活门完全关闭的位置时才会结束，这时B点就回到原来的位置。3）由于C上升了，所以A必定低于A。这说明调速过程结束时，出力增加，转速稍有降低。4） 调速器是一种有差调节器。5）通过伺服马达改变D点的位置，就可以达到将调速器特性上下平移的目的。2021-7

8、-6电力系统自动化9 调差特性与机组间有功功率分配的关系调差特性与机组间有功功率分配的关系 相同fRRPP1221成反比变化与RP负荷增加，调节后负荷增加，调节后 多台机并联：多台机并联：共同承担负荷波动共同承担负荷波动A A2P1P2P1PLPNf1fC C2PB B1Pf f2P1P0 0P 两台机并联：两台机并联：21PPPLNf总负荷总负荷1f）（）（2211PPPPP2021-7-6电力系统自动化10 调节特性的调节特性的失灵区失灵区测量元件的不灵敏性测量元件的不灵敏性 实际调节特性：实际调节特性：具有一定宽度的带子具有一定宽度的带子 %7 . 0%1 . 0%5 . 0%1 . 0

9、水汽需有WNff 表示：失灵度表示：失灵度RPW失灵度引起功率分配误差失灵度引起功率分配误差f fP P0 0NPWPWPWfWfNfWf -调速器的最大频率呆滞调速器的最大频率呆滞调差系数不能过小调差系数不能过小 失灵度太小失灵度太小 阀门频繁动阀门频繁动2021-7-6电力系统自动化11四、电力系统的频率特性四、电力系统的频率特性稳态频率稳态频率f 时时LGTPPPNLafP： 、若负荷增加若负荷增加LP（数量增加）（数量增加） 负荷频率特性负荷频率特性 ffPL1 ffPL1LP ffPL0 0f fP PNfLPa1LPd发电机功率发电机功率-频率关系频率关系2021-7-6电力系统自

10、动化12如果所有机组无调速器如果所有机组无调速器GLPP只能发出只能发出则运行点为则运行点为b b点点- 3f很低很低 负荷调节效应的作用负荷调节效应的作用TP调速器动作：增加调速器动作：增加在调节特性上移动运行点在调节特性上移动运行点- 运行点为运行点为c c点点232Nffff：“一次调节一次调节”不能保证不能保证Nf调频装置动作：操作整定机构，使调节特性平移（上）调频装置动作：操作整定机构，使调节特性平移（上）1TLPP （）运行点运行点d d1TGLNPPPf1LP二次调节二次调节：部分发电厂（调频厂）或机组（调频机组）参加，增加：部分发电厂（调频厂）或机组（调频机组）参加，增加 一次

11、调节一次调节：所有机组（调速器）参加，增加：所有机组（调速器）参加，增加 2LP3fb2f2LPc ffPL1LP ffPL0 0f fP PNfLPa1LPd2LP1LP12LLLPPP负荷调节效应作用负荷调节效应作用调速器作用调速器作用“二次调节二次调节” ” 保证保证Nf2021-7-6电力系统自动化13第二节第二节 调频与调频方程式调频与调频方程式调频器（同步器）：调频器（同步器）：调速器的控制电机调速器的控制电机CPf 比例调节比例调节有差调节有差调节CPfdt 积分调节积分调节无差调节，初始阶段速度慢无差调节，初始阶段速度慢 微分调节微分调节 Cd fPdt 初始阶段调节快初始阶段

12、调节快CP二次调节：二次调节：自动改变功率给定值自动改变功率给定值 ，上下平移调节特性，上下平移调节特性调频器的控制信号：调频器的控制信号：综综合合利利用用2021-7-6电力系统自动化14调频方程：调频方程： 0CfR P NfffCPR：调频结束时的增量：调频结束时的增量：调频器的调差系数：调频器的调差系数 满足此式，调频结束满足此式，调频结束 一台机调频：一台机调频： f f0122CP2f1fNfCP1CP一、有差调节法一、有差调节法思考：思考：“调速器调速器”就是就是“调速器调速器”？不是，表面现象。不是，表面现象。实际实际R R不同。不同。 1f1CP011CPRf运行点运行点1

13、1：满足满足负荷增加负荷增加 调频结束时运行点调频结束时运行点2 2： 满足满足 22220CCfPfR P2021-7-6电力系统自动化1512CCCnPPP，每台机组的增量：每台机组的增量： 等值调差系数等值调差系数 nxRRRR1.11121特点：特点： 全部同时参加调频，没有先后（只要有全部同时参加调频，没有先后（只要有 ） f 计划外负荷按一定比例在调频机组间分配计划外负荷按一定比例在调频机组间分配 频率稳定偏差较大（如果要减小频率稳定偏差较大（如果要减小 f可以人工改变定值可以人工改变定值半自动）半自动）.30%20%0.6%0.3xLexRPfHz 、，即几台机调频几台机调频 .

14、011CPRf022CPRf0CnnPRf负荷增量负荷增量 xCRfPCCnCCLPPPPP.21等值调差系数等值调差系数 每台承担计划外负荷每台承担计划外负荷 1212 3111xCiLiLinRPPiLnRPRLRRR， ， ，（）2021-7-6电力系统自动化16二、主导发电机法二、主导发电机法 （多用于中小型机组）（多用于中小型机组）目的：目的：克服有差调频的缺点，运用无差调频器克服有差调频的缺点，运用无差调频器调节方程：调节方程： 0f问题：问题：无差调频器不能并列运行（无法确定分配无差调频器不能并列运行（无法确定分配 ）LP其余的调频机组上是装功率分配器其余的调频机组上是装功率分配

15、器 应用：应用：1 1台主要调频机组上使用无差调频器台主要调频机组上使用无差调频器 主导发电机主导发电机调节方程调节方程0f112CCPKP11CnCnPKP. （发电机（发电机1 1，主导机），主导机）（发电机发电机2 2）（发电机发电机n n）1321,.,nKKKK-功率分配系数功率分配系数 2021-7-6电力系统自动化17其他机组其他机组按按 分配分配 12123,nCCCnK KKPPP结束时结束时 12111.0LenCPKKKPf 缺点：缺乏缺点：缺乏“同时性同时性”调频过程慢，动态特性不理想。调频过程慢，动态特性不理想。调频过程：调频过程：首先主导发电首先主导发电机动作机动作

16、, ,力求力求0f 调整出现调整出现 1CP满足调节方程满足调节方程 成组调频成组调频.0LePf 系统负荷增量系统负荷增量调节方程调节方程0f112CCPKP11CnCnPKP. （发电机（发电机1 1，主导机），主导机）（发电机发电机2 2）（发电机发电机n n）2021-7-6电力系统自动化18三、积差调频法（同步时间法）三、积差调频法（同步时间法）应用较普遍，兼一、二的优点应用较普遍，兼一、二的优点根据根据 的累积值进行工作的累积值进行工作f单台机组调节方程单台机组调节方程 0CPKfdtNfff K K：调频功率比例系数：调频功率比例系数时1tt 负荷增加负荷增加 0ffdt负值累积

17、负值累积则则 dtfKPC1变化变化调节（增发）调节（增发） ff时Att 0f不变不变调节结调节结束束01AtCPfdtK0f调节结束调节结束 时0tNff 0fdt不调节不调节0CP则2021-7-6电力系统自动化192021-7-6电力系统自动化20多台机调节：多台机调节： “集中制集中制”和和“分散制分散制”1122000CCnCnfdtKPfdtKPfdtKP调频方程组调频方程组nxKKKK1.111211nxCiCiiiKPPK调频结束时，每台机承担计划外负荷调频结束时，每台机承担计划外负荷 优点：优点：维持频率额定；计划外负荷按一定比例在机组间分配维持频率额定；计划外负荷按一定比

18、例在机组间分配缺点：缺点：频率积差信号滞厚频率瞬时值变化频率积差信号滞厚频率瞬时值变化-调节过程缓慢调节过程缓慢2021-7-6电力系统自动化21四、改进积差调频法四、改进积差调频法 0fdtKPRfiCii调节方程调节方程 f目的：目的： 大时，加快调节速度大时，加快调节速度-机组调差系数机组调差系数 iR启动调速器启动调速器有差有差频差积累频差积累调频器动作调频器动作2021-7-6电力系统自动化22流出区域的流出区域的 P的正负与的正负与 f的正负比较判断的正负比较判断 A A区调频方程区调频方程 0AAtieAPPfK送功率基本不向 BAPA0tieiPfKACE分区控制误差分区控制误

19、差 000ABBAfPP （）0, 0AtiePf0AtieAPfK五、分区调频法五、分区调频法分区控制误差（分区控制误差（ACEACE） 区内负荷的非计划变动，主要由该区内的调频厂负担区内负荷的非计划变动，主要由该区内的调频厂负担 其他区的调频厂只是支援其他区的调频厂只是支援 调频时需判断：调频时需判断：负荷变动是否在本区内（是负荷变动是否在本区内（是-采取措施）采取措施） 区间联络线功率区间联络线功率维持计划数维持计划数 B B区增负荷区增负荷 2021-7-6电力系统自动化23第三节第三节 电力系统的经济调度与自动调频电力系统的经济调度与自动调频作为作为AGCAGC功能之一，也称功能之一

20、，也称“三次经济调整三次经济调整”。一、等微增率分配负荷的基本概念一、等微增率分配负荷的基本概念 微增率：微增率：输入耗量微增量与输出功率微增量的比值（耗量特性的斜率输入耗量微增量与输出功率微增量的比值（耗量特性的斜率 ） PFb 等微增率法则：等微增率法则： 运行的发电机组按微增率相等的原则分配负荷运行的发电机组按微增率相等的原则分配负荷经济调度控制（经济调度控制（EDCEDC）的任务：）的任务：保证保证f f质量和系统安全运行，使运行具有良好的经济性；质量和系统安全运行，使运行具有良好的经济性；等微增率分配负荷等微增率分配负荷: :最经济最经济按机组的功率按机组的功率: :不经济不经济 燃

21、料耗量（燃料耗量（F F）FP2021-7-6电力系统自动化24ex.2ex.2台机台机 PFbPFb221121FFG1G1将将 转给转给G2G2P减少燃料：原来多用了减少燃料：原来多用了02121FFbb时当最经济最经济bPG1G1G2G21b2b1P2P12PPP1b1PP2PP2bG1G1减少减少G2G2增加增加 12FF021FF多台机按等微增率分配负荷多台机按等微增率分配负荷 2b1bnb1b2bnb1P2PnPnP2P1P 12nbbb2021-7-6电力系统自动化25二、发电厂之间负荷的经济分配二、发电厂之间负荷的经济分配（需计算线路功率损耗）（需计算线路功率损耗） 最经济的负

22、荷分配方案：最经济的负荷分配方案：nnbbb1.112211：系统微增率：系统微增率 ib：电厂微增率：电厂微增率 i：线损微增率：线损微增率 负荷经济分配的准则：负荷经济分配的准则：iiiiibLPF11iiiPPL11110每个电厂的微增率与相应的线损修正系数的乘积相等每个电厂的微增率与相应的线损修正系数的乘积相等2021-7-6电力系统自动化26三、自动发电控制（三、自动发电控制（AGC/EDC AGC/EDC 功能）功能） 概述概述发发电电量量的的控控制制 “频率的一次调整频率的一次调整”- -适应小负荷短时波动适应小负荷短时波动 “频率的二次调整频率的二次调整”- -幅度变化较大的负

23、荷幅度变化较大的负荷 “频率的三次调整频率的三次调整”- -通过负荷曲线进行分配通过负荷曲线进行分配调速器实现的控制调速器实现的控制 自动发电控制自动发电控制AGCAGC （Automatic Generration ControlAutomatic Generration Control）经济调度经济调度EDCEDC (Econnomic Dispatch Control)(Econnomic Dispatch Control) AGCAGC：发电机输出功率的自动控制，计算机实现控制功能，发电机输出功率的自动控制，计算机实现控制功能，计算机闭环控制系统。计算机闭环控制系统。2021-7-6电

24、力系统自动化27 AGC的基本原理的基本原理简单结构简单结构1 1台机组台机组+ +联络线联络线 zdP: : 输电线路功率整定值输电线路功率整定值 zdf: : 系统频率整定值系统频率整定值 P：输电线路功率实际值：输电线路功率实际值 f：系统频率实际值：系统频率实际值fB: : 频率修正系数频率修正系数输入即输入即ACEACE（误差控制信号）（误差控制信号） : : 系统要求调整的控制信号功率系统要求调整的控制信号功率 CP SN: : 内部控制回路（控制阀门开度）内部控制回路（控制阀门开度） : : 外部控制回路（确定外部控制回路（确定 ) ) sKCPzdPPPzdfff2021-7-

25、6电力系统自动化28具有多台发电机组的具有多台发电机组的AGCAGC负荷分配器：负荷分配器：控制多机组输出功率控制多机组输出功率 （等微增率或其它）（等微增率或其它）AGCAGC的基本任务和目标：的基本任务和目标： 全系统的发电功率与总负荷匹配全系统的发电功率与总负荷匹配 保持保持 Nf 控制区间联络线交换功率与计划相等（区域内有功平衡）控制区间联络线交换功率与计划相等（区域内有功平衡） 区域内各发电厂负荷的经济分配区域内各发电厂负荷的经济分配ACEACE：误差信号信息误差信号信息 （确定控制信号）（确定控制信号）2021-7-6电力系统自动化29AGCAGC系统的组成：（多台机）系统的组成：（多台机） 负荷分配器负荷分配器 发电机组控制器发电机组控制器确定各发电机组的最佳设定输出功率确定各发电机组的最佳设定输出功率 有关测量信号有关测量信号调节控制准则调节控制准则控制调速器的调节特性控制调速器的调节特性 ninibiGiibiCiPACEPPP11CiP的确定：的确定： “基点经济功率基点经济功率 ” ” biP“分配系数分配系数 ” ” i和和 ACEACE：偏差（控制误差：偏差（控制误差 ） .itie iKfP CiGiPPNf负荷分配方式