电力系统自动化-调速部分ppt课件

1、电力系统自动化 电力系统频率和有功功率自动控制主讲教师：刘兴杰答疑地点：教一楼347联络方式：7522257;lxj5085163.3 电力系统频率和有功功率自动控制了解电力系统频率和有功功率控制的重要性；掌握电力系统负荷的调理效应；了解调速器的根本任务原理、调速系统的静态调理特性、一次调整和二次调整；掌握频率调差系数、并联机组间有功功率的分配；了解电力系统频率的调理方法、自动发电控制AGC原理。.3.1 电力系统频率和有功功率控制的必要性3.1.1 电力系统频率控制的必要性频率对电力用户的影响电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化，转速不稳定会影响产质量量。 系统频率动摇会影响某些丈量和控

2、制用的电子设备的准确性和性能。电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低。.3.1 电力系统频率和有功功率控制的必要性频率对电力系统的影响频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大。频率下降到一定程度时，能够出现频率解体频率雪崩。在核电厂中，当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反响堆停顿运转。电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流添加，使异步电动机和变压器的无功损耗添加，引起系统电压下降。频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电压程度降低。能够导致电压解体电压雪崩。.3.1.2 电力系统有功功率控制的必要性维持电力系统频率在允许范围之内提高电力系统运转的

3、经济性保证结合电力系统的协调运转3.1 电力系统频率和有功功率控制的必要性.3.2 发电机组调速控制的根本原理3.2.1 发电机组单机运转时调速控制的根本原理 .3.2 发电机组调速控制的根本原理同步发电机转子运动方程.3.2发电机组调速控制的根本原理原动机的机械转矩MTn(f,w)MT0.3.2发电机组调速控制的根本原理发电机电磁转矩MG 发电机电磁转矩与电磁功率成正比。发电机输出的电磁功率又与负荷的频率特性严密相关。 .3.2发电机组调速控制的根本原理负荷的静态频率特性：有功负荷随频率而改动的特性称为负荷的功率频率特性，即负荷的静态频率特性。负荷种类:与频率变化无关的负荷，如白炽灯、电弧炉

4、、电阻炉和整流负荷等。与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、紧缩机和卷扬机等。这类负荷占有较大比重。与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的涡流损耗。与频率的三次方成比例的负荷，如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等。与频率的更高次方成比例的负荷，如静水头阻力很大的给水泵等。.3.2发电机组调速控制的根本原理.3.2发电机组调速控制的根本原理.3.2发电机组调速控制的根本原理M0nMT1MT2MG1MG2abcnanbnc负荷减小时改动原动机的出力后发电机组调速系统的调理原理.3.2发电机组调速控制的根本原理3.2.2机组并网运转的转速调理0f，nf1MT，PGMT1MT2abPGaPGb1.

5、3.3 机械液压调速器的原理机械液压调速器的根本构造.3.3 机械液压调速器的原理调差机构的构成fAC、F、EB进汽量n A 调差机构的数学描画PG(MW)f(Hz)0fzf1f2ffPG2PG121PGe.3.3 机械液压调速器的原理转速给定的原理机组空载运转时调理机组转速D EB进汽量n A C、F E机组并联运转时调理机组的有功出力D EB进汽量n A 根本不动 C、F E.3.3 机械液压调速器的原理频率的一次调整一次调频：当负荷变化时，调速器会自发动作来调理发电机输出的动力元素，来抑制频率的变化，这种调速器自发调理的过程叫频率的一次调整一次调频。一次调频后会使电网的频率偏离额定值，当

6、频率值偏离额定频率较大时，需求进展频率的二次调整。频率的二次调整二次调频：经过手动或自动安装改动发电机调速器的功率转速给定值，调整发电机出力，使频率恢复到额定值的过程。.3.3 机械液压调速器的原理机械液压调速器的根本构造.3.3 机械液压调速器的原理机组调速系统的失灵区及其影响PG(MW)f(Hz)0f1f0f2PG021PWfW.3.3 机械液压调速器的原理机组调速系统的失灵区及其影响为了使误差功率不致过大，要求发电机组调速系统的失灵区不能过大，调差系数不能过小，普通要求机组调速系统的失灵区应在0.1%0.5%。失灵区的存在还会使机组调速系统的动态调理质量变差。但是，假设失灵区过小或者完全

7、没有，当电力系统频率发生微小动摇时，调速器也要动作。这样会调理汽阀动作过于频繁，对机组本身和电力系统频率调理不利。因此，在一些非常灵敏的电液调速器中，通常要采取一些技术措施构成一定大小的失灵区。.3.4 其它类型的调速器模拟电气液压调速器：转速和频率的丈量、转速和功率的给定、调理规律实现等均采用电子电路构成，支配机构依然采用机械液压安装。数字电液调速器：转速和频率的丈量、转速和功率的给定、调理规律实现等均采用微机实现，支配机构依然采用机械液压安装。.3.7 电力系统频率和有功功率控制的根本原理将电力系统内并联运转得一切机组用一台等效机组替代；将电力系统内一切负荷用一个等效负荷替代；然后运用发电

8、机组单机带负荷运转时频率和有功功率控制的根本原理和方法进展分析和计算。.3.7 电力系统频率和有功功率控制的根本原理电力系统等效负荷的静态频率调理特性.3.7 电力系统频率和有功功率控制的根本原理电力系统等效发电机组的静态调理特性fPG ,PT0fPGfaaPGafbbPGbf为系统等效机组的频率，即电力系统的频率；PG为系统等效机组发出的有功功率，即电力系统内并联运转的一切机组发出的有功功率的总和。忽略机组的损耗，等效发电机组发出的功率PG与等效原动机发出的功率PT相等，即PGPT。.3.7 电力系统频率和有功功率控制的根本原理电力系统频率控制的根本原理频率的一次调理PG，PT，PLf0PG

9、fAADCBPLPLPG(f)PL(f)PL(f)PGAPGDPGCfC.3.7 电力系统频率和有功功率控制的根本原理电力系统频率控制的根本原理频率的二次调理PG，PT，PLf0PGfAADCBPLPLPL(f)PL(f)PG(f)PG(f)PTD.3.7 电力系统频率和有功功率控制的根本原理电力系统频率控制的根本原理调频电厂的选择电力系统中并联运转的发电机组都装有调速器。当系统负荷变化时，有可调容量的机组均参与频率的一次调整，而二次调整只由部分发电厂承当。从能否承当频率的二次调整义务出发，可将系统中一切发电厂分为调频厂和非调频厂两类。调频厂担任全系统的频率调整义务；非调频厂在系统正常运转情况

10、下只按调度控制中心预先安排的负荷曲线运转，而不参与频率调整。.3.7 电力系统频率和有功功率控制的根本原理选择调频电厂时，主要思索以下要素： (1)具有足够大的容量和可调范围； (2)允许的出力调整速度满足系统负荷变化速度的要求； (3)符合经济运转原那么； (4)联络线上交换功率的变化不致影响系统平安运转。.3.7 电力系统频率和有功功率控制的根本原理电力系统的有功功率控制电力系统中的有功功率平衡控制电力系统频率在允许范围之内是经过控制系统内并联运转机组输入的总功率等于负荷在额定频率所耗费的有功功率实现的，即实现有功功率的平衡。.3.7 电力系统频率和有功功率控制的根本原理电力系统的有功功率

11、控制电力系统中的有功功率平衡1总负荷；2随机分量； T10s; 一次调频来平衡；3脉动分量；10sT3min；调度预测安排来平衡；.3.7 电力系统频率和有功功率控制的根本原理电力系统的有功功率控制并联运转机组间有功功率分配fPG0PG1(f)PG2(f)f1PG1PG2PG1PG2f2PG1PG2.3.7 电力系统频率和有功功率控制的根本原理电力系统的有功功率控制并联运转机组间有功功率分配例题:某系统有两台发电机，P1e=100MW, 1*=0.04 , P2e=50MW, 2*=0.05,当f=50Hz时，P1=80MW, P2=30MW 。 画出两机组的调差特性。 当负荷功率为120时系

12、统频率为多少？两机组出力各多少？ 当负荷功率分别为120和150，只靠一号机二次调频能否使频率恢复到50。为什么？.画出两机组的调差特性.2当负荷功率为时系统频率为多少？两机组出力各多少？.当负荷功率分别为和，只靠一号机二次调频能否使频率恢复到。为什么？120MW时可以，由于一号机剩余容量20MW大于负荷增量10MW。150MW时不可以，由于负荷增量40MW大于一号机剩余容量20MW。.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制自动调频与手动调频相比，不仅反响速度快、频率动摇小，同时还可以兼顾到其他方面的要求，例照实现有功负荷的经济分配、坚持系统联络线交换功率为定值和满足系统平安经济运转的各种约束

13、条件等。所以现代电力系统普遍装设自动调频安装。主导发电机法仅适用于小容量的电力系统；虚有差法仅反响频率的偏向信号，而且有功功率在多个调频发电厂之间是按固定比例分配的，不能实现经济分配原那么，同时也不能控制区域间联络线的功率。.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制积差调理法是根据系统频率偏向的累积值调理频率的。先假定系统中由一台发电机组进展频率积差调理，调理方程式为.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制积差调理过程.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制改良积差调频法.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制积差调

14、理法维持系统频率的精度取决于各调频机组的频差积分信号数值的一致性。当采用多个调频电厂调频时，可以采用分散方式，即参与调频电厂各有一套频差信号发生器，就地产生(kf)dt 信号进展调频。为了使各调频厂测得的f 值尽能够一致，防止频差积分的差别而呵斥功率分配上的误差，需设置高稳定性晶体振荡规范频率发生器。为了抑制频差积分信号分散产生的不一致性，积差调理法的频差积分信号也可在电网调度中心集中产生，即装设一套高精度频率发生器集中产生积差信号，确定各调频机组的调理量，用远动通道送给各调频机组。.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制电网调度中心把频差积分信号值(kf)dt 经过远动通道送到各调频电厂，厂

15、内配置一台有功功率控制器，用于控制全厂调频机组的功率调理量PC 。它的输入信息，除了调度所送来的频差积分信号外，还有当地产生的频差f 和厂内各调频机组的输出功率 PC1 ， PC2 ，等。它的输出信号为各调频机组按所对应的方程计算各自应发出的功率，控制相应机组的控制电动机，调理它们的功率给定值，该有功功率控制器可用带CPU 的数字电子器件组成，它的输出信号可以经D/A 转换放大后，接到各控制电动机，也可以输出按比例调理的脉冲。这种集中调频方式优点很明显，但需求远动通道。.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制集中调频方式表示图.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制随着电力系统远动技术的开展，

16、自20世纪80 年代中期，我国四大电网(华东、东北、华中和华北)和部分省级电网引进了国外的SCADA/AGC系统，为我国电网调度自动化系统的开展奠定了根底。从1989 年9 月投入运转至今，全国有30 多家省级及以上电网投入了AGC 系统。在互联电力系统运转中，AGC 是一个根本的和重要的计算机实时控制功能，对于减轻调度员和发电厂运转人员的劳动强度，提高联络线交换功率的控制精度，提高电网频率质量等方面发扬了很好的作用，为现代电力系统的平安、优质、经济运转提供了必要的技术手段。.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制在互联电力系统运转中，各区域应担任调整本区域内的功率平衡，当某区域中忽然接入新的

17、负荷时，整个互联电力系统的频率下降。系统中一切的机组调理器动作，添加机组出力，使频率提高到某一程度，这时整个电力系统发电机组的发电量与负荷到达新的平衡。一次调理留下了频率偏向和交换功率偏向，AGC 动作，提高发电功率，使频率恢复到正常值、交换功率到达方案值，这就是所谓的二次调理。此外，AGC 将随时间调整发电机组出力执行发电方案，或在非估计的负荷变化积累到一定程度时按经济调度原那么重新分配出力，这就是所谓的三次调理。.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制对AGC 来说，一次调理是系统的自然特性，希望快速而平稳；二次调理不仅思索机组的调理特性，还要思索到平安(备用)和经济特性；三次调理那么主要

18、思索平安和经济，必要时可以校验网络潮流的平安性。这些调理所设定的周期随区域控制误差(ACE)的大小而不同，普通数据采集的采样周期为1s2s，自动发电控制(AGC)启动周期为4s8s，经济调度的启动周期由几秒钟到几分钟甚至几非常钟。.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制1. AGC的总体构造自动发电控制经过闭环控制系统实现的。自动发电控制所需的信息，如频率、发电机组的实发功率、联络线的交换功率、节点电压等从SCADA 获得实时丈量数据，计算出各电厂或各机组的控制命令，再经过SCADA 送到各电厂的电厂控制器。由电厂控制器调理机组功率，使之跟踪AGC的控制命令。.3.9 电力系统自动调频和自动发

19、电控制.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制方案跟踪环：按方案提供机组发电基点功率，它与负荷预测、机组的经济组合、水电方案及交换功率方案有关，担负主要调峰义务。区域调理控制环：把区域控制误差(ACE)调到零，这是AGC 的中心。功能是把AGC 计算出消除区域控制误差(ACE)各机组需增减的调理功率，将这一可调分量加到跟踪方案的机组发电基点功率上，得到设置发电量发往电厂控制器。机组控制环：根本控制回路去调理机组，使控制误差为零，在许多情况下(特别是水电厂)，一台电厂控制器能同时控制多台机组，AGC 把信号送到电厂控制器后，再分到各台机组。.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制2. AGC的控

20、制目的与方式在互联电力系统中，各区域承当各自的负荷，各区域的调度中心要维持电力系统频率为规定值，维持区域间净交换功率方案值，并实如今线经济负荷分配。AGC的控制目的：(1) 调整系统发电出力与负荷的平衡。(2) 调整系统频率偏向为零，在正常稳态情况下，坚持频率为额定值。(3) 在各控制区域内分配全网发电出力，使区域间联络线潮流与方案值相等，实现各地域有功功率的就地平衡。(4) 在本区域发电厂之间分配发电出力，使区域运转本钱最小。(5) 在能量管理系统(EMS)中，AGC作为实时最优潮流与平安约束经济调度的执行环节。.3.9 电力系统自动调频和自动发电控制AGC的控制方式：(1) 定频率控制方式(CFC或 FFC)(2) 定联络线交换功率控制方式(CIC或CNIC)(3)定频率及定交换功率的控制方式(TBC).3.9 电力系统自动调频和自动发电控制为了实现AGC，要求在调度中心计算机上运转AGC 程序。AGC 程序的控制目的是使因负荷变动而产生的区域控制差(ACE)不断减小直至为零。.3.9 电力系统