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文档简介
1、第四章 电力系统频率控制 第一节电力系统频率控制的意义和基本方法一、频率控制的必要性 始终保持电力系统频率在允许的很小范围内波动,是电力系统运行控制的最基本目标,也是电网调度自动化系统的最重要任务。 电力系统正常运行时,频率应保持在500.2Hz的范围内。当采用现代自动调频装置时,误差可以不超过0.050.15Hz。 如果频率长期低于其允许值,对用户、发电厂及电力系统本身都极为有害。第四章电电力系系统频率率控制第一节电电力系统统频率控控制的意意义和基基本方法法二、频率率控制的的基本方方法在稳态情情况下,电力系系统的频频率是一一个全系系统一致致的运行行参数。对系统统中的每每一台发发电机而而言,其
2、其频率f与转速n都有如下下的关系系:式中:p发电机机极对数数(一般般汽轮发发电机p=1,水轮发发电机则则多达2042对极);n发电机机组转速速,单位位为转/分(一般般汽轮发发电机是是3000转/分)。显然,要要求系统统频率稳稳定,也也就是要要求系统统中所有有发电机机的转速速都保持持稳定。频率控控制的方方法也就就是保持持发电机机组转速速稳定的的控制方方法。第四章电电力系系统频率率控制第一节电电力系统统频率控控制的意意义和基基本方法法要保持系系统中各各发电机机组转速速稳定不不变,就就必须使使发电机机组输出出的电功功率(即所分担担的电力力负荷)和输入的的原动功功率(汽轮机由由进汽量量决定,水轮机机由
3、进水水量决定定)相平衡。保持动态态平衡的的唯一方方法,使使发电机机组的原原动功率率(对应着发发电机组组的实际际出力)紧紧跟踪踪系统负负荷的变变化而变变化。因此,频频率控制制的问题题,实质质上就是是对系统统中所有有发电机机有功出出力的控控制和调调节问题题。 第四章电电力系系统频率率控制第二节电电力系系统的频频率特性性一、负荷荷的频率率静态特特性电力系统统中不同同种类的的负荷,对频率率变化的的敏感程程度是不不一样的的,大体体上可分分成三类类:第一类负负荷吸收收的有功功功率基基本不受受频率变变化影响响,如照照明、电电热等;第二类负负荷所吸吸收的有有功近似似地与频频率成正正比,如如球磨机机、压缩缩机、
4、机机床等;第三类负负荷所吸吸收的有有功与频频率的高高次方成成比例,包括各各种风机机、高压压水泵等等。系统实际际负荷是是上述各各类负荷荷的组合合,常称称为综合合负荷。5一般可表表示为:有功负荷荷是和频频率相关关的,即即有功负荷荷随频率率而改变变的特性性叫做负负荷的功率-频率特性性,是负荷荷的静态频率率特性,也称作负荷的调调节效应应。负荷的的综合功功率-频率特性性是非线线性曲线线,第四章电电力系系统频率率控制第二节电电力系系统的频频率特性性从图可见见,系统统频率下下降后,综合负负荷所吸吸收的有有功功率率也会“自动地地”下降降一些,这种效效应将有有助于系系统频率率的恢复复。因为为正是由由于系统统中有
5、功功功率供供少需多多,才导导致系统统频率下下降。当当系统负负荷突然然增大时时,由于于机械惯惯性的影影响,发发电机组组的出力力调节不不能及时时跟踪上上,频率率便有所所下降,这时负负荷所吸吸收的有有功功率率“自动动”减少少一些,显然等等于是帮帮了发电电机的忙忙。这种现象象称为负负荷的频频率调节节效应。第四章电电力系系统频率率控制第二节电电力系系统的频频率特性性在频率变变化范围围为4550Hz时,综合合负荷的的静态频频率特性性接近直直线。该该直线斜斜率当用标幺幺值表示示时(功率以系系统总负负荷为基基准值):称负荷的的单位调调节功率率,表示示综合负负荷吸收收的有功功随频率率下降而而减少的的量。负负荷的
6、单单位调节节功率是是不能人人为整定定的。是无量纲纲常数。一般情情况下(13),它表明明系统频频率变化化1时,有有功负荷荷变化的的百分数数约为1%3%。第四章电电力系系统频率率控制第二节电电力系系统的频频率特性性二、发电机组组的频率特特性每台发电电机组都都装有调调速器,其转速速(频率)随其有功功出力变变化的关关系曲线线,称为为发电机机组的功功率频率率特性,或称静静态调节节特性,见图:为发电机机组(或归并成成一台等等值发电电机后的的电力系系统)的调节特特性。稳稳态运行行时,发发电机组组的静态态调节特特性近似似一条稍稍许向下下倾斜的的直线。为综合负负荷的调调节特性性,两条条曲线相相交的A点,即为为稳
7、态工工作点,所对应应的有功功功率为为频率为第四章电电力系系统频率率控制第二节电电力系系统的频频率特性性二、发电机组组的频率特特性当系统负负荷增加加使频率率下降到到时时,发电电机组在在调速器器的调节节下,有有功出力力自动增增加到,此时新新的运行行点为B点。由于于,显显然这是是一种有有差调节节。所以图42中向下倾倾斜的调调节特性性又称为为有差调调节特性性。调节节特性曲曲线斜率率称为发发电机组组的调差系系数,记记为:负号表示示功率增增量与频频率增量量符号相相反10发电机组组调差系系数主要要决定于于调速器的静态调节节特性,它与机机组间有有功功率率的分配配密切相相关。对汽轮发电机组 或 ;对水轮发电机组
8、 或 。在计算功功率与频频率的关关系时,常常采采用调差差系数的的倒数发电机的的功率-频率特性性系数,或单位调节节功率。一般发电电机的调调差系数数或单位位调节功功率可以人为为整定,一般为下下列数值值:采用标幺幺制:第四章电电力系系统频率率控制第二节电电力系系统的频频率特性性三、电力系统统的频率特特性电力系统统包括许许多发电电机组和和不同种种类的负负荷,电电力系统统的频率率特性即即由发电电机组的的频率特特性和负负荷的频频率特性性组合而而成。如果用表示全电电力系统统的单位位调节功功率,则则有如下下关系:如果用标么值值表示(以系统统总负荷荷为统一一基准值值):第四章电电力系系统频率率控制第二节电电力系
9、系统的频频率特性性三、电力系统统的频率特特性电力系统统的单位位调节功功率表示示:当系系统负荷荷增加(减少)时,在各各机组调调速器及及负荷本本身频率率调节效效应的共同作用用下,系统统频率最最终下降降(增加)的程度。如果某台台发电机机组已经经满载,它的调调速器将将受到负负荷限制制器的限限制,因因而不能能再参加加增功率的一次调调整(可可参加减减功率的一次调调整)。这时系系统的等等值单位位调节功功率中,就不应应再包括括这台机机组的(或者认为为此时该该机组=0)。第四章电电力系系统频率率控制第三节电力系统统的频率调整一、系统频率率的一次次调整电力系统统中所有有发电机机组都装装有调速速器。当当系统负负荷变
10、动动导致频频率变化化时,调调速器能能够感知知发电机机转速(频率)的变化,自动地地调节进进汽阀门门(或导水叶叶)开度,改改变发电电机的有有功功率,力求与与系统负负荷重新新平衡。这是一一种完全全自动化化的过程程。设图4-2中系统的的负荷突突然增加,综综合负荷荷的频率率特性相相应抬高。这时的的稳态工工作点移移至B点。第四章电电力系系统频率率控制第三节电力系统统的频率调整一、系统频率率的一次次调整电力系统统中所有有发电机机组都装装有调速速器。当当系统负负荷变动动导致频频率变化化时,调调速器能能够感知知发电机机转速(频率)的变化,自动地地调节进进汽阀门门(或导水叶叶)开度,改改变发电电机的有有功功率,力
11、求与与系统负负荷重新新平衡。这是一一种完全全自动化化的过程程。设图4-2中系统的的负荷突突然增加,综综合负荷荷的频率率特性相相应抬高。这时的的稳态工工作点移移至B点。有差调节节第四章电电力系系统频率率控制第三节电力系统统的频率调整一、系统频率率的一次次调整设系统负负荷有功功功率总总增量为为,系统最最终频率率变化为为,则各发发电组有有功出力力的增量量分别为为:第四章电电力系系统频率率控制第三节电力系统统的频率调整一、系统频率率的一次次调整经过一次次调整达达到新的的稳态时时,系统统的频率率下降到到(50)Hz,而各机机组出力力增量的的总和应应等于负负荷总增增量,即第四章电电力系系统频率率控制第三节
12、电力系统统的频率调整一、系统频率率的一次次调整此时各发电组组有功功率增量为:第四章电电力系系统频率率控制第三节电力系统统的频率调整一、系统频率率的一次次调整可见,在在各机组组调速器器作用下下,一次次调整的的结果产产生了频频率偏差差。其大大小与系系统负荷荷变化量量成正比。同时,各机组组出力的的变化量量也与系统统总负荷荷变化量量成正比,而与机机组自身身的调差差系数成反比。已经说说过机组组的调差差系数是是可以人人为整定定的,所所以可以以用改变变机组调调差系数数的方法法,来改改变发电电机组承承担系统统负荷变变化量的的份额。第四章电电力系系统频率率控制第三节电力系统统的频率调整一、系统频率率的一次次调整
13、用调差系系数的倒倒数单单位调节节功率计算发电电机有功功功率变化量,更方便便一些。计算公公式变为为第四章电电力系系统频率率控制第三节电力系统统的频率调整一、系统频率率的一次次调整中小电力力系统常常用此种种有差调调节方法法,举例例如下:【例4-1】某电力力系统中中,占总总容量1/2的机组已已满负荷荷;占总容量量30%的火电厂厂有10%的备用容容量,其其单位调调节功率率为16.6;占总容容量20%的水电厂厂有25%的备用容容量,其其单位调调节功率率为25;系统负负荷的单单位调节节功率为为1.5(标幺值,以系统统总负荷荷为基准准)。第四章电电力系系统频率率控制第三节电力系统统的频率调整【解】(1)计算
14、系系统单位位调节功功率,设总容容量1000MW第四章电电力系系统频率率控制第三节电力系统统的频率调整第四章电电力系系统频率率控制第三节电力系统统的频率调整可见,10000MW的系统,负荷突突增460MW,频率已已下降到到正常范范围下限限,这是是发电机机组增功功率和负负荷频率率调节效效应的结结果,一一次调整整对小幅幅,短周周期负荷荷波动很很有效,大幅波动动就要进进行二次次调节。第四章电电力系系统频率率控制二、系统统频率的的二次调调整第四章电电力系系统频率率控制三、系统统频率的的三次调调整所谓系统统频率的的三次调调节,是是指各发发电厂执执行系统统调度预预先下达达的发电电计划,定时调调控发电电机有功
15、功出力(包括机组组启停),或在非非预计的的负荷变变化经一一次调整整和二次次调整积积累到一一定程度度时,重重新按经经济调度度原则分分配各发发电厂的的有功功率。第四章电电力系系统频率率控制四、发电电机组调调速器的的基本原原理调速器是是根据发发电机的的转速或或者频率率的变化化,自动动控制调调节汽轮轮机汽门门开度或或水轮机机导水叶叶开度,从而自自动调节节进入原原动机的的动力元元素(蒸汽或水水量)的数量,实现对对发电机机有功出出力进行行控制的的自动装装置。调调速器分分为机械械液压调调速器和和电气液液压调速速器两大大类型。图4-3是机械液液压型调调速器的的示意图图,可以以用来说说明和理理解一切切类型调调速
16、器的的基本工工作原理理。第四章电电力系系统频率率控制三、系统统频率的的三次调调整第四章电电力系系统频率率控制五、主调调频厂和和基荷厂厂在频率率调整中中的作用用在电力系系统中,调频任任务须在在各发电电厂中进进行分工工,实行行分级调调整。一一般将发发电厂分分为三种种:即主主调频厂厂、辅助助调频厂厂和非调调频厂(也称基荷荷厂)。主调频频厂负责责全系统统的频率率调整,一般由由一个发发电厂担担任;辅辅助调频频厂是当当系统频频率超过过了某一一规定的的偏移范范围后,协助主主调频厂厂参加调调频工作作,通常常由少数数几个发发电厂担担任;而而非调频频厂只按按调度预预先下达达的负荷荷曲线(日发电计计划)运行,不不主
17、动参参加调频频。第四章电电力系系统频率率控制五、主调调频厂和和基荷厂厂在频率率调整中中的作用用非调频厂厂(基荷荷厂)承承担的基基本负荷荷,是由由系统调调度员按按照经济济调度的的原则预预先计算算确定的的。当系系统负荷荷突然增增加,系系统频率率下降,基荷厂厂也由于于调速器器的调节节而自动动增加了了出力。由于一次次调整改改变了基基荷厂原原来的经经济运行行方式,系统运运行的经经济性必必然下降降。故需需把基荷荷厂增加加的负荷荷平稳地地转移给给调频厂厂。第四章电电力系系统频率率控制五、主调调频厂和和基荷厂厂在频率率调整中中的作用用主调频厂厂调节发发电机组组的调频频器(即抬高D点),增加其其输出功率率,提高
18、系统频率率。基荷厂输输出功率率因系统统频率提提高而自自动减小小,通过调频频厂的二二次调频频,基荷荷厂在一一次调频频时增发发的功率又全部转转移给了了主调频频厂。从从这个过过程中可可以看到到,由于于基荷厂厂的有差差调节特特性,在在调频开开头阶段段自动分分担了一一些负荷荷的增量量,使频频率的波波动大大大缓和了了,然后后在二次次调频中中又平稳稳地转移移给主调调频厂,起到了了很好的的缓冲作作用。第四章电电力系系统频率率控制五、主调调频厂和和基荷厂厂在频率率调整中中的作用用担任系统统主调频频厂需要要具备以以下条件件:(1)具有足足够的调调频容量量和调整整范围;(2)能比较较迅速地地调整输出功率率;(3)调
19、整输出功率率时符合安安全及经经济运行行原则;(4)输出功率率大幅度变变化时与与系统的的联络线线不会过过载或失失去稳定定。在水火电电厂并存存的电力力系统中中,一般般是选择择大容量量水电厂厂担任主主调频厂厂在洪水季季节,为为了不使使水库弃弃水(泄洪)。应让水水电厂连连续满发发,这时时主调频频厂则选选择中温温中压火火电厂。基荷厂应应当由原原子能发发电厂、大型煤煤矿坑口口火电厂厂等类型型发电厂厂担任。第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法手动调频频方式已已不能满满足日益益扩大的的电力系系统对频频率稳定定性的要要求,现现代的电电力系统统都普遍遍装备了了自动调调频装置置。自动动调频不不
20、仅反应应快,频频率波动动幅度小小,还可可以同时时顾及到到其它方方面的要要求。如保持两两个地区区之间联联络线功功率交换换为定值值,实现现有功负负荷的经经济分配配,配合合系统的的安全分分析和安安全校正正等自动动化功能能等第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法自动调频频是一个个闭环反反馈控制制系统,在原理理上由两两大部分分组成。(1)机组控制制器用用来控制制调速器器,使机机组在额额定频率率下发出出设定的的出力。(2)负荷分配配器根根据系统统频率和和与相邻邻系统交交换功率率偏差,按一定定的准则则,算出出各机组组的设定定出力。图4-4所示为自自动调频频系统的的示意图图。第四章电电力系
21、系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法图中两台调频机组组的实际际输出功率率,电力系系统(一)与电力系系统(二)之间联络络线的交交换功率率,都通通过远动动通道传传到调度度中心,加上就就地测得得的系统统频率偏偏差,由计算算机按一一定的分分配准则则,计算算出各调调频机组组的设定定输出功率率、,经远动动通道传传到调频频机组的的执行机机构,执行机构构把这个个设定值值与机组组反馈回回来的实实际输出功率率做比较,其差值值经放大大环节放放大后去去控制调调频器的的伺服马马达,改改变调节节特性,直到每每一发电电机组的的实际输出功率率都等于分分配来的的
22、设定值值为止。第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法自动调频频的几种种方法一、虚有有差调节节法在系统中中的每一一台调频频机组上上,都装装有反映映系统频频率和有有功功率率的调节节器,各各调频机机组任何何时刻都都必须满满足以下下方程式式:第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法一、虚有有差调节节法第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法一、虚有有差调节节法这说明尽尽管在调调节过程程中频率率是有差差的,但但调节过过程结束束后频率率仍是无无差的,所以称称为虚有有差法,调节过过程结束束时各调
23、调频机组组的出力力为:第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法一、虚有有差调节节法调节过程程结束时时各调频频机组的的出力为为:这表明是按按给定的的功率分分配系数数分配负负荷的。当出现现新的计计划外负负荷增量量时,在在开始瞬瞬间会产产生频率率变化,于是调调频方程程式被破破坏,这这时机组组调节器器便会调调整发电电机出力力,最终终使,在一个个新的数数值上重重新满足足了调频频方程式式:第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法一、虚有有差调节节法这种调频频方法的的特点是是:(1)调整过过程中所所有调频频机组同同时动作作,调频频速度较较快。(2)调频结结束时,调频机机组
24、间按按给定比比例分配配功率。(3)系统中中的非调调频机组组,仅参参加一次次调整,其发电电输出功率率最后又都都回到原原值。(4)假如其其中一台台调频机机组功率率受到限限制,或或者是由由于测量量上的误误差,则则导致:第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法一、虚有有差调节节法为了补救救(4)所述缺点,可可以使其其中一台台调频机机组按无无差特性性调节(假设1号机组),这样就就能保证证调节结结束时,此时调调频方程程式为:第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法实现虚有有差调节节法(下图)需在调度度中心设设中央功功率分配配器,在在调度中中心和各各调频厂厂之间要要有双向
25、向远动通通道第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法二、积差调节法法频率积差差调节法法又称为为同步时时间法,是根据据系统频频率偏差差的累积积值进行行调节的的。先假假定系统统中只有有一台调调频机组组,频率率积差调调节法的的工作方方程为:第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法二、积差调节法法频率积差差调节法法又称为为同步时时间法,是根据据系统频频率偏差差的累积积值进行行调节的的。先假假定系统统中只有有一台调调频机组组,频率率积差调调节法的的工作方方程为:第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法二、积差调节法法频率积差差调节法法过程如下下图:调
26、频机组组开始持持续地增增大输出功率率。这一过过程直到到时刻为止止(因时刻频率率已恢复复正常)。第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法二、积差调节法法在时段,调调频机组组增加的的出力已已与计划划外的负负荷增量量相等,系统以以额定频频率稳定定运行,所以:时刻后,负荷又又减少了了,使得得:第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法二、积差调节法法调频机组组出力开开始减少少。直到到时刻,调调频机组组功率增增量又与与计划外外负荷变变化相平平衡,频频率又恢恢复到了额定值,调频过过程又一一次结束束了。此此时功率率增量保保持为图中阴影影部分表表示了系系统的功功率缺额额或功率
27、率盈余情情形。当系统中中有多台台调频机机组时。其工作作方程为为:第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法二、积差调节法法相加各机组工工作方程程,并认为为各机组组的都是相同同的,且且等于系统统总的计计划外负负荷,则有:各机组:上式表明明,当调调节结束束时,各各调频机机组发电电出力增增量是按按一定的的比例自自动地分分担了系系统总的的计划外外负荷,使系统统有功功功率重新新平衡,实现了了无差调调节。第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法二、积差调节法法积差调节节法的缺缺点,是是积差信信号滞后后于系统统频率的的瞬时变变化,调调整过程程缓慢。为此,增加频率率瞬时偏偏差
28、的信信息。修改后后的工作作方程式式变为:由上式得得:第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法二、积差调节法法当出现计计划外负负荷时,产生了了频差,上式右右端第一一项与成正比,频差越越大,相相应也越大,这就加加速了调调节过程程。在调调节结束束时,即:各机组相相加得:所以有:各调频机机组按一一定比例例自动地地分担了了系统总总的计划划外负荷荷。第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法二、积差调节法法电力系统统实现频频率积差差调节有有两种方方式:一一种是集中调频频方式,即在调调度中心心装设一一套高精精度的标标准频率率发生器器,将其其与系统统频率比比较后产产生频率率积
29、差信信号,通过远远动通道道将此信信号送到到各调频电电厂,各各调频电电厂再根据其运运行方式式分配给给各调频机组组。这种种方式的的优点是各调频频电厂的的信号完完全一致,但需需要较多多的运动动通道。集中调频频方式示意图:第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法二、积差调节法法另一种是是分散调频频方式,每个调调频厂各各装设有有一套频频率积差差信号发发生器,各厂就就地产生生信号,这样就不不需要远远动通道道了。但但是,各各厂由于于各自产产生的标标准频率率信号不不可能完完全一致致,总存存在误差差,因而而尽管系系统频率率各厂都都一样,但却不完全全相同,因而信号不能能完全一一致,这这样,各各厂
30、就不不可能同同时结束束调整工工作。而而只要还还有一个个调频机机组仍在在调节其其输出功率率,系统没没有达到到平衡,导致其其它各调调频机组组也要作作出响应应并再进进行调节节,结果果就会造造成无休休止地调调节下去去,这显显然是十十分有害害的。如如何保证证各厂的的信号完完全一致致,是分分散调频频方式一一个比较较因难的的问题。第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法三、联合电电网的分分区调频频和分区区控制误误差(ACE)目前我国国的大区区电网都都包括了了几个省省级电网网,实行联合合电网,统一调调度,省省为实体体的调度度管理体体制。省级电网网都承担担了分区区调频工工作。分分区调频频的目标
31、标是区内内负荷的的计划外外增量要要由本区区内的调调频机组组承担。在调节节过程中中,联合合电网中中所有发发电机组组都起了了短时的的支援作作用,但但调节过过程结束束后,本本区域与与外区域域的联络络线交换换功率应应保持在在原来协协议规定定的计划划值上,尽量避避免非协协议范围围内的功功率在联联络线上上流通,造成电电力市场场的计价价困难。第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法三、联合电电网的分分区调频频和分区区控制误误差(ACE)所示为大大区电网网与各省省网间联联络线频频率偏差差控制方方案示意意图。TBC为(Tie-LineFrequency BiasControl)的简称。第四章电
32、电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法三、联合电电网的分分区调频频和分区区控制误误差(ACE)分区调频频不同于分散调频频。分区区调频方方程式必必须能够够判断出出当时的的负荷增增量是否否发生在在本区范范围之内内,如判判断超出出范围,则本区区调频机机组可以以“不予予理睬”。在各各省的调调度中心心,调频频系统是是按系统统频差和与外区区联络线线上的功功率偏差差信号进行调节节的,其其方程式式为。第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法三、联合电电网的分分区调频频和分区区控制误误差(ACE)当调节结结束时,=0,已被积分分成某一一常数,各调频频机组输出功率率不再变化化,也回到
33、零零(即联络线线功率恢恢复设定定值)。这时区区域控制制误差也也应回零零:分区调频频的过程程就是调调节本区区域内调调频机组组出力使使本区域域ACE数值不断断减小最最终减少少到零的的过程。第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法三、联合电电网的分分区调频频和分区区控制误误差(ACE)则:当处于稳稳态运行行时系统统联络线线功率保保持恒定定:第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法三、联合电电网的分分区调频频和分区区控制误误差(ACE)第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法三、联合电电网的分分区调频频和分区区控制误误差(ACE)第四章电电力系系统
34、频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法三、联合电电网的分分区调频频和分区区控制误误差(ACE)第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法三、联合电电网的分分区调频频和分区区控制误误差(ACE)3)B系统经联联络线支支援A系统:也可按下下式算出出:(2)两系统都都按区域域控制误误差进行行二次频频率调整整,即有有:第四章电电力系系统频率率控制第四节电力系统统的自动调频方法三、联合电电网的分分区调频频和分区区控制误误差(ACE)设二次调调节过程程中的某某一瞬问问,A系统调频频机组已已经增发发功率,而B系统内调调频机组组“袖手手旁观”,此时有有:可见在调调频过程程中系统统频差、“区域
35、域控制误误差”和联络线线支援功功率均在在逐渐减减小。当当二次调调整结束束,系统统频率恢恢复为额额定值。第四章电电力系系统频率率控制第五节编编制日日发电计计划和频频率稳定定的关系系一、系统负荷荷变化规规律和日日发电计计划的计计划电力系统统负荷瞬瞬息万变变,但通通过分析析,可以以看出负负荷的变变化还是是有规律律的。从从图4-10可以看出出,实际际的负荷荷曲线可可看作三三种分量量的合成成:第一种是是变化幅幅度很小小但频率率很高的的随机分分量负荷荷,变化周期期10s以下。第二种为为变化幅幅度较大大的脉动动变化负负荷,其其变化周周期一般般在10s到3min的范围内内。第三种是是变化很很缓慢的的但幅度度很
36、大的的持续变变化负荷荷。第四章电电力系系统频率率控制第五节编编制日日发电计计划和频频率稳定定的关系系一、系统负荷荷变化规规律和日日发电计计划的计计划第一种负负荷变化化引起的的频率偏偏移微小小,可由由发电机机组的调调速器自自动予以以调整,这就是是频率的的一次调调整;第二种负负荷变化化引起的的频率波波动较大大,仅靠靠调速器器的作用用往往不不能将频频率偏移移限制在在容许范范围之内内,这时时必须由由调频器器参与调调整,这这就是频频率的二二次调整整;通常常所说的的调频主主要是指指这种二二次调整整。第三种负负荷的变变化可以以由调度度中心预预先估计计出来,称为负负荷预测测;根据据预测的的负荷变变化,预预先安
37、排排好系统统中各发发电机组组的日发发电计划划,各发发电机组组按计划划运行,这样就就大体上上可以跟跟踪第三三种电力力系统负负荷变化化,保持持系统频频率的基基本稳定定。第四章电电力系系统频率率控制第五节编编制日日发电计计划和频频率稳定定的关系系一、系统负荷荷变化规规律和日日发电计计划的计计划图4-11显示了这这情况。图中实实线(折线)是系统的的计划有有功负荷荷曲线。调度中中心每天天都要编编制下一一天24小时的预预计负荷荷曲线,然后按按经济运运行的原原则落实实到每个个发电厂厂。系统统中的非非调频厂厂就是按按照调度度中心预预先下达达的日发发电计划划运行的的。图中中虚线则则是实际际记录的的系统负负荷曲线
38、线,可以以看出,虚线的的大体趋趋势与实实线是完完全相符符的,这这说明预预测的负负荷变化化规律比比较准确确。第四章电电力系系统频率率控制第五节编编制日日发电计计划和频频率稳定定的关系系二、编制日发发电计划划与备用用容量的的关系编制日发发电计划划涉及备备用容量量问题。相关概念:(1)总装机容容量。系系统全部部发电机机容量之之和称为为总装机机容量。(2)可发容量量。处于于完好状状态,可可随时按按调度命命令开机机的机组组最大可可能出力力之和。(3)备用容量量。可发发容量大大于系统统负荷的的部分,称为系系统备用用容量。备用容容量均以以热备用用和冷备备用两种种形式存存在。1)热备用容容量。运转中所有发电电
39、机组的的最大可可能出力力之和大大于系统统当时总总负荷的的余额部部分,称称热备用用容量,也叫旋旋转备用用容量。2)冷备用容容量。处于停机机状态,但但可随时时听候调调度命令令启动的的发电机机组的最最大可能能出力之之和,称称为系统统冷备用用容量。第四章电电力系系统频率率控制第五节编编制日日发电计计划和频频率稳定定的关系系二、编制日发发电计划划与备用用容量的的关系编制日发发电计划划时,要要在预计计的日负负荷曲线线(已计及网网损和厂厂用电)基础上,再考虑虑适当数数量的热备用容量量,热备用容量量的作用用就是承承担频率率调整任任务,及及时抵偿偿由于随随机事件件引起的的功率缺缺额,所所以旋转转备用容容量也就就
40、是系统统的调频频容量。热备用容容量一般般取系统统最大负负荷的810%为宜,冷备用容容量的作作用一部部分也用用作事故故备用,另外还还需满足足检修备备用和国国民经济济增长对对电力的的需要。第四章电电力系系统频率率控制第五节编编制日日发电计计划和频频率稳定定的关系系三、编制日发发电计划划与开机顺序序的关系冷备用机组当负荷逐逐步增加加的时候候,有个个合理的的开机顺顺序问题题,在编编制日发发电计划划时必须须予以考考虑。“强迫功功率”和和“最小小技术负负荷”两两个概念念。为了了其它方方面而不不是电力力系统的的要求,发电机机组必须须发出的的有功功功率称为为强迫功功率;发发电机组组的允许许最低输出功率率称为最
41、小小技术负负荷,当当低于这这个输出功率率时,发电电机组就就不能保保持稳定定运行。第四章电电力系系统频率率控制第五节编编制日日发电计计划和频频率稳定定的关系系三、编制日发发电计划划与开机顺序序的关系(一)各类发电电厂的技技术特点点1、水电厂厂的技术术特点2、火电厂的技技术特点点3、核电厂的技技术特点点第四章电电力系系统频率率控制(二)优优先开机机顺序从上述各各发电厂厂运行特特点即可可看出,各类发发电厂的的开机顺顺序应如如图4-12所示。第四章电电力系系统频率率控制第五节编编制日日发电计计划和频频率稳定定的关系系四、发电计划划程序的各各个模块块发电计划划是EMS中的核心心应用软软件。它它向AGC提
42、供各机机组基点点功率值值,对电电力系统统经济调调度起着着关键作作用。发电计划划也称火火电系统统经济调调度(EDC),即在已已知系统统负荷、水电计计划、检检修计划划、交换换计划、机组组组合、机机组经济济特性、网络损损失特性性、备用用监视计计划以及及运行限限制等条条件下,按照等等耗量微微增率准准则,编编制火电电机组发发电计划划,使整整个系统统的发电电费用最最低。第四章电电力系系统频率率控制第五节编编制日日发电计计划和频频率稳定定的关系系四、发电计划划程序的各各个模块块发电计划划除负荷荷预测、开机组组合等内内容外,还应包包含以下下模块:1、水火电电协调计计划模块块2、检修计计划模块块3、交换计计划模
43、块块区域之间间电量交交换计划划可以通通过以下下的三种种不同的的方式进进行协调调(1)自协调方方式(2)电力交易易市场模模式(3)协商调度度模式第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)电力系统统负荷预预测总会会有误差差,系统统的有功功计划功率和系统的的实际负负荷总是是存在一一定的差差距。自自动发电电控制(AGC/EDC)就是通过过监测电电厂有功功功率和系统负负荷之间间的差值值,自动动地调控控调频机机组的有有功功率,以满足足用户不不断变化化的电力力需要,达到有有功的发发供平衡衡,从而而保持系系统频率率稳定,并且使使整个系系统处于于经济的的运行状状态。在在联
44、合电电力系统统中,AGC/EDC是以区域域系统为为单位进进行的,是电力力调度自自动化系系统中最最重要的的闭环控控制功能能。第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)电力系统统负荷预预测总会会有误差差,系统统的有功功计划功率和系统的的实际负负荷总是是存在一一定的差差距。自自动发电电控制(AGC/EDC)就是通过过监测电电厂有功功功率和系统负负荷之间间的差值值,自动动地调控控调频机机组的有有功功率,以满足足用户不不断变化化的电力力需要,达到有有功的发发供平衡衡,从而而保持系系统频率率稳定,并且使使整个系系统处于于经济的的运行状状态。在在联合电电力系统统中,A
45、GC/EDC是以区域域系统为为单位进进行的,是电力力调度自自动化系系统中最最重要的的闭环控制制功能。第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)一、自动动发电控控制(AGC/EDC)的基本控控制目标标(1)调整全电电网发电电功率与全电网网有功负负荷平衡衡;(2)调整电网网频率偏偏差到零零,保持持电网频频率为额额定值;(3)在各控制制区域内内分配全全网发电电功率,使区域域间联络络线潮流流与计划划值相等等;(4)在本区域域发电厂厂之间分分配发电电功率,使区域域运行成成本最小小;(5)在EMS系统框架架内,AGC是实时最最优潮流流与安全全约束经经济调度度的执行行
46、环节。第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)系统发电电输出功率率跟踪系统统负荷变变化并保保持频率率稳定的的努力,可以看看作是由由四项互互相衔接接的控制制作用完完成的,可用图图4-13加以说明明。图中中纵坐标标表示负负荷波动动的幅值值,横坐坐标表示示负荷波波动的周周期。第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)二、(AGC/EDC)的控制过程AGC/EDC的主要功功能是维维持系统统频率和和系统区区域间交交换功率率的稳定定。可以以通过电电力系统统调度中中心的通通信系统统获取各各发电机机发出功功率、各各联络线线传输功
47、功率以及及系统频频率的信信息,并并向各个个发电厂厂(或发电机机组)发布相应应的控制制信号。当系统统出现频频率偏差差或交换换功率偏偏差时,就可以以通过测测量和计计算,确确定区域域控制误误差ACE,从而获获得系统统所需的的功率增增减总值值。再将该功功率增减减总值分分配给区区域中各各调频电电厂和调调频机组组。采用用“等耗耗量微增增率准则则”来分分配各个个机组应应承担的的功率增增减值,这就是是实时经经济调度度的计算算内容。第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)二、(AGC/EDC)的控制过程(1)区域跟踪踪控制,提供发发电“经经济基点点功率”Pi(2)区域调
48、节节控制(二次调整整),努力将将区域控控制误差差(ACE)调到零,这是AGC的核心功功能。(3)机组控制制是机组组基本控控制回路路第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)三、AGC与其他应应用软件件的关系系AGC程序是EMS的有机组组成部分分。需要要在其它它应用软软件的支支持下工工作。第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)四、实现AGC的控制方方式AGC的控制模模式一般般有如下下6种:(一)定频控制制方式采用定频频控制方方式时可可以保持持系统频频率不变变,即=0,该方式式适合于于独立的的电力系系统,也也适合作
49、作为联合合电力系系统的主主系统。其区域域控制误误差为:(二)定交换功功率控制制方式采用定交交换功率率控制方方式能保保持联络络线交换换功率的的恒定,可用于于联合电电力系统统中的小小容量系系统,这这时另外外的主系系统则应应采用定定频控制制,以维维持整个个联合电电力系统统频率稳稳定。其其区域控控制误差差为:第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)四、实现AGC的控制方方式AGC的控制模模式一般般有如下下6种:(三)定频定交交换功率率控制方方式要同时检检测系统统频差f和联络线线功率偏偏差PT,判断负负荷变化化发生的的区域,即由该该区内的的调频机机组做出出相应的
50、的响应,平衡负负荷的变变动。其其区域控控制误差差为:(四)自动修正正时差控控制方式式自动修正正时差控控制方式式是在定定频定交交换功率率控制方方式的基基础上,又增加加了对时时间偏差差的修正正功能。其区域域控制误误差为:第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)四、实现AGC的控制方方式AGC的控制模模式一般般有如下下6种:(五)自动修正正交换电电能差控控制方式式自动修正正交换电电能差控控制方式式也是在在定频定定交换功功率控制制方式的的基础上上,扩充充了对联联络线交交换电能能差的修修正功能能。其区域域控制误误差为:(六)自动修正正时差及及交换电电能差控控制方
51、式式自动修正正时差及及交换电电能差控控制方式式是上述述五种控控制方式式的全面面综合。其区域控控制误差差为:第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)五、加入经经济负荷荷分配功功能的AGC控制方法法自动调频频与自动动经济调调度密切切相连。现以从从前面讲讲过的积积差调频频法为例例,说明明自动调调频与经经济调度度的结合合:积差调频频法的调调频方程程式为:调节结束束时:这种按固固定比例例分配计计划外负负荷的方方法不是是最经济济的。为为此可把把上述调调频方程程式改为为:第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)五、加入经经济
52、负荷荷分配功功能的AGC控制方法法自动调频频与自动动经济调调度密切切相连。现以从从前面讲讲过的积积差调频频法为例例,说明明自动调调频与经经济调度度的结合合:积差调频频法的调调频方程程式为:调节结束束时:这种按固固定比例例分配计计划外负负荷的方方法不是是最经济济的。为为此可把把上述调调频方程程式改为为:第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)五、加入经经济负荷荷分配功功能的AGC控制方法法假设有两两个调频频电厂按按此调频频方程式式调频(在不考虑虑网损的的情况下下),各自的的调频方方程式为为:f(t1)=0第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自
53、自动发电电控制(AGC/EDC)五、加入经经济负荷荷分配功功能的AGC控制方法法第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)五、加入经经济负荷荷分配功功能的AGC控制方法法实际的实实时经济济调度要要考虑的的因素很很多,如如网损的的影响也也要计入入等。实实时经济济调度不不仅要计计算各电电厂耗量量(费用)微增率,而且要要计算系系统的耗耗量(费用)微增率。这时要要将上述述调频方方程式改改写为:第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)五、加入经经济负荷荷分配功功能的AGC控制方法法为了加强强对频率率瞬时偏偏差的响响应,在在
54、调频方方程式中中还可加加入与频频率瞬时时偏差信信号成正正比的调调频功率率分量,其中是功率转转换常数数,是负荷分分配系数数。这样样调频机机组的应应发功率率就包括了了三部分分:第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)六、AGC/EDC的程序模模块调度中心心与调频频厂间设设有双向向通道,调频机机组的实实发功率率通过上上行通道道传到调调度中心心。在调调度中心心的计算算机中进进行一系系列计算算,然后后把各调调频机组组应发功功率通过过下行通通道传送送到各调调频机组组调节器器。机组组调节器器根据传传来的设设定功率率进行调调整。只只要实发发功率不不等于设设定值,调节过
55、过程就继继续进行行。这种种控制方方式是当当地闭环环控制:第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)六、AGC/EDC的程序模模块电网调度度自动化化系统的的计算机机是如何何实现自自动发电电控制和和实时经经济调度度的。对对各模块块说明如如下:(1)计算各调调频电厂厂的网损损微增率率(每30min到60min计算一次次)各调频电电厂的网网损微增增率:其中是全系统统的总有有功网损损。(2)计算系统统微增率率(每5min一次),为系统微微增率转转换系数数。每3s采样一次次频差,连续进进行积分分即可得得到,每5min为一累计计积分周周期。(3)计算各调调频电厂厂的耗
56、量量微增率率和基点经经济功率率(每5min一次),其中,然然后查bP曲线,求求各电厂厂基点经经济功率率和该点的的曲线斜斜率,由可求出负负荷分配配系数(),这些计计算体现现了按等等微增率率分配负负荷。第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)六、AGC/EDC的程序模模块(4)计算稳态态调频功功率(每5min一次),从确定新新的基点点经济功功率时刻刻开始,每3秒钟采样样一次频差的值,由直到5min后下一次新新的基点点功率确确定时为为止(5)计算瞬态态调频功功率按频差采样周期期,每3s循环计算算一次,(6)计算各电电厂(机组)应发功率率PGi(每3s计算一次
57、次),根据上式式求得各各机组应应发功率率,即通通过下行行通道传传送到各各调频电电厂。第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)七、AGC机组的运运行控制制方式(一)发电机组组的几种种运行方方式1.停机方式式2.备用方式式3.手动方式式4.调度员直直接遥控控方式5.带基荷方方式6.带基荷和和调频方方式第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)七、AGC机组的运运行控制制方式(二)机组控制制模式及及EDC程序的调调度计算算机组控制制模式为为AGC,表示机机组在线线受AGC控制(而ON表示机组组在线但但不受AGC控制)。
58、机组控制制模式为为AGC,有几种种子模式式(AGC submodes):MBPR机组由由AGC控制到手手动整定定的基点点值。它它只参加加ACE调节,不不参加经经济调节节。AUTE机组由由AGC控制到经经济基点点值。它它只参加加经济调调节,而而不参加加ACE调节。AUTR机组在在AGC控制下参参加ACE调节,但但不参加加经济调调节。AUTO机组由由AGC控制到经经济基点点值。它它既参加加经济调调节,又又参加ACE调节。第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行中的自自动发电电控制(AGC/EDC)七、AGC机组的运运行控制制方式(二)机组控制制模式及及EDC程序的调调度计算算每次EDC程序运行
59、行时,都都分两路路进行调调度计算算:第一路:EDC只计算AGC子模式为为AUTE和AUTO的机组的的经济基基点值。MBPR机组的基基点值由由手动整整定,而而所有其其他机组组的基点点值都取取其实际际功率值值。第一一路EDC中计算出出来的基基点值和和经济分分配系数数都是提提供给LFC(负荷频率率控制)用的。第二路:EDC计算在ON控制模式式和AGC其它子模模式下,机组的的经济基基点值。其他控控制模式式和TEST实验子模模式下的的机组,则采用用实际功功率作为为基点值值。第二二路EDC计算的目目的,仅仅是为了了显示或或作进一一步的研研究,而而不供LFC使用。第四章电电力系系统频率率控制第六节正常运行行
60、中的自自动发电电控制(AGC/EDC)七、AGC机组的运运行控制制方式(三)AGC的控制区区段AGC分四个控控制区段段来表示示ACE的严重程程度:死死区段(Deadband)、命令区区段(Command)、允许区区段(Permissive)和紧急区区段(Emergency)。每个控控制区段段都有正正、负两两个方向向,但不不一定要要对称。在不同同的控制制区段内内,AGC将根据子子模式来来确定哪些些机组参参加ACE调节,哪些机组组参加经经济调节节,哪些机组组两者都都参加。但随着ACE严重程度度的加大大,参加ACE调节的机机组会越越多,而参加经经济调节节的则会会越少。第四章电电力系系统频率率控制第六
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