电力系统自动化-调速部分

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联系方式：7522257;3 电力力系统频频率和有有功功率率自动控控制理解电力力系统频频率和有有功功率率控制的的重要性性；掌握电力力系统负负荷的调调节效应应；理解调速速器的基基本工作作原理、调速系系统的静静态调节节特性、一次调调整和二二次调整整；掌握频率率调差系系数、并并联机组组间有功功功率的的分配；了解电力力系统频频率的调调节方法法、自动动发电控控制（AGC）原理。3.1电电力系系统频率率和有功功功率控控制的必必要性3.1.1电电力系统统频率控控制的必必要性频率对电电力用户户的影响响电力系系统频率率变化会会引

2、起异异步电动动机转速速变化，转速不不稳定会会影响产产品质量量。系统频频率波动动会影响响某些测测量和控控制用的的电子设设备的准准确性和和性能。电力系系统频率率降低将将使电动动机的转转速和输输出功率率降低。3.1电力系统统频率和和有功功功率控制制的必要要性频率对电电力系统统的影响响频率下下降时，汽轮机机叶片的的振动会会变大。频率下下降到一一定程度度时，可可能出现现频率崩崩溃（频频率雪崩崩）。在核电电厂中，当频率率降到一一定数值值时，冷冷却介质质泵即自自动跳开开，使反反应堆停停止运行行。电力系系统频率率下降时时，异步步电动机机和变压压器的励励磁电流流增加，使异步步电动机机和变压压器的无无功损耗耗增加

3、，引起系系统电压压下降。频率下下降还会会引起励励磁机出出力下降降，并使使发电机机电势下下降，导导致全系系统电压压水平降降低。可能导致致电压崩崩溃（电电压雪崩崩）。3.1.2电电力系统统有功功功率控制制的必要要性维持电力力系统频频率在允允许范围围之内提高电力力系统运运行的经经济性保证联合合电力系系统的协协调运行行3.1电电力系系统频率率和有功功功率控控制的必必要性3.2发发电机机组调速速控制的的基本原原理3.2.1发发电机组组单机运运行时调调速控制制的基本本原理3.2发发电机机组调速速控制的的基本原原理同步发电电机转子子运动方方程3.2发发电机组组调速控控制的基基本原理理原动机的的机械转转矩MT

4、n(f,w)MT03.2发发电机组组调速控控制的基基本原理理发电机电电磁转矩矩MG发电机电电磁转矩矩与电磁磁功率成成正比。发电机机输出的的电磁功功率又与与负荷的的频率特特性紧密密相关。3.2发发电机组组调速控控制的基基本原理理负荷的静静态频率率特性：有功负负荷随频频率而改改变的特特性称为为负荷的的功率频率特特性，即即负荷的的静态频频率特性性。负荷种类类:与频率变变化无关关的负荷荷，如白白炽灯、电弧炉炉、电阻阻炉和整整流负荷荷等。与频率成成正比的的负荷，如切削削机床、球磨机机、压缩缩机和卷卷扬机等等。这类类负荷占占有较大大比重。与频率的的二次方方成比例例的负荷荷，如变变压器中中的涡流流损耗。与频

5、率的的三次方方成比例例的负荷荷，如通通风机、静水头头阻力不不大的循循环水泵泵等。与频率的的更高次次方成比比例的负负荷，如如静水头头阻力很很大的给给水泵等等。3.2发发电机组组调速控控制的基基本原理理3.2发发电机组组调速控控制的基基本原理理3.2发发电机组组调速控控制的基基本原理理M0nMT1MT2MG1MG2abcnanbnc负荷减小小时改变原动动机的出力后后发电机组组调速系系统的调调节原理理3.2发发电机组组调速控控制的基基本原理理3.2.2机组组并网运运行的转转速调节节0f，nf1MT，PGMT1MT2abPGaPGb13.3机机械液液压调速速器的原原理机械液压压调速器器的基本本结构3.

6、3机机械液液压调速速器的原原理调差机构构的形成成fAC、F、EB进进汽量nA调差机构构的数学学描述PG(MW)f(Hz)0fzf1f2ffPG2PG121PGe3.3机机械液液压调速速器的原原理转速给定定的原理理机组空载载运行时时调节机机组转速速D EB进汽汽量nA C、FE机组并联联运行时时调节机机组的有有功出力力D EB进汽汽量nA 基本本不动 C、FE3.3机机械液液压调速速器的原原理频率的一一次调整整（一次次调频）：当负负荷变化化时，调调速器会会自发动动作来调调节发电电机输出出的动力力元素，来抑制制频率的的变化，这种调调速器自自发调节节的过程程叫频率率的一次次调整（一次调调频）。一次调

7、频频后会使使电网的的频率偏偏离额定定值，当当频率值值偏离额额定频率率较大时时，需要要进行频频率的二二次调整整。频率的二二次调整整（二次次调频）：通过过手动或或自动装装置改变变发电机机调速器器的功率率（转速速）给定定值，调调整发电电机出力力，使频频率恢复复到额定定值的过过程。3.3机机械液液压调速速器的原原理机械液压压调速器器的基本本结构3.3机机械液液压调速速器的原原理机组调速速系统的的失灵区区及其影影响PG(MW)f(Hz)0f1f0f2PG021PWfW3.3机机械液液压调速速器的原原理机组调速速系统的的失灵区区及其影影响为了使误误差功率率不致过过大，要要求发电电机组调调速系统统的失灵灵区

8、不能能过大，调差系系数不能能过小，一般要要求机组组调速系系统的失失灵区应应在0.1%0.5%。失灵区的的存在还还会使机机组调速速系统的的动态调调节品质质变差。但是，如果失失灵区过过小或者者完全没没有，当当电力系系统频率率发生微微小波动动时，调调速器也也要动作作。这样样会调节节汽阀动动作过于于频繁，对机组组本身和和电力系系统频率率调节不不利。因因此，在在一些非非常灵敏敏的电液液调速器器中，通通常要采采取一些些技术措措施形成成一定大大小的失失灵区。3.4其其它类类型的调调速器模拟电气气液压调调速器：转速和和频率的的测量、转速和和功率的的给定、调节规规律实现现等均采采用电子子电路构构成，操操纵机构构

9、仍然采采用机械械液压装装置。数字电液液调速器器：转速速和频率率的测量量、转速速和功率率的给定定、调节节规律实实现等均均采用微微机实现现，操纵纵机构仍仍然采用用机械液液压装置置。3.7电电力系系统频率率和有功功功率控控制的基基本原理理将电力系系统内并并联运行行得所有有机组用用一台等等效机组组代替；将电力系系统内所所有负荷荷用一个个等效负负荷代替替；然后使用用发电机机组单机机带负荷荷运行时时频率和和有功功功率控制制的基本本原理和和方法进进行分析析和计算算。3.7电电力系系统频率率和有功功功率控控制的基基本原理理电力系统统等效负负荷的静静态频率率调节特特性3.7电电力系系统频率率和有功功功率控控制的

10、基基本原理理电力系统统等效发发电机组组的静态态调节特特性fPG ,PT0fPGfaaPGafbbPGbf为系统统等效机机组的频频率，即即电力系系统的频频率；PG为系统等等效机组组发出的的有功功功率，即即电力系系统内并并联运行行的所有有机组发发出的有有功功率率的总和和。忽略略机组的的损耗，等效发发电机组组发出的的功率PG与等效原原动机发发出的功功率PT相等，即即PGPT。3.7电电力系系统频率率和有功功功率控控制的基基本原理理电力系统统频率控控制的基基本原理理频频率的一一次调节节PG，PT，PLf0PGfAADCBPLPLPG(f)PL(f)PL(f)PGAPGDPGCfC3.7电电力系系统频率

11、率和有功功功率控控制的基基本原理理电力系统统频率控控制的基基本原理理频频率的二二次调节节PG，PT，PLf0PGfAADCBPLPLPL(f)PL(f)PG(f)PG(f)PTD3.7电电力系系统频率率和有功功功率控控制的基基本原理理电力系统统频率控控制的基基本原理理调调频电厂厂的选择择电力系统统中并联联运行的的发电机机组都装装有调速速器。当当系统负负荷变化化时，有有可调容容量的机机组均参参与频率率的一次次调整，而二次次调整只只由部分分发电厂厂承担。从是否承承担频率率的二次次调整任任务出发发，可将将系统中中所有发发电厂分分为调频频厂和非非调频厂厂两类。调频厂厂负责全全系统的的频率调调整任务务；

12、非调调频厂在在系统正正常运行行情况下下只按调调度控制制中心预预先安排排的负荷荷曲线运运行，而而不参加加频率调调整。3.7电电力系系统频率率和有功功功率控控制的基基本原理理选择调频频电厂时时，主要要考虑下下列因素素：(1)具具有足够够大的容容量和可可调范围围；(2)允允许的出出力调整整速度满满足系统统负荷变变化速度度的要求求；(3)符符合经济济运行原原则；(4)联联络线上上交换功功率的变变化不致致影响系系统安全全运行。3.7电电力系系统频率率和有功功功率控控制的基基本原理理电力系统统的有功功功率控控制电力系系统中的的有功功功率平衡衡控制电力力系统频频率在允允许范围围之内是是通过控控制系统统内并联

13、联运行机机组输入入的总功功率等于于负荷在在额定频频率所消消耗的有有功功率率实现的的，即实实现有功功功率的的平衡。3.7电电力系系统频率率和有功功功率控控制的基基本原理理电力系统统的有功功功率控控制电力系系统中的的有功功功率平衡衡1总负负荷；2随机机分量； T10s;一一次调频频来平衡衡；3脉动动分量；10sT3min；调度度预测安安排来平平衡；3.7电电力系系统频率率和有功功功率控控制的基基本原理理电力系统统的有功功功率控控制并联运运行机组组间有功功功率分分配fPG0PG1(f)PG2(f)f1PG1PG2PG1PG2f2PG1PG23.7电电力系系统频率率和有功功功率控控制的基基本原理理电力

14、系统统的有功功功率控控制并联运运行机组组间有功功功率分分配例题:某某系统有有两台发发电机，P1e=100MW,1*=0.04, P2e=50MW,2*=0.05,当当f=50Hz时，P1=80MW,P2=30MW。）画出出两机组组的调差差特性。）当负负荷功率率为120时系统统频率为为多少？两机组组出力各各多少？）当负负荷功率率分别为为120和和150，只靠一一号机二二次调频频能否使使频率恢恢复到50。为什什么？（）画出两机机组的调调差特性性（2）当负荷荷功率为为时时系统频频率为多多少？两两机组出出力各多多少？（）当当负荷功功率分别别为和，只靠靠一号机机二次调调频能否否使频率率恢复到到。为为什么

15、？120MW时可以，因为一一号机剩剩余容量量20MW大于负荷荷增量10MW。150MW时不可以以，因为为负荷增增量40MW大于一号号机剩余余容量20MW。3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制自动调频频与手动动调频相相比，不不仅反应应速度快快、频率率波动小小，同时时还可以以兼顾到到其他方方面的要要求，例例如实现现有功负负荷的经经济分配配、保持持系统联联络线交交换功率率为定值值和满足足系统安安全经济济运行的的各种约约束条件件等。所所以现代代电力系系统普遍遍装设自自动调频频装置。主导发电电机法仅仅适用于于小容量量的电力力系统；虚有差法法仅反应应频率的的偏差信信号，而而且有功功功率在在多个

16、调调频发电电厂之间间是按固固定比例例分配的的，不能能实现经经济分配配原则，同时也也不能控控制区域域间联络络线的功功率。3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制积差调节节法是根根据系统统频率偏偏差的累累积值调调节频率率的。先先假定系系统中由由一台发发电机组组进行频频率积差差调节，调节方方程式为为3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制积差调节节过程3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制改进积差差调频法法3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制积差调节节法维持持系统频频

17、率的精精度取决决于各调调频机组组的频差差积分信信号数值值的一致致性。当当采用多多个调频频电厂调调频时，可以采采用分散散方式，即参与与调频电电厂各有有一套频频差信号号发生器器，就地地产生(kf)dt信号进行行调频。为了使使各调频频厂测得得的f值尽可能能一致，避免频频差积分分的差异异而造成成功率分分配上的的误差，需设置置高稳定定性晶体体振荡标标准频率率发生器器。为了克服服频差积积分信号号分散产产生的不不一致性性，积差差调节法法的频差差积分信信号也可可在电网网调度中中心集中中产生，即装设设一套高高精度频频率发生生器集中中产生积积差信号号，确定定各调频频机组的的调节量量，用远远动通道道送给各各调频机机

18、组。3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制电网调度度中心把把频差积积分信号号值(kf)dt通过远动动通道送送到各调调频电厂厂，厂内内配置一一台有功功功率控控制器，用于控控制全厂厂调频机机组的功功率调节节量PC。它的输输入信息息，除了了调度所所送来的的频差积积分信号号外，还还有当地地产生的的频差f和厂内各各调频机机组的输输出功率率PC1，PC2，等。它的输输出信号号为各调调频机组组按所对对应的方方程计算算各自应应发出的的功率，控制相相应机组组的控制制电动机机，调节节它们的的功率给给定值，该有功功功率控控制器可可用带CPU的的数字字电子器器件组成成，它的的输出信信号可以以经D/A转转换放

19、大大后，接接到各控控制电动动机，也也可以输输出按比比例调节节的脉冲冲。这种种集中调调频方式式优点很很明显，但需要要远动通通道。3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制集中调频频方式示示意图3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制随着电力力系统远远动技术术的发展展，自20世纪纪80年年代中中期，我我国四大大电网(华东、东北、华中和和华北)和部分分省级电电网引进进了国外外的SCADA/AGC系统统，为我我国电网网调度自自动化系系统的发发展奠定定了基础础。从1989 年9 月投投入运行行至今，全国有有30多多家省省级及以以上电网网投入了了AGC 系统统。在互互联电力力系统运运行中，A

20、GC 是一一个基本本的和重重要的计计算机实实时控制制功能，对于减减轻调度度员和发发电厂运运行人员员的劳动动强度，提高联联络线交交换功率率的控制制精度，提高电电网频率率质量等等方面发发挥了很很好的作作用，为为现代电电力系统统的安全全、优质质、经济济运行提提供了必必要的技技术手段段。3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制在互联电电力系统统运行中中，各区区域应负负责调整整本区域域内的功功率平衡衡，当某某区域中中突然接接入新的的负荷时时，整个个互联电电力系统统的频率率下降。系统中中所有的的机组调调节器动动作，增增加机组组出力，使频率率提高到到某一水水平，这这时整个个电力系系统发电电机组的的发

21、电量量与负荷荷达到新新的平衡衡。一次次调节留留下了频频率偏差差和交换换功率偏偏差，AGC动动作，提高发发电功率率，使频频率恢复复到正常常值、交交换功率率达到计计划值，这就是是所谓的的二次调调节。此此外，AGC将将随时时间调整整发电机机组出力力执行发发电计划划，或在在非预计计的负荷荷变化积积累到一一定程度度时按经经济调度度原则重重新分配配出力，这就是是所谓的的三次调调节。3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制对AGC 来说说，一次次调节是是系统的的自然特特性，希希望快速速而平稳稳；二次次调节不不仅考虑虑机组的的调节特特性，还还要考虑虑到安全全(备用用)和经经济特性性；三次次调节则则主要

22、考考虑安全全和经济济，必要要时可以以校验网网络潮流流的安全全性。这这些调节节所设定定的周期期随区域域控制误误差(ACE)的大小小而不同同，一般般数据采采集的采采样周期期为1s2s，自动动发电控控制(AGC)启动周周期为4s8s，经经济调度度的启动动周期由由几秒钟钟到几分分钟甚至至几十分分钟。3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制1.AGC的的总体结结构自动发电电控制通通过闭环环控制系系统实现现的。自自动发电电控制所所需的信信息，如如频率、发电机机组的实实发功率率、联络络线的交交换功率率、节点点电压等等从SCADA 获得得实时测测量数据据，计算算出各电电厂或各各机组的的控制命命令，再再

23、通过SCADA送送到各电电厂的电电厂控制制器。由由电厂控控制器调调节机组组功率，使之跟跟踪AGC的控控制命令令。3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制计划跟踪踪环：按按计划提提供机组组发电基基点功率率，它与与负荷预预测、机机组的经经济组合合、水电电计划及及交换功功率计划划有关，担负主主要调峰峰任务。区域调节节控制环环：把区区域控制制误差(ACE)调到到零，这这是AGC的的核心。功能是是把AGC计计算出消消除区域域控制误误差(ACE)各机组组需增减减的调节节功率，将这一一可调分分量加到到跟踪计计划的机机组发电电基点功功率上，得到设设置发电

24、电量发往往电厂控控制器。机组控制制环：基基本控制制回路去去调节机机组，使使控制误误差为零零，在许许多情况况下(特特别是水水电厂)，一台台电厂控控制器能能同时控控制多台台机组，AGC 把信信号送到到电厂控控制器后后，再分分到各台台机组。3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制2.AGC的的控制目目标与模模式在互联电电力系统统中，各各区域承承担各自自的负荷荷，各区区域的调调度中心心要维持持电力系系统频率率为规定定值，维维持区域域间净交交换功率率计划值值，并实实现在线线经济负负荷分配配。AGC的的控制目目标：(1)调调整系系统发电电出力与与负荷的的平衡。(2) 调整整系统频频率偏差差为零，在

25、正常常稳态情情况下，保持频频率为额额定值。(3) 在各各控制区区域内分分配全网网发电出出力，使使区域间间联络线线潮流与与计划值值相等，实现各各地区有有功功率率的就地地平衡。(4) 在本本区域发发电厂之之间分配配发电出出力，使使区域运运行成本本最小。(5) 在能能量管理理系统(EMS)中，AGC作为实实时最优优潮流与与安全约约束经济济调度的的执行环环节。3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制AGC的的控制模模式：(1)定定频率率控制方方式(CFC或或 FFC)(2)定定联络络线交换换功率控控制方式式(CIC或CNIC)(3)定定频率及及定交换换功率的的控制方方式(TBC)3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发电控制制为了实现现AGC，要求求在调度度中心计计算机上上运行AGC程程序。AGC 程序序的控制制目标是是使因负负荷变动动而产生生的区域域控制差差(ACE)不不断减小小直至为为零。3.9电电力系系统自动动调频和和自动发发