ch 电力系统正常运行方式的调整与控制

Ch5电力系统正常运行方式的调整与控制主要内容：1、电力系统频率调整与控制2、电力系统电压调整与控制3、电力系统的经济调度4、灵活交流输电系统与高压直流输电1Ch5电力系统正常运行方式的调整与控制难点：1）调频计算与调压计算2）水火电厂有功负荷最优分配3）无功负荷最优补偿2§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制一、调整频率的必要性1、频率是衡量电能质量的一个重要指标由于所有用电设备都是按系统额定频率设计的；系统频率质量的下降将影响各行各业；电力系统的频率变动对发电厂和电力系统本身会产生不利影响，而且频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电；

2、有功负荷的变动与调整控制

30变化周期10s︱3min§5-1电力系统有功功率和频率的调整和控制三次调频-最优分配二次调频一次调频变化周期小于10s有功功率的日负荷曲线41、负荷的种类与频率变化无关的负荷电阻炉、电弧炉、整流负荷与频率一次方成正比的负荷阻力矩为常数的负荷与频率二次方成正比的负荷变压器中的涡流损耗与频率三次方成正比的负荷通风机、循环水泵与频率更高次方成正比的负荷（比重很小）给水泵二、负荷的有功功率-频率特性52、负荷频率特性数学表达式二、负荷的有功功率-频率特性以PDN和fN为基准值有功损耗占有功负荷的5-10%。6有功负荷的频率静态特性标么值=1-33、负荷的功-频特性及频率调节效应PDNP0fNf负荷的频率调节效应（系数）正值以PDN和fN为基准值7三、发电机组的有功功率-频率特性1、调速系统工作原理机械液压调速系统电气液压调速系统负荷增加→开大汽门；负荷减少→减少汽门。频率的一次调整---有差调整调速器固定同步器8电气液压调速系统的原理框图转速测量转速给定功率给定功率测量频差放大器

综合放大器

PID校正功率放大器电液转换器油动机汽轮机发电机系统转速有功功率PGPsetffset91、调速系统工作原理电气液压调速系统的组成转速测量环节-----将机组的转速转换成电压信号、与给定的转速值相减（经频差放大器）得出频率误差信号。功率测量环节-----将发电机发出的有功功率转换成电压信号，与给定功率相减并与频率误差同时送入综合放大器进行综合和放大，得出综合误差信号。10综合误差差信号11电气液压压调速系系统的组组成PID校校正（调调节）-----实现功率率偏差和和转速偏偏差之间间的稳态态线性关关系，并并改善控控制系统统的性能能。所得得出的信信号经过过功率放放大使之之有足够够的功率率来驱动动电液转转换器。。电液转换换器-----将电信号号转换成成油压信信号使油油动机动动作，从从而改变变汽门的的开度。。122、发电电机组的的功率-频率静静态特性性在自动调调速系统统作用下下，发电电机输出出功率和和频率的的关系曲曲线。发电机的的单位调调节功率率正值PPset0fNf0f发电机组的频率静态特性132、发电电机组的的功率--频率率静态特特性静态调差差系数---调调差率0.05?PPset0fNf0f结论：调差系数数的大小小对频率率偏移的的影响很很大。调差系数数（单位位调节功功率）可可以整定定：汽轮发电电机组:*=0.04-0.06,KG*=25-16.7;水轮发电电机组:*=0.02-0.04,KG*=50-25。14多台机组组的等值值单位调调节功率率第i台机机组的输输出功率率增量n台机组组输出功功率总增增量PGN系统n台台机组额额定功率率之和等值调差差系数15四、有功功功率平平衡1、有功功平衡与与频率的的关系f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)有功平衡衡水平的的高低决决定了系系统频率率水平的的高低。。要保持持频率水水平，需需有足够够的有功功电源的的备用容容量应付付有功负负荷的增增加。16按作用分分：负荷备用用、事故备用、、检修备用用、国民民经济备备用；按储存形形式分：：旋转备用用（热备备用）、冷备用2-5%最大负负荷5-10%最大大负荷2、备用用容量3、有功功电源的的最优组组合火力发电电厂的特特点支付燃料料费用，，但不受受自然条条件影响响；有功出力力调节范范围小、、负荷增增减速度度慢；热电厂为为不可调调节的强强迫功率率。17水电厂的的特点不支付燃燃料费用用，受自自然条件件影响；；有功出力力调节范范围宽、、负荷增增减速度度快；发电用水水量按水水库综合合效益考考虑。抽水出能能电厂具有填谷谷削峰的的作用。。核电站一次性投投资大、、运行费费用小，，运行中中不易带带急剧变变化的负负荷，反反应堆和和汽机组组退出和和再度投投入费时时，且消消耗能量量大。18各类发电电厂负荷荷的合理理分配A---水电厂厂不可调调功率；；B—水电厂可调调功率；；C—热电厂；D—核电厂；E—高温高压凝凝汽式火火电厂；；F—中温中压凝凝汽式火火电厂19P0fNf电力系统功-频静态特性机组负荷机组的单单位调节节功率小结：功功频特性性负荷的频频率调节节效应发电机的的调差系系数20五、频率率调整的的分析和和计算1、频率率的一次次调整以系统功功-频特特性为基基础，由由调速器器实现一一次调频频。运行状态态A---原原始平衡衡状态运行状态态B---负负荷增加加后的新新平衡状状态f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)电力系统统功频静静态特性性21发电机组组功率增增量：负荷频率率调节效效应：功率增量量平衡式式：电力系统统功-频频特性1、频率率的一次次调整PNP1P2△f<0f2f1fABPD(f)PD(f)’△PG△PD△PD00PG(f)P22系统的单单位调节节功率发电机满满载时：：KG=0备用容量量系数f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)电力系统统功-频频特性23◆负荷变变化将引引起频率率变化，，产生频频率偏差差。◆系统越越大(联联网），，系统单单位调节节功率越越大，产产生偏差差越小。。◆负荷的的增量有有两部分分供给：：调速器器作用引引起发电电机多发发出的功功率，负负荷自身身的正调调节效应应随频率率下降少少取用的的功率。。◆一次调调频为有有差调节节。◆求出功功率偏差差后，可可计算每每台机组组承担的的功率增增量：24小结：一一次调频频负荷频率率调节效效应系数数系统的单单位调节节功率多台机组组的等值值单位调调节功率率一台机组组的单位位调节功功率一次调频频适用于负负荷变化化幅值小小，变化化周期短短（〈10s））的负荷荷。252、频率率的二次次调整发电机转转速控制制机构伺服电机机、蜗轮轮、蜗杆杆等在手动或或自动装装置控制制下，伺伺服电机机即可正正转，也也可反转转，因而而使杠杆杆的D点点上升或或下降，，实现二二次调频频。同步器、、调频器器调速器固定26二次调频频的原理理：利用同步步器平移移机组功功-频特特性负荷增加加:功频频特性上上移；负荷减少少:功频频特性下下移。原始运行行点A(f1)系统负荷荷增加△△PD0一次调频频----B点点（f2)二次调频频----C点点(f2’)二次调频频可实现现无差调调节频率率（D点点）。△f<0功-频静静态特性性P0

f2

f2’

f1fPD(f)PG(f)ABCD27二次调频频的功率率增量平平衡方程程△f<0负荷调节节效应机组调节节效应同步器调调节效应应负荷效应的的功率增量量一次调频的的功率增量量P0

f2

f2’

f1fPD(f)PG(f)28结论：二次调频不不能改变系系统单位调调节功率的的值；二次调频增增加了发电电机的出力力；可实现无差差调节△f=0;相同负荷变变化下，二二次调频使使频率偏移移减少。291台或少数数几台机组组多台机组并并联运行的的电力系统统首先，由主主调频机组组承担负荷荷的变化，，维持△f=0;其次，由配配置了调速速器的机组组按静态特特性承担调调频；再次，由负负荷的调节节效应所产产生的功率率增量补偿偿。303、互联系系统的频率率调整系统A功率率增量平衡衡式：系统B功率率增量平衡衡式：KAKBAB△PAB△PDA△PGA

△PDB△PGB

二次调频二次调频31系统功率缺缺额互联网：32△PAB=0的条件件：AB都都进行二次次调频且△PAB最大的条件件：B不不进行二次次调频联络线上的的功率最大大值33互联系统频频率调整常常采用的三三种方式区域控制误误差(AreaControlError)△PTi---区域i联络线交换换功率偏差差；PTspi------区域i的计划交换换功率；βi、Ki---偏差差系数。34互联系统频频率调整常常采用的三三种方式定频率控制制（FFC）：△f=0定交换功率率控制(FTC)：：△PTi=0联络线功率率和频率偏偏差控制（（TBC））：ACEi=035上述分析方方法可推广广到多个系系统经联络络线组成的的互联系统统：联联络线上的的功率，则则可由单个个系统的频频率关系求求得。调频计算例例题36选讲内容1：AGC

（AutomationGenerationControl））目的是使电力系系统的出力力与负荷相相适应，保保持频率额额定和通过过联络线的的交换功率率等于计划划值，并尽尽可能实现现机组（电电厂）间负负荷的经济济分配。37AGC的基基本目标使全系统的的出力与负负荷相匹配配将电力系统统的频率偏偏差调节到到0，保持持系统频率率为额定值值控制区域间间联络线的的交换功率率与计划值值相等，实实现各区域域内有功功功率的平衡衡在区域各个个电厂间进进行负荷的的经济分配配第二、三个个目标也称称为LFC38AGC的一一般过程跟踪控制调节控制机组控制发电计划调速器气轮机负荷预测机组组合水电计划交换计划电力系统发电计划区域控制误差机组分组dfPG39区域控制误误差ACEi=bidf+dPT,I联络线和频频率偏差控控制（TBC）恒定功率控控制（CFC）恒定净交换换功率控制制（CNIC）40AGC对机机组功率的的分配AGC对机机组功率的的分配包括括两个部分分：按经济调度度原则分配配计划负荷荷和计划外外负荷，送送出基点功功率值；将消除误差差式区域控控制误差所所需要的调调节功率PR分配给机组组。41AGC与其其他应用软软件的关系系状态估计机组组合发电计划水电计划负荷预测AGC交换计划安全约束调度最优潮流计划限制潮流网损修正42选讲内容2：自动低低频减负荷荷概述电力系统频频率控制是是关系电力力系统全局局的控制问问题.在电电力系统事事故情况下下,当采取取各种措施施之后仍然然不能制止止频率下降降时,则由由低频减载载装置自动动的切除一一部分负荷荷来达到目目的,这就就是自动低低频减负荷荷,也称自自动低频减减载.43电力系统频频率的动态态特性电力系统频频率动态特特性主要由由系统所有有的转动机机械决定.由于旋转转机械的转转动惯量及及其距离故故障点的电电气距离的的不同,在在系统故障障时,系统统中各结点点(母线)的频率动动态特性是是不同的.各结点的频频率fi将在系统平平均频率fx附近变化,但偏离的的数值不大大.因此,可以用fx代替fi并将系统看看成一台等等值发电机机组来研究究fx随时间的变变化.44电力系统频频率的动态态特性系统中每台台发电机组组的转子运运动方程:经验表明：：虽然电力力系统中电电动机的数数量远比发发电机多,但它们的的等效转动动惯量却远远小于发动动机组.故故可以只考考虑发电机机组的转动动惯量.现在取系统统所有的发发电机的额额定功率总总和PGe为功率的基基准值,则则有45电力系统频频率的动态态特性考虑到可以以近似认为为fi=fx,上式中ωi*可以用ωX*代替,则46电力系统频频率的动态态特性由于有以上即系统统等值机的的频率变化化方程式。。该方程式式没有考虑虑负荷的频频率调节效效应47电力系统频频率的动态态特性若考虑负荷荷的频率调调节效应：：将功率基准准换算成为为PLe：48电力系统频率率的动态特性性电力系统频率率的动态特性性如图所示。。该特性为一指指数下降曲线线,频率下降降的稳态值与与功率缺额成成正比.49自动低频减负负荷的基本原原理50自动低频减负负荷装置自动低频减负负荷装置控制制的是整个系系统的频率,而不是系统统内某一台发发电机组的运运行参数,因因此ZDPJ装置分散安安装在电力系系统的各个变变电站之中,由它们共同同作用来阻止止系统频率下下降.51自动低频减负负荷装置52自动低频减负负荷装置的整整定计算(一)确定最大功率率缺额Pqe发生严重事故故时,为了保保证系ZDPJ装置动作作切除负荷后后能使得系统统频率恢复到到允许值,在在计算接入ZDPJ装置置的负荷功率率之前,必须须先确定系统统发生故障时时功率缺额的的最大值.确确定最大功率率缺额应该考考虑系统最不不利运行方式式下出现最严严重故障时的的情况.53自动低频减负负荷装置的整整定计算(二)确定接接入ZDPJ装置的负荷荷中功率PJH当系统出现Pqe时,如果ZDPJ不动作作,系统频率会稳定定在f;如果切除的的负荷功率等于于Pqe,则系统的频频率会恢复到fe.为了尽量少少的切除负荷.并不不要求ZDPJ动作使系统频率恢复复到fe,只要恢复到到允许频率fy.即fy<fe.54确定接入ZDPJ装置的的负荷中功率率PJH[例13-1]某系统的的负荷额定功功率PLe=1000MW系统可能能出现的最大大功率缺额为为218MW,设负荷调调节效应系数数为KL*=2,自动低低频减负荷装装置动作后,希望频率恢恢复到fY=48Hz.求接入自动动低频减负荷荷装置的负荷荷总功率PJH.解:55(三)确定各各级(轮)的的动作频率目前自动低频频减负荷均采采用按系统频频率由高到低低顺序切除负负荷的方法.根据启动频频率的不同,将自动低频频减负荷装置置的动作分为为若干级.为了确定ZDPJ装置的的级数,应确确定装置的第第一级动作频频率、最末一一级动作频率率和相邻两级级的动作频率率的级差.56确定各级(轮轮)的动作频频率确定第一级动动作频率f1一般第一级动动作频率整定定在48.5~49.0Hz.确定末级动作作频率fn末级动作频率率以不低于46~46.5Hz为宜宜确定频率级差差△f对于电磁式频频率继电器,△f可取0.5Hz.对于于数字式频率率继电器,可可取0.3Hz.57确定各级(轮轮)的动作频频率缩小级差,增增加级数,减减少每级切除除负荷功率的的方法已成为为自动低频减减负荷的一种种趋势.(四)确定动动作级数N在确定首、末末级动作频率率f1、fn和频率级差△△f之后,动动作级数N由由下式确定:58(五)确定每每级切除的负负荷功率△pi右图是ZDPJ装置第i-1级动作作切除负荷之之后系统频率继续续下降时的频率动态特性性曲线.第i-1级动作切除负负荷后频率继续下降可能能有三种情况.59确定每级切除除的负荷功率率△pi当第第i-1级级动动作作切切除除负负荷荷之之后后,由由负负荷荷的的频频率率调调节节效效应应调调节节的的功功率率为为△△Pi+△△Phi,根根据据负负荷荷频频率率调调节节效效应应系系数数KL*的定定义义,有有:将上上式式的的功功率率写写成成以以系系统统总总负负荷荷功功率率PLe为基基准准值值的的标标么么值值,有有60确定定每每级级切切除除的的负负荷荷功功率率△△pi当第第i级级切切除除负负荷荷△Pi以后后,系系统统频频率率稳稳定定在在fh,这这时时由由负负荷荷频频率率调调节节效效应应调调节节的的功功率率为为△Phi.根根据据负负荷荷频频率率调调节节效效应应系系数数KL*的定定义义,有有:将上上式式中中的的功功率率PLe换成成以以为为基