电力系统有功功率与频率调整课件

电力系统正常运行方式的调整和控制三峡大学电气与新能源学院李咸善教授/博导lixianshan@电力系统正常运行方式的调整和控制三峡大学电气与新能源学院1需要掌握的主要知识点负荷的功频特性发电机的功频特性系统的功频特性频率的一次调整过程频率的二次调整过程AGC与区域控制误差需要掌握的主要知识点2第一部分

提出问题，定性分析

（启发式教案，同学参与讨论）第二部分

理论及定量分析

（按教材内容进行）第一部分

提出问题，定性分析

（启发式教案，同学参与讨论）第31、电力系统正常运行下，相关情况如何？GPL∆PPG功率平衡：PG=∆P+PL机组转速：=N,f=fN=50Hz答案：电源发出的功率与网络损耗及用户的负荷相平衡，系统中的机组同步运行，系统频率维持在额定频率50Hz。1、电力系统正常运行下，相关情况如何？GPL∆PPG功率平衡42、机理分析功率平衡：PM=PG(忽略损耗）同步运行：=N,f=fN=50HzPMPG水库水能水轮机转子机械能发电机电能PL2、机理分析功率平衡：PM=PG(忽略损耗）PMPG水库53、负荷变化怎么办？（PL增加）能量始终平衡PMPG水轮机发电机PLPLPGPM输入的水能没有变！增加的能量从哪来？？答案：转子释放机械能，弥补负荷的增加。转子速度降低，系统频率下降！系统的频率指标不能满足电能质量要求！怎么办？3、负荷变化怎么办？（PL增加）能量始终平衡PMPG水轮机64、负荷变化，导致系统频率变化，不满足电能质量要求！怎么办？PMPG水轮机发电机PL调速器开度N+-调速器：感受到转速的变化，说明系统负荷发生改变，需要调整水能输入，以满足负荷的要求。转速也将向靠近N变化。但转速能通过调节，使=N吗？？4、负荷变化，导致系统频率变化，不满足电能质量要求！怎么办？75、调速器动作，能通过调节，使=N吗？？如果能，会发生什么现象？PPG1PG2ffN能:调速器静态特性为无差调节，水电站内部机组的工作点会出现飘移现象，工作点不能唯一确定，机组不能稳定运行。怎么办？PG=PG1+PG2G1G2PGPG1PG2PLΔP5、调速器动作，能通过调节，使=N吗？？如果能，会发生8答案：不能。调速器静态特性必须为有差调节，工作点才能唯一确定，机组才能稳定运行。fPG1PG2fNfPG2′PG1′PP结论：一次调频。系统负荷发生变化，系统中的所有机组都会释放其转子的动能来满足负荷的变化，导致转速变化，进而使得系统的频率发生变化。机组调速器感受到转速变化后，调节输入的水量或汽量，使得转速逐步恢复，系统频率向额定值靠近。但是，由于调速器的有差调节特性，系统频率不能回到额定值。这是电力系统的固有特性或自然特性。变化前：PG0=PG1+PG2一次调频后：PG0′

=PG1′+

PG2′答案：不能。调速器静态特性必须为有差调节，工作点才能唯一确定9结论：二次调频。在一次调频的基础上，人工或自动调节调频机组的出力，使其完全承担负荷的变化，其他非调频机组的出力都回到负荷变化以前的值，系统频率恢复到了额定值。6、负荷变化，系统一次调频，频率不能回到额定值！怎么办？PG1〃1）变化前：PG0=PG1+PG23）二次调频后：

PG0′

=PG1〃+

PG2fPG1PG2fNfPG2′PG1′PP2）一次调频后：

PG0′

=PG1′+PG2′结论：二次调频。在一次调频的基础上，人工或自动调节调频机组的10第二部分

理论及定量分析

（按教材内容进行）第二部分

理论及定量分析

（按教材内容进行）11一、负荷的有功功率及其频率特性1、日负荷曲线实际负荷=预测负荷+随机负荷04812162024t(h)P(MW)预测负荷实际负荷一、负荷的有功功率及其频率特性1、日负荷曲线04122、负荷的频率特性基准值：关键点：一个用电设备消耗功率的大小与频率有关。当系统频率发生偏移时，设备消耗负荷会发生改变，改变量的大小通过负荷的频率调节效应系数KL来反映。2、负荷的频率特性基准值：关键点：一个用电设备消耗功率132、负荷的频率特性fPLfNPLN印象：负荷消耗的有功功率随系统频率的增加而增加。2、负荷的频率特性fPLfNPLN印象：负荷消耗的有功141、频率调整的必要性（1）保证电能质量，满足负荷要求；（2）维持系统稳定运行。二、频率调整的必要性和有功功率平衡2、有功功率和备用容量（1）负荷备用；（2）事故备用；（3）检修备用；（4）国民经济备用。1、频率调整的必要性二、频率调整的必要性和有功功率平衡2、有15三、发电机组的调速系统和频率的一次调整功率平衡时,Pe=Pm,ω=ω0=ωNPe发生变化,功率平衡被打破,ω变化,释放转子动能使系统能量守衡。系统频率发生变化。调速器测量到转速的变化，调整机组的进水量或进汽量，改变Pm，使转速ω向ωN靠近,但不能调整到等于ωN,因为调速器的调节特性为有差调节。1、调速器的调整过程三、发电机组的调速系统和频率的一次调整功率平衡时,Pe=Pm162、发电机(调速器)的功频特性

发电机的功频调节系数

PGPset=PG0fNfAA′f发电机的功频特性

2、发电机(调速器)的功频特性发电机的功频调节系数PGP173、频率的一次调整一次调整过程(自然调整过程，系统的固有特性):系统的负荷发生变化时，系统中所有机组均释放转子动能来平衡系统负荷的变化，导致系统频率变化，紧接着各机组调速器感受到转速变化而调整机组出力，使系统频率有所恢复,由于是有差调节，系统频率不能恢复到fN。3、频率的一次调整一次调整过程(自然调整过程，系统的固有特性184、系统的功频调节1）负荷频率调节2）发电机频率调节3）系统频率调节KS系统的功频调节系数，KS越大，频率波动越小。4、系统的功频调节1）负荷频率调节2）发电机频率调节3）系统194）n台机组时，系统的KG计算仅m台机组参加调频4）n台机组时，系统的KG计算仅m台机组参加调频201、频率的二次调整由于一次调整是有差调节，f不能恢复到fN。系统中设置调频机组，由其调频器动作，增发功率ΔPL0，完全承担系统负荷的变化，使系统频率恢复到fN。二次调整。负荷频率控制LFC（LoadFrequencyControl)。AGC

(AutomaticGenerationControl)：二次调整和三次调整。四、频率的二次、三次调整及自动发电控制AGC1、频率的二次调整四、频率的二次、三次调整及自动发电控制AG21fNPG0=PL0fABCPfA′二次调整一次调整负荷增加ΔPL0=ABfNPG0=PL0fABCPfA′二次调整一次调整负荷增加22KA=KGA+KDAΔPGAΔPLAKBΔPGBΔPLBΔPab联络线上的流通功率问题除了频率需要控制,联络线功率也要控制.KA=KGA+KDAKBΔPab联络线上的流通功率问题除了频232、区域控制误差(AreaControlError)ACE区域j区域i区域m区域nΔPTijΔPLi2、区域控制误差(AreaControlError)A24AGC的控制方式：1)恒定频率控制

βi=0,Ki=1,ACEi=Δf2)恒定净交换功率控制

βi=1,Ki=0,ACEi=ΔPTi3)联络线功率和频率偏差控制

βi=1,ACEi=ΔPTi+KiΔf若Ki=Ksi，则-KiΔf为区域i内与Δf相对应的负荷增量，-ΔPTi为其它区域向区域i输送的净功率增量，则-ΔPTi-KiΔf实际上是区域i中总的负荷增量ΔPLi。AGC的控制方式：25若，-ACEi=-ΔPTi-KiΔf=0：区域i的负荷增量为ΔPLi+ΔPTi,且ΔPLi+ΔPTi=-KiΔf，ΔPLi=-ΔPTi-KiΔf

若，-ΔPTi-KiΔf=0，则ΔPLi=0。若，-ACEi=-ΔPTi-KiΔf>0，则ΔPLi==-ΔPTi-KiΔf>0，说明本区域负荷增加。若，-ACEi=-ΔPTi-KiΔf<0，则ΔPLi==-ΔPTi-KiΔf<0，说明本区域负荷减小。若，-ACEi=-ΔPTi-KiΔf=0：26不管系统中的负荷如何变化，区域i控制目标为ACEi=0，即ΔPLi=0，实际上只负责本区域内部机组出力与有功负荷之间的平衡，整个系统中各区域均这样调节，最后系统的频率会恢复到fN。不管系统中的负荷如何变化，区域i控制目标为ACEi=0，即Δ27总结负荷的功频特性发电机的功频特性系统的功频特性频率的一次调整过程频率的二次调整过程AGC与区域控制误差总结负荷的功频特性28Theend!Theend!29电力系统正常运行方式的调整和控制三峡大学电气与新能源学院李咸善教授/博导lixianshan@电力系统正常运行方式的调整和控制三峡大学电气与新能源学院30需要掌握的主要知识点负荷的功频特性发电机的功频特性系统的功频特性频率的一次调整过程频率的二次调整过程AGC与区域控制误差需要掌握的主要知识点31第一部分

提出问题，定性分析

（启发式教案，同学参与讨论）第二部分

理论及定量分析

（按教材内容进行）第一部分

提出问题，定性分析

（启发式教案，同学参与讨论）第321、电力系统正常运行下，相关情况如何？GPL∆PPG功率平衡：PG=∆P+PL机组转速：=N,f=fN=50Hz答案：电源发出的功率与网络损耗及用户的负荷相平衡，系统中的机组同步运行，系统频率维持在额定频率50Hz。1、电力系统正常运行下，相关情况如何？GPL∆PPG功率平衡332、机理分析功率平衡：PM=PG(忽略损耗）同步运行：=N,f=fN=50HzPMPG水库水能水轮机转子机械能发电机电能PL2、机理分析功率平衡：PM=PG(忽略损耗）PMPG水库343、负荷变化怎么办？（PL增加）能量始终平衡PMPG水轮机发电机PLPLPGPM输入的水能没有变！增加的能量从哪来？？答案：转子释放机械能，弥补负荷的增加。转子速度降低，系统频率下降！系统的频率指标不能满足电能质量要求！怎么办？3、负荷变化怎么办？（PL增加）能量始终平衡PMPG水轮机354、负荷变化，导致系统频率变化，不满足电能质量要求！怎么办？PMPG水轮机发电机PL调速器开度N+-调速器：感受到转速的变化，说明系统负荷发生改变，需要调整水能输入，以满足负荷的要求。转速也将向靠近N变化。但转速能通过调节，使=N吗？？4、负荷变化，导致系统频率变化，不满足电能质量要求！怎么办？365、调速器动作，能通过调节，使=N吗？？如果能，会发生什么现象？PPG1PG2ffN能:调速器静态特性为无差调节，水电站内部机组的工作点会出现飘移现象，工作点不能唯一确定，机组不能稳定运行。怎么办？PG=PG1+PG2G1G2PGPG1PG2PLΔP5、调速器动作，能通过调节，使=N吗？？如果能，会发生37答案：不能。调速器静态特性必须为有差调节，工作点才能唯一确定，机组才能稳定运行。fPG1PG2fNfPG2′PG1′PP结论：一次调频。系统负荷发生变化，系统中的所有机组都会释放其转子的动能来满足负荷的变化，导致转速变化，进而使得系统的频率发生变化。机组调速器感受到转速变化后，调节输入的水量或汽量，使得转速逐步恢复，系统频率向额定值靠近。但是，由于调速器的有差调节特性，系统频率不能回到额定值。这是电力系统的固有特性或自然特性。变化前：PG0=PG1+PG2一次调频后：PG0′

=PG1′+

PG2′答案：不能。调速器静态特性必须为有差调节，工作点才能唯一确定38结论：二次调频。在一次调频的基础上，人工或自动调节调频机组的出力，使其完全承担负荷的变化，其他非调频机组的出力都回到负荷变化以前的值，系统频率恢复到了额定值。6、负荷变化，系统一次调频，频率不能回到额定值！怎么办？PG1〃1）变化前：PG0=PG1+PG23）二次调频后：

PG0′

=PG1〃+

PG2fPG1PG2fNfPG2′PG1′PP2）一次调频后：

PG0′

=PG1′+PG2′结论：二次调频。在一次调频的基础上，人工或自动调节调频机组的39第二部分

理论及定量分析

（按教材内容进行）第二部分

理论及定量分析

（按教材内容进行）40一、负荷的有功功率及其频率特性1、日负荷曲线实际负荷=预测负荷+随机负荷04812162024t(h)P(MW)预测负荷实际负荷一、负荷的有功功率及其频率特性1、日负荷曲线04412、负荷的频率特性基准值：关键点：一个用电设备消耗功率的大小与频率有关。当系统频率发生偏移时，设备消耗负荷会发生改变，改变量的大小通过负荷的频率调节效应系数KL来反映。2、负荷的频率特性基准值：关键点：一个用电设备消耗功率422、负荷的频率特性fPLfNPLN印象：负荷消耗的有功功率随系统频率的增加而增加。2、负荷的频率特性fPLfNPLN印象：负荷消耗的有功431、频率调整的必要性（1）保证电能质量，满足负荷要求；（2）维持系统稳定运行。二、频率调整的必要性和有功功率平衡2、有功功率和备用容量（1）负荷备用；（2）事故备用；（3）检修备用；（4）国民经济备用。1、频率调整的必要性二、频率调整的必要性和有功功率平衡2、有44三、发电机组的调速系统和频率的一次调整功率平衡时,Pe=Pm,ω=ω0=ωNPe发生变化,功率平衡被打破,ω变化,释放转子动能使系统能量守衡。系统频率发生变化。调速器测量到转速的变化，调整机组的进水量或进汽量，改变Pm，使转速ω向ωN靠近,但不能调整到等于ωN,因为调速器的调节特性为有差调节。1、调速器的调整过程三、发电机组的调速系统和频率的一次调整功率平衡时,Pe=Pm452、发电机(调速器)的功频特性

发电机的功频调节系数

PGPset=PG0fNfAA′f发电机的功频特性

2、发电机(调速器)的功频特性发电机的功频调节系数PGP463、频率的一次调整一次调整过程(自然调整过程，系统的固有特性):系统的负荷发生变化时，系统中所有机组均释放转子动能来平衡系统负荷的变化，导致系统频率变化，紧接着各机组调速器感受到转速变化而调整机组出力，使系统频率有所恢复,由于是有差调节，系统频率不能恢复到fN。3、频率的一次调整一次调整过程(自然调整过程，系统的固有特性474、系统的功频调节1）负荷频率调节2）发电机频率调节3）系统频率调节KS系统的功频调节系数，KS越大，频率波动越小。4、系统的功频调节1）负荷频率调节2）发电机频率调节3）系统484）n台机组时，系统的KG计算仅m台机组参加调频4）n台机组时，系统的KG计算仅m台机组参加调频491、频率的二次调整由于一次调整是有差调节，f不能恢复到fN。系统中设置调频机组，由其调频器动作，增发功率ΔPL0，完全承担系统负荷的变化，使系统频率恢复到fN。二次调整。负荷频率控制LFC（LoadFrequencyControl)。AGC

(AutomaticGenerationControl)：二次调整和三次调整。四、频率的二次、三次调整及自动发电控制AGC1、频率的二次调整四、频率的二次、三次调整及自动发电控制AG50fNPG0=PL0fABCPfA′二次调整一次调整负荷增加ΔPL0=ABfNPG0=PL0fABCPfA′二次调整一次调整负荷增加51KA=KGA+KDAΔPGAΔPLAKBΔPGBΔPLBΔPab联络线上的流通功率问题除了频率需要控制,联络线功率也要控制.KA=KGA+KDAKBΔPab联络线上的流通功率问题除了频522、区域控制误差(AreaControlError)ACE区域j区域i区域m区域nΔPTijΔPLi2、区域控制误差(AreaControl