电力系统自动化-第9讲-电力系统频率及有功功率的自动调节与控制课件2

第九讲电力系统频率及有功功率的自动调节与控制（2）主讲人：盛义发南华大学电气工程学院UniversityofSouthChinapage22023/6/6第五章电力系统频率及有功功率的自动调节与控制本章就电力系统的频率特性和调频的有关问题展开讨论，阐述了经济调度和自动调频的问题。UniversityofSouthChinapage32023/6/6第三节电力系统调频和自动发电控制现代电力系统调频的主要任务——维持系统频率在给定水平，考虑机组负荷的经济分配和保持电钟的准确性带基本负荷发电厂——经济性较好的高参数火电厂、热电厂、核电厂调峰厂——经济性较差的机组调频厂——承担计划负荷与实际负荷的差值部分在电网容量较大时，由多个电厂共同完成调频任务UniversityofSouthChinapage42023/6/61、主导发电机法1、在调频电厂中有一台主导机组上装设无差调节器，调节准则是：2、在其他机组上装设有功功率调整器，使这些机组的功率随主导机组的功率按比例变化，协助主导发电机调频工作，调节准则是：协助调频机组的调节功率主导发电机的调节功率比例系数UniversityofSouthChinapage52023/6/61、主导发电机法负荷变动系统频率改变主导发电机组调节系统动作协助调频机组调整功率系统频率随之改变频率恢复到额定值调节结束否是存在的问题—调节缓慢，适应于中小电力系统UniversityofSouthChinapage62023/6/62、同步时间法同步时间法（积差调差）就是按频率偏差的积分值来进行调节，因为频率偏差的积分反映了在一定时间段内同步时间对标准时间的偏差。UniversityofSouthChinapage72023/6/6改进方法:将频率f的瞬时偏差和频率偏差积分相结合,构成频率积差调节方法.2、同步时间法积分方法调节缓慢，不能保证频率的瞬时偏差在规定的范围内。每台机组分担的有功功率UniversityofSouthChinapage82023/6/63、自动发电控制电力系统自动调频的任务1、维持系统频率为额定值2、经济功率分配3、系统潮流分布符合经济安全原则主导发电机组法同步时间法联合自动调频法在电网调度的SCADA系统的基础上，在调度中心的监控计算机中配置AGC（自动发电控制）功能软件实现方法UniversityofSouthChinapage92023/6/63、自动发电控制AGC自动发电控制AGC的基本目标：1、使全系统的发电机输出功率和总负荷功率相匹配2、维持系统频率为额定值，在正常稳态情况下，其频率偏差在0.05～0.2Hz范围内。3、控制地区电网间联络线的交换功率与计划值相等，实现各地区有功功率就地平衡。4、在安全运行前提下，所管辖系统范围内，机组间负荷实现经济分配。5、监视和调整备用容量，满足电力系统安全要求。UniversityofSouthChinapage102023/6/63、自动发电控制AGCAGC是建立在电网调度自动化能量管理系统与发电机组协调控制系统（简称CCS）间闭环控制的一种先进技术手段。调节结束时频率偏差为零。机组控制环区域调度控制环计划跟踪环控制误差UniversityofSouthChinapage112023/6/63、自动发电控制AGCAGC有三种基本控制方式1、恒定频率控制FFC（FlatFrequencyControl）—按照频率偏差进行调节，在频率偏差为零时调节结束。对联络线不加以控制适用于电厂间联系紧密的小型系统2、恒定交换功率控制FTC（FlatTie-lineControl）—按照控制调频机组保持交换功率恒定进行调节。对系统频率不加以控制只适用于两个系统间按照协议交换功率的情况。UniversityofSouthChinapage122023/6/6频率联络线功率偏差控制（TBC）3、频率联络线功率偏差控制TBC（Tie-lineloadfrequencyBiasControl）—既按照频率偏差又按照联络线交换功率进行调节，维持各地区电力系统负荷波动的就地平衡。适用于大型电力系统或联合电力系统（常用方法）定义本区域调节作用信号为区域控制误差ACE控制功率调整结果在稳态情况下满足UniversityofSouthChinapage132023/6/6电力系统典型事故电力系统自动装置就是针对危及系统安全运行的故障所采用的自动化对策，他们的任务就是当系统发生某些故障时，按照预定的控制准则迅速作出反应，采取必要的措施以避免事故扩大。事故1：A电厂发生故障而切机，B系统突然减少了功率。如果运行机组备用容量远小于，则会造成电网功率的严重缺额，频率会大幅度下降。此时如果不及时切负荷，则会危及系统安全，甚至整个系统崩溃。UniversityofSouthChinapage142023/6/6电力系统典型事故事故2：在双回线路上输送的功率很大，当有一回线三相短路而被切除，超出了一回线路运行的暂态稳定极限。如果不迅速减少输送功率，则可能由于系统稳定破坏而解列。造成受端更为严重的功率缺额。事故处理：1、对于事故1，B系统迅速切除负荷2、对于事故2，A电厂迅速减少输送功率UniversityofSouthChinapage152023/6/6电力系统典型事故存在问题：如果由调度人员在很短的时间内正确判断事故并且完成相应的上述操作，显然是不可能的。原因是远动信息传输和操作命令的传达都需要一定的时间，如此长的时间势必会失去及时处理事故的良机。解决办法：针对引发系统性事故的紧急操作任务必须依靠自动控制系统装置来完成。0.0010.010.11101001000Sec.电磁暂态ElectromagneticSwitchingTransient暂态稳定Transientstability（angleandvoltage）系统运行Powersystemoperation小扰动稳定Smallsignalstability长期电压稳定Longtermvoltagestability继电保护范围自动装置范围自动化系统范围人员操作范围UniversityofSouthChinapage162023/6/6第四节电力系统自动低频减载电力系统的频率反映了发电机组所发出的有功功率与负荷所需有功功率之间的平衡状况。当电力系统发生了较大的事故时，系统出现了严重的功率缺额，其缺额值超出了正常热备用可以调节的能力，这时即使令全系统中运行的所有发电机都发出其设备可能提供的最大功率，仍然不能满足负荷功率的需要，所引发的系统频率下降值远远超出了系统安全运行所允许的范围。为了保证电网安全和对重要用户的供电，必须采取措施，切除部分负荷，以使系统频率恢复到可以安全运行的水平内。UniversityofSouthChinapage172023/6/6频率降低对电力系统的影响系统频率降低较大时，对系统运行极为不利，甚至会造成系统崩溃的严重后果。1、对汽轮机的影响：频率降低会导致汽轮机的叶片产生裂纹，甚至叶片断裂。2、发生频率崩溃现象3、发生电压崩溃现象频率降低火电厂厂用机械出力降低锅炉出力降低发电厂出力降低频率降低励磁机、发电机转速下降电动势下降加剧无功不足电压水平下降UniversityofSouthChinapage182023/6/61、电力系统频率的静态特性在电力系统出现较大的功率缺额时，如能在较低的频率维持运行，主要是依靠负荷频率特性的调节作用。当频率降低时，负荷按照自身的频率特性自动地减少了从系统中所吸收的功率，使之与发电机发出的功率尽可能的保持平衡。此时，系统所减少的功率就是系统的功率缺额。系统功率缺额负荷的频率调节特性系统功率缺额UniversityofSouthChinapage192023/6/62、电力系统频率的动态特性研究电力系统频率的动态过程（1）单机系统系统出现有功缺额时，转子运动方程转子动能考虑到机械角速度变化不太快UniversityofSouthChinapage202023/6/62、电力系统频率的动态特性（2）机组并联运行：考虑忽略各节点频率偏差的差异，把全系统的所有机组看作一台等值机。电动机及其拖动机械负荷的转动惯量远小于发电机组的转动惯量，可以忽略，这样并不会影响计算结果。等值机的惯性时间常数UniversityofSouthChinapage212023/6/62、电力系统频率的动态特性当系统出现功率缺额或者功率过剩时，系统频率的动态特性可用指数曲线来描述。在事故初期，频率下降的速度与功率缺额成正比UniversityofSouthChinapage222023/6/62、电力系统频率的动态特性当频率下降至，切除负荷，若则有曲线C当频率下降至，切除负荷，若，且使则有曲线d当频率下降至，切除负荷，若，且使则有曲线e结论：如果能够及时切除负荷功率，就可以延缓系统频率下降过程。UniversityofSouthChinapage232023/6/63、自动低频减载的工作原理当电力系统发生严重的功率缺额时，低频减载装置的任务就是迅速断开相应数量的用户负荷，使系统频率在不低于某一允许值的情况下，达到有功功率平衡，以确保电力系统安全运行，防止事故进一步扩大。这是防止电力系统发生频率崩溃的系统性的保护装置。1、最大功率缺额的确定2、自动低频减载装置的动作顺序3、频率级差的选择4、每段切除功率的限制5、自动减载装置的延时与防止误动作6、特殊轮UniversityofSouthChinapage242023/6/6（1）最大功率缺额的确定考虑即使在系统发生最严重的事故情况下，也就是出现最大可能的功率缺额时，接至自动低频减载装置的用户功率量（待切除的负荷）也能使系统频率恢复至可以运行的水平，以避免事故扩大。确定系统事故情况下最大的可能功率缺额，以及接入自动低频减载装置的功率值，是系统安全运行的重要保证。一般应该根据最不利的运行方式下发生事故时，实际可能发生的最大功率缺额来考虑。例如：按系统中断开最大机组，或者某一电厂来考虑。一般希望系统切除负荷后的恢复频率要小于系统额定频率自动低频减载装置的最大可能断开的功率要小于最大功率缺额UniversityofSouthChinapage252023/6/6（1）最大功率缺额的确定根据系统负荷、系统恢复频率以及最大功率缺额，可以计算出接到自动低频减载装置的功率总数。UniversityofSouthChinapage262023/6/6（2）自动低频减载装置的动作顺序系统运行方式有很多种，事故的严重程度也很大差别，而对于自动低频减载装置都必须做出恰当的反应，切除相应数量的负荷。解决的办法——只有分批断开负荷功率，采用逐步修正的办法，才能取得较为满意的结果。尽管频率动态方程表明频率下降速率载有有功缺额的信息，但是，在实际应用中，按频率降低值来切除负荷，即按频率自动减载。自动低频减载装置是在电力系统发生事故后系统频率下降时，按照频率的不同数值按顺序依次切除负荷，也就是将最大开断功率分配在不同启动频率值的区段内分批切除负荷。为了确定自动低频减载装置的级数，应该确定第一级启动频率和最末一级启动频率的数值。UniversityofSouthChinapage272023/6/6（2）自动低频减载装置的动作顺序1、第一级启动频率在事故初期及早切除负荷功率，对于延缓频率下降过程是有利。第一级启动频率选择高值，在48.5Hz-49Hz之间。2、最末一级启动频率在电力系统中允许最低频率受到“频率崩溃”和“电压崩溃”的限制，一般取46Hz-46.5Hz之间。3、频率级差n级数越大，每级开断的功率越少，适应性越好。UniversityofSouthChinapage282023/6/6（3）频率级差的选择按照选择性确定频率级差强调各级元件动作次序，要求在前一级动作后还不能制止频率下降的情况下，后一级才能动作。频率测量元件的最大误差频率对应于时间内频率的变化频率裕度频率级差的主要决定因素UniversityofSouthChinapage292023/6/6（4）每段切功率的限制在同一事故情况下，切除负荷越多，系统恢复频率就越高，因此，每级切除负荷的功率受到恢复频率的限制。切除功率的限值计算——按照“第i-1级动作切除负荷后，系统的稳定频率正好在第i级的启动频率上”来考虑。（1）系统缺额功率系统缺额由负荷调节效应来补偿UniversityofSouthChinapage302023/6/6（4）每段切功率的限制（2）当第i级切除负荷后，系统，这时系统功率缺额由负荷调节效应来补偿。（3）每级切除的负荷功率值UniversityofSouthChinapage312023/6/6（5）自动减载装置的延时与防止误动作系统发生事故电压急剧下降频率继电器可能会