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、电力系统经济调度4、灵活交流输电系统与高压直流输电1电力系统正常运行方式的调整与控制第1页Ch5电力系统正常运行方式调整与控制难点：1）调频计算与调压计算2）水火电厂有功负荷最优分配3）无功负荷最优赔偿2电力系统正常运行方式的调整与控制第2页§5-1电力系统有功功率和频率调整和控制一、调整频率必要性1、频率是衡量电能质量一个主要指标因为全部用电设备都是按系统额定频率设计；系统频率质量下降将影响各行各业；电力系统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、有功负荷变动与调整控制

3电力系统正常运行方式的调整与控制第3页0改变周期10s︱3min§5-1电力系统有功功率和频率调整和控制三次调频-最优分配二次调频一次调频改变周期小于10s有功功率日负荷曲线4电力系统正常运行方式的调整与控制第4页1、负荷种类与频率改变无关负荷电阻炉、电弧炉、整流负荷与频率一次方成正比负荷阻力矩为常数负荷与频率二次方成正比负荷变压器中涡流损耗与频率三次方成正比负荷通风机、循环水泵与频率更高次方成正比负荷（比重很小）给水泵二、负荷有功功率-频率特征5电力系统正常运行方式的调整与控制第5页2、负荷频率特征数学表示式二、负荷有功功率-频率特征以PDN和fN为基准值有功损耗占有功负荷5-10%。6电力系统正常运行方式的调整与控制第6页有功负荷频率静态特征标么值=1-33、负荷功-频特征及频率调整效应PDNP0fNf负荷频率调整效应（系数）正值以PDN和fN为基准值7电力系统正常运行方式的调整与控制第7页三、发电机组有功功率-频率特征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；负荷降低→降低汽门。频率一次调整---有差调整调速器固定同时器8电力系统正常运行方式的调整与控制第8页电气液压调速系统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PGPsetffset9电力系统正常运行方式的调整与控制第9页1、调速系统工作原理电气液压调速系统组成转速测量步骤-----将机组转速转换成电压信号、与给定转速值相减（经频差放大器）得出频率误差信号。功率测量步骤-----将发电机发出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电力系统正常运行方式的调整与控制第10页综合误差信号11电力系统正常运行方式的调整与控制第11页电气液压调速系统组成PID校正（调整）-----实现功率偏差和转速偏差之间稳态线性关系，并改进控制系统性能。所得出信号经过功率放大使之有足够功率来驱动电液转换器。电液转换器-----将电信号转换成油压信号使油动机动作，从而改变汽门开度。12电力系统正常运行方式的调整与控制第12页2、发电机组功率-频率静态特征在自动调速系统作用下，发电机输出功率和频率关系曲线。发电机单位调整功率正值PPset0fNf0f发电机组频率静态特征13电力系统正常运行方式的调整与控制第13页2、发电机组功率--频率静态特征静态调差系数---调差率0.05?PPset0fNf0f结论：调差系数大小对频率偏移影响很大。调差系数（单位调整功率）能够整定：汽轮发电机组:*=0.04-0.06,KG*=25-16.7;水轮发电机组:

*=0.02-0.04,KG*=50-25。14电力系统正常运行方式的调整与控制第14页多台机组等值单位调整功率第i台机组输出功率增量n台机组输出功率总增量PGN系统n台机组额定功率之和等值调差系数15电力系统正常运行方式的调整与控制第15页四、有功功率平衡1、有功平衡与频率关系f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)有功平衡水平高低决定了系统频率水平高低。要保持频率水平，需有足够有功电源备用容量应付有功负荷增加。16电力系统正常运行方式的调整与控制第16页按作用分：负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用；按储存形式分：旋转备用（热备用）、冷备用2-5%最大负荷5-10%最大负荷2、备用容量3、有功电源最优组合火力发电厂特点支付燃料费用，但不受自然条件影响；有功出力调整范围小、负荷增减速度慢；热电厂为不可调整强迫功率。17电力系统正常运行方式的调整与控制第17页水电厂特点不支付燃料费用，受自然条件影响；有功出力调整范围宽、负荷增减速度快；发电用水量按水库综合效益考虑。抽水出能电厂含有填谷削峰作用。核电站一次性投资大、运行费用小，运行中不易带急剧改变负荷，反应堆和汽机组退出和再度投入费时，且消耗能量大。18电力系统正常运行方式的调整与控制第18页各类发电厂负荷合理分配A---水电厂不可调功率；B—水电厂可调功率；C—热电厂；D—核电厂；E—高温高压凝汽式火电厂；F—中温中压凝汽式火电厂19电力系统正常运行方式的调整与控制第19页P0fNf电力系统功-频静态特征机组负荷机组单位调整功率小结：功频特征负荷频率调整效应发电机调差系数20电力系统正常运行方式的调整与控制第20页五、频率调整分析和计算1、频率一次调整以系统功-频特征为基础，由调速器实现一次调频。运行状态A---原始平衡状态运行状态B---负荷增加后新平衡状态f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)电力系统功频静态特征21电力系统正常运行方式的调整与控制第21页发电机组功率增量：负荷频率调整效应：功率增量平衡式：电力系统功-频特征1、频率一次调整PNP1P2△f<0f2f1fABPD(f)PD(f)’△PG△PD△PD00PG(f)P22电力系统正常运行方式的调整与控制第22页系统单位调整功率发电机满载时：KG=0备用容量系数f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)电力系统功-频特征23电力系统正常运行方式的调整与控制第23页◆负荷改变将引发频率改变，产生频率偏差。◆系统越大(联网），系统单位调整功率越大，产生偏差越小。◆负荷增量有两部分供给：调速器作用引发发电机多发出功率，负荷本身正调整效应随频率下降少取用功率。◆一次调频为有差调整。◆求出功率偏差后，可计算每台机组负担功率增量：24电力系统正常运行方式的调整与控制第24页小结：一次调频负荷频率调整效应系数系统单位调整功率多台机组等值单位调整功率一台机组单位调整功率一次调频适合用于负荷改变幅值小，改变周期短（〈10s）负荷。25电力系统正常运行方式的调整与控制第25页2、频率二次调整发电机转速控制机构伺服电机、蜗轮、蜗杆等在手动或自动装置控制下，伺服电机即可正转，也可反转，因而使杠杆D点上升或下降，实现二次调频。同时器、调频器调速器固定26电力系统正常运行方式的调整与控制第26页二次调频原理：

利用同时器平移机组功-频特征负荷增加:功频特征上移；负荷降低:功频特征下移。原始运行点A(f1)系统负荷增加△PD0一次调频----B点（f2)二次调频----C点(f2’)二次调频可实现无差调整频率（D点）。△f<0功-频静态特征P0

f2

f2’

f1fPD(f)PG(f)ABCD27电力系统正常运行方式的调整与控制第27页二次调频功率增量平衡方程△f<0负荷调整效应机组调整效应同时器调整效应负荷效应功率增量一次调频功率增量P0

f2

f2’

f1fPD(f)PG(f)28电力系统正常运行方式的调整与控制第28页结论：二次调频不能改变系统单位调整功率值；二次调频增加了发电机出力；可实现无差调整△f=0;相同负荷改变下，二次调频使频率偏移降低。29电力系统正常运行方式的调整与控制第29页1台或少数几台机组多台机组并联运行电力系统首先，由主调频机组负担负荷改变，维持△f=0;其次，由配置了调速器机组按静态特征负担调频；再次，由负荷调整效应所产生功率增量赔偿。30电力系统正常运行方式的调整与控制第30页3、互联络统频率调整系统A功率增量平衡式：系统B功率增量平衡式：KAKBAB△PAB△PDA△PGA

△PDB△PGB

二次调频二次调频31电力系统正常运行方式的调整与控制第31页系统功率缺额互联网：32电力系统正常运行方式的调整与控制第32页△PAB=0条件：AB都进行二次调频且△PAB最大条件：B不进行二次调频联络线上功率最大值33电力系统正常运行方式的调整与控制第33页互联络统频率调整常采取三种方式区域控制误差(AreaControlError)△PTi---区域i联络线交换功率偏差；PTspi

------区域i计划交换功率；βi、Ki---偏差系数。34电力系统正常运行方式的调整与控制第34页互联络统频率调整常采取三种方式定频率控制（FFC）：△f=0定交换功率控制(FTC)：△PTi=0联络线功率和频率偏差控制（TBC）：ACEi=035电力系统正常运行方式的调整与控制第35页上述分析方法可推广到多个系统经联络线组成互联络统：

联络线上功率，则可由单个系统频率关系求得。调频计算例题36电力系统正常运行方式的调整与控制第36页选讲内容1：AGC

（AutomationGenerationControl）

目标是使电力系统出力与负荷相适应，保持频率额定和经过联络线交换功率等于计划值，并尽可能实现机组（电厂）间负荷经济分配。37电力系统正常运行方式的调整与控制第37页AGC基本目标使全系统出力与负荷相匹配将电力系统频率偏差调整到0，保持系统频率为额定值控制区域间联络线交换功率与计划值相等，实现各区域内有功功率平衡在区域各个电厂间进行负荷经济分配

第二、三个目标也称为LFC38电力系统正常运行方式的调整与控制第38页AGC普通过程跟踪控制调整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电力系统正常运行方式的调整与控制第39页区域控制误差

ACEi=bidf+dPT,I联络线和频率偏差控制（TBC）恒定功率控制（CFC）恒定净交换功率控制（CNIC）40电力系统正常运行方式的调整与控制第40页AGC对机组功率分配AGC对机组功率分配包含两个部分：按经济调度标准分配计划负荷和计划外负荷，送出基点功率值；将消除误差式区域控制误差所需要调整功率PR分配给机组。41电力系统正常运行方式的调整与控制第41页AGC与其它应用软件关系状态预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时尚计划限制时尚网损修正42电力系统正常运行方式的调整与控制第42页选讲内容2：自动低频减负荷概述电力系统频率控制是关系电力系统全局控制问题.在电力系统事故情况下,当采取各种办法之后依然不能阻止频率下降时,则由低频减载装置自动切除一部分负荷来到达目标,这就是自动低频减负荷,也称自动低频减载.43电力系统正常运行方式的调整与控制第43页电力系统频率动态特征

电力系统频率动态特征主要由系统全部转动机械决定.因为旋转机械转动惯量及其距离故障点电气距离不一样,在系统故障时,系统中各结点(母线)频率动态特征是不一样.各结点频率fi将在系统平均频率fx附近改变,但偏离数值不大.所以,能够用fx代替fi并将系统看成一台等值发电机组来研究fx随时间改变.44电力系统正常运行方式的调整与控制第44页电力系统频率动态特征系统中每台发电机组转子运动方程:

经验表明：即使电力系统中电动机数量远比发电机多,但它们等效转动惯量却远小于发动机组.故能够只考虑发电机组转动惯量.现在取系统全部发电机额定功率总和PGe为功率基准值,则有45电力系统正常运行方式的调整与控制第45页电力系统频率动态特征考虑到能够近似认为fi=fx,上式中ωi*能够用ωX*代替,则46电力系统正常运行方式的调整与控制第46页电力系统频率动态特征因为有以上即系统等值机频率改变方程式。该方程式没有考虑负荷频率调整效应47电力系统正常运行方式的调整与控制第47页电力系统频率动态特征若考虑负荷频率调整效应：将功率基准换算成为PLe：48电力系统正常运行方式的调整与控制第48页电力系统频率动态特征电力系统频率动态特征如图所表示。该特征为一指数下降曲线,频率下降稳态值与功率缺额成正比.49电力系统正常运行方式的调整与控制第49页自动低频减负荷基本原理50电力系统正常运行方式的调整与控制第50页自动低频减负荷装置自动低频减负荷装置控制是整个系统频率,而不是系统内某一台发电机组运行参数,所以ZDPJ装置分散安装在电力系统各个变电站之中,由它们共同作用来阻止系统频率下降.51电力系统正常运行方式的调整与控制第51页自动低频减负荷装置52电力系统正常运行方式的调整与控制第52页自动低频减负荷装置整定计算(一)确定最大功率缺额Pqe发生严重事故时,为了确保系ZDPJ装置动作切除负荷后能使得系统频率恢复到允许值,在计算接入ZDPJ装置负荷功率之前,必须先确定系统发生故障时功率缺额最大值.确定最大功率缺额应该考虑系统最不利运行方式下出现最严重故障时情况.53电力系统正常运行方式的调整与控制第53页自动低频减负荷装置整定计算(二)确定接入ZDPJ装置负荷中功率PJH当系统出现Pqe时,假如ZDPJ不动作,系统频率会稳定在f;假如切除负荷功率等于Pqe,则系统频率会恢复到fe.为了尽可能少切除负荷.并不要求ZDPJ动作使系统频率恢复到fe,只要恢复到允许频率fy.即fy<fe.54电力系统正常运行方式的调整与控制第54页确定接入ZDPJ装置负荷中功率PJH[例13-1]某系统负荷额定功率PLe=1000MW系统可能出现最大功率缺额为218MW,设负荷调整效应系数为KL*=2,自动低频减负荷装置动作后,希望频率恢复到fY=48Hz.求接入自动低频减负荷装置负荷总功率PJH.解:55电力系统正常运行方式的调整与控制第55页(三)确定各级(轮)动作频率当前自动低频减负荷均采取按系统频率由高到低次序切除负荷方法.依据开启频率不一样,将自动低频减负荷装置动作分为若干级.为了确定ZDPJ装置级数,应确定装置第一级动作频率、最末一级动作频率和相邻两级动作频率级差.56电力系统正常运行方式的调整与控制第56页确定各级(轮)动作频率确定第一级动作频率f1普通第一级动作频率整定在48.5~49.0Hz.确定末级动作频率fn末级动作频率以不低于46~46.5Hz为宜确定频率级差△f对于电磁式频率继电器,△f可取0.5Hz.对于数字式频率继电器,可取0.3Hz.57电力系统正常运行方式的调整与控制第57页确定各级(轮)动作频率

缩小级差,增加级数,降低每级切除负荷功率方法已成为自动低频减负荷一个趋势.(四)确定动作级数N在确定首、末级动作频率f1、fn和频率级差△f之后,动作级数N由下式确定:58电力系统正常运行方式的调整与控制第58页(五)确定每级切除负荷功率△pi右图是ZDPJ装置第i-1级动作切除负荷之后系统频率继续下降时频率动态特征曲线.第i-1级动作切除负荷后频率继续下降可能有三种