電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)

1、電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié)第1頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四第一節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率特性一、概述 頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。 電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)條件下的頻率 f 是全系統(tǒng)一致的運(yùn)行參數(shù) 忽略機(jī)組內(nèi)部損耗時(shí)：如果由于負(fù)荷的突然變動(dòng)，使發(fā)電機(jī)組的輸出功率增加 則： 機(jī)組的輸入功率小于負(fù)荷要求功率，為了保持平衡，機(jī)組把轉(zhuǎn)子的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化成電功率，使發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速降低，系統(tǒng)的頻率下降。第2頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四第一節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率特性 頻率變化是由于系統(tǒng)負(fù)荷與原動(dòng)機(jī)輸入功率之間失去平衡 所致。 調(diào)頻與有功功率調(diào)節(jié)密不可分。 電力系統(tǒng)負(fù)荷不斷

2、變化，原動(dòng)機(jī)輸入功率變化緩慢，頻率 波動(dòng)在所難免。 電力系統(tǒng)運(yùn)行的主要任務(wù)之一，就是對(duì)頻率進(jìn)行監(jiān)視和控制。 當(dāng)系統(tǒng)機(jī)組輸入功率與負(fù)荷功率失去平衡而使頻率偏離額定值時(shí)，控制系統(tǒng)必須調(diào)節(jié)機(jī)組的出力，保證 頻率偏移在允許范圍之內(nèi)：一般偏差不超過 0.2Hz，有些地區(qū)為 0.1Hz機(jī)組的動(dòng)能第3頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四二 電力系統(tǒng)負(fù)荷的功率頻率特性 當(dāng)系統(tǒng)頻率變化時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)荷也要隨著改變, 這種有功負(fù)荷隨頻率而改變的特性叫做負(fù)荷的功率頻率特性。與頻率變化無關(guān)的負(fù)荷，如照明、電弧爐、電阻爐、整流負(fù)荷等； 與頻率成正比的負(fù)荷，如切削機(jī)床、球磨機(jī)、往復(fù)式水泵、壓縮

3、機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等； 與頻率的二次方成比例的負(fù)荷，如變壓器中的渦流損耗，但這種損耗在電網(wǎng)有功 損耗中所占比重較小;與頻率的三次方成比例的負(fù)荷，如通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等;與頻率的更高次方成比例的負(fù)荷，如靜水頭阻力很大的給水泵等。 電力系統(tǒng)中各種有功負(fù)荷與頻率的關(guān)系，可以歸納為以下幾類，第4頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四負(fù)荷的功率頻率特性一般表達(dá)式一般情況下，取到三次方即可。負(fù)荷的組成和性質(zhì)確定后，負(fù)荷靜態(tài)頻率特性也確定。第5頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)負(fù)荷的功率 - 頻率特性 負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性：頻率下降時(shí)

4、，負(fù)荷功率也下降到 ；頻率上升時(shí)，負(fù)荷功率也上升到 。系統(tǒng)功率失去平衡時(shí)，系統(tǒng)負(fù)荷也參與了調(diào)節(jié)作用。系統(tǒng)的負(fù)荷隨頻率下降的負(fù)荷特性有利于系統(tǒng)中有功功率在另一頻率下重新平衡，這種現(xiàn)象稱為負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)。fPLfNfbPLNPLbab負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)第6頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性簡化表達(dá)在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，允許頻率變化的范圍是很小的，有功負(fù)荷頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來表示。 是系統(tǒng)調(diào)度部門要求掌握的實(shí)測數(shù)據(jù)，取值范圍在13之間。 取決于負(fù)荷的性質(zhì)，與各類負(fù)荷所占的比例有關(guān)。第7頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四例

5、5-1 某電力系統(tǒng)中,與頻率無關(guān)的負(fù)荷占30,與頻率一次方成 比例的負(fù)荷占40,與頻率二次方成比例的負(fù)荷占10,與 頻率三次方成比例的負(fù)荷占20.試求當(dāng)系統(tǒng)頻率由50HZ 下降到47HZ時(shí),負(fù)荷功率變化的百分?jǐn)?shù)及其相應(yīng)的KL*的大小. 解:由公式可以求出頻率下降到47HZ時(shí)系統(tǒng)的負(fù)荷為: PL* a0+a1f*+a2f*2+a3f*3=0.3+0.40.94+0.10.942+0.20.943=0.93則 PL%=(1-0.93)100%=7% f%=(1-47/50)100%=6% 于是 KL*=PL*%/f*%=7/6=1.17 第8頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期

6、四例5-2 某電力系統(tǒng)總有功負(fù)荷為3200MW(包括電網(wǎng)的有功 損耗),系統(tǒng)的頻率為50HZ,若KL*=1.5,試求KL .解 由式(4-8)可得KL=KL*(PLN /fN )=1.5(3200/50)=96(MW/HZ) 若系統(tǒng)負(fù)荷增長到3650MW時(shí),則有KL=1.5(3650/50)=109.5(MW/HZ) *由此可知,KL的數(shù)值與系統(tǒng)的負(fù)荷大小有關(guān). 第9頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四三、發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性第10頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四三、發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性（一）發(fā)電機(jī)的功率 - 頻率特性 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩方程： 功率

7、方程： 無調(diào)速器時(shí)，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都為額定值，輸出功率最大值。P*M*f*PG*MG*1.01.0第11頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四三、發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性（一）發(fā)電機(jī)的功率 - 頻率特性但發(fā)電機(jī)配置調(diào)速器后，隨著轉(zhuǎn)速的變動(dòng)，不斷調(diào)節(jié)進(jìn)氣量，使原動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)從一條靜態(tài)特性曲線向另一條靜態(tài)特性曲線過渡。Pf1233aa”a”第12頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四有調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)功率-頻率特性：功率調(diào)整時(shí)，頻率有變化，為有差調(diào)節(jié)特性。特性曲線的斜率為：標(biāo)么化：或PGfPGbPGaPGfabfNf1第13頁，共84頁，2022年，5月20日，1

8、8點(diǎn)29分，星期四第14頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四（二）調(diào)差特性與機(jī)組間有功功率分配的關(guān)系兩機(jī)組間的功率增量分配P1P2fABCfNP1P2P1P2P1P2PLPf1 發(fā)電機(jī)的功率增量用用各自的標(biāo)幺值表示時(shí)，在發(fā)電機(jī)組間的功率分配與機(jī)組的調(diào)差系數(shù)成反比。調(diào)差系數(shù)小的的機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷增量標(biāo)幺值較大，調(diào)差系數(shù)大的的機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷增量標(biāo)幺值較小。第15頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四第16頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四對(duì)沒有調(diào)節(jié)容量的機(jī)組(調(diào)差系數(shù)趨于無限大)應(yīng)以PiNRi*為零代入； 多臺(tái)機(jī)組調(diào)差系數(shù)等于零是不能

9、并聯(lián)運(yùn)行的；一臺(tái)機(jī)組的調(diào)差系數(shù)等于零與多臺(tái)有差調(diào)節(jié)機(jī)組的并列運(yùn)行是不現(xiàn)實(shí)的。在電力系統(tǒng)中，所有機(jī)組的調(diào)速器都為有差調(diào)節(jié)，由它們共同承擔(dān)負(fù)荷的波動(dòng)。幾點(diǎn)注意第17頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四(三）調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū)失靈度fPfWfWPWPWfNPN過小的調(diào)差系數(shù)會(huì)引起較大的功率分配誤差。為避免系統(tǒng)在頻率微小波動(dòng)時(shí)動(dòng)作，會(huì)人為加不靈敏區(qū)。汽輪發(fā)電機(jī)組的不靈敏區(qū)為0.1%-0.5%水輪發(fā)電機(jī)組的不靈敏區(qū)為0.1%-0.7%調(diào)速器的最大頻率呆滯機(jī)組的最大誤差功率調(diào)速器的頻率調(diào)節(jié)特性是條帶子，導(dǎo)致并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組間有功功率分配產(chǎn)生誤差。第18頁，共84頁，2022年，5月2

10、0日，18點(diǎn)29分，星期四（四）電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)的頻率特性 電力系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)、輸電網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷組成。 系統(tǒng)頻率特性是由負(fù)荷頻率特性和發(fā)電機(jī)頻率特性共同形成的。第19頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四（四）電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)的頻率特性 負(fù)荷的功率-頻率特性和發(fā)電機(jī)組的功率-頻率特性的交點(diǎn)就是電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。無調(diào)速有調(diào)速到狀態(tài)b，PL未變，PG沒增加到狀態(tài)c，再調(diào)可以到狀態(tài)dPfPL = f(f)PL1 = f(f)aPLfNbdPL1PLcPL2f3f2PL1PL2PG=f(f)調(diào)速器的調(diào)節(jié)作用被稱為一次調(diào)節(jié)。 第20頁，共84頁，2022年，5

11、月20日，18點(diǎn)29分，星期四電力系統(tǒng)的頻率特性思考題1 已知：某電力系統(tǒng)， ，當(dāng)PL=3000MW時(shí)，fN=50Hz。求負(fù)荷增加120MW時(shí)，系統(tǒng)調(diào)速后的運(yùn)行點(diǎn)。第21頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四第二節(jié) 調(diào)速器原理 機(jī)械液壓調(diào)速器：將轉(zhuǎn)速的變化轉(zhuǎn)變成離心 飛擺的位移量。電氣液壓調(diào)速器：將轉(zhuǎn)速的變化變成電信號(hào)。 調(diào)速器通常分為比例積分(PI)調(diào)速器比例積分微分(PID)調(diào)速器按其控制規(guī)律來劃分電液調(diào)速系統(tǒng)的靈敏度高，調(diào)節(jié)速度快。并有較高的調(diào)節(jié)精度，特別是當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷后，能穩(wěn)定在額定轉(zhuǎn)速運(yùn)行；易實(shí)現(xiàn)多種控制信號(hào)的綜合控制；參數(shù)的調(diào)節(jié)靈活；省去結(jié)構(gòu)復(fù)雜的飛擺機(jī)構(gòu)，運(yùn)行

12、維護(hù)方便。電液式與機(jī)械式比較有以下優(yōu)點(diǎn)：第22頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四一 機(jī)械液壓調(diào)速器1 工作原理 第23頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四2 調(diào)速系統(tǒng)框圖 第24頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四3 轉(zhuǎn)速給定裝置調(diào)節(jié)過程4 機(jī)組靜特性平行移動(dòng) 第25頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四轉(zhuǎn)速給定裝置調(diào)節(jié)過程A C BD F EA C BD F EA C BD F EA C BD F E第26頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四二 功率頻率電液調(diào)速器 第27頁，共84頁

13、，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四1 轉(zhuǎn)速測量 A 磁阻發(fā)送器 磁阻發(fā)送器的作用是將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電壓信號(hào)。它由齒輪和測速磁頭兩部分組成，齒輪與主軸聯(lián)在一起。測速磁頭由永久磁鐵和線圈組成，且與齒輪相距一定間隙。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)齒輪一起旋轉(zhuǎn)。測速磁頭所對(duì)的齒頂及齒槽交替地變化，這種磁阻的變化導(dǎo)致通過測速磁頭磁通的相應(yīng)變化，于是在線圈中感應(yīng)出微弱的脈動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)的頻率與機(jī)組轉(zhuǎn)速成正比。 第28頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四B 頻率電壓變送器 頻率電壓變送器的輸出特性 工作波形方框圖 第29頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四頻

14、率電壓變送器的工作波形 第30頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四2 功率測量 B3421將發(fā)電機(jī)的有功功率轉(zhuǎn)換成與之成正比的直流電壓，即有功功率變送器。第31頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四UGEHTBiTAic第32頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四3 轉(zhuǎn)速和功率給定環(huán)節(jié) 轉(zhuǎn)速和功率給定環(huán)節(jié)用高精度穩(wěn)壓電源供電的精密多轉(zhuǎn)電位器構(gòu)成。其輸出電壓值即可表示給定轉(zhuǎn)速或功率，多轉(zhuǎn)電位器由控制電機(jī)帶動(dòng)，以適應(yīng)當(dāng)?shù)鼗蜻h(yuǎn)方控制的需要。 4 電液轉(zhuǎn)換及液壓系統(tǒng)電液轉(zhuǎn)換器把調(diào)節(jié)量由電量轉(zhuǎn)換成非電量油壓。液壓系統(tǒng)由繼動(dòng)器、錯(cuò)油門和油動(dòng)機(jī)組

15、成。 5 調(diào)速器的工作 第33頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四三 數(shù)字式電液調(diào)速器 控制電路部分的功能用微機(jī)實(shí)現(xiàn)。 第34頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四控制電路的功能通過微機(jī)實(shí)現(xiàn)。調(diào)速器的調(diào)節(jié)規(guī)律由計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)。主機(jī)根據(jù)采集到的實(shí)時(shí)信息，按預(yù)先確定的控制規(guī)律進(jìn)行調(diào)節(jié)量計(jì)算，計(jì)算結(jié)果經(jīng)過D/A變換輸出去控制電/液壓轉(zhuǎn)換，再由液壓伺服系統(tǒng)控制原動(dòng)機(jī)的輸入功率，完成調(diào)速或調(diào)頻的任務(wù)。第35頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四第三節(jié) 電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性 一 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù) 1 調(diào)速器的傳遞函數(shù) 傳遞函數(shù)是分析調(diào)節(jié)系

16、統(tǒng)性能的重要工具，電力系統(tǒng)的頻率和有功功率調(diào)節(jié)系統(tǒng)，主要是由調(diào)速器、發(fā)電機(jī)與原動(dòng)機(jī)和電網(wǎng)環(huán)節(jié)組成，傳遞函數(shù)分別討論如下：調(diào)速器的輸出量 表達(dá)為給定值 和頻率 兩輸入量間的關(guān)系。第36頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四1 調(diào)速器的傳遞函數(shù) 調(diào)速器的傳遞函數(shù)表示了原動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)量與控制指令信號(hào)及系統(tǒng)頻率間的動(dòng)態(tài)特性。 第37頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四簡單的汽輪機(jī)的傳遞函數(shù) 再熱式汽輪機(jī)的傳遞函數(shù) 水輪機(jī)的傳遞函數(shù) 2 原動(dòng)機(jī)的傳遞函數(shù) 氣閥位置 的改變導(dǎo)致進(jìn)氣量的改變,使汽輪機(jī)輸入功率變動(dòng) ,因而引起發(fā)電機(jī)功率變化 .第38頁，共84頁，2022

17、年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四3 汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的傳遞函數(shù)F(s)PT(s)Pc(s)XB(s)Gn(s)GT(s)+-F(s)PT(s)Pc(s)GnT(s)+-KnKT=1調(diào)速器 汽輪機(jī)第39頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大而且互聯(lián)，即一個(gè)地區(qū)的電力系統(tǒng)與另一個(gè)地區(qū)的電力系統(tǒng)相互連接起來構(gòu)成更大的系統(tǒng)。因此，系統(tǒng)的頻率和功率調(diào)節(jié)以地區(qū)系統(tǒng)為基礎(chǔ)作為控制區(qū)，把每個(gè)控制區(qū)作為一個(gè)等效的同步發(fā)電機(jī)群來進(jìn)行調(diào)節(jié)?，F(xiàn)在來研究一個(gè)通過聯(lián)絡(luò)線路與其他控制區(qū)相互連接的控制區(qū)i的一次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。4 單區(qū)域系統(tǒng)、電網(wǎng)部分(發(fā)電機(jī)、負(fù)荷及聯(lián)絡(luò)線）

18、 控制區(qū)3控制區(qū)2控制區(qū)1控制區(qū)i第40頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四發(fā)電機(jī)組動(dòng)能提供的功率增量； 負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)而引起的負(fù)荷功率變化；聯(lián)絡(luò)線上功率的變化。 4 單區(qū)域系統(tǒng)、電網(wǎng)部分(發(fā)電機(jī)、負(fù)荷及聯(lián)絡(luò)線） 控制區(qū)3控制區(qū)2控制區(qū)1控制區(qū)i負(fù)荷變化與發(fā)電機(jī)組輸入功率變化的差值： 假設(shè)在控制區(qū)i中，突然有一個(gè)量值為 的負(fù)荷變化，由于調(diào)速器的作用，這個(gè)區(qū)域頻率變化為 ，發(fā)電機(jī)組的輸入功率相應(yīng)變化了 第41頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四功率平衡關(guān)系式（有名值）第42頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四Pti(s)Fi(

19、s)+-+-+-+F3(s)F2(s)F1(s)聯(lián)絡(luò)線功率增量框圖聯(lián)絡(luò)線功率增量關(guān)系式第43頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四PLi(s)PTi(s)Gpi(s)Pti(s)Fi(s)-+功率平衡式的框圖第44頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四PLi(s)PTi(s)Gpi(s)Pti(s)Fi(s)-+F(s)Pc(s)PL(s)GnT(s)Gp(s)+-PT(s)+-5 單區(qū)域的閉環(huán)調(diào)節(jié)框圖(不考慮互聯(lián)系統(tǒng))F(s)PT(s)Pc(s)GnT(s)+-第45頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四F(s)Pc(s)PL(s)

20、GnT(s)Gp(s)+-PT(s)+-Pti(s)Fi(s)+-+-+-+F3(s)F2(s)F1(s)6 與其他系統(tǒng)相聯(lián)的控制區(qū)域i的閉環(huán)框圖 第46頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四二 電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)特性 1 單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性 F(s)Pc(s)PL(s)GnT(s)Gp(s)+-PT(s)+- 討論電網(wǎng)中發(fā)電機(jī)組在調(diào)速器工作情況下，即一次調(diào)頻時(shí)電網(wǎng)的頻率特性。不加控制，控制功率Pc(s) 為0。第47頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四算例：系統(tǒng)總額定容量 PN=2000MW正常運(yùn)行的負(fù)荷 PL=1000MW慣性常數(shù) H=5s調(diào)差系數(shù)

21、R*=4.8%負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù) KL*=0.5F(s)PL(s)GnT(s)Gp(s)-PT(s)+-第48頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四系統(tǒng)功率頻率特性系數(shù) A 靜態(tài)特性F(s)PL(s)GnT(s)Gp(s)-PT(s)+-第49頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四第50頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四B 動(dòng)態(tài)特性第51頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四總的閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)只有0.4687s，比表征電廠本身的時(shí)間常數(shù)TP(為20s)要小得多，這主要是由于閉環(huán)系統(tǒng)中的反饋所起的作用(即調(diào)速器

22、的作用)；減小R值使增大，可以減小穩(wěn)態(tài)頻率偏差；當(dāng)計(jì)及Tn、TT時(shí)，f 隨時(shí)間變化曲線不是純指數(shù)型的，在初期出現(xiàn)了振蕩、 開始時(shí)形成一個(gè)較大的瞬時(shí)頻率降落； 算例中，當(dāng)負(fù)荷變化20Mw時(shí)、頻率降落為0.0234Hz，如果長期存在會(huì)引起較大的累計(jì)頻率偏差，這是不允許的。 1 2 3 4 5f=0.0234Hzf(Hz)Tn=TT=0Tn=0.08sTT=0.3st(s)第52頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四 總之，增加的20MW負(fù)荷功率是由三部分來平衡的，即系統(tǒng)動(dòng)能供給的功率，發(fā)電機(jī)增加的輸入功率以及負(fù)荷少吸收的功率，在開始瞬間，后兩項(xiàng)為零，隨著頻率降低，它們就逐漸增大

23、，最后在一個(gè)較低的頻率下穩(wěn)定運(yùn)行。此時(shí)，動(dòng)能已不再供給功率，20MW的負(fù)荷增量僅由后兩項(xiàng)來供給。 發(fā)電機(jī)增加的功率 為 負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)引起負(fù)荷功率的變化 為第53頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四 現(xiàn)代電力系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，大系統(tǒng)在運(yùn)行方面具有許多優(yōu)點(diǎn)。在負(fù)荷發(fā)生突然變化后，開始時(shí)負(fù)荷增加的功率是由系統(tǒng)的動(dòng)能供給的。系統(tǒng)越大，它所儲(chǔ)備的動(dòng)能越多，能供給的功率就越大。例如一個(gè)1000MW的系統(tǒng)，突然失去300MW的容量，在單獨(dú)運(yùn)行情況下，將會(huì)造成災(zāi)難性的事故。其頻率將下降很多，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)解列，造成大面積停電。如果這一系統(tǒng)是容量為100000MW的大系統(tǒng)的一部分，同樣失去

24、300MW的容量，頻率下降很少，由于調(diào)速器的作用，很快就可以恢復(fù)。2 多區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性 第54頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四Pc1(s)F1(s)PL1(s)GnT1(s)Gp1(s)+-PT1(s)+-F2(s)Pc2(s)PL2(s)GnT2(s)Gp2(s)+-PT2(s)+-+-二 區(qū)域系統(tǒng)的控制框圖第55頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四假設(shè)兩區(qū)域具有相同的參數(shù)，即假設(shè)每個(gè)區(qū)域的負(fù)荷突然增加一個(gè)階躍值 由此可見：1、控制區(qū)2中增加的負(fù)荷是由兩個(gè)控制區(qū)域共同承擔(dān)的，其中50%的負(fù)荷增量由區(qū)域1通過聯(lián)絡(luò)線供給。2、負(fù)荷變化時(shí)，兩區(qū)域

25、控制系統(tǒng)的頻率偏差比單一孤立系統(tǒng)時(shí)的頻率偏差減小一半。聯(lián)合調(diào)頻的優(yōu)越性，比單區(qū)域系統(tǒng)調(diào)節(jié)好。300MW的容量第56頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四第四節(jié) 電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻 一概述 電力系統(tǒng)中的所有發(fā)電機(jī)組均裝有調(diào)速器，如系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化，則每臺(tái)發(fā)電機(jī)的調(diào)速器都將反應(yīng)系統(tǒng)頻率的變化，自動(dòng)地調(diào)節(jié)進(jìn)汽(水)閥門的開度，改變機(jī)組出力，使有功功率重新達(dá)到平衡。這就是頻率的一次調(diào)整。 手動(dòng)或自動(dòng)改變功率給定值，利用同步器平移機(jī)組調(diào)節(jié)特性對(duì)系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)就是頻率的二次調(diào)整。手動(dòng)調(diào)頻 自動(dòng)調(diào)頻第57頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四帶基本負(fù) 荷的發(fā)電廠調(diào)峰廠（

26、負(fù)荷變動(dòng)部分）調(diào)頻廠（計(jì)劃外負(fù)荷）主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法 同步時(shí)間法（積差調(diào)節(jié)法） 聯(lián)合電力系統(tǒng)調(diào)頻 二 自動(dòng)調(diào)頻方式第58頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時(shí)，調(diào)頻電廠中主導(dǎo)發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)首先動(dòng)作，改變主導(dǎo)機(jī)組的功率，力圖維持系統(tǒng)頻率恒定。這時(shí)，由于主導(dǎo)機(jī)組的功率變化，協(xié)助調(diào)頻的其它機(jī)組也隨之作相應(yīng)的功率調(diào)整，力圖使它們的調(diào)節(jié)功率與主導(dǎo)機(jī)組的調(diào)節(jié)功率間維持給定的比例關(guān)系。在調(diào)節(jié)過程中，主導(dǎo)機(jī)組按系統(tǒng)頻率不斷地調(diào)節(jié)，協(xié)助調(diào)頻機(jī)組也跟隨主導(dǎo)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)頻率恢復(fù)到額定值，協(xié)助調(diào)頻機(jī)組與主導(dǎo)機(jī)組的調(diào)節(jié)功率符合給定比例時(shí)為止。這時(shí)系統(tǒng)中不參加調(diào)頻的其

27、余機(jī)組的功率維持不變，計(jì)劃外負(fù)荷的變動(dòng)全部由調(diào)頻機(jī)組承擔(dān)。 （一）主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法第59頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四A 單機(jī)積差調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)方程調(diào)頻過程 B 多臺(tái)機(jī)組的積差調(diào)節(jié)（二）積差調(diào)節(jié)法 指調(diào)頻系統(tǒng)按頻率偏差的時(shí)間積分值進(jìn)行調(diào)節(jié)。 第60頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四C 改進(jìn)的積差調(diào)節(jié)法 D 集中制與分散制調(diào)頻 第61頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四維持系統(tǒng)頻率為額定值，在正常穩(wěn)態(tài)情況下，其頻率偏差在0.05一0.2Hz范圍內(nèi)； 控制地區(qū)電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線的交換功率與計(jì)劃值相等，實(shí)現(xiàn)各地區(qū)有功功率的就地平衡； 在安全運(yùn)

28、行前提下，所管轄系統(tǒng)范圍內(nèi)，機(jī)組間負(fù)荷實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配。 三 聯(lián)合電力系統(tǒng)調(diào)頻A 任務(wù)恒定頻率控制FFC(Flat Frequency Control) 恒交換功率控制FTC(Flat Tie-Line Control) 頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制TBC(Tie line load frequency Bias Control)B 聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻方式第62頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四C 頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制TBCPGAPLAKAPGBPLBKBPtA區(qū)域調(diào)節(jié)作用的信號(hào)稱為區(qū)域控制誤差(Area Control Error)。控制誤差控制誤差調(diào)整結(jié)果第63頁，共84頁

29、，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四第64頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻電 廠 帶基本負(fù)荷廠1 調(diào)頻廠1 調(diào)頻廠2 調(diào)頻廠3 調(diào)峰廠1 調(diào)峰廠2 調(diào)峰廠3 帶基本負(fù)荷廠2 帶基本負(fù)荷廠3 第65頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻一臺(tái)發(fā)電機(jī)（主導(dǎo)機(jī)）。調(diào)差目標(biāo)其它成比例配合。效果一般，用于小系統(tǒng)。AGC同步時(shí)間法聯(lián)合自動(dòng)調(diào)頻按頻率偏差的積分值調(diào)節(jié)。主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法第66頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四恒定頻率控制法FFC電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻恒定交換功率控制FTC無關(guān)頻

30、率。一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)之間交換的Pt恒定，但f可能會(huì)變。有協(xié)議的因素。頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制TBC全部都考慮。第67頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻TBC區(qū)域調(diào)節(jié)作用的信號(hào)稱為區(qū)域控制誤差A(yù)CE。相應(yīng)的控制功率當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，調(diào)整目標(biāo)設(shè)A有二次調(diào)頻，B有一次調(diào)頻。且即最終使得第68頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)涉及系統(tǒng)中有功功率平衡和潮流分布。在保證頻率質(zhì)量和系統(tǒng)安全運(yùn)行前提下，如何使電力系統(tǒng)運(yùn)行具有良好的經(jīng)濟(jì)性，這就是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制 (Economic load Dispatching Contr

31、ol)的任務(wù)。它是聯(lián)合自動(dòng)調(diào)頻的重要目標(biāo)之一，因此也有人把EDC列為AGC功能的一部分，稱之為AGCEDC功能。EDC是按數(shù)學(xué)模型編制的程序，調(diào)用時(shí)需一定的時(shí)間開銷，但它可以較長時(shí)間起動(dòng)一次(一般在5min以上)。有人稱EDC為三次經(jīng)濟(jì)調(diào)整。 第五節(jié) 電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動(dòng)調(diào)頻第69頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四一 等微增率分配負(fù)荷的基本概念 耗量特性是指發(fā)電機(jī)組在單位時(shí)間內(nèi)所消耗的能量與輸出功率之間的關(guān)系。微增率是指輸入耗量微增量與輸出功率微增量的比值。對(duì)發(fā)電機(jī)組來說，為燃料消耗量(或消耗費(fèi)用)的微增量與發(fā)電機(jī)輸出功率微增量的比值。等微增率法則，就是運(yùn)行的發(fā)電機(jī)

32、組按微增率相等的原則來分配負(fù)荷，這樣就可使系統(tǒng)總的燃料消耗或費(fèi)用為最小，從而是最經(jīng)濟(jì)的。第70頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四耗量特性曲線微增率曲線對(duì)應(yīng)于某一輸出功率時(shí)的微增率就是耗量特性曲線上對(duì)應(yīng)該功率點(diǎn)切線的斜率。第71頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組成的單元機(jī)組的耗量特性和微增率特性如圖(a)和(d)的形狀。隨著輸出增加，其耗量增量大于輸出功率的增量，耗量微增率隨輸出功率的增加而增大。 Example 第72頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四第73頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四發(fā)電廠內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的經(jīng)濟(jì)調(diào)度準(zhǔn)則為：各機(jī)組運(yùn)行時(shí)微增率相等，并等于全廠的微增率。 第74頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四多臺(tái)機(jī)組間按等微增率分配負(fù)荷示意圖思考題求P1、P2。第75頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四二 發(fā)電廠之間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配 第76頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四在考慮線損條件下，負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配的準(zhǔn)則是每個(gè)電廠的微增率與相應(yīng)的線損修正系數(shù)的乘積相等。 線損修正系數(shù) 系統(tǒng)微增率電廠微增率第77頁，共84頁，2022年，5月20日，18點(diǎn)29分，星期四三