ch051 電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制

Ch5電力系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)方式的調(diào)整與控制主要內(nèi)容：1、電力系統(tǒng)頻率調(diào)整與控制2、電力系統(tǒng)電壓調(diào)整與控制3、電力系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度4、靈敏交流輸電系統(tǒng)與高壓直流輸電1Ch5電力系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)方式的調(diào)整與控制難點：1〕調(diào)頻計算與調(diào)壓計算2〕水火電廠有功負(fù)荷最優(yōu)分配3〕無功負(fù)荷最優(yōu)補償2§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制一、調(diào)整頻率的必要性1、頻率是衡量電能質(zhì)量的一個重要目的由于一切用電設(shè)備都是按系統(tǒng)額定頻率設(shè)計的；系統(tǒng)頻率質(zhì)量的下降將影響各行各業(yè)；電力系統(tǒng)的頻率變動對發(fā)電廠和電力系統(tǒng)本身會產(chǎn)生不利影響，而且頻率過低時，甚至?xí)拐麄€系統(tǒng)瓦解，呵斥大面積停電；2、有功負(fù)荷的變動與調(diào)整控制

30變化周期10s︱3min§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制三次調(diào)頻-最優(yōu)分配二次調(diào)頻一次調(diào)頻變化周期小于10s有功功率的日負(fù)荷曲線41、負(fù)荷的種類與頻率變化無關(guān)的負(fù)荷電阻爐、電弧爐、整流負(fù)荷與頻率一次方成正比的負(fù)荷阻力矩為常數(shù)的負(fù)荷與頻率二次方成正比的負(fù)荷變壓器中的渦流損耗與頻率三次方成正比的負(fù)荷通風(fēng)機、循環(huán)水泵與頻率更高次方成正比的負(fù)荷〔比重很小〕給水泵二、負(fù)荷的有功功率-頻率特性52、負(fù)荷頻率特性數(shù)學(xué)表達式二、負(fù)荷的有功功率-頻率特性以PDN和fN為基準(zhǔn)值有功損耗占有功負(fù)荷的5-10%。6有功負(fù)荷的頻率靜態(tài)特性標(biāo)么值=1-33、負(fù)荷的功-頻特性及頻率調(diào)理效應(yīng)PDNP0fNf負(fù)荷的頻率調(diào)理效應(yīng)〔系數(shù)〕正值以PDN和fN為基準(zhǔn)值7三、發(fā)電機組的有功功率-頻率特性1、調(diào)速系統(tǒng)任務(wù)原理機械液壓調(diào)速系統(tǒng)電氣液壓調(diào)速系統(tǒng)負(fù)荷添加→開大汽門；負(fù)荷減少→減少汽門。頻率的一次調(diào)整---有差調(diào)整調(diào)速器固定同步器8電氣液壓調(diào)速系統(tǒng)的原理框圖轉(zhuǎn)速丈量轉(zhuǎn)速給定功率給定功率丈量頻差放大器

綜合放大器

PID校正功率放大器電液轉(zhuǎn)換器油動機汽輪機發(fā)電機系統(tǒng)轉(zhuǎn)速有功功率PGPsetffset91、調(diào)速系統(tǒng)任務(wù)原理電氣液壓調(diào)速系統(tǒng)的組成轉(zhuǎn)速丈量環(huán)節(jié)-----將機組的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成電壓信號、與給定的轉(zhuǎn)速值相減〔經(jīng)頻差放大器〕得出頻率誤差信號。功率丈量環(huán)節(jié)-----將發(fā)電機發(fā)出的有功功率轉(zhuǎn)換成電壓信號，與給定功率相減并與頻率誤差同時送入綜合放大器進展綜合和放大，得出綜合誤差信號。10綜合誤差信號11電氣液壓調(diào)速系統(tǒng)的組成PID校正〔調(diào)理〕-----實現(xiàn)功率偏向和轉(zhuǎn)速偏向之間的穩(wěn)態(tài)線性關(guān)系，并改善控制系統(tǒng)的性能。所得出的信號經(jīng)過功率放大使之有足夠的功率來驅(qū)動電液轉(zhuǎn)換器。電液轉(zhuǎn)換器-----將電信號轉(zhuǎn)換成油壓信號使油動機動作，從而改動汽門的開度。122、發(fā)電機組的功率-頻率靜態(tài)特性在自動調(diào)速系統(tǒng)作用下，發(fā)電機輸出功率和頻率的關(guān)系曲線。發(fā)電機的單位調(diào)理功率正值PPset0fNf0f發(fā)電機組的頻率靜態(tài)特性132、發(fā)電機組的功率--頻率靜態(tài)特性靜態(tài)調(diào)差系數(shù)---調(diào)差率0.05?PPset0fNf0f結(jié)論：調(diào)差系數(shù)的大小對頻率偏移的影響很大。調(diào)差系數(shù)〔單位調(diào)理功率〕可以整定：汽輪發(fā)電機組:*=0.04-0.06,KG*=25-16.7;水輪發(fā)電機組:*=0.02-0.04,KG*=50-25。14多臺機組的等值單位調(diào)理功率第i臺機組的輸出功率增量n臺機組輸出功率總增量PGN系統(tǒng)n臺機組額定功率之和等值調(diào)差系數(shù)15四、有功功率平衡1、有功平衡與頻率的關(guān)系f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)有功平衡程度的高低決議了系統(tǒng)頻率程度的高低。要堅持頻率程度，需有足夠的有功電源的備用容量應(yīng)付有功負(fù)荷的添加。16按作用分：負(fù)荷備用、事故備用、檢修備用、國民經(jīng)濟備用；按儲存方式分：旋轉(zhuǎn)備用〔熱備用〕、冷備用2-5%最大負(fù)荷5-10%最大負(fù)荷2、備用容量3、有功電源的最優(yōu)組合火力發(fā)電廠的特點支付燃料費用，但不受自然條件影響；有功出力調(diào)理范圍小、負(fù)荷增減速度慢；熱電廠為不可調(diào)理的強迫功率。17水電廠的特點不支付燃料費用，受自然條件影響；有功出力調(diào)理范圍寬、負(fù)荷增減速度快；發(fā)電用水量按水庫綜合效益思索。抽水出能電廠具有填谷削峰的作用。核電站一次性投資大、運轉(zhuǎn)費用小，運轉(zhuǎn)中不易帶急劇變化的負(fù)荷，反響堆和汽機組退出和再度投入費時，且耗費能量大。18各類發(fā)電廠負(fù)荷的合理分配A---水電廠不可調(diào)功率；B—水電廠可調(diào)功率；C—熱電廠；D—核電廠；E—高溫高壓凝汽式火電廠；F—中溫中壓凝汽式火電廠19P0fNf電力系統(tǒng)功-頻靜態(tài)特性機組負(fù)荷機組的單位調(diào)理功率小結(jié)：功頻特性負(fù)荷的頻率調(diào)理效應(yīng)發(fā)電機的調(diào)差系數(shù)20五、頻率調(diào)整的分析和計算1、頻率的一次調(diào)整以系統(tǒng)功-頻特性為根底，由調(diào)速器實現(xiàn)一次調(diào)頻。運轉(zhuǎn)形狀A(yù)---原始平衡形狀運轉(zhuǎn)形狀B---負(fù)荷添加后的新平衡形狀f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)電力系統(tǒng)功頻靜態(tài)特性21發(fā)電機組功率增量：負(fù)荷頻率調(diào)理效應(yīng)：功率增量平衡式：電力系統(tǒng)功-頻特性1、頻率的一次調(diào)整PNP1P2△f<0f2f1fABPD(f)PD(f)’△PG△PD△PD00PG(f)P22系統(tǒng)的單位調(diào)理功率發(fā)電機滿載時：KG=0備用容量系數(shù)f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)電力系統(tǒng)功-頻特性23◆負(fù)荷變化將引起頻率變化，產(chǎn)生頻率偏向?！粝到y(tǒng)越大(聯(lián)網(wǎng)〕，系統(tǒng)單位調(diào)理功率越大，產(chǎn)生偏向越小?！糌?fù)荷的增量有兩部分供應(yīng)：調(diào)速器作用引起發(fā)電機多發(fā)出的功率，負(fù)荷本身的正調(diào)理效應(yīng)隨頻率下降少取用的功率?！粢淮握{(diào)頻為有差調(diào)理。◆求出功率偏向后，可計算每臺機組承當(dāng)?shù)墓β试隽浚?4小結(jié)：一次調(diào)頻負(fù)荷頻率調(diào)理效應(yīng)系數(shù)系統(tǒng)的單位調(diào)理功率多臺機組的等值單位調(diào)理功率一臺機組的單位調(diào)理功率一次調(diào)頻適用于負(fù)荷變化幅值小，變化周期短〔〈10s〕的負(fù)荷。252、頻率的二次調(diào)整發(fā)電機轉(zhuǎn)速控制機構(gòu)伺服電機、蝸輪、蝸桿等在手動或自動安裝控制下，伺服電機即可正轉(zhuǎn)，也可反轉(zhuǎn)，因此使杠桿的D點上升或下降，實現(xiàn)二次調(diào)頻。同步器、調(diào)頻器調(diào)速器固定26二次調(diào)頻的原理：

利用同步器平移機組功-頻特性負(fù)荷添加:功頻特性上移；負(fù)荷減少:功頻特性下移。原始運轉(zhuǎn)點A(f1)系統(tǒng)負(fù)荷添加△PD0一次調(diào)頻----B點〔f2)二次調(diào)頻----C點(f2’)二次調(diào)頻可實現(xiàn)無差調(diào)理頻率〔D點〕。△f<0功-頻靜態(tài)特性P0f2f2’f1fPD(f)PG(f)ABCD27二次調(diào)頻的功率增量平衡方程△f<0負(fù)荷調(diào)理效應(yīng)機組調(diào)理效應(yīng)同步器調(diào)理效應(yīng)負(fù)荷效應(yīng)的功率增量一次調(diào)頻的功率增量P0f2f2’f1fPD(f)PG(f)28結(jié)論：二次調(diào)頻不能改動系統(tǒng)單位調(diào)理功率的值；二次調(diào)頻添加了發(fā)電機的出力；可實現(xiàn)無差調(diào)理△f=0;一樣負(fù)荷變化下，二次調(diào)頻使頻率偏移減少。291臺或少數(shù)幾臺機組多臺機組并聯(lián)運轉(zhuǎn)的電力系統(tǒng)首先，由主調(diào)頻機組承當(dāng)負(fù)荷的變化，維持△f=0;其次，由配置了調(diào)速器的機組按靜態(tài)特性承當(dāng)調(diào)頻；再次，由負(fù)荷的調(diào)理效應(yīng)所產(chǎn)生的功率增量補償。303、互聯(lián)絡(luò)統(tǒng)的頻率調(diào)整系統(tǒng)A功率增量平衡式：系統(tǒng)B功率增量平衡式：KAKBAB△PAB△PDA△PGA

△PDB△PGB

二次調(diào)頻二次調(diào)頻31系統(tǒng)功率缺額互聯(lián)網(wǎng)：32△PAB=0的條件：AB都進展二次調(diào)頻且△PAB最大的條件：B不進展二次調(diào)頻聯(lián)絡(luò)線上的功率最大值33互聯(lián)絡(luò)統(tǒng)頻率調(diào)整常采用的三種方式區(qū)域控制誤差(AreaControlError)△PTi---區(qū)域i聯(lián)絡(luò)線交換功率偏向；PTspi------區(qū)域i的方案交換功率；βi、Ki---偏向系數(shù)。34互聯(lián)絡(luò)統(tǒng)頻率調(diào)整常采用的三種方式定頻率控制〔FFC〕：△f=0定交換功率控制(FTC)：△PTi=0聯(lián)絡(luò)線功率和頻率偏向控制〔TBC〕：ACEi=035上述分析方法可推行到多個系統(tǒng)經(jīng)聯(lián)絡(luò)線組成的互聯(lián)絡(luò)統(tǒng)：

聯(lián)絡(luò)線上的功率，那么可由單個系統(tǒng)的頻率關(guān)系求得。調(diào)頻計算例題36選講內(nèi)容1：AGC

〔AutomationGenerationControl〕目的是使電力系統(tǒng)的出力與負(fù)荷相順應(yīng)，堅持頻率額定和經(jīng)過聯(lián)絡(luò)線的交換功率等于方案值，并盡能夠?qū)崿F(xiàn)機組〔電廠〕間負(fù)荷的經(jīng)濟分配。37AGC的根本目的使全系統(tǒng)的出力與負(fù)荷相匹配將電力系統(tǒng)的頻率偏向調(diào)理到0，堅持系統(tǒng)頻率為額定值控制區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的交換功率與方案值相等，實現(xiàn)各區(qū)域內(nèi)有功功率的平衡在區(qū)域各個電廠間進展負(fù)荷的經(jīng)濟分配第二、三個目的也稱為LFC38AGC的普經(jīng)過程跟蹤控制調(diào)理控制機組控制發(fā)電方案調(diào)速器氣輪機負(fù)荷預(yù)測機組組合水電方案交換方案電力系統(tǒng)發(fā)電方案區(qū)域控制誤差機組分組dfPG39區(qū)域控制誤差A(yù)CEi=bidf+dPT,I聯(lián)絡(luò)線和頻率偏向控制〔TBC〕恒定功率控制〔CFC〕恒定凈交換功率控制〔CNIC〕40AGC對機組功率的分配AGC對機組功率的分配包括兩個部分：按經(jīng)濟調(diào)度原那么分配方案負(fù)荷和方案外負(fù)荷，送出基點功率值；將消除誤差式區(qū)域控制誤差所需求的調(diào)理功率PR分配給機組。41AGC與其他運用軟件的關(guān)系形狀估計機組組合發(fā)電方案水電方案負(fù)荷預(yù)測AGC交換方案平安約束調(diào)度最優(yōu)潮流方案限制潮流網(wǎng)損修正42選講內(nèi)容2：自動低頻減負(fù)荷概述電力系統(tǒng)頻率控制是關(guān)系電力系統(tǒng)全局的控制問題.在電力系統(tǒng)事故情況下,當(dāng)采取各種措施之后依然不能制止頻率下降時,那么由低頻減載安裝自動的切除一部分負(fù)荷來到達目的,這就是自動低頻減負(fù)荷,也稱自動低頻減載.43電力系統(tǒng)頻率的動態(tài)特性電力系統(tǒng)頻率動態(tài)特性主要由系統(tǒng)一切的轉(zhuǎn)動機械決議.由于旋轉(zhuǎn)機械的轉(zhuǎn)動慣量及其間隔缺點點的電氣間隔的不同,在系統(tǒng)缺點時,系統(tǒng)中各結(jié)點(母線)的頻率動態(tài)特性是不同的.各結(jié)點的頻率fi將在系統(tǒng)平均頻率fx附近變化,但偏離的數(shù)值不大.因此,可以用fx替代fi并將系統(tǒng)看成一臺等值發(fā)電機組來研討fx隨時間的變化.44電力系統(tǒng)頻率的動態(tài)特性系統(tǒng)中每臺發(fā)電機組的轉(zhuǎn)子運動方程:

閱歷闡明：雖然電力系統(tǒng)中電動機的數(shù)量遠(yuǎn)比發(fā)電機多,但它們的等效轉(zhuǎn)動慣量卻遠(yuǎn)小于發(fā)動機組.故可以只思索發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動慣量.如今取系統(tǒng)一切的發(fā)電機的額定功率總和PGe為功率的基準(zhǔn)值,那么有45電力系統(tǒng)頻率的動態(tài)特性思索到可以近似以為fi=fx,上式中ωi*可以用ωX*替代,那么46電力系統(tǒng)頻率的動態(tài)特性由于有以上即系統(tǒng)等值機的頻率變化方程式。該方程式?jīng)]有思索負(fù)荷的頻率調(diào)理效應(yīng)47電力系統(tǒng)頻率的動態(tài)特性假設(shè)思索負(fù)荷的頻率調(diào)理效應(yīng)：將功率基準(zhǔn)換算成為PLe：48電力系統(tǒng)頻率的動態(tài)特性電力系統(tǒng)頻率的動態(tài)特性如下圖。該特性為一指數(shù)下降曲線,頻率下降的穩(wěn)態(tài)值與功率缺額成正比.49自動低頻減負(fù)荷的根本原理50自動低頻減負(fù)荷安裝自動低頻減負(fù)荷安裝控制的是整個系統(tǒng)的頻率,而不是系統(tǒng)內(nèi)某一臺發(fā)電機組的運轉(zhuǎn)參數(shù),因此ZDPJ安裝分散安裝在電力系統(tǒng)的各個變電站之中,由它們共同作用來阻止系統(tǒng)頻率下降.51自動低頻減負(fù)荷安裝52自動低頻減負(fù)荷安裝的整定計算(一)確定最大功率缺額Pqe發(fā)生嚴(yán)重事故時,為了保證系ZDPJ安裝動作切除負(fù)荷后能使得系統(tǒng)頻率恢復(fù)到允許值,在計算接入ZDPJ安裝的負(fù)荷功率之前,必需先確定系統(tǒng)發(fā)生缺點時功率缺額的最大值.確定最大功率缺額應(yīng)該思索系統(tǒng)最不利運轉(zhuǎn)方式下出現(xiàn)最嚴(yán)重缺點時的情況.53自動低頻減負(fù)荷安裝的整定計算(二)確定接入ZDPJ安裝的負(fù)荷中功率PJH當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)Pqe時,假設(shè)ZDPJ不動作,系統(tǒng)頻率會穩(wěn)定在f;假設(shè)切除的負(fù)荷功率等于Pqe,那么系統(tǒng)的頻率會恢復(fù)到fe.為了盡量少的切除負(fù)荷.并不要求ZDPJ動作使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到fe,只需恢復(fù)到允許頻率fy.即fy<fe.54確定接入ZDPJ安裝的負(fù)荷中功率PJH[例13-1]某系統(tǒng)的負(fù)荷額定功率PLe=1000MW系統(tǒng)能夠出現(xiàn)的最大功率缺額為218MW,設(shè)負(fù)荷調(diào)理效應(yīng)系數(shù)為KL*=2,自動低頻減負(fù)荷安裝動作后,希望頻率恢復(fù)到fY=48Hz.求接入自動低頻減負(fù)荷安裝的負(fù)荷總功率PJH.解:55(三)確定各級(輪)的動作頻率目前自動低頻減負(fù)荷均采用按系統(tǒng)頻率由高到低順序切除負(fù)荷的方法.根據(jù)啟動頻率的不同,將自動低頻減負(fù)荷安裝的動作分為假設(shè)干級.為了確定ZDPJ安裝的級數(shù),應(yīng)確定安裝的第一級動作頻率、最末一級動作頻率和相鄰兩級的動作頻率的級差.56確定各級(輪)的動作頻率確定第一級動作頻率f1普通第一級動作頻率整定在48.5~49.0Hz.確定末級動作頻率fn末級動作頻率以不低于46~46.5Hz為宜確定頻率級差△f對于電磁式頻率繼電器,△f可取0.5Hz.對于數(shù)字式頻率繼電器,可取0.3Hz.57確定各級(輪)的動作頻率減少級差,添加級數(shù),減少每級切除負(fù)荷功率的方法已成為自動低頻減負(fù)荷的一種趨勢.(四)確定動作級數(shù)N在確定首、末級動作頻率f1、fn和頻率級差△f之后,動作級數(shù)N由下式確定:58(五)確定每級切除的負(fù)荷功率△pi右圖是ZDPJ安裝第i-1級動作切除負(fù)荷之后系統(tǒng)頻率繼續(xù)下降時的頻率動態(tài)特性曲線.第i-1級動作切除負(fù)荷后頻率繼續(xù)下降能夠有三種情況.59確定每級切除