電力系統(tǒng)自動(dòng)化(4頻率與有功調(diào)節(jié))

1、四、電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié) 本章要點(diǎn)1、頻率調(diào)整的意義和特點(diǎn)；2、同步發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的基本工作原理；3、電力系統(tǒng)負(fù)荷的功頻特性與負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)；4、電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻方法（電源側(cè)調(diào)頻）；5、自動(dòng)低頻減載（負(fù)荷側(cè)調(diào)頻）； 4.1頻頻率調(diào)調(diào)整的意意義和特特點(diǎn)頻率是電電能質(zhì)量量指標(biāo)之之一；頻率偏移移是電力力系統(tǒng)有有功功率率不平衡衡的結(jié)果果；（1）調(diào)調(diào)頻就是是調(diào)速；（2）速度偏偏差是轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩不平平衡的結(jié)結(jié)果；（3）調(diào)調(diào)頻就是是調(diào)有功功功率。頻率調(diào)節(jié)節(jié)可在電電源側(cè)和和/或負(fù)負(fù)荷側(cè)進(jìn)進(jìn)行；（1）電電源側(cè)調(diào)調(diào)節(jié)：投投切機(jī)組組、增減減運(yùn)行機(jī)機(jī)組的有有功；（2）負(fù)負(fù)荷側(cè)調(diào)調(diào)節(jié)：切切除負(fù)荷荷、抽水水蓄能；頻率是整

2、整個(gè)電力力系統(tǒng)共共有的頻頻率；頻率調(diào)節(jié)節(jié)是一個(gè)個(gè)系統(tǒng)級(jí)級(jí)的自動(dòng)動(dòng)控制，且與經(jīng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行行密切相相關(guān)；電力系統(tǒng)統(tǒng)頻率波波動(dòng)規(guī)律律與對(duì)策策電力系統(tǒng)統(tǒng)頻率的的三種波波動(dòng)分量量及其對(duì)對(duì)策：（1）10s以以下；隨隨機(jī)小波波動(dòng)，由由調(diào)速器器自動(dòng)調(diào)調(diào)節(jié)（一一次調(diào)頻頻）；（2）10s3min；計(jì)計(jì)劃外負(fù)負(fù)荷，調(diào)調(diào)整調(diào)速速器的功功率給定定（二次次調(diào)頻）；（3）3min以上上；預(yù)測(cè)測(cè)負(fù)荷+制定發(fā)發(fā)電計(jì)劃劃；4.2調(diào)調(diào)速器器的基本本原理與與特性電源側(cè)有有功功率率調(diào)整，是借助助原動(dòng)機(jī)機(jī)調(diào)速器器來實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的。調(diào)速器的的任務(wù)：（1）調(diào)調(diào)速、穩(wěn)穩(wěn)速；（2）有有功功率率分配；飛擺式調(diào)調(diào)速器舉舉例：調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)的外特特性外特性：頻率

3、與與有功功功率之間間的關(guān)系系調(diào)差：外外特性曲曲線的斜斜率：調(diào)速系統(tǒng)統(tǒng)的（有有功功率率）調(diào)差差，都是是正調(diào)差差，不允允許以零零調(diào)差或或負(fù)調(diào)差差運(yùn)行；有功功率率分配，按調(diào)差差系數(shù)反反比例分分配。調(diào)速器的的失靈區(qū)區(qū)調(diào)速器的的執(zhí)行部部件多是是機(jī)械部部件，因因此（1）必然然存在因因自由行行程引起起的不靈靈敏區(qū)（也稱失失靈區(qū)或或死區(qū)）；（2）調(diào)速速器反應(yīng)應(yīng)過分靈靈敏將導(dǎo)導(dǎo)致機(jī)械械執(zhí)行部部件頻繁繁動(dòng)作，加速磨磨損。因因此，對(duì)對(duì)死區(qū)偏偏小的調(diào)調(diào)速器還還需人為為添加死死區(qū)，以以提高機(jī)機(jī)械部件件使用壽壽命；具有死區(qū)區(qū)的調(diào)速速系統(tǒng)外外特性曲曲線成為為一條寬寬帶直線線，導(dǎo)致致機(jī)組間間功率分分配存在在誤差。4.3電電力

4、系系統(tǒng)負(fù)荷荷的功頻頻特性電力系統(tǒng)統(tǒng)負(fù)荷是是由多種種特性各各異的負(fù)負(fù)荷組合合在一起起的綜合合負(fù)荷；電力系統(tǒng)統(tǒng)負(fù)荷的的有功功功率-頻頻率特性性可以描描述為：電力系統(tǒng)統(tǒng)有功負(fù)負(fù)荷的頻頻率調(diào)節(jié)節(jié)效應(yīng)由電力系系統(tǒng)負(fù)荷荷的功頻頻特性方方程知：功頻特特性曲線線是一條條單調(diào)上升升的曲線；電力系統(tǒng)統(tǒng)有功負(fù)負(fù)荷隨電電力系統(tǒng)統(tǒng)頻率同同向升降降的特性性，有助于電電力系統(tǒng)統(tǒng)頻率的的穩(wěn)定；電力系統(tǒng)統(tǒng)有功負(fù)負(fù)荷隨電電力系統(tǒng)統(tǒng)頻率變變化而變變化，反反過來又又對(duì)電力力系統(tǒng)頻頻率產(chǎn)生生影響的的這一特特性，稱稱為電力力系統(tǒng)有有功負(fù)荷荷的頻率率調(diào)節(jié)效效應(yīng)，度度量這種種調(diào)節(jié)能能力的指指標(biāo)稱為為：電力力系統(tǒng)有有功負(fù)荷調(diào)節(jié)節(jié)效應(yīng)系系數(shù)。電

5、力系統(tǒng)統(tǒng)有功負(fù)負(fù)荷的頻頻率調(diào)節(jié)節(jié)效應(yīng)系系數(shù)在額定頻率率附近，負(fù)荷的的功頻特特性曲線線近似為為直線，其斜率率：有名制：標(biāo)標(biāo)幺幺制：稱KL和和KL*為負(fù)荷荷的頻率率調(diào)節(jié)效效應(yīng)系數(shù)數(shù)。統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)據(jù)表表明：KL*大大約在13之之間變化化，且每每個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)的KL*會(huì)隨隨季節(jié)和和晝夜發(fā)發(fā)生變化化。KL與KL*的的換算：電力系統(tǒng)統(tǒng)的功頻頻特性與與頻率調(diào)調(diào)整電力系統(tǒng)統(tǒng)是由發(fā)發(fā)電機(jī)組組、輸電電網(wǎng)絡(luò)和和負(fù)荷組組成的。可將輸輸電網(wǎng)絡(luò)絡(luò)的有功功損耗合合并到負(fù)負(fù)荷之中中，等值值發(fā)電機(jī)機(jī)組的功功頻特性性曲線與與等值負(fù)負(fù)荷的功功頻特性性曲線的的交點(diǎn)就就是電力力系統(tǒng)的的功頻運(yùn)運(yùn)行點(diǎn)。負(fù)荷波動(dòng)動(dòng)對(duì)系統(tǒng)統(tǒng)頻率的的影響，分三種種情況進(jìn)

6、進(jìn)行分析析：（1）調(diào)調(diào)速器退退出（或或滿載發(fā)發(fā)電機(jī)組組）；（2）調(diào)調(diào)速器投投入；（3）調(diào)調(diào)速器投投入且調(diào)調(diào)整其功功率給定定值；一次調(diào)頻頻和二次次調(diào)頻的的概念。4.4電電力系系統(tǒng)自動(dòng)動(dòng)調(diào)頻方方法電力系統(tǒng)統(tǒng)自動(dòng)調(diào)調(diào)頻，是是指改變變發(fā)電機(jī)機(jī)組功率率定值的的二次調(diào)調(diào)頻；調(diào)頻電廠廠、調(diào)頻頻機(jī)組的的選擇原原則；調(diào)頻控制制是需要要電力系系統(tǒng)內(nèi)多多臺(tái)機(jī)組組同步調(diào)調(diào)整的系系統(tǒng)級(jí)的的控制，還需考考慮機(jī)組組間的有有功功率率合理分分配、電電力系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定性性、運(yùn)行行經(jīng)濟(jì)性性；根據(jù)頻率率偏差確確定有功功功率調(diào)調(diào)整量的的方法，仍然離離不開自自動(dòng)控制制理論，如PID等；自動(dòng)調(diào)頻頻技術(shù)自動(dòng)調(diào)頻頻涉及的的技術(shù)問問題有：（1）頻頻

7、差的獲獲?。焊鞲髡{(diào)頻電電廠就地地獲取與與調(diào)度中中心集中中獲取兩兩種方式式；（2）有有功調(diào)整整量的計(jì)計(jì)算：P、I、PI、PID等；（3）有有功調(diào)整整量的分分配：分分配系數(shù)數(shù)需考慮慮機(jī)組狀狀況和經(jīng)經(jīng)濟(jì)性、電力系系統(tǒng)穩(wěn)定定性：（4）機(jī)機(jī)組同步步調(diào)節(jié)：集中式式的自動(dòng)動(dòng)發(fā)電控控制是電電力系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)頻技技術(shù)的發(fā)發(fā)展趨勢(shì)勢(shì)，需要要運(yùn)動(dòng)技技術(shù)支持持；電力系統(tǒng)統(tǒng)自動(dòng)調(diào)調(diào)頻方法法簡介分散控制制和集中中控制；頻率調(diào)整整是系統(tǒng)統(tǒng)級(jí)的控控制，采采用集中中式控制制比較有有利；在在遠(yuǎn)動(dòng)技技術(shù)（四四遙）不不發(fā)達(dá)的的條件下下，才采采用分散散控制；有兩種調(diào)調(diào)頻控制制策略：（1）電電力系統(tǒng)統(tǒng)整體調(diào)調(diào)頻控制制策略；（2）聯(lián)聯(lián)合電力力系

8、統(tǒng)的的分區(qū)調(diào)調(diào)頻（維維持聯(lián)絡(luò)絡(luò)線傳輸輸功率的的調(diào)頻）控制策策略；系統(tǒng)整體體調(diào)頻的的控制策策略電力系統(tǒng)統(tǒng)整體調(diào)調(diào)頻準(zhǔn)則則：頻率率偏差為為零；調(diào)頻約束束條件：（1）經(jīng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行行約束；（2）電電力系統(tǒng)統(tǒng)穩(wěn)定性性約束；（3）電電鐘準(zhǔn)確確性約束束（頻率率偏差的的積分為為零）；調(diào)頻方程程調(diào)頻方程程（計(jì)算算有功給給定增量，類似于于雙閉環(huán)環(huán)調(diào)節(jié)中中的外環(huán)環(huán)調(diào)節(jié)）：（1）比比例：（2）積積分：（積差差法）（3）比比例積分分：（改進(jìn)進(jìn)積差法法）（4）虛虛有差：（1）（3）式中，有功調(diào)調(diào)整量P的參照點(diǎn)點(diǎn)是產(chǎn)生生頻率偏偏差之前前的穩(wěn)定定運(yùn)行功功率，而而（4）式中，虛有差差的有功功增量參參照點(diǎn)是是浮動(dòng)的的，實(shí)質(zhì)質(zhì)上仍然

9、然是比例例積分控控制（形形式上有有差，實(shí)實(shí)際上無無差，即即虛有差差）。分區(qū)控制制的比例例式控制制策略控制原則則：有功功功率按按分區(qū)就就地平衡衡，維持持聯(lián)絡(luò)線線傳輸功功率不變變；控制方程程式：A區(qū)調(diào)頻頻方程：B區(qū)調(diào)頻頻方程：控制方程程式分析析：（1）A區(qū)區(qū)功率增增加；（2）A區(qū)功率率減?。唬?）B區(qū)功功率增加加；（4）B區(qū)區(qū)功率減減??；由由分析結(jié)結(jié)果可見見，調(diào)頻頻方程滿滿足控制制原則。思考PI控制制方程與與虛有差差控制方方程的異異同；分區(qū)控制制思想與與實(shí)現(xiàn)方方法的舉舉一反三三（多控控制目標(biāo)標(biāo)的控制制方程）；運(yùn)行機(jī)組組增減給給定值，相當(dāng)于于平移外外特性，請(qǐng)問：投切機(jī)機(jī)組相當(dāng)當(dāng)于改變變了外特特性的什

10、什么？電力系統(tǒng)統(tǒng)自動(dòng)發(fā)發(fā)電控制制（AGC）AGC：建立在在遠(yuǎn)動(dòng)技技術(shù)之上上的系統(tǒng)統(tǒng)級(jí)電源源側(cè)有功功功率閉閉環(huán)控制制系統(tǒng)。可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)方開停停機(jī)、調(diào)調(diào)節(jié)有功功功率出出力；根據(jù)電力力系統(tǒng)頻頻率偏差差和聯(lián)絡(luò)絡(luò)線功率率偏差，按一定定調(diào)節(jié)準(zhǔn)準(zhǔn)則計(jì)算算出各調(diào)調(diào)頻機(jī)組組的有功功出力定定值，各各調(diào)頻機(jī)機(jī)組根據(jù)據(jù)所分配配的給定定功率定定值運(yùn)行行；調(diào)節(jié)準(zhǔn)則則中可以以包含經(jīng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行行要求、穩(wěn)定性性要求等等進(jìn)行負(fù)負(fù)荷的最最佳分配配。電力系統(tǒng)統(tǒng)低頻減減載減載（減減負(fù)荷），是負(fù)負(fù)荷側(cè)的的調(diào)頻措措施；在電力系系統(tǒng)事故情況下，當(dāng)采取取各種措措施之后后仍然不能制止止頻率下下降時(shí)，則由由低頻減減載裝置置自動(dòng)切切除一部部分負(fù)荷荷來進(jìn)行

11、行緊急調(diào)調(diào)頻。低頻減載載的基本本問題：（1）何何時(shí)開始始切？（2）切切多少？（3）一一次性切切除還是是分多次次逐步切切除？低頻減載載的基本本問題（1）何何時(shí)開始始切除？切除頻頻率太晚晚則影響響電能質(zhì)質(zhì)量，甚甚至危及及系統(tǒng)安安全；太太早則無無謂造成成用戶停停電也不不好。一一般當(dāng)頻頻率低于于49.1Hz（早先先為4848.5Hz，還還有逐漸漸升高的的趨勢(shì)）啟動(dòng)切切除負(fù)載載。（2）切切多少？按最嚴(yán)重事事故情況況下可能能發(fā)生的的最大有有功缺額額來考慮慮最大負(fù)負(fù)荷切除除量，寧寧多勿少少。理由由：多了了可以少少切，少少了系統(tǒng)統(tǒng)就垮了了；希望的恢恢復(fù)頻率率一般為為49.5Hz，小于于額定50Hz；理由由：恢

12、復(fù)復(fù)頻率越越低，要要求切除除的負(fù)荷荷越少，停電面面積越小小。較低低的恢復(fù)復(fù)頻率可可以少切切負(fù)荷，此時(shí)以以降低電電能質(zhì)量量換取供供電可靠靠性。但但恢復(fù)頻頻率過低低則系統(tǒng)統(tǒng)不安全全。低頻減載載的基本本問題低頻減載載最大切切除負(fù)荷荷量的計(jì)計(jì)算：按按最大有有功缺額額來計(jì)算算最大負(fù)負(fù)荷切除除量。根據(jù)負(fù)荷荷調(diào)節(jié)效效應(yīng)系數(shù)數(shù)的定義義式，以以及最大大功率缺缺額、負(fù)負(fù)荷調(diào)節(jié)節(jié)效應(yīng)系系數(shù)、希希望的恢恢復(fù)頻率率、切除除前的總總負(fù)荷功功率等，可以計(jì)計(jì)算出低低頻減載載最大切切除負(fù)荷荷量：多數(shù)情況況下，最最大負(fù)荷荷切除量量約占系系統(tǒng)總?cè)萑萘康?0%。低頻減載載的基本本問題（3）一一次性切切除還是是分多次次逐步切切除？分析

13、：事事故可大大可小，按最嚴(yán)嚴(yán)重事故故最大功功率缺額額考慮的的最大負(fù)負(fù)荷切除除量，若若不管大大小事故故一律全全部切除除，顯然然不合理理。理論論上，應(yīng)應(yīng)該按頻頻率偏差差決定負(fù)負(fù)荷切除除量（如如同調(diào)頻頻方程所所描述的的那樣，切除量量與頻率率偏差成成正比），由于于負(fù)荷具具有不能能反復(fù)投投切以及及切除量量不連續(xù)續(xù)的特點(diǎn)點(diǎn)（不像像發(fā)電機(jī)機(jī)功率給給定調(diào)整整那樣具具有連續(xù)續(xù)可逆的的特點(diǎn)），所所以負(fù)荷荷切除是是分級(jí)進(jìn)進(jìn)行的。低頻減載載的基本本問題若分級(jí)切切，（1）共共分多少少級(jí)；（2）每每級(jí)切多多少？（3）何何時(shí)切完完？（4）切切除負(fù)荷荷的先后后排序；低頻減載載的基本本問題共分多少少級(jí)？理理論上，級(jí)數(shù)越越多越好

14、好（接近近連續(xù)），實(shí)際際受負(fù)荷荷大小、測(cè)控誤誤差等影影響，一一般分1030級(jí)左左右（國國內(nèi)多在在10級(jí)級(jí)以內(nèi)）；每級(jí)切多多少？為為盡可能能減小停停電面積積，應(yīng)按按最小切切除功率率原則計(jì)計(jì)算每級(jí)級(jí)的切除除功率。由各級(jí)級(jí)啟動(dòng)頻頻率恢復(fù)復(fù)到期望望頻率所所需切除除的功率率，就是是最小切切除功率率。低頻減載載的基本本問題最小切除除功率計(jì)計(jì)算計(jì)算思路路：最小小切除功功率等于于由啟動(dòng)動(dòng)頻率恢恢復(fù)到額額定頻率率所需切切除的功功率減去去由期望望頻率恢恢復(fù)到額額定頻率率所需切切除的功功率。由啟動(dòng)頻頻率恢復(fù)復(fù)到50Hz所需切切除的功功率：由期望頻頻率恢復(fù)復(fù)到50Hz所需切切除的功功率：第i-1級(jí)切除除后，頻頻率穩(wěn)定

15、定值恰等等于第i級(jí)的動(dòng)動(dòng)作值fi，其其恢復(fù)到到額定頻頻率所需需切除的的有功功功率（或或有功功功率缺額額）Pie為為：當(dāng)?shù)趇級(jí)級(jí)動(dòng)作切切除負(fù)荷荷后，希希望恢復(fù)復(fù)到希望望頻率fh，則則有：兩者之差差即等于于第i次次需要切切除的負(fù)負(fù)荷量有名制標(biāo)幺制低頻減載載的基本本問題（續(xù)）何時(shí)切完完？末級(jí)級(jí)啟動(dòng)頻頻率應(yīng)不不小于頻頻率崩潰潰的臨界界值，晚晚于該臨臨界頻率率再切已已無意義義，末級(jí)級(jí)頻率一一般不低低于4646.5Hz，現(xiàn)現(xiàn)在多為為47.548Hz。根據(jù)據(jù)最大負(fù)負(fù)荷切除除量計(jì)算算條件可可知，末末級(jí)動(dòng)作作后必將將恢復(fù)系系統(tǒng)頻率率到期望望頻率。首級(jí)頻率率49.1Hz，末級(jí)級(jí)頻率4646.5Hz，若分N級(jí)切除除

16、，則頻頻率級(jí)差差=（49.1-46.5）/N，當(dāng)N取取30時(shí)時(shí)，頻率率級(jí)差小小于0.1Hz。切除負(fù)荷荷的排序序：先切切除重要要性相對(duì)對(duì)較低的的負(fù)荷，再切除除重要性性相對(duì)較較高的負(fù)負(fù)荷。低頻減載載的基本本問題（續(xù)）“頻率懸懸浮”現(xiàn)現(xiàn)象及其其對(duì)策：由于切切除量的的不確定定性以及及最小切切除量原原則的影影響，某某級(jí)負(fù)荷荷切除后后可能有有以下幾幾種情況況出現(xiàn)：頻率回回升到等等于或大大于額定定頻率-不希望望但幾無無可能性性；頻率回回升到希希望頻率率與額定定頻率之之間-最最佳，可可能性小?。活l率回回升但未未達(dá)到希希望頻率率；頻率保保持不變變；頻率下下降但不不到下級(jí)級(jí)動(dòng)作頻頻率；頻率下下降且低低于下級(jí)級(jí)動(dòng)作

17、頻頻率；對(duì)策：停止止切除； 繼繼續(xù)切除除；稱稱為“頻頻率懸浮浮”低頻減載載的基本本問題（續(xù)）“頻率懸懸浮”的的對(duì)策：設(shè)置后后備級(jí)，其動(dòng)作作頻率取取為希望望恢復(fù)的的頻率值值，其動(dòng)動(dòng)作時(shí)延延取電力力系統(tǒng)頻頻率時(shí)間間常數(shù)的的23倍（1525s）。后備級(jí)的的切除功功率：（1）總總功率：由最后后一級(jí)啟啟動(dòng)頻率率fN恢恢復(fù)到希希望頻率率fh所所需切除除量；（2）各各級(jí)切除除功率；也要分分級(jí)切除除，每級(jí)級(jí)功率不不大于第第二級(jí)頻頻率f2恢復(fù)到到希望頻頻率fh所需切切除量，或希望望頻率fh恢復(fù)復(fù)到額定定頻率fe所需需切除量量。（3）按延延時(shí)時(shí)間間分級(jí)：各級(jí)啟啟動(dòng)頻率率相同，延時(shí)時(shí)時(shí)間逐級(jí)級(jí)延長，時(shí)間級(jí)級(jí)差510s。后備級(jí)和和正常級(jí)級(jí)可以是是同一低低頻減載載裝置中中同時(shí)工作作的兩種動(dòng)動(dòng)作模式式，也可可以