電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件

四、電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)整

本章關(guān)鍵點(diǎn)

1、頻率調(diào)整意義和特點(diǎn)；

2、同時(shí)發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)基本工作原理；

3、電力系統(tǒng)負(fù)荷功頻特征與負(fù)荷調(diào)整效應(yīng)；

4、電力系統(tǒng)自動調(diào)頻方法（電源側(cè)調(diào)頻）；

5、自動低頻減載（負(fù)荷側(cè)調(diào)頻）；

電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第1頁4.1頻率調(diào)整意義和特點(diǎn)頻率是電能質(zhì)量指標(biāo)之一；頻率偏移是電力系統(tǒng)有功功率不平衡結(jié)果；（1）調(diào)頻就是調(diào)速；（2）速度偏差是轉(zhuǎn)矩不平衡結(jié)果；（3）調(diào)頻就是調(diào)有功功率。頻率調(diào)整可在電源側(cè)和/或負(fù)荷側(cè)進(jìn)行；（1）電源側(cè)調(diào)整：投切機(jī)組、增減運(yùn)行機(jī)組有功；（2）負(fù)荷側(cè)調(diào)整：切除負(fù)荷、抽水蓄能；頻率是整個(gè)電力系統(tǒng)共有頻率；頻率調(diào)整是一個(gè)系統(tǒng)級自動控制，且與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行親密相關(guān)；電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第2頁電力系統(tǒng)頻率波動規(guī)律與對策電力系統(tǒng)頻率三種波動分量及其對策：（1）10s以下；隨機(jī)小波動，由調(diào)速器自動調(diào)整（一次調(diào)頻）；（2）10s～3min；計(jì)劃外負(fù)荷，調(diào)整調(diào)速器功率給定（二次調(diào)頻）；（3）3min以上；預(yù)測負(fù)荷+制訂發(fā)電計(jì)劃；電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第3頁4.2調(diào)速器基本原理與特征電源側(cè)有功功率調(diào)整，是借助原動機(jī)調(diào)速器來實(shí)現(xiàn)。調(diào)速器任務(wù)：（1）調(diào)速、穩(wěn)速；（2）有功功率分配；飛擺式調(diào)速器舉例：電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第4頁電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第5頁調(diào)速系統(tǒng)外特征外特征：頻率與有功功率之間關(guān)系調(diào)差：外特征曲線斜率：調(diào)速系統(tǒng)（有功功率）調(diào)差，都是正調(diào)差，不允許以零調(diào)差或負(fù)調(diào)差運(yùn)行；有功功率分配，按調(diào)差系數(shù)反百分比分配。電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第6頁調(diào)速器失靈區(qū)調(diào)速器執(zhí)行部件多是機(jī)械部件，所以（1）必定存在因自由行程引發(fā)不靈敏區(qū)（也稱失靈區(qū)或死區(qū)）；（2）調(diào)速器反應(yīng)過分靈敏將造成機(jī)械執(zhí)行部件頻繁動作，加速磨損。所以，對死區(qū)偏小調(diào)速器還需人為添加死區(qū)，以提升機(jī)械部件使用壽命；含有死區(qū)調(diào)速系統(tǒng)外特征曲線成為一條寬帶直線，造成機(jī)組間功率分配存在誤差。電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第7頁4.3電力系統(tǒng)負(fù)荷功頻特征電力系統(tǒng)負(fù)荷是由各種特征各異負(fù)荷組合在一起綜合負(fù)荷；電力系統(tǒng)負(fù)荷有功功率-頻率特征能夠描述為：電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第8頁電力系統(tǒng)有功負(fù)荷頻率調(diào)整效應(yīng)由電力系統(tǒng)負(fù)荷功頻特征方程知：功頻特征曲線是一條單調(diào)上升曲線；電力系統(tǒng)有功負(fù)荷隨電力系統(tǒng)頻率同向升降特征，有利于電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定；電力系統(tǒng)有功負(fù)荷隨電力系統(tǒng)頻率改變而改變，反過來又對電力系統(tǒng)頻率產(chǎn)生影響這一特征，稱為電力系統(tǒng)有功負(fù)荷頻率調(diào)整效應(yīng)，度量這種調(diào)整能力指標(biāo)稱為：電力系統(tǒng)有功負(fù)荷調(diào)整效應(yīng)系數(shù)。電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第9頁電力系統(tǒng)有功負(fù)荷頻率調(diào)整效應(yīng)系數(shù)在額定頻率附近，負(fù)荷功頻特征曲線近似為直線，其斜率：有名制：標(biāo)幺制：稱KL和KL*為負(fù)荷頻率調(diào)整效應(yīng)系數(shù)。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：KL*大約在1～3之間改變，且每個(gè)系統(tǒng)KL*會隨季節(jié)和晝夜發(fā)生改變。KL與KL*換算：電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第10頁電力系統(tǒng)功頻特征與頻率調(diào)整電力系統(tǒng)是由發(fā)電機(jī)組、輸電網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷組成?？蓪⑤旊娋W(wǎng)絡(luò)有功損耗合并到負(fù)荷之中，等值發(fā)電機(jī)組功頻特征曲線與等值負(fù)荷功頻特征曲線交點(diǎn)就是電力系統(tǒng)功頻運(yùn)行點(diǎn)。負(fù)荷波動對系統(tǒng)頻率影響，分三種情況進(jìn)行分析：（1）調(diào)速器退出（或滿載發(fā)電機(jī)組）；（2）調(diào)速器投入；（3）調(diào)速器投入且調(diào)整其功率給定值；一次調(diào)頻和二次調(diào)頻概念。電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第11頁4.4電力系統(tǒng)自動調(diào)頻方法電力系統(tǒng)自動調(diào)頻，是指改變發(fā)電機(jī)組功率定值二次調(diào)頻；調(diào)頻電廠、調(diào)頻機(jī)組選擇標(biāo)準(zhǔn)；調(diào)頻控制是需要電力系統(tǒng)內(nèi)多臺機(jī)組同時(shí)調(diào)整系統(tǒng)級控制，還需考慮機(jī)組間有功功率合理分配、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性；依據(jù)頻率偏差確定有功功率調(diào)整量方法，依然離不開自動控制理論，如PID等；電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第12頁自動調(diào)頻技術(shù)自動調(diào)頻包括技術(shù)問題有：（1）頻差獲?。焊髡{(diào)頻電廠就地獲取與調(diào)度中心集中獲取兩種方式；（2）有功調(diào)整量計(jì)算：P、I、PI、PID等；（3）有功調(diào)整量分配：分配系數(shù)需考慮機(jī)組情況和經(jīng)濟(jì)性、電力系統(tǒng)穩(wěn)定性：（4）機(jī)組同時(shí)調(diào)整：集中式自動發(fā)電控制是電力系統(tǒng)調(diào)頻技術(shù)發(fā)展趨勢，需要運(yùn)動技術(shù)支持；電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第13頁電力系統(tǒng)自動調(diào)頻方法介紹分散控制和集中控制；頻率調(diào)整是系統(tǒng)級控制，采取集中式控制比較有利；在遠(yuǎn)動技術(shù)（四遙）不發(fā)達(dá)條件下，才采取分散控制；有兩種調(diào)頻控制策略：（1）電力系統(tǒng)整體調(diào)頻控制策略；（2）聯(lián)合電力系統(tǒng)分區(qū)調(diào)頻（維持聯(lián)絡(luò)線傳輸功率調(diào)頻）控制策略；電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第14頁系統(tǒng)整體調(diào)頻控制策略電力系統(tǒng)整體調(diào)頻準(zhǔn)則：頻率偏差為零；調(diào)頻約束條件：（1）經(jīng)濟(jì)運(yùn)行約束；（2）電力系統(tǒng)穩(wěn)定性約束；（3）電鐘準(zhǔn)確性約束（頻率偏差積分為零）；電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第15頁調(diào)頻方程·調(diào)頻方程（計(jì)算有功給定增量，類似于雙閉環(huán)調(diào)整中外環(huán)調(diào)整）：（1）百分比：（2）積分：（積差法）（3）百分比積分：（改進(jìn)積差法）（4）虛有差：·（1）～（3）式中，有功調(diào)整量△P參考點(diǎn)是產(chǎn)生頻率偏差之前穩(wěn)定運(yùn)行功率，而（4）式中，虛有差有功增量參考點(diǎn)是浮動，實(shí)質(zhì)上依然是百分比積分控制（形式上有差，實(shí)際上無差，即虛有差）。電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第16頁分區(qū)控制百分比式控制策略控制標(biāo)準(zhǔn)：有功功率按分區(qū)就地平衡，維持聯(lián)絡(luò)線傳輸功率不變；控制方程式：A區(qū)調(diào)頻方程：B區(qū)調(diào)頻方程：控制方程式分析：（1）A區(qū)功率增加；（2）A區(qū)功率減??；（3）B區(qū)功率增加；（4）B區(qū)功率減??；由分析結(jié)果可見，調(diào)頻方程滿足控制標(biāo)準(zhǔn)。電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第17頁思索PI控制方程與虛有差控制方程異同；分區(qū)控制思想與實(shí)現(xiàn)方法舉一反三（多控制目標(biāo)控制方程）；運(yùn)行機(jī)組增減給定值，相當(dāng)于平移外特征，請問：投切機(jī)組相當(dāng)于改變了外特征什么？電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第18頁電力系統(tǒng)自動發(fā)電控制（AGC）AGC：建立在遠(yuǎn)動技術(shù)之上系統(tǒng)級電源側(cè)有功功率閉環(huán)控制系統(tǒng)。能夠遠(yuǎn)方開停機(jī)、調(diào)整有功功率出力；依據(jù)電力系統(tǒng)頻率偏差和聯(lián)絡(luò)線功率偏差，按一定調(diào)整準(zhǔn)則計(jì)算出各調(diào)頻機(jī)組有功出力定值，各調(diào)頻機(jī)組依據(jù)所分配給定功率定值運(yùn)行；調(diào)整準(zhǔn)則中能夠包含經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求、穩(wěn)定性要求等進(jìn)行負(fù)荷最正確分配。電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第19頁電力系統(tǒng)低頻減載減載（減負(fù)荷），是負(fù)荷側(cè)調(diào)頻辦法；在電力系統(tǒng)事故情況下，當(dāng)采取各種辦法之后依然不能阻止頻率下降時(shí)，則由低頻減載裝置自動切除一部分負(fù)荷來進(jìn)行緊急調(diào)頻。低頻減載基本問題：（1）何時(shí)開始切？（2）切多少？（3）一次性切除還是分屢次逐步切除？電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第20頁低頻減載基本問題（1）何時(shí)開始切除？切除頻率太晚則影響電能質(zhì)量，甚至危及系統(tǒng)安全；太早則無謂造成用戶停電也不好。普通當(dāng)頻率低于49.1Hz（早先為48～48.5Hz，還有逐步升高趨勢）開啟切除負(fù)載。（2）切多少？①按最嚴(yán)重事故情況下可能發(fā)生最大有功缺額來考慮最大負(fù)荷切除量，寧多勿少。理由：多了能夠少切，少了系統(tǒng)就垮了；②希望恢復(fù)頻率普通為49.5Hz，小于額定50Hz；理由：恢復(fù)頻率越低，要求切除負(fù)荷越少，停電面積越小。較低恢復(fù)頻率能夠少切負(fù)荷，此時(shí)以降低電能質(zhì)量換取供電可靠性。但恢復(fù)頻率過低則系統(tǒng)不安全。電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第21頁低頻減載基本問題低頻減載最大切除負(fù)荷量計(jì)算：按最大有功缺額來計(jì)算最大負(fù)荷切除量。依據(jù)負(fù)荷調(diào)整效應(yīng)系數(shù)定義式，以及最大功率缺額、負(fù)荷調(diào)整效應(yīng)系數(shù)、希望恢復(fù)頻率、切除前總負(fù)荷功率等，能夠計(jì)算出低頻減載最大切除負(fù)荷量：多數(shù)情況下，最大負(fù)荷切除量約占系統(tǒng)總?cè)萘?0%。電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第22頁低頻減載基本問題（3）一次性切除還是分屢次逐步切除？分析：事故可大可小，按最嚴(yán)重事故最大功率缺額考慮最大負(fù)荷切除量，若不論大小事故一律全部切除，顯然不合理。理論上，應(yīng)該按頻率偏差決定負(fù)荷切除量（如同調(diào)頻方程所描述那樣，切除量與頻率偏差成正比），因?yàn)樨?fù)荷含有不能重復(fù)投切以及切除量不連續(xù)特點(diǎn)（不像發(fā)電機(jī)功率給定調(diào)整那樣含有連續(xù)可逆特點(diǎn)），所以負(fù)荷切除是分級進(jìn)行。電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第23頁低頻減載基本問題若分級切，（1）共分多少級；（2）每級切多少？（3）何時(shí)切完？（4）切除負(fù)荷先后排序；電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第24頁低頻減載基本問題共分多少級？理論上，級數(shù)越多越好（靠近連續(xù)），實(shí)際受負(fù)荷大小、測控誤差等影響，普通分10～30級左右（國內(nèi)多在10級以內(nèi)）；每級切多少？為盡可能減小停電面積，應(yīng)按最小切除功率標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算每級切除功率。由各級開啟頻率恢復(fù)到期望頻率所需切除功率，就是最小切除功率。電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第25頁低頻減載基本問題最小切除功率計(jì)算計(jì)算思緒：最小切除功率等于由開啟頻率恢復(fù)到額定頻率所需切除功率減去由期望頻率恢復(fù)到額定頻率所需切除功率。由開啟頻率恢復(fù)到50Hz所需切除功率：由期望頻率恢復(fù)到50Hz所需切除功率：電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第26頁第i-1級切除后，頻率穩(wěn)定值恰等于第i級動作值fi，其恢復(fù)到額定頻率所需切除有功功率（或有功功率缺額）△Pie為：當(dāng)?shù)趇級動作切除負(fù)荷后，希望恢復(fù)到希望頻率fh，則有：電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第27頁二者之差即等于第i次需要切除負(fù)荷量電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第28頁有名制標(biāo)幺制電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第29頁低頻減載基本問題（續(xù)）何時(shí)切完？末級開啟頻率應(yīng)大于頻率瓦解臨界值，晚于該臨界頻率再切已無意義，末級頻率普通不低于46～46.5Hz，現(xiàn)在多為47.5～48Hz。依據(jù)最大負(fù)荷切除量計(jì)算條件可知，末級動作后必將恢復(fù)系統(tǒng)頻率到期望頻率。首級頻率49.1Hz，末級頻率46～46.5Hz，若分N級切除，則頻率級差=（49.1-46.5）/N，當(dāng)N取30時(shí)，頻率級差小于0.1Hz。切除負(fù)荷排序：先切除主要性相對較低負(fù)荷，再切除主要性相對較高負(fù)荷。電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第30頁低頻減載基本問題（續(xù)）“頻率懸浮”現(xiàn)象及其對策：因?yàn)榍谐坎淮_定性以及最小切除量標(biāo)準(zhǔn)影響，某級負(fù)荷切除后可能有以下幾個(gè)情況出現(xiàn)：①頻率回升到等于或大于額定頻率-不希望但幾無可能性；②頻率回升到希望頻率與額定頻率之間-最正確，可能性小；③頻率回升但未到達(dá)希望頻率；④頻率保持不變；⑤頻率下降但不到下級動作頻率；⑥頻率下降且低于下級動作頻率；對策：①②停頓切除；⑥繼續(xù)切除；③④⑤稱為“頻率懸浮”電力系統(tǒng)頻率與有功功率調(diào)節(jié)課件第31頁低頻減載基本問題（續(xù)）“頻率懸浮”對策：設(shè)置后備級，其動作頻率取為希望恢復(fù)頻率值，其動作時(shí)延取電力系統(tǒng)頻率時(shí)間常數(shù)2～3倍（15～25s）。后備級切除功率：（1）總功率：由最終一級開啟頻率fN恢復(fù)到希望頻率fh所需切除量；（2）各級切除功率；也要分級切除，每級功率小于第二級頻率f2恢復(fù)到希望頻率fh所需切除量，或希望頻率fh恢復(fù)到額定頻率fe所需切除量。（3）按延時(shí)時(shí)間分級：各級開啟頻率相同，延時(shí)時(shí)間逐層延長，時(shí)間級差5～10s。后備級和正常級能夠是同一低頻減載裝置中同時(shí)工作兩種動作模式，也能夠由運(yùn)行人員手動拉閘實(shí)現(xiàn)。電力系統(tǒng)頻率與有