電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制

Ch5電力系統(tǒng)正常運行方式調(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)經(jīng)濟調(diào)度4、靈活交流輸電系統(tǒng)與高壓直流輸電1電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第1頁Ch5電力系統(tǒng)正常運行方式調(diào)整與控制難點：1）調(diào)頻計算與調(diào)壓計算2）水火電廠有功負荷最優(yōu)分配3）無功負荷最優(yōu)賠償2電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第2頁§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率調(diào)整和控制一、調(diào)整頻率必要性1、頻率是衡量電能質(zhì)量一個主要指標因為全部用電設備都是按系統(tǒng)額定頻率設計；系統(tǒng)頻率質(zhì)量下降將影響各行各業(yè)；電力系統(tǒng)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，甚至會使整個系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電；

2、有功負荷變動與調(diào)整控制

3電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第3頁0改變周期10s︱3min§5-1電力系統(tǒng)有功功率和頻率調(diào)整和控制三次調(diào)頻-最優(yōu)分配二次調(diào)頻一次調(diào)頻改變周期小于10s有功功率日負荷曲線4電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第4頁1、負荷種類與頻率改變無關負荷電阻爐、電弧爐、整流負荷與頻率一次方成正比負荷阻力矩為常數(shù)負荷與頻率二次方成正比負荷變壓器中渦流損耗與頻率三次方成正比負荷通風機、循環(huán)水泵與頻率更高次方成正比負荷（比重很?。┙o水泵二、負荷有功功率-頻率特征5電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第5頁2、負荷頻率特征數(shù)學表示式二、負荷有功功率-頻率特征以PDN和fN為基準值有功損耗占有功負荷5-10%。6電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第6頁有功負荷頻率靜態(tài)特征標么值=1-33、負荷功-頻特征及頻率調(diào)整效應PDNP0fNf負荷頻率調(diào)整效應（系數(shù)）正值以PDN和fN為基準值7電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第7頁三、發(fā)電機組有功功率-頻率特征1、調(diào)速系統(tǒng)工作原理機械液壓調(diào)速系統(tǒng)電氣液壓調(diào)速系統(tǒng)負荷增加→開大汽門；負荷降低→降低汽門。頻率一次調(diào)整---有差調(diào)整調(diào)速器固定同時器8電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第8頁電氣液壓調(diào)速系統(tǒng)原理框圖轉速測量轉速給定功率給定功率測量頻差放大器

綜合放大器

PID校正功率放大器電液轉換器油動機汽輪機發(fā)電機系統(tǒng)轉速有功功率PGPsetffset9電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第9頁1、調(diào)速系統(tǒng)工作原理電氣液壓調(diào)速系統(tǒng)組成轉速測量步驟-----將機組轉速轉換成電壓信號、與給定轉速值相減（經(jīng)頻差放大器）得出頻率誤差信號。功率測量步驟-----將發(fā)電機發(fā)出有功功率轉換成電壓信號，與給定功率相減并與頻率誤差同時送入綜合放大器進行綜合和放大，得出綜合誤差信號。10電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第10頁綜合誤差信號11電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第11頁電氣液壓調(diào)速系統(tǒng)組成PID校正（調(diào)整）-----實現(xiàn)功率偏差和轉速偏差之間穩(wěn)態(tài)線性關系，并改進控制系統(tǒng)性能。所得出信號經(jīng)過功率放大使之有足夠功率來驅(qū)動電液轉換器。電液轉換器-----將電信號轉換成油壓信號使油動機動作，從而改變汽門開度。12電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第12頁2、發(fā)電機組功率-頻率靜態(tài)特征在自動調(diào)速系統(tǒng)作用下，發(fā)電機輸出功率和頻率關系曲線。發(fā)電機單位調(diào)整功率正值PPset0fNf0f發(fā)電機組頻率靜態(tài)特征13電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第13頁2、發(fā)電機組功率--頻率靜態(tài)特征靜態(tài)調(diào)差系數(shù)---調(diào)差率0.05?PPset0fNf0f結論：調(diào)差系數(shù)大小對頻率偏移影響很大。調(diào)差系數(shù)（單位調(diào)整功率）能夠整定：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電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第14頁多臺機組等值單位調(diào)整功率第i臺機組輸出功率增量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電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第15頁四、有功功率平衡1、有功平衡與頻率關系f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)有功平衡水平高低決定了系統(tǒng)頻率水平高低。要保持頻率水平，需有足夠有功電源備用容量應付有功負荷增加。16電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第16頁按作用分：負荷備用、事故備用、檢修備用、國民經(jīng)濟備用；按儲存形式分：旋轉備用（熱備用）、冷備用2-5%最大負荷5-10%最大負荷2、備用容量3、有功電源最優(yōu)組合火力發(fā)電廠特點支付燃料費用，但不受自然條件影響；有功出力調(diào)整范圍小、負荷增減速度慢；熱電廠為不可調(diào)整強迫功率。17電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第17頁水電廠特點不支付燃料費用，受自然條件影響；有功出力調(diào)整范圍寬、負荷增減速度快；發(fā)電用水量按水庫綜合效益考慮。抽水出能電廠含有填谷削峰作用。核電站一次性投資大、運行費用小，運行中不易帶急劇改變負荷，反應堆和汽機組退出和再度投入費時，且消耗能量大。18電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第18頁各類發(fā)電廠負荷合理分配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19電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第19頁P0fNf電力系統(tǒng)功-頻靜態(tài)特征機組負荷機組單位調(diào)整功率小結：功頻特征負荷頻率調(diào)整效應發(fā)電機調(diào)差系數(shù)20電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第20頁五、頻率調(diào)整分析和計算1、頻率一次調(diào)整以系統(tǒng)功-頻特征為基礎，由調(diào)速器實現(xiàn)一次調(diào)頻。運行狀態(tài)A---原始平衡狀態(tài)運行狀態(tài)B---負荷增加后新平衡狀態(tài)f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)電力系統(tǒng)功頻靜態(tài)特征21電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第21頁發(fā)電機組功率增量：負荷頻率調(diào)整效應：功率增量平衡式：電力系統(tǒng)功-頻特征1、頻率一次調(diào)整PNP1P2△f<0f2f1fABPD(f)PD(f)’△PG△PD△PD00PG(f)P22電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第22頁系統(tǒng)單位調(diào)整功率發(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-頻特征23電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第23頁◆負荷改變將引發(fā)頻率改變，產(chǎn)生頻率偏差。◆系統(tǒng)越大(聯(lián)網(wǎng)），系統(tǒng)單位調(diào)整功率越大，產(chǎn)生偏差越小?！糌摵稍隽坑袃刹糠止┙o：調(diào)速器作用引發(fā)發(fā)電機多發(fā)出功率，負荷本身正調(diào)整效應隨頻率下降少取用功率?！粢淮握{(diào)頻為有差調(diào)整?！羟蟪龉β势詈螅捎嬎忝颗_機組負擔功率增量：24電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第24頁小結：一次調(diào)頻負荷頻率調(diào)整效應系數(shù)系統(tǒng)單位調(diào)整功率多臺機組等值單位調(diào)整功率一臺機組單位調(diào)整功率一次調(diào)頻適合用于負荷改變幅值小，改變周期短（〈10s）負荷。25電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第25頁2、頻率二次調(diào)整發(fā)電機轉速控制機構伺服電機、蝸輪、蝸桿等在手動或自動裝置控制下，伺服電機即可正轉，也可反轉，因而使杠桿D點上升或下降，實現(xiàn)二次調(diào)頻。同時器、調(diào)頻器調(diào)速器固定26電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第26頁二次調(diào)頻原理：

利用同時器平移機組功-頻特征負荷增加:功頻特征上移；負荷降低:功頻特征下移。原始運行點A(f1)系統(tǒng)負荷增加△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)整頻率（D點）?！鱢<0功-頻靜態(tài)特征P0

f2

f2’

f1fPD(f)PG(f)ABCD27電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第27頁二次調(diào)頻功率增量平衡方程△f<0負荷調(diào)整效應機組調(diào)整效應同時器調(diào)整效應負荷效應功率增量一次調(diào)頻功率增量P0

f2

f2’

f1fPD(f)PG(f)28電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第28頁結論：二次調(diào)頻不能改變系統(tǒng)單位調(diào)整功率值；二次調(diào)頻增加了發(fā)電機出力；可實現(xiàn)無差調(diào)整△f=0;相同負荷改變下，二次調(diào)頻使頻率偏移降低。29電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第29頁1臺或少數(shù)幾臺機組多臺機組并聯(lián)運行電力系統(tǒng)首先，由主調(diào)頻機組負擔負荷改變，維持△f=0;其次，由配置了調(diào)速器機組按靜態(tài)特征負擔調(diào)頻；再次，由負荷調(diào)整效應所產(chǎn)生功率增量賠償。30電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第30頁3、互聯(lián)絡統(tǒng)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電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第31頁系統(tǒng)功率缺額互聯(lián)網(wǎng)：32電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第32頁△PAB=0條件：AB都進行二次調(diào)頻且△PAB最大條件：B不進行二次調(diào)頻聯(lián)絡線上功率最大值33電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第33頁互聯(lián)絡統(tǒng)頻率調(diào)整常采取三種方式區(qū)域控制誤差(AreaControlError)△PTi---區(qū)域i聯(lián)絡線交換功率偏差；PTspi

------區(qū)域i計劃交換功率；βi、Ki---偏差系數(shù)。34電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第34頁互聯(lián)絡統(tǒng)頻率調(diào)整常采取三種方式定頻率控制（FFC）：△f=0定交換功率控制(FTC)：△PTi=0聯(lián)絡線功率和頻率偏差控制（TBC）：ACEi=035電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第35頁上述分析方法可推廣到多個系統(tǒng)經(jīng)聯(lián)絡線組成互聯(lián)絡統(tǒng)：

聯(lián)絡線上功率，則可由單個系統(tǒng)頻率關系求得。調(diào)頻計算例題36電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第36頁選講內(nèi)容1：AGC

（AutomationGenerationControl）

目標是使電力系統(tǒng)出力與負荷相適應，保持頻率額定和經(jīng)過聯(lián)絡線交換功率等于計劃值，并盡可能實現(xiàn)機組（電廠）間負荷經(jīng)濟分配。37電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第37頁AGC基本目標使全系統(tǒng)出力與負荷相匹配將電力系統(tǒng)頻率偏差調(diào)整到0，保持系統(tǒng)頻率為額定值控制區(qū)域間聯(lián)絡線交換功率與計劃值相等，實現(xiàn)各區(qū)域內(nèi)有功功率平衡在區(qū)域各個電廠間進行負荷經(jīng)濟分配

第二、三個目標也稱為LFC38電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第38頁AGC普通過程跟蹤控制調(diào)整控制機組控制發(fā)電計劃調(diào)速器氣輪機負荷預測機組組合水電計劃交換計劃電力系統(tǒng)發(fā)電計劃區(qū)域控制誤差機組分組dfPG39電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第39頁區(qū)域控制誤差

ACEi=bidf+dPT,I聯(lián)絡線和頻率偏差控制（TBC）恒定功率控制（CFC）恒定凈交換功率控制（CNIC）40電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第40頁AGC對機組功率分配AGC對機組功率分配包含兩個部分：按經(jīng)濟調(diào)度標準分配計劃負荷和計劃外負荷，送出基點功率值；將消除誤差式區(qū)域控制誤差所需要調(diào)整功率PR分配給機組。41電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第41頁AGC與其它應用軟件關系狀態(tài)預計機組組合發(fā)電計劃水電計劃負荷預測AGC交換計劃安全約束調(diào)度最優(yōu)時尚計劃限制時尚網(wǎng)損修正42電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第42頁選講內(nèi)容2：自動低頻減負荷概述電力系統(tǒng)頻率控制是關系電力系統(tǒng)全局控制問題.在電力系統(tǒng)事故情況下,當采取各種辦法之后依然不能阻止頻率下降時,則由低頻減載裝置自動切除一部分負荷來到達目標,這就是自動低頻減負荷,也稱自動低頻減載.43電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第43頁電力系統(tǒng)頻率動態(tài)特征

電力系統(tǒng)頻率動態(tài)特征主要由系統(tǒng)全部轉動機械決定.因為旋轉機械轉動慣量及其距離故障點電氣距離不一樣,在系統(tǒng)故障時,系統(tǒng)中各結點(母線)頻率動態(tài)特征是不一樣.各結點頻率fi將在系統(tǒng)平均頻率fx附近改變,但偏離數(shù)值不大.所以,能夠用fx代替fi并將系統(tǒng)看成一臺等值發(fā)電機組來研究fx隨時間改變.44電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第44頁電力系統(tǒng)頻率動態(tài)特征系統(tǒng)中每臺發(fā)電機組轉子運動方程:

經(jīng)驗表明：即使電力系統(tǒng)中電動機數(shù)量遠比發(fā)電機多,但它們等效轉動慣量卻遠小于發(fā)動機組.故能夠只考慮發(fā)電機組轉動慣量.現(xiàn)在取系統(tǒng)全部發(fā)電機額定功率總和PGe為功率基準值,則有45電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第45頁電力系統(tǒng)頻率動態(tài)特征考慮到能夠近似認為fi=fx,上式中ωi*能夠用ωX*代替,則46電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第46頁電力系統(tǒng)頻率動態(tài)特征因為有以上即系統(tǒng)等值機頻率改變方程式。該方程式?jīng)]有考慮負荷頻率調(diào)整效應47電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第47頁電力系統(tǒng)頻率動態(tài)特征若考慮負荷頻率調(diào)整效應：將功率基準換算成為PLe：48電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第48頁電力系統(tǒng)頻率動態(tài)特征電力系統(tǒng)頻率動態(tài)特征如圖所表示。該特征為一指數(shù)下降曲線,頻率下降穩(wěn)態(tài)值與功率缺額成正比.49電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第49頁自動低頻減負荷基本原理50電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第50頁自動低頻減負荷裝置自動低頻減負荷裝置控制是整個系統(tǒng)頻率,而不是系統(tǒng)內(nèi)某一臺發(fā)電機組運行參數(shù),所以ZDPJ裝置分散安裝在電力系統(tǒng)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電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第51頁自動低頻減負荷裝置52電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第52頁自動低頻減負荷裝置整定計算(一)確定最大功率缺額Pqe發(fā)生嚴重事故時,為了確保系ZDPJ裝置動作切除負荷后能使得系統(tǒng)頻率恢復到允許值,在計算接入ZDPJ裝置負荷功率之前,必須先確定系統(tǒng)發(fā)生故障時功率缺額最大值.確定最大功率缺額應該考慮系統(tǒng)最不利運行方式下出現(xiàn)最嚴重故障時情況.53電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第53頁自動低頻減負荷裝置整定計算(二)確定接入ZDPJ裝置負荷中功率PJH當系統(tǒng)出現(xiàn)Pqe時,假如ZDPJ不動作,系統(tǒng)頻率會穩(wěn)定在f;假如切除負荷功率等于Pqe,則系統(tǒng)頻率會恢復到fe.為了盡可能少切除負荷.并不要求ZDPJ動作使系統(tǒng)頻率恢復到fe,只要恢復到允許頻率fy.即fy<fe.54電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第54頁確定接入ZDPJ裝置負荷中功率PJH[例13-1]某系統(tǒng)負荷額定功率PLe=1000MW系統(tǒng)可能出現(xiàn)最大功率缺額為218MW,設負荷調(diào)整效應系數(shù)為KL*=2,自動低頻減負荷裝置動作后,希望頻率恢復到fY=48Hz.求接入自動低頻減負荷裝置負荷總功率PJH.解:55電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第55頁(三)確定各級(輪)動作頻率當前自動低頻減負荷均采取按系統(tǒng)頻率由高到低次序切除負荷方法.依據(jù)開啟頻率不一樣,將自動低頻減負荷裝置動作分為若干級.為了確定ZDPJ裝置級數(shù),應確定裝置第一級動作頻率、最末一級動作頻率和相鄰兩級動作頻率級差.56電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第56頁確定各級(輪)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電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第57頁確定各級(輪)動作頻率

縮小級差,增加級數(shù),降低每級切除負荷功率方法已成為自動低頻減負荷一個趨勢.(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電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制第58頁(五)確定每級切除負荷功率△pi右圖是ZDPJ裝置第i-1級動作切除負荷之后系統(tǒng)頻率繼續(xù)下降時頻率動態(tài)特征曲線.第i-1級動作切除負荷后頻率繼續(xù)下降可能有三種