自動調(diào)頻方法和自動發(fā)電控制.ppt

1、North China Electric Power University,1/29,2020/8/11,第四節(jié) 電力系統(tǒng)自動調(diào)頻,現(xiàn)代電力系統(tǒng)調(diào)頻的主要任務維持系統(tǒng)頻率在給定水平，考慮機組負荷的經(jīng)濟分配和保持電鐘的準確性,帶基本負荷發(fā)電廠經(jīng)濟性較好的高參數(shù)火電廠、熱電廠、核電廠,調(diào)峰廠經(jīng)濟性較差的機組,調(diào)頻廠承擔計劃負荷與實際負荷的差值部分,在電網(wǎng)容量較大時，由多個電廠共同完成調(diào)頻任務,North China Electric Power University,2/29,2020/8/11,控制調(diào)頻器的信號有比例、積分、微分三種形式,1、比例調(diào)節(jié)：按頻率偏移的大小，控制調(diào)頻器按比例地增、減機

2、組功率。這種方法只能減小但不能消除系統(tǒng)頻率偏移。,2、積分調(diào)節(jié)：按頻率偏移對時間的積分控制調(diào)頻器，這種方法可以實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，但是在負荷變動的最初階段因控制信號不大而延緩了調(diào)節(jié)過程。,3、微分調(diào)節(jié)：按頻率偏移對時間的微分控制調(diào)頻器，在負荷變動的最初階段增減調(diào)節(jié)較快，但是隨著頻率偏差趨于穩(wěn)定時，調(diào)節(jié)量也就趨于零，在穩(wěn)態(tài)時它不起作用。,綜合比例、積分、微分信號作為調(diào)頻器的控制信號,改變功率設定值,一、電力系統(tǒng)自動調(diào)頻方法,為了維持系統(tǒng)頻率在允許的偏差范圍之內(nèi) 要進行人工的或自動的頻率二次調(diào)整。 自動調(diào)頻不僅反應速度快、頻率波動小,還顧及到其它方面的要求,例如 實現(xiàn)有功負荷的經(jīng)濟分配、 保持系統(tǒng)聯(lián)絡線

3、交換功率為定值和 滿足系統(tǒng)安全經(jīng)濟運行的各種約束條件等。 所以現(xiàn)代電力系統(tǒng)普遍裝設自動調(diào)頻裝置。,(一)主導發(fā)電機法,在調(diào)頻電廠中一臺主導發(fā)電機上裝設無差調(diào)頻器，其調(diào)節(jié)準則為f0, 在其他機組上裝有功功率調(diào)整器，使這些機組的功率隨主導機組的功率按比例地變化，協(xié)助主導發(fā)電機的調(diào)頻工作。 它們的調(diào)節(jié)準則是 PiiP1(i=2,3,.,n)。,在負荷發(fā)生變化時，調(diào)頻電廠中主導發(fā)電機組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)首先動作，改變主導機組的功率P1，力圖維持系統(tǒng)頻率恒定,f0 由于主導機組的功率P1發(fā)生變化，所以協(xié)助調(diào)頻的機組也隨之作相應的功率調(diào)整，力圖使它們的調(diào)節(jié)功率與主導機組間維持給定的比例關系PiiP1。,在調(diào)節(jié)過程

4、中,主導機組按系統(tǒng)頻率不斷地調(diào)節(jié),協(xié)助調(diào)頻機組按PiiP1跟隨主導機進行調(diào)節(jié),直到 系統(tǒng)頻率恢復到額定值f0 ， 協(xié)助調(diào)頻機組與主導機組調(diào)節(jié)功率符合給定比例PiiP1 且P1iP1PL 時調(diào)節(jié)過程才結(jié)束。,這時系統(tǒng)中不參加調(diào)頻的其余機組的功率維持不變，計劃外負荷的變動全部由調(diào)頻機組承擔。 由于這種方法開始只適用于有G1調(diào)整，之后要反復調(diào)整，直到滿足調(diào)頻規(guī)則要求，調(diào)整過程緩慢。 且這種方法只適用于只有一個調(diào)頻電廠的情況。因此，只在中小型電力系統(tǒng)中應用。,9/29,2020/8/11,主導發(fā)電機法,負荷變動,系統(tǒng)頻率改變,主導發(fā)電機組調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作,協(xié)助調(diào)頻機組調(diào)整功率,系統(tǒng)頻率隨之改變,調(diào)節(jié)結(jié)束,

5、否,是,存在的問題調(diào)節(jié)緩慢，適應于中小電力系統(tǒng),（二）積差調(diào)節(jié)法,積差調(diào)節(jié)法是根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差的累積值調(diào)節(jié)頻率的。 先假定系統(tǒng)中由一臺發(fā)電機進行頻率積差調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)準則為 KPR+dt=0 式中 = -e系統(tǒng)頻率偏差； PR調(diào)頻機組的有功出力增量； K調(diào)頻功率的比例系數(shù)。 積差的調(diào)節(jié)過程可用圖3-42來說明。,fe,f,f,0,t,t,t,t 2,dt,PR,PR2,PR1,缺額,圖3-42 積差調(diào)頻過程,即調(diào)頻機組增大有功出力,頻率下降到一個最低值后,逐步回升,直至t2時刻為止。,0,t3,t 1,t4,即調(diào)頻機組有功出力不變。 設t1時刻出現(xiàn)了計劃外負荷增量，,fe,f, f, f,0,t,

6、t,t,t 1 t 2,dt,PR,PR2,PR1,缺額,圖3-42 積差調(diào)頻過程,在t2t3時間段內(nèi),調(diào)頻機組增加的有功出力與計劃外負荷增量相等，f = fe 穩(wěn)定運行，f=0，所以,這時PR維持維持PR1值,即調(diào)頻機組保持t2時刻的有功出力不再增大。 設t3時出現(xiàn)了計劃外負荷減少， 在t3t4時間段內(nèi),ffe, 0,t3 t4,0,t4,fe,f, f, f,0,t,t,t,0 t 1 t 2 t 3 t 4,dt,PR,PR2,PR1,缺額,盈余,圖3-42 積差調(diào)頻過程,即調(diào)頻機組有功出力減少,直至t4時刻,調(diào)頻機組出力增量又與計劃外負荷變化相等, f=fe穩(wěn)定運行,f =0,調(diào)節(jié)過程

7、又一次結(jié)束。,t4,積差調(diào)節(jié)法的特點是調(diào)節(jié)過程只能在=0時結(jié)束。 當 0,dt就不斷累積新值,式（3-103）就不平衡,調(diào)節(jié)過程就要繼續(xù)下去。 當調(diào)節(jié)過程結(jié)束時， =0，而dt=KPR=常數(shù)。此常數(shù)與計劃外負荷成正比。 計劃外負荷越大,系統(tǒng)頻率偏差積分的積累值也越大,則電鐘的計時誤差也越大。 為保持電鐘的準確性,可在夜間低谷負荷進行補償。 所以積差調(diào)節(jié)法又稱同步時間法。,多臺機組的積差調(diào)頻：,調(diào)節(jié)方程式為,（3-107）,（3-108）,一般認為系統(tǒng)中各點頻率相同,是一全系統(tǒng)一致的參數(shù)(實際上暫態(tài)過程中系統(tǒng)各點的頻率有差別),所以各機組的dt是相等的。 設系統(tǒng)計劃外負荷為PD，則,（3-109

8、）,（3-110）,式（3-111）表明,調(diào)節(jié)過程結(jié)束后,各機組按一定的比例分擔了系統(tǒng)計劃外負荷,使系統(tǒng)有功功率重新平衡,實現(xiàn)了無差調(diào)節(jié).,（3-111）,將式（3-110）代入（3-108）得每臺調(diào)頻機組計劃外承擔的負荷為,積差調(diào)節(jié)法的缺點是頻率的積差信號滯后于頻率瞬時值的變化,因此調(diào)節(jié)過程緩慢。 為此，一般不單純采用積差調(diào)節(jié)法，而是在積差調(diào)節(jié)法的基礎上增加頻率瞬時偏差調(diào)節(jié)信號，得到改進的積差調(diào)節(jié)方程式。,f+i(Ri+if dt)=0(i=1,2,n),f+i(PRi+if dt)=0(i=1,2,n) f 系統(tǒng)頻率瞬時偏差,fff e； i 第i臺調(diào)頻機組的調(diào)差系數(shù)； i第i臺調(diào)頻機組的

9、有功功率分配系數(shù)， i1(i=1,2,n)； 系統(tǒng)功率與頻率的轉(zhuǎn)換系數(shù)。 上式可得：,計劃外負荷變動時,產(chǎn)生f, 式中第一項與f成正比, f越大, PRi越大,f 項起加快調(diào)節(jié)過程作用。 第二項同(3-108),在調(diào)節(jié)過程中, f逐漸縮小,在調(diào)節(jié)過程結(jié)束時, f =0, f必須為零,否則f dt就會不斷的變化,調(diào)節(jié)過程就不會結(jié)束。,每臺調(diào)頻機組承擔的有功出力變化量為 PRiif dt(i=1,2,n) 由式(3-113)得式（3-114）：,所以，式(3-113)表示調(diào)頻結(jié)束后將把系統(tǒng)增加的負荷PD按一定的比例(i)分配給各調(diào)頻機組。,（3-113）,積差調(diào)節(jié)法維持系統(tǒng)頻率的精度取決于各調(diào)頻機

10、組的頻差積分信號數(shù)值的一致性。 按照獲得頻差積分信號的不同，電力系統(tǒng)實現(xiàn)積差調(diào)節(jié)法有兩種方式。,（二）積差調(diào)節(jié)的實現(xiàn)方法,一種是所謂的集中調(diào)頻方式， 即在系統(tǒng)調(diào)度中心設置一套高精度(可達10-710-9)的標準頻率發(fā)生器,集中產(chǎn)生頻差積分信號f dt，確定各調(diào)頻發(fā)電廠應承擔的負荷變化量, 然后通過遠動裝置將此信號送至各調(diào)頻發(fā)電廠,各調(diào)頻發(fā)電廠再根據(jù)運行方式分配給各調(diào)頻機組。 這種調(diào)頻方式的優(yōu)點是各調(diào)頻電廠的頻差積分信號是一致的，但需要有遠動裝置。,集中調(diào)頻方式如圖3-43所示。,調(diào)頻器,另一種是在調(diào)頻廠就地產(chǎn)生頻差積分信號，不用遠動裝置就可使計劃外負荷在所有調(diào)頻機組間按一定比例分配。 為了使各

11、調(diào)頻機組所在地測得的f 盡可能一致，避免頻率偏差積分值的差異而造成功率分配上的誤差， 所以對標準頻率的要求比較高，通常用石英晶體振蕩器經(jīng)分頻后得到。,電力系統(tǒng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中，自動發(fā)電控制AGC是互聯(lián)電力系統(tǒng)運行中一個基本的和重要的計算機實時控制功能。 其目的是 使系統(tǒng)出力和系統(tǒng)負荷相適應， 保持頻率額定和通過聯(lián)絡線的交換功率等于計劃值, 并盡可能實現(xiàn)機組(電廠)間負荷的經(jīng)濟分配。,AGC（自動發(fā)電控制）,具體地說,自動發(fā)電控制有四個基本目標： 使全系統(tǒng)的發(fā)電出力和負荷功率相匹配; 將電力系統(tǒng)的頻率偏差調(diào)節(jié)到零,保持系統(tǒng)頻率為額定值; 控制區(qū)域間聯(lián)絡線的交換功率與計劃值相等，實現(xiàn)各區(qū)域內(nèi)有功功

12、率的平衡; 在區(qū)域內(nèi)各發(fā)電廠間進行負荷的經(jīng)濟分配. 上述第一個目標與所有發(fā)電機的調(diào)速器有關,即與頻率的一次調(diào)整有關。第二和第三個目標與頻率的二次調(diào)整有關，也稱為負荷頻率控制LFC。通常所說的AGC是指前三項目標,若包括第四項目標時,往往稱為AGCEDC(經(jīng)濟調(diào)度控制).,North China Electric Power University,2020/8/11,AGC（自動發(fā)電控制）所完成的任務,1、維持系統(tǒng)頻率為額定值,正常穩(wěn)態(tài)情況下,頻率偏差在0.05-0.2HZ,2、控制地區(qū)電網(wǎng)間聯(lián)絡線的交換功率與計劃值相等，使有功功率就地平衡。,3、在安全運行的前提下，在所管轄的范圍內(nèi)，機組間負荷

13、實現(xiàn)經(jīng)濟分配。,AGC所需的信息，如發(fā)電機組實發(fā)功率、線路潮流、節(jié)點電壓等，由各廠站遠動裝置送到調(diào)度中心，形成實時數(shù)據(jù)庫，AGC軟件按照預定的數(shù)學模型和調(diào)節(jié)準則確定各調(diào)頻廠的調(diào)節(jié)量，通過下行通道把指令送到各廠站機組，形成個調(diào)頻機的調(diào)節(jié)指令。,圖5-38是機組控制回路，它的任務是使發(fā)電機負荷PG符合設定功率Pc。調(diào)度中心根據(jù)發(fā)電機實發(fā)功率和頻率偏差信號，通過符合分配程序，根據(jù)遙測信息計算出負荷設定值，再傳遞到相應機組控制器，圖5-39，控制器根據(jù)信號的極性，使調(diào)速器控制電機正反轉(zhuǎn)，移動調(diào)速器的調(diào)節(jié)特性。,圖5-38發(fā)電機控制回路簡化框圖,PG,29/29,圖5-39自動調(diào)頻系統(tǒng)示意圖,自動發(fā)電控

14、制是一個 閉環(huán)反饋系統(tǒng), 主要包括 兩大部分 見圖3-44。,根據(jù)系統(tǒng)頻率和其它有關信號，按調(diào)節(jié)準則確定各機組的設定有功出力PS1。,根據(jù)負荷分配器設定的有功出力PS1，使機組在額定頻率下的實發(fā)功率PG1與設定有功出力PS1相一致。,1)負荷分配器 根據(jù)系統(tǒng)頻率和其它有關信號，按一定的調(diào)節(jié)準則確定各機組的設定有功出力。 2)機組控制器 根據(jù)負荷分配器設定的有功出力PS1，使機組在額定頻率下的實發(fā)功率PG1與設定有功出力PS1相一致。,自動發(fā)電控制系統(tǒng)中的負荷分配器是根據(jù)測得的發(fā)電機實時出力和頻率偏差等信號按一定的準則分配各調(diào)頻機組應調(diào)節(jié)的有功出力。 決定各機組設定功率Pci(各機組的調(diào)節(jié)功率)

15、最簡單的辦法是 Pci =ai (PGiBff ) 式中 Bf頻率偏差系數(shù)； ai分配系數(shù)，ai=1. 所以，系統(tǒng)調(diào)頻機組總的設定功率為 Pci =ai (PGi Bff )=PGi Bff,也就是說，系統(tǒng)機組總的設定功率取決于系統(tǒng)機組總的實發(fā)功率及系統(tǒng)的頻率偏差。 偏差越大，設定功率的變動越大。 當頻率偏差趨近于零時，系統(tǒng)機組總的設定功率就與實發(fā)功率相等。 即f =0時 Pci =PGi Bf =PGi 至于分配到每臺機組的設定值則由分配系數(shù)ai規(guī)定.,對于分區(qū)調(diào)頻的電力系統(tǒng),可取ACE(區(qū)域控制偏差)作為調(diào)節(jié)信息,根據(jù)分配系數(shù)ai(ai1)可確定各機組的設定有功出力PciaiPGi(PT+

16、Bff ) 按照固定分配系數(shù)的方法控制出力的缺點是： 各機組按固定的比例分配出力,一般不會按功率經(jīng)濟分配原則。 為了克服這個缺點，可采取一種實現(xiàn)經(jīng)濟分配的控制方法。,North China Electric Power University,35/29,2020/8/11,聯(lián)合自動調(diào)頻方法信息傳遞方式：,信息傳遞方式,1、由遠動通道直接發(fā)給調(diào)頻機組(上行通道、下行通道)如圖5-40,2、利用電力系統(tǒng)計算機專用的廣域網(wǎng)（光纖網(wǎng)），調(diào)度中心計算機與調(diào)頻廠監(jiān)控計算機之間通過計算機網(wǎng)絡交換信息。如圖1-6所示P10,圖5-40,信息傳遞方式1： 自動發(fā)電控制(AGC)是由自動裝置和計算機程序?qū)︻l率和有

17、功功率進行二次調(diào)整實現(xiàn)的。 所需的信息(如頻率,發(fā)電機的實發(fā)功率,聯(lián)絡線的交換功率等)是通過SCADA系統(tǒng)經(jīng)過上行通道傳送到調(diào)度控制中心的。 然后，根據(jù)AGC的計算及軟件功能形成對各發(fā)電廠(或發(fā)電機)的AGC命令，通過下行通道傳送到各調(diào)頻發(fā)電廠(或發(fā)電機)。,調(diào)頻廠內(nèi)也可采用集散控制系統(tǒng)控制調(diào)頻機組的功率。,集散控制系統(tǒng)（Distributed control system）是以微處理器為基礎的對生產(chǎn)過程進行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)，簡稱DCS系統(tǒng)。 該系統(tǒng)將若干臺微機分散應用于過程控制，全部信息通過通信網(wǎng)絡由上位管理計算機監(jiān)控，實現(xiàn)最優(yōu)化控制，整個裝置繼承了常規(guī)儀表分

18、散控制和計算機集中控制的優(yōu)點，克服了常規(guī)儀表功能單一，人-機聯(lián)系差以及單臺微型計算機控制系統(tǒng)危險性高度集中的缺點，既實現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實現(xiàn)了在功能、負荷和危險性三方面的分散。,38/29,2020/8/11,三、聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻,(一)聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻方法有三種,1、恒定頻率控制FFC（Flat Frequency Control）按照頻率偏差f 進行調(diào)節(jié)，在頻率偏差為零時調(diào)節(jié)結(jié)束。維持的是頻率，而對聯(lián)絡線交換功率不加以控制，,這是單一系統(tǒng)的觀點，適用于電廠間聯(lián)系緊密的小型系統(tǒng)。 2、恒定交換功率控制FTC（Flat Tie-line Control）按照控制調(diào)頻機組保持交換功率Pt恒定進行調(diào)節(jié)。 對系統(tǒng)頻率不加以控制，只適用于兩個系統(tǒng)間按照協(xié)議交換功率的情況。 要求保持聯(lián)絡線上交換功率不變，頻率要求兩相鄰系統(tǒng)同時調(diào)整發(fā)電機功率來維持。,PtA,3、頻率聯(lián)絡線功率偏差控制TBC（Tie-line load frequency Bias Control） 既按照頻率偏差又按照聯(lián)絡線交換功率進行調(diào)節(jié)，維持各地區(qū)電力系統(tǒng)負荷波動的就地平衡，這是多系統(tǒng)調(diào)頻觀點。 適用于大型電力系統(tǒng)或聯(lián)合電力