電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié).ppt

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1、第五章 電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動(dòng)調(diào)節(jié),,第一節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率特性,一、概述 電網(wǎng)穩(wěn)態(tài)條件下的頻率 f 是全系統(tǒng)一致的運(yùn)行參數(shù) 頻率變化是系統(tǒng)負(fù)荷與電源之間的功率失去平衡所致。 原動(dòng)機(jī)輸入功率：,,,,機(jī)組的動(dòng)能,電力系統(tǒng)的頻率特性,電網(wǎng)頻率變動(dòng)情況,,,,,,,,,t,P,,,持續(xù)分量,,,脈動(dòng)分量,,,隨機(jī)分量,,負(fù)荷瞬時(shí)變動(dòng)情況,電力系統(tǒng)的頻率特性,調(diào)頻與有功功率調(diào)節(jié)是不可分的，應(yīng)滿足安全運(yùn)行約束；,符合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行要求，發(fā)揮能源最大效益；,頻率偏差控制在預(yù)定范圍內(nèi)，保證電能質(zhì)量。,,每分鐘轉(zhuǎn)數(shù),每秒鐘轉(zhuǎn)數(shù),系統(tǒng)頻率,正常情況,負(fù)荷突然變動(dòng)而使發(fā)電機(jī)組電功率增加PL,第一

2、節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率特性,維持系統(tǒng)頻率在規(guī)定范圍內(nèi); 力求使系統(tǒng)負(fù)荷在發(fā)電機(jī)組之間實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配。,,二 電力系統(tǒng)負(fù)荷的功率頻率特性,當(dāng)系統(tǒng)頻率變化時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)荷也要隨著改變, 這種有功負(fù)荷隨頻率而改變的特性叫做負(fù)荷的功率頻率特性。,與頻率變化無關(guān)的負(fù)荷，如照明、電弧爐、電阻爐、整流負(fù)荷等； 與頻率成正比的負(fù)荷，如切削機(jī)床、球磨機(jī)、往復(fù)式水泵、壓縮機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等； 與頻率的二次方成比例的負(fù)荷，如變壓器中的渦流損耗，但這種損耗在電網(wǎng)有功 損耗中所占比重較小; 與頻率的三次方成比例的負(fù)荷，如通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等; 與頻率的更高次方成比例的負(fù)荷，如靜水頭阻力很大的給水泵等。,電力系統(tǒng)

3、中各種有功負(fù)荷與頻率的關(guān)系，可以歸納為以下幾類，,電力系統(tǒng)的頻率特性,電力系統(tǒng)負(fù)荷的功率 - 頻率特性 負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性：,頻率下降時(shí)，負(fù)荷功率也下降到 ； 頻率上升時(shí)，負(fù)荷功率也上升到 。 負(fù)荷特性有利于系統(tǒng)中有功功率在另一頻率下重新平衡，這種現(xiàn)象稱為負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)。,負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)： 因?yàn)轭l率變化很小，所以 為一直線，取值范圍在13之間。,,,f,PL,,,,,,fN,fb,PLN,PLb,a,b,電力系統(tǒng)負(fù)荷的功率頻率特性,當(dāng)系統(tǒng)頻率變化時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)荷也要隨著改變, 這種有功負(fù)荷隨頻率而改變的特性叫做負(fù)荷的功率頻率特性。,與頻率變化無關(guān)的負(fù)荷，如照明、電弧爐

4、、電阻爐、整流負(fù)荷等； 與頻率成正比的負(fù)荷，如切削機(jī)床、球磨機(jī)、往復(fù)式水泵、壓縮機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等； 與頻率的二次方成比例的負(fù)荷，如變壓器中的渦流損耗，但這種損耗在電網(wǎng)有功 損耗中所占比重較小; 與頻率的三次方成比例的負(fù)荷，如通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等; 與頻率的更高次方成比例的負(fù)荷，如靜水頭阻力很大的給水泵等。,電力系統(tǒng)中各種有功負(fù)荷與頻率的關(guān)系，可以歸納為以下幾類，,負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性簡化表達(dá),,當(dāng)頻率偏離額定值不大時(shí)，負(fù)荷有功頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來表示。,,,負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)或稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，表示負(fù)荷隨頻率的變化程度。,,例51,三、發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性,

5、（一）發(fā)電機(jī)的功率 - 頻率特性 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩方程： 功率方程： 無調(diào)速器時(shí)，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都為額定值。,加調(diào)速器后，將從一條靜態(tài)特性曲線向另一條靜態(tài)特性曲線過渡。,,,,,,,,,P*,M*,*,f*,PG*,MG*,1.0,1.0,,,P,f,,,,,,,,,,,1,2,3,,3,a,a”,a”,電力系統(tǒng)的頻率特性,有調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)功率-頻率特性：,,有差調(diào)節(jié) 調(diào)差系數(shù),,調(diào)差特性與機(jī)組間有功功率的分配,調(diào)差特性為區(qū)域，有失靈區(qū)。,,,PG,f,,,,,,,,,,PGb,PGa,PG,f,a,b,fN,f1,,,P1,P2,f,A,,,,,,B,C,fN,P1,P2,,,,P1,P2,,,,

6、P1,P2,,PL,P,f1,二 發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性,頻率變化而引起發(fā)電機(jī)組輸出功率變化的關(guān)系稱為發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性或調(diào)節(jié)持性。,調(diào)差特性與機(jī)組間有功功率分配的關(guān)系,多機(jī)組間的功率增量分配,,對沒有調(diào)節(jié)容量的機(jī)組(調(diào)差系數(shù)趨于無限大)應(yīng)以PieRi*為零代入； 多臺(tái)機(jī)組調(diào)差系數(shù)等于零是不能并聯(lián)運(yùn)行的； 一臺(tái)機(jī)組的調(diào)差系數(shù)等于零與多臺(tái)有差調(diào)節(jié)機(jī)組的并列運(yùn)行是不現(xiàn)實(shí)的。,6 幾點(diǎn)注意,調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū),,電力系統(tǒng)的頻率特性,思考題1 已知：兩機(jī)組并聯(lián)于一條母線上， 。且調(diào)速系統(tǒng)保證了兩臺(tái)機(jī)完全同步。若1號(hào)、2號(hào)機(jī)組額定功率分別為60MW，80MW，兩機(jī)均額定運(yùn)行。求：當(dāng)

7、系統(tǒng)要求增加20MW的輸出時(shí)，母線的頻率為多少？每臺(tái)發(fā)電機(jī)分別承擔(dān)多少功率？,電力系統(tǒng)的頻率特性,電力系統(tǒng)的頻率特性 系統(tǒng)頻率特性是由負(fù)荷頻率特性和發(fā)電機(jī)頻率特性共同形成的。,無調(diào)速 有調(diào)速,,,到狀態(tài)b，PL未變，PG沒增加 到狀態(tài)c，再調(diào)可以到狀態(tài)d,,,P,f,PL = f(f),,,,,PL1 = f(f),,,,a,PL,fN,b,,,d,PL1,,PL,c,,,PL2,f3,f2,,,PL1,PL2,三 電力系統(tǒng)的頻率特性,調(diào)速器的調(diào)節(jié)作用被稱為一次調(diào)節(jié)。,電力系統(tǒng)的頻率特性,思考題2 已知：某電力系統(tǒng)， ，當(dāng)PL=3000MW時(shí)，fN=50Hz。求負(fù)荷增加

8、120MW時(shí)，系統(tǒng)調(diào)速后的運(yùn)行點(diǎn)。,第二節(jié) 調(diào)速器原理,一 機(jī)械液壓調(diào)速器,1 工作原理,,2 調(diào)速系統(tǒng)框圖,3 轉(zhuǎn)速給定裝置,調(diào)節(jié)過程,4 機(jī)組靜特性平行移動(dòng),轉(zhuǎn)速給定裝置調(diào)節(jié)過程,,轉(zhuǎn)速給定裝置調(diào)節(jié)過程,,,二 功率頻率電液調(diào)速器,,1 轉(zhuǎn)速測量,A 磁阻發(fā)送器,磁阻發(fā)送器的作用是將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電壓信號(hào)。它由齒輪和測速磁頭兩部分組成，齒輪與主軸聯(lián)在一起。測速磁頭由永久磁鐵和線圈組成，且與齒輪相距一定間隙。當(dāng)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)齒輪一起旋轉(zhuǎn)。測速磁頭所對的齒頂及齒槽交替地變化，這種磁阻的變化導(dǎo)致通過測速磁頭磁通的相應(yīng)變化，于是在線圈中感應(yīng)出微弱的脈動(dòng)信號(hào)，該信號(hào)的頻率與機(jī)組轉(zhuǎn)速成正比。,

9、B 頻率電壓變送器,頻率電壓變送器的輸出特性,工作波形,方框圖,頻率電壓變送器的工作波形,,2 功率測量,,,三 數(shù)字式電液調(diào)速器,控制電路部分的功能用微機(jī)實(shí)現(xiàn)。,調(diào)速器原理,機(jī)械液壓式調(diào)速器原理,功率-頻率電液調(diào)速系統(tǒng)原理,第三節(jié) 電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性,一 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù),1 調(diào)速器,如果B點(diǎn)和D點(diǎn)不動(dòng)，A點(diǎn)向上移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)E點(diǎn)也向上移動(dòng)； 如果A點(diǎn)和D點(diǎn)不動(dòng)，B點(diǎn)向下移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)E點(diǎn)也向下移動(dòng)； 如果A點(diǎn)和B點(diǎn)不動(dòng)，D點(diǎn)向上移動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)E點(diǎn)向下移動(dòng)。,,,,,簡單的汽輪機(jī)的傳遞函數(shù),再熱式汽輪機(jī)的傳遞函數(shù),水輪機(jī)的傳遞函數(shù),2 原動(dòng)機(jī),3 調(diào)速器+汽輪機(jī),,KnKT=1,發(fā)電機(jī)

10、組動(dòng)能提供的功率增量； 負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)而引起的負(fù)荷功率變化； 聯(lián)絡(luò)線上功率的變化。,4 電網(wǎng)部分(發(fā)電機(jī)、負(fù)荷及聯(lián)絡(luò)線）,負(fù)荷變化與發(fā)電機(jī)組輸入功率變化的差值：,,,功率平衡關(guān)系式（有名值）,功率平衡式的框圖,,,功率平衡關(guān)系式（標(biāo)么值）,,聯(lián)絡(luò)線功率增量關(guān)系式,聯(lián)絡(luò)線功率增量框圖,,5 單區(qū)域的閉環(huán)調(diào)節(jié)框圖,,,,F(s),PT(s),Pc(s),,,,,GnT(s),+,-,,,,,,,,6 與其他系統(tǒng)相聯(lián)的控制區(qū)域i的閉環(huán)框圖,二 電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)特性,1 單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性,系統(tǒng)總額定容量 Pe=2000MW 正常運(yùn)行的負(fù)荷 PL=1000MW 慣性常數(shù) H=5s

11、 調(diào)差系數(shù) R*=4.8% 負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù) KL*=0.5,,B 動(dòng)態(tài)特性,,,總的閉環(huán)系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù)只有0.4687s，比表征電廠本身的時(shí)間常數(shù)TP(為20s)要小得多，這主要是由于閉環(huán)系統(tǒng)中的反饋所起的作用(即調(diào)速器的作用)； 減小R值使增大，可以減小穩(wěn)態(tài)頻率偏差； 當(dāng)計(jì)及Tn、TT時(shí)，f 隨時(shí)間變化曲線不是純指數(shù)型的，在初期出現(xiàn)了振蕩、 開始時(shí)形成一個(gè)較大的瞬時(shí)頻率降落； 算例中，當(dāng)負(fù)荷變化20Mw時(shí)、頻率降落為0.0234Hz，如果長期存在會(huì)引起較大的累計(jì)頻率偏差，這是不允許的。,以上討論中關(guān)于系統(tǒng)變化過程解釋如下：當(dāng)負(fù)荷突然增加l(即20MW)時(shí)，系統(tǒng)功率平衡遭到破壞，

12、起初瞬間由于頻率尚未下降汽輪發(fā)電機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)還未動(dòng)作，所以發(fā)電機(jī)的輸入功率不變。因此，這時(shí)負(fù)荷所增加的功率是由系統(tǒng)的動(dòng)能供給的(動(dòng)能以20MWs的速率減小)。隨著系統(tǒng)動(dòng)能的減小，發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速下降(即系統(tǒng)頻率下降)，調(diào)速系統(tǒng)隨之動(dòng)作，增加發(fā)電機(jī)的輸入功率與此同時(shí)，由于頻率的下降，負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)使它吸取的功率有所減小。 總之，增加的20MW負(fù)荷功率是由三部分來平衡的，即系統(tǒng)動(dòng)能供給的功率，發(fā)電機(jī)增加的輸入功率以及負(fù)荷少吸收的功率，在開始瞬間，后兩項(xiàng)為零，隨著頻率降低，它們就逐漸增大，最后在一個(gè)較低的頻率下穩(wěn)定運(yùn)行。此時(shí)，動(dòng)能已不再供給功率，20MW的負(fù)荷增量僅由后兩項(xiàng)來供給。,,,2 多區(qū)域系

13、統(tǒng)的頻率特性（二區(qū)域系統(tǒng)為例）,,二區(qū)域系統(tǒng)靜態(tài)特性,電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性,單個(gè)區(qū)域的頻率閉環(huán)調(diào)節(jié)框圖,電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性,發(fā)電機(jī)功率增加,負(fù)荷功率減少,,功率平衡起作用的三個(gè)部分：,系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線,系統(tǒng)動(dòng)能,電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性,聯(lián)合調(diào)頻 比單區(qū)域系統(tǒng)調(diào)節(jié)好。,,第四節(jié) 電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻,一概述 電力系統(tǒng)中的所有發(fā)電機(jī)組均裝有調(diào)速器，如系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化，則每臺(tái)發(fā)電機(jī)的調(diào)速器都將反應(yīng)系統(tǒng)頻率的變化，自動(dòng)地調(diào)節(jié)進(jìn)汽(水)閥門的開度，改變機(jī)組出力，使有功功率重新達(dá)到平衡。這就是頻率的一次調(diào)整。,帶基本負(fù) 荷的發(fā)電廠 調(diào)峰廠 調(diào)頻廠,當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時(shí)，調(diào)

14、頻電廠中主導(dǎo)發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)首先動(dòng)作，改變主導(dǎo)機(jī)組的功率，力圖維持系統(tǒng)頻率恒定。這時(shí)，由于主導(dǎo)機(jī)組的功率變化，協(xié)助調(diào)頻的其它機(jī)組也隨之作相應(yīng)的功率調(diào)整，力圖使它們的調(diào)節(jié)功率與主導(dǎo)機(jī)組的調(diào)節(jié)功率間維持給定的比例關(guān)系。在調(diào)節(jié)過程中，主導(dǎo)機(jī)組按系統(tǒng)頻率不斷地調(diào)節(jié)，協(xié)助調(diào)頻機(jī)組也跟隨主導(dǎo)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)頻率恢復(fù)到額定值，協(xié)助調(diào)頻機(jī)組與主導(dǎo)機(jī)組的調(diào)節(jié)功率符合給定比例時(shí)為止。這時(shí)系統(tǒng)中不參加調(diào)頻的其余機(jī)組的功率維持不變，計(jì)劃外負(fù)荷的變動(dòng)全部由調(diào)頻機(jī)組承擔(dān)。,,（一）主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法,,A 單機(jī)積差調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)方程,調(diào)頻過程,B 多臺(tái)機(jī)組的積差調(diào)節(jié),,（二）積差調(diào)節(jié)法 指調(diào)頻系統(tǒng)按頻率偏差的時(shí)間積分值進(jìn)行調(diào)

15、節(jié)。,,C 改進(jìn)的積差調(diào)節(jié)法,D 集中制與分散制調(diào)頻,,,C 頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制TBC,,區(qū)域調(diào)節(jié)作用的信號(hào)稱為區(qū)域控制誤差(Area Control Error)。,,電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻,,,,,,,,,,電 廠,帶基本負(fù)荷廠1,帶基本負(fù)荷廠2,帶基本負(fù)荷廠3,,電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻,一臺(tái)發(fā)電機(jī)（主導(dǎo)機(jī)）。 調(diào)差目標(biāo) 其它成比例配合。 效果一般，用于小系統(tǒng)。,AGC,,,,,,,,,,,,,,,,,同步時(shí)間法,聯(lián)合自動(dòng)調(diào)頻,按頻率偏差的積分值調(diào)節(jié)。,主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法,,,恒定頻率控制法FFC,,電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻,聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻,恒定交換功率控制FTC,,,無關(guān)頻率。一個(gè)系統(tǒng)與另一個(gè)系統(tǒng)之間交換

16、的Pt恒定，但f可能會(huì)變。有協(xié)議的因素。,頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制TBC,,全部都考慮。,電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻,TBC,區(qū)域調(diào)節(jié)作用的信號(hào)稱為區(qū)域控制誤差A(yù)CE。,,,相應(yīng)的控制功率,當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)時(shí)，調(diào)整目標(biāo),,,設(shè)A有二次調(diào)頻，B有一次調(diào)頻。,且,即,,最終使,,,,得,電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻,思考題 推導(dǎo)雙區(qū)域都只有一次調(diào)頻時(shí)的公式。,第五節(jié) 電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動(dòng)調(diào)頻,一 等微增率分配負(fù)荷的基本概念,耗量特性是指發(fā)電機(jī)組在單位時(shí)間內(nèi)所消耗的能量與輸出功率之間的關(guān)系。 微增率是指輸入耗量微增量與輸出功率微增量的比值。對發(fā)電機(jī)組來說，為燃料消耗量(或消耗費(fèi)用)的微增量與發(fā)電機(jī)輸出功率微增量的比值。 等

17、微增率法則，就是運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組按微增率相等的原則來分配負(fù)荷，這樣就可使系統(tǒng)總的燃料消耗或費(fèi)用為最小，從而是最經(jīng)濟(jì)的。,耗量特性曲線,,鍋爐汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組成的單元機(jī)組的耗量特性和微增率特性如圖(a)和(d)的形狀。隨著輸出增加，其耗量增量大于輸出功率的增量，耗量微增率隨輸出功率的增加而增大。,Example,,發(fā)電廠內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的經(jīng)濟(jì)調(diào)度準(zhǔn)則為：各機(jī)組運(yùn)行時(shí)微增率相等，并等于全廠的微增率。,二 發(fā)電廠之間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配,,在考慮線損條件下，負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配的準(zhǔn)則是每個(gè)電廠的微增率與相應(yīng)的線損修正系數(shù)的乘積相等。,三 發(fā)電廠機(jī)組功率控制,調(diào)度所計(jì)算機(jī)系統(tǒng)執(zhí)行AGC功能給調(diào)頻電廠的調(diào)節(jié)指令有兩種方式,

18、下達(dá)給各調(diào)頻機(jī)組 下達(dá)全廠總調(diào)節(jié)量,電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)涉及系統(tǒng)中有功功率平衡和潮流分布。在保證頻率質(zhì)量和系統(tǒng)安全運(yùn)行前提下，如何使電力系統(tǒng)運(yùn)行具有良好的經(jīng)濟(jì)性，這就是電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制 (Economic load Dispatching Control)的任務(wù)。它是聯(lián)合自動(dòng)調(diào)頻的重要目標(biāo)之一，因此也有人把EDC列為AGC功能的一部分，稱之為AGCEDC功能。EDC是按數(shù)學(xué)模型編制的程序，調(diào)用時(shí)需一定的時(shí)間開銷，但它可以較長時(shí)間起動(dòng)一次(一般在5min以上)。有人稱EDC為三次經(jīng)濟(jì)調(diào)整。,,電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動(dòng)調(diào)頻,等微增率,,,,微增率,自動(dòng)調(diào)頻,a、調(diào)度指令到調(diào)頻廠機(jī)組 b、調(diào)度指令到調(diào)頻廠,,思考題,求P1、P2。,