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1、第五章 電力系統(tǒng)正常運行方式的調整和控制,三峽大學電氣信息學院 李咸善 教授/博士 ,第一節(jié) 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調整與控制 第二節(jié) 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調整與控制,第一節(jié) 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調整與控制,本節(jié)需要掌握的主要知識點 負荷的功頻特性 發(fā)電機的功頻特性 系統(tǒng)的功頻特性 頻率的一次調整過程 頻率的二次調整過程 AGC與區(qū)域控制誤差,第一節(jié) 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調整與控制,第一部分提出問題，定性分析（啟發(fā)式教案，同學參與討論）,第二部分理論及定量分析（按教材內容進行）,1、電力系統(tǒng)正常運行下，相關情況如何？,,功率平衡：PG = P + PL 機組轉速：=N, f =
2、fN= 50Hz,答案：電源發(fā)出的功率與網絡損耗及用戶的負荷相平衡，系統(tǒng)中的機組同步運行，系統(tǒng)頻率維持在額定頻率50Hz。,2、機理分析,功率平衡：PM =PG (忽略損耗） 同步運行：=N, f = fN= 50Hz,PL,3、負荷變化怎么辦？（PL增加）,能量始終平衡,輸入的水能沒有變！增加的能量從哪來？？,答案：轉子釋放機械能，彌補負荷的增加。,轉子速度降低，系統(tǒng)頻率下降！,系統(tǒng)的頻率指標不能滿足電能質量要求！怎么辦？,4、負荷變化，導致系統(tǒng)頻率變化，不滿足電能質量要求！怎么辦？,調速器,調速器：感受到轉速的變化，說明系統(tǒng)負荷發(fā)生改變，需要調整水能輸入，以滿足負荷的要求。轉速也將向靠近N
3、變化。,但轉速能通過調節(jié)，使=N嗎？？,5、調速器動作，能通過調節(jié)，使=N嗎 ？？,如果能，會發(fā)生什么現(xiàn)象？,能:調速器靜態(tài)特性為無差調節(jié)，水電站內部機組的工作點會出現(xiàn)飄移現(xiàn)象，工作點不能唯一確定，機組不能穩(wěn)定運行。怎么辦？,PG =PG1+ PG2,答案：不能。調速器靜態(tài)特性必須為有差調節(jié)，工作點才能唯一確定，機組才能穩(wěn)定運行。,,,結論：一次調頻。系統(tǒng)負荷發(fā)生變化，系統(tǒng)中的所有機組都會釋放其轉子的動能來滿足負荷的變化，導致轉速變化，進而使得系統(tǒng)的頻率發(fā)生變化。機組調速器感受到轉速變化后，調節(jié)輸入的水量或汽量，使得轉速逐步恢復，系統(tǒng)頻率向額定值靠近。但是，由于調速器的有差調節(jié)特性，系統(tǒng)頻率不
4、能回到額定值。這是電力系統(tǒng)的固有特性或自然特性。,變化前：PG0=PG1+PG2,一次調頻后： PG0 = PG1 + PG2 ,結論：二次調頻。在一次調頻的基礎上，人工或自動調節(jié)調頻機組的出力，使其完全承擔負荷的變化，其他非調頻機組的出力都回到負荷變化以前的值，系統(tǒng)頻率恢復到了額定值。,6、負荷變化，系統(tǒng)一次調頻，頻率不能回到額定值！怎么辦？,,1）變化前：PG0=PG1+PG2,3）二次調頻后： PG0 = PG1+ PG2,2）一次調頻后： PG0 = PG1+ PG2,第二部分理論及定量分析（按教材內容進行）,第一節(jié) 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調整和控制,一、負荷的有功功率及其頻率特
5、性,1、日負荷曲線 實際負荷=預測負荷+隨機負荷,,2、負荷的頻率特性,,基準值：,關鍵點：一個用電設備消耗功率的大小與頻率有關。當系統(tǒng)頻率發(fā)生偏移時，設備消耗負荷會發(fā)生改變，改變量的大小通過負荷的頻率調節(jié)效應系數(shù)KL來反映。,2、負荷的頻率特性,印象：負荷消耗的有功功率隨系統(tǒng)頻率的增加而增加。,1、頻率調整的必要性 （1）保證電能質量，滿足負荷要求； （2）維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行。,二、頻率調整的必要性和有功功率平衡,2、有功功率和備用容量 （1）負荷備用； （2）事故備用； （3）檢修備用； （4）國民經濟備用。,三、發(fā)電機組的調速系統(tǒng)和頻率的一次調整,功率平衡時,Pe=Pm,=0= N Pe發(fā)
6、生變化,功率平衡被打破, 變化,釋放轉子動能使系統(tǒng)能量守衡。系統(tǒng)頻率發(fā)生變化。 調速器測量到轉速的變化，調整機組的進水量或進汽量，改變Pm，使轉速向N靠近,但不能調整到等于N,因為調速器的調節(jié)特性為有差調節(jié)。,1、調速器的調整過程,,2、發(fā)電機(調速器)的功頻特性,發(fā)電機的功頻調節(jié)系數(shù),,發(fā)電機的功頻特性,3、頻率的一次調整,一次調整過程(自然調整過程，系統(tǒng)的固有特性): 系統(tǒng)的負荷發(fā)生變化時，系統(tǒng)中所有機組均釋放轉子動能來平衡系統(tǒng)負荷的變化，導致系統(tǒng)頻率變化，緊接著各機組調速器感受到轉速變化而調整機組出力，使系統(tǒng)頻率有所恢復,由于是有差調節(jié)，系統(tǒng)頻率不能恢復到fN。,4、系統(tǒng)的功頻調節(jié),1）
7、負荷頻率調節(jié),2）發(fā)電機頻率調節(jié),3）系統(tǒng)頻率調節(jié),KS系統(tǒng)的功頻調節(jié)系數(shù)， KS越大，頻率波動越小。,4）n臺機組時，系統(tǒng)的KG計算,僅m臺機組參加調頻,1、頻率的二次調整 由于一次調整是有差調節(jié)，f不能恢復到fN。系統(tǒng)中設置調頻機組，由其調頻器動作，增發(fā)功率PL0，完全承擔系統(tǒng)負荷的變化，使系統(tǒng)頻率恢復到fN。二次調整。負荷頻率控制LFC（Load Frequency Control)。 AGC (Automatic Generation Control)：二次調整和三次調整。,四、頻率的二次、三次調整及自動發(fā)電控制AGC,,,,,,,,fN,PG0=PL0,,,f,,A,B,C,,,P,
8、f,A,二次調整,一次調整,負荷增加 PL0=AB,KA=KGA+KDA PGA PLA,KB PGB PLB,,,Pab,聯(lián)絡線上的流通功率問題,除了頻率需要控制,聯(lián)絡線功率也要控制.,2、區(qū)域控制誤差(Area Control Error) ACE,AGC的控制方式： 1)恒定頻率控制 i=0,Ki=1,ACEi=f 2)恒定凈交換功率控制 i=1,Ki=0,ACEi=PTi 3)聯(lián)絡線功率和頻率偏差控制 i=1, ACEi=PTi+Kif 若Ki=Ksi，則-Kif為區(qū)域i內與f相對應的負荷增量，-PTi為其它區(qū)域向區(qū)域i輸送的凈功率增量，則-PTi-Kif實際上是區(qū)域i中總的負荷增量
9、PLi。,若，-ACEi=-PTi-Kif=0： 區(qū)域i的負荷增量為PLi+PTi, 且PLi+PTi=-Kif， PLi=-PTi-Kif 若，-PTi-Kif=0，則PLi=0。 若，-ACEi=-PTi-Kif0， 則PLi= =-PTi-Kif0，說明本區(qū)域負荷增加。 若，-ACEi=-PTi-Kif<0， 則PLi= =-PTi-Kif<0，說明本區(qū)域負荷減小。,不管系統(tǒng)中的負荷如何變化，區(qū)域i控制目標為ACEi=0，即PLi=0，實際上只負責本區(qū)域內部機組出力與有功負荷之間的平衡，整個系統(tǒng)中各區(qū)域均這樣調節(jié)，最后系統(tǒng)的頻率會恢復到fN。,總結,負荷的功頻特性 發(fā)電機的功頻特性 系統(tǒng)的功頻特性 頻率的一次調整過程 頻率的二次調整過程 AGC與區(qū)域控制誤差,例題,例3-1 例3-4 例3-9,The end!,
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