电力系统调频综述论文

R能煤區槪軀叹Bw摘要：电力系统频率调整是电力系统中维持有功功率供需平衡的 主要 措施，其根本目的是保证电力系统的频率稳定。电力系统频率调 整的 主要方法是调整发电功率和进行负荷管理。一次调频是指当电力 系统 频率偏离目标频率时，发电机组通过调速系统的自动反应，调整 有功 出力以维持电力系统频率稳定。二次调频也称为自动发电控制， 是指 发电机组提供足够的可调整容量及一定的调节速率，在允许的调 节偏 差下实时跟踪频率，以满足系统频率稳定的要求。三次调频就是 协调 各发电厂之间的负荷经济分配从而达到电网的经济、稳定运行。关键 词：电力系统,一次调频，二次调频，三次调频，综述ABSTRACTMaintain the power system of power system frequency adjustment is active power balance between supply and demand of main measures, its fundamental purpose is to ensure that the frequency of power system stability. Power system the main method is to adjust the power frequency adjustment and load management. Primary frequency control is to point to when power system frequency deviates from the target frequency generator set automatically by the speed control system of reaction, active efforts to maintain stability of power system frequency adjustment. Secondary frequency modulation, also known as the automatic gen eration control refers to the adjustable generators provide sufficient capacity and a certain adjustment rate, real-time tracking frequency under the allowed to adjust deviation, in order to meet the requirements of system frequency stability Three frequency modulation is to coordinate the economic load distribution between the various power plants, so as to achieve economic and stable operation of the power grid.Key words: Electric system , A frequency modulation ,The two FMThe three FM , Review“频率概念源于针对周期性变化的事物的经典物理学定义，由于电力系统中 许多物理 变量具有(准)周期性特征，故这一概念在电业技术中得到广泛的应 用。电力系统频率一方 面作为衡量电能质量的指标，需加以动态监测；另一方面 作为实施安全稳定控制的重要状 态反馈量，要求能实时重构。因此，电力系统频率 控制是电力系统运行的一项重要内容， 系统频率的变化对用户、发电机组和电力 系统本身都有着重大影响，当今电力系统安全运 行的目标之一便是将频率变化控 制在较小的范围内。次调频是指当电力系统频率偏离目标频率时，发电机组通过调速系统的自动 反应，调 整有功出力以维持电力系统频率稳定。一次调频的特点是响应速度快， 但是只能做到有差 控制。二次调频也称为自动发电控制(AGC)，是指发电机组 提供足够的可调整容量及一定 的调节速率，在允许的调节偏差下实时跟踪频率， 以满足系统频率稳定的要求。二次调频 可以做到频率的无差调节，且能够对联络 线功率进行监视和调整。三次调频就是协调各发 电厂之间的负荷经济分配，从而 达到电网的经济、稳定运行。其实质是完成在线经济调度， 其目的是在满足电力 系统频率稳定和系统安全的前提下合理利用能源和设备，以最低的发 电成本或费 用获得更多的、优质的电能。本文在平时课堂上的认真学习和课下的资料查阅 下 详细介绍了电力系统的各次调频概念以及相关实际应用，侧重于一次和二次调频 以供 参考研究学习。1.次调频1.1 概念次调频是指由发电机调速系统频率静态特性而増减发电机的出力所起到的 调频作 用。机组一次调频的投入是稳定系统频率的一项重要技术措施，对于实现 电网发电自动 调度、提高电能质量、维持电网安全稳定运行能够起到重要作用。 次调频即利用系统 固有的负荷频率特性以及发电机调速器的作用，阻止系统频 率偏离标准的调节方式。当 系统频率发生变化时，系统中所有发电机的转速随即 发生变化，如转速的变化超出发电 机组规定的不灵敏区，该发电机组的调速器就 会动作，改变其原动机的阀门位置，调整 原动机的功率，力求改善原动机功率或 负荷功率的不平衡状态。一次调频功能是维护电 网稳定的重要手段。1.2 调频过程由于负荷突増，发电机组功率不能及时变动而使机组减速，系统频率下降，同 时，发 电机组功率由于调速器的一次调整作用而増大.负荷功率因其本身的调节 效应而减少，经 过一个衰减的振荡过程，达到新的平衡。0A _ OB + |BA| = A 片 o 0B = BrOf = -Kg 曲 BA = ArB/ = KN AP =AO = OBABALO=S - Kf=-(Kg + kM数学表达式:ZLQ=3=(Kg + KE) 4A-APdA = KgAkl = KsKS :称为系统的单位调节功率？单位Mw/HZo表示原动机调速器和负荷本身的调节效应 共同作用下系统频率下降或上升的多少。/A资料.注意:（1）取功率的增大或频率的上升为正;(2) 为保证调速系统本身运行的稳定，不能采用过大的单位调节功率；(3) 对于满载机组，不再参加调整。对于系统有若干台机参加一次调频：Ks=Kc+Kl具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其调差系数即下降特性自然分配。1.3 特性分析由于电网周波是随时间动态变化的随机变量，含有不同的频率成分，因此电网 的一次 调频是一个随机过程。整个系统负荷可看作由如下 3 种具有不同变化规律 的变动负荷所 组成：(1)变化幅度较小，变化周期较短，一般为10s以内的随机负荷分量；(2)变化幅度 较大，变化周期较长，一般为10s至ij3min的负荷分量，属于这类负荷的主要有电炉、 轧钢机械等；(3)变化缓慢的持续变动负荷,引起负 荷变化的主要原因是工厂的作息制 度，人们的生活规律等。一次调频所调节的正 是叠加在长周期变化分量上的随机分量， 这就决定了电网一次调频的随机性。通 常所采用的一次调频对策是建立在静态范畴内 的，所谓静态范畴的一次调频特性 是把电网中的各台机组负荷分配规律简单的归结成不 等率的反比例关系，在系统 规模不大时，电力系统的调峰和调频问题的研究可以从静态 的角度来考虑。从20世纪80年代开始，一直都把电厂的负荷静态经济分配、安全调度、 静态潮流作 为考虑的重点，而对时间方向上的各类动态信息关心不够。随着系统规模和 负荷 的迅速发展,电网的调峰和调频出现了许多新的问题，静态的分析方法已经不能 满 足实际生产的需要，比如在考察汽轮发电机组对周波变化的一次调频响应时， 不仅要看 周波的变化幅度，还要看周波的变化速度，这些都涉及到不同机组对不 同频率的负荷扰 动适应能力的差异(如再热机组与非再热机组)，而这一点用静态 特性的概念是无法描述 的。另外，汽轮机调节对周波变化的各频率分量的响应也 是不同的(如设计有高压调节阀 动态过开能力与没有此能力的再热机组)。因此， 这都需要从动态的角度重新考虑一次调 频策略的问题。1.4 控制策略分析次调频的功能是将电网频差因子转换成负荷増量信号后，一方面将其叠加于 汽轮机 调节阀控制指令，以改变调节阀开度，并利用锅炉蓄热快速増减机组负荷, 以满足电网频 率要求；另一方面改变锅炉负荷指令，将主蒸汽压力维持在安全范 围内。一次调频包含 汽轮机侧的数字式电液控制系统(DEH)次调频和机组协调 控制(UCC)次调频。DEH次调频具有响应速度快的特点，但因是有差调节，调频目标负荷与实际负荷存在 一定偏差。UCC次调频能够实现机组能量平衡.但不能快速响应电网频率变化。因 此，UCC和DEH的联合一次调频是满足电网一次调频要求的最佳方式。DEH通常包括 转速/功率回路、调节级压力回路和阀门管理程序。DEH-次调频的频差因子通常叠加在功率信号上，如果DEH功率回路和调节 级压力回路未投人运行，则一次调频的频差因子直接叠加到阀门管理程序 中，以便迅速 转变为汽轮机调节阀开度。图1所示为DEH次调频系统。图1 DEH次调频控制系统伺节晰度指令UCC包括锅炉主控和汽轮机主控，UCC次调频的频差因子可以叠加在锅炉主控和汽 轮机主控回路中。由于汽轮机主控通过DEH控制汽轮机调节阀，这样会出 现DEH和汽 轮机主控一次调频的频差因子重复叠加的现象，因此通常采取锅炉主 控叠加一次调频的频 差因子而汽轮机主控保持不变的控制方式，或采用切换开关 以防止DEH或汽轮机主控一 次调频的频差因子重复叠加。图2所示为UCC次调 频系统。机如负倚给定值图2 ucc次调频控制系统1.5优化控制策略15.1负荷速率限制因素为确保机组参与一次调频时，将频率变化引起的负荷变化控制在机组安全运行允许范 围内，机组在高负荷工况下，系统频率降低时，响应后的机组负荷不应高于机组正常运行 的最大出力；机组在低负荷工况下，系统频率升高时，响应后的机组负荷不应低于机组最 低稳燃负荷，以避免：（1）机组在高负荷下运行（一般已 达到额定参数）时出现电网频 率下降因一次调频导致机组过负荷；（2）机组在低负荷运行时出现电网频率上升，因一 次调频导致机组低于稳燃负荷运行、燃烧不 稳定等危及机组及电网安全运行的事故发生。 为了保证主蒸汽压力在一定范围之内，一次调频负荷増量的变化应受到速率限制。2.5.2策略优化首先是单阀控制的优化。机组在单阀控制方式下进行一次调频时，DEH处于 开环控制 状态，调频效果取决于调节阀流量特性。投产初期，由于汽轮机组普遍 存在蒸汽流量与 调节阀开度不完全对应的现象，因此需通过外部修正保证一次调频效果。在不影响UCC次调频基础上，对DEH 次调频的频差因子按调频实 际效果进行系数修正：先选取 几个具有代表性的额定工况，将调频幅度与设定值 的比值作为修正系数，再确定整条一 次调频修正曲线，得到最终的一次调频的频 差因子。其次是顺序阀控制的优化。机组在 顺序阀控制方式下，根据流量指令逐 个或多个开启调节阀，在不影响UCC 次调频基 础上，可以选取几个具有代表 性的额定流量工况和多阀流量切换点，将调频幅度与设定 值的比值作为修正系 数，得到最终的调频因子，再确定DEH侧一次调频修正曲线。2 二次调频2.1 概念二次调频是指当电力系统负荷或发电出力发生较大变化时，一次调频不能恢复 频率至 规定范围时采用的调频方式。二次调频也称为自动发电控制(AGC)是指发电机组提供足 够的可调整容量及一定的调节速率，在允许的调节偏差下实时 跟踪频率，以满足系统频 率稳定的要求。2 丄 2 实现方法二次调频的实现方法有以下两种：(1)电网调频由中心调度所调度员根据负荷 潮流及电 网频率，给各厂下达负荷调整命令，由各发电单位进行调整，实现全网 的二次调频。(2) 采用自动控制系统(AGC)，由计算机(电脑调度员)对各厂 机组进行遥控，来实现调频全过 程，参与该系统的各机组必须具有几路协调控制 系统。2.1.2 调频分类二次调频分为手动调频及自动调频；(1) 手动调频:在调频厂，由运行人员根据系统频率的变动来调节发电机的出 力，使频率 保持在规定范围内，手动调频的特点是反映速度慢,在调整幅度较大时， 往往不能满足频 率质量的要求，同时值班人员操作频繁,劳动强度大。(2) 自动调频;这是现代电力系统采用的调频方式，自动调频是通过装在发电 厂 和调度中心的自动装置随系统频率的变化自动増减发电机的发电出力,保持系 统频率在较 小的范围内波动，自动调频是电力系统调度自动化的组成部分,它具有 完成调频、系统间 联络线交换功率控制、和经济调度等综合功能。2 丄 3 调频特点二次调频是由发电机的同步器来实现的。和自发的有调速器参与的一次调频不 同的是 二次调频是在人工或自动装置的控制下利用同步器平行移动机组的频率 调整静态特性也 就是就是改变表达式P二a+bf中的a的大小来实现分配机组有功 功率的任务，这就是我 们所通常说的“频率调整。二次调频不能改变系统的调差系 数，但是二次调频増加了系 统有功出力的变动范围，在同样的频率变动下,让系统 的负荷总变化量加大了。反过来在 有功变化量相同的时候,通过平移特性曲线， 使得系统的频率变化范围变小。另外二次调 频如果调整的有功増减量完全能抵挡 负荷的増减量，这时候可以实现频率变化量等于 零，这就是无差调节的概念。而这 种情况一次调频是没法完成的。在并联运行的电力系 统中,参与频率调整的发电 机组特别多，但是只有少数机组参与二次调频，而所有的装有 调速器的机组都会参 与一次调频。复杂电力系统中二次调频都是由调度规定的主调频厂 来进行的，这 些电厂一般都投入了电网自动发电控制系统AGC,按照“等微增率准则来 合理分 配有功功率。2.2 调频过程当系统负荷増加时，如不进行二次调整，二次调频后:APL（） 二 OA 二 OC + CB + BA 二 APG KG 西-勺吋KNpi0ocoAAPP/oAo 二（KWo图 3 频率的二次调整AP由图3可知，系统负荷增量L0由三部分组成：由于调速器的调整作用而增大的发电机组功率：CB = -KG 聲次调频）由于调频器的调整作用而增大的发电机组功率：OC二次调频）由于负荷负荷本身的调节作用而减少的负荷功率:BA = -KLAfff（f 为负值）AT当屮。二f时即二次调频増发的功率与系统的负荷增量相等时，则纣频率将始终不变，亦 即实现了无差调节。若系统中有N台机组且由第N台机组担负二次调整任务，即只有一台机组进行二次调整、N台机组进行一次调整，则有：经比较可见，由于n台机组的单位调节功率KGN远大于一台机组的单位调节功率KG,因此，在同样的功率盈亏(肌-氓)下，系统的频率变化要比仅有一台机组时小得多。人=WK+ K“ + K严-逡严需要指出的是电力系统中各发电机均装有调速器，因此每台机组都参与一次调频(除机组满载)；而二次调频只有极少数的发电厂(调频厂)参与。调频厂应满足的条件：(1) 调整的速度应足够快；(2) 调整的容量应足够大；(3) 调整范围内的经济性能应该好；同时要注意系统内及互联系统的协调问题。调频厂的选择原则：(1) 系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂；(2) 当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调频厂。3三次调频三次调频就是协调各发电厂之间的负荷经济分配，从而达到电网的经济、稳定 运行！其实质是完成在线经济调度其目的是在满足电力系统频率稳定和系统安 全的前提下合理 利用能源和设备，以最低的发电成本或费用获得更多的、优质的 电能。4结语文中所述的一次调频、二次调频和三次调频都是为了保证电力系统的频率稳定。一次调 频通常是自发的，当系统输出有功小于负荷需求有功时，系统频率会降低，因为系统中有 大量的电动机负荷，这类负荷会随着频率的降低而降低负荷消耗，当频率降到一定程度后, 负荷需求下降到等于系统输出有功的值.系统供 需平衡，频率稳定在一个值，但已经偏离 50Hz 了。所以一次调频是系统特性的 自发动作，现在也有发电厂的调速器参与到一次调 频，当频率较大幅度降低或升 高时，调速器快速响应做出响应调整，以便于电力系统尽快 恢复到平衡状态，同时让频率变化尽可能小。二次调频则是系统自动跟踪50Hz频率或者 由调度员人 工调整有功输出，从而调整系统频率，重新回到50Hz。我们都知道供电也是 有 质量要求的，其中对于其频率就要求变化范围不超过5%,否则对于一些与频率 有密切 关系的工业就不能正常运行。频率调整就是干这个的，要通过调度电网上 的电力供应与负 荷的平衡，来保证电网的运行频率变化在额定范围内。由此可见电力系统的几个阶段的频率调节对整个系统来讲起着非常重要的作 用，并以 此来保证我们日常生活中的用电可靠性，所以，对于我们而言有着重要 的意义。5 参考文献1范海东，唐龙胜 .一次调频技术及其对协调控制系统的影响卩 .华电技 术 2010(08)2 张秋生梁华，胡晓花基于区域并网的AGC和一次调频控制回路的改进J热力发电.2010(07)3 刘世军，刘江山浅析一次调频与AGC J 新疆电力技术.2008(03) 4沙友平，吕剑虹，张斌，高爱民,何育生，管春雨.直流炉一次调频控制策略研 究与应用卩.中国电力.2003(01)5 罗志浩，张彩.DCS至DEH有功通道的偏差影响及软件修正卩浙江电力.2011(02)6 贺凤英火电机组一次调频功能的实现及应用J 电气传动自动化.2007(01)7施美霖，李红伟十三陵蓄能电厂一次调频性能测试与分析J 水电厂自动化. 2009(01)8毛兰.125MW电调机组一、二次调频功能卩新疆电力.2003(01)9陆颖.供热机组协调控制系统优化卩.江西电力职业技术学院学报. 2011(02)