第三章-电力系统频率及有功功率的自动调节课件

SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY1 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY本章内容本章内容 3.1 3.1 3.1 3.1 电力系统的频率特性电力系统的频率特性电力系统的频率特性电力系统的频率特性 3.2 3.2 3.2 3.2 调频与调频方程式调频与调频方程式调频与调频方程式调频与调频方程式 3.3 3.3 3.3 3.3 电力系统的经济调度与自动调频电力系统的经济调度与自动调频电力系统的经济调度与自动调频电力系统的经济调度与自动调频 3.4 3.4 3.4 3.4 电力系统低频减载电力系统低频减载电力系统低频减载电力系统低频减载2 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY第一节第一节 电力系统的频率特性电力系统的频率特性3 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY本节内容本节内容一、有功平衡和频率调整一、有功平衡和频率调整一、有功平衡和频率调整一、有功平衡和频率调整二、电力系统的频率特性二、电力系统的频率特性二、电力系统的频率特性二、电力系统的频率特性 4 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY一、一、一、一、有功平衡和频率调整有功平衡和频率调整有功平衡和频率调整有功平衡和频率调整 1.1.对用户的影响对用户的影响（1 1）异步电机转速：纺织工业、造纸工业）异步电机转速：纺织工业、造纸工业（2 2）异步电机功率下降）异步电机功率下降（3 3）电子设备的准确度）电子设备的准确度2.2.对发电厂和电力系统的影响对发电厂和电力系统的影响（1 1）对发电厂厂用机械设备运行的影响）对发电厂厂用机械设备运行的影响（2 2）对汽轮机叶片的影响）对汽轮机叶片的影响（3 3）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无 功消耗。功消耗。（一）电力系统频率变化的影响（一）电力系统频率变化的影响5 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 转矩平衡与功率平衡：转矩平衡与功率平衡：转矩不平衡时转矩不平衡时,转子转转子转 速变化速变化,引起频率变化：引起频率变化：保持频率恒定不变是十分困难的保持频率恒定不变是十分困难的!（二）频率与有功平衡的关系（二）频率与有功平衡的关系6 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY（三）有功功率负荷的变化及其调整（三）有功功率负荷的变化及其调整负荷总的变化情况负荷总的变化情况 随机分量随机分量 脉冲分量脉冲分量 持续分量持续分量7 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷组成：变动负荷组成：（1 1）变动周期小于）变动周期小于10s10s，变化幅度小，变化幅度小:小操作、线路摇摆等小操作、线路摇摆等（3 3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律（2）变动周期在（变动周期在（10s10s，180s180s），变化幅度较大：大电机、电），变化幅度较大：大电机、电 炉启停炉启停调速器调速器频率的一次调整频率的一次调整调频器调频器频率的二次调整频率的二次调整根据预测负根据预测负荷，在各机荷，在各机组间进行最组间进行最优负荷分配优负荷分配电力系统的经济运行调度（发电计划）电力系统的经济运行调度（发电计划）（三）有功功率负荷的变化及其调整（三）有功功率负荷的变化及其调整8 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY（四）有功功率平衡与备用容量（四）有功功率平衡与备用容量备用容量：备用容量：15%15%20%20%作用：作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源 容量应大于发电负荷。容量应大于发电负荷。定义：定义：备用容量备用容量 系统可用电源容量系统可用电源容量 发电负荷发电负荷 有功功率平衡：有功功率平衡：8760t(h)P(MW)发电负荷发电负荷备用容备用容量量新增容新增容量量9 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY按作用分：按作用分：(1)负荷备用：满足负荷波动、负荷备用：满足负荷波动、计划外的负荷增量计划外的负荷增量2%5%(2)事故备用：发电机因故退出事故备用：发电机因故退出运行而预留的容量运行而预留的容量5%10%(3)检修备用：发电机计划检修检修备用：发电机计划检修4%5%(4)国民经济备用：满足工农业国民经济备用：满足工农业超计划增长超计划增长3%5%按其存在形式分：按其存在形式分：(1)热备用热备用(2)冷备用冷备用备用容量的分类备用容量的分类:10 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY（一）负荷的有功功率频率静态特性（一）负荷的有功功率频率静态特性二、电力系统的频率特性二、电力系统的频率特性二、电力系统的频率特性二、电力系统的频率特性11 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY负荷的有功功率频率静态特性简化表达：负荷的有功功率频率静态特性简化表达：当频率偏离额定值不大时当频率偏离额定值不大时，负荷有功频率静态特性用一，负荷有功频率静态特性用一条近似直线来表示。条近似直线来表示。负荷的负荷的频率调节效应系频率调节效应系数数或称为负荷的或称为负荷的频率调频率调节效应节效应，表示负荷随频，表示负荷随频率的变化程度。率的变化程度。12 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY（1 1）静态调差系数静态调差系数:某台机组负荷改变时相应的频率偏移某台机组负荷改变时相应的频率偏移若若2 2为额定运行点，为额定运行点，1 1为空载为空载运行点：运行点：（二）发电机组的有功功率频率静态特性（二）发电机组的有功功率频率静态特性13 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY单位调节功率单位调节功率:调差系数的倒数，表示频率变化时发电机组调差系数的倒数，表示频率变化时发电机组输出功率的变化量。输出功率的变化量。小结：小结：调差系数越小，单位调节功率越大，频率偏移越小。调差系数越小，单位调节功率越大，频率偏移越小。调差系数是可以整定的。调差系数是可以整定的。14 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY（三）电力系统的有功功率频率静态特性（三）电力系统的有功功率频率静态特性PfP1f1ACBP2f215 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY负荷功率的实际增量：负荷功率的实际增量：它同发电机功率增量平衡：它同发电机功率增量平衡：系统的单位调节功率系统的单位调节功率：计及发电机和负荷的调节效：计及发电机和负荷的调节效应时，引起频率单位变化时的负荷变化量。应时，引起频率单位变化时的负荷变化量。PfP1f1ACBP2f216 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY标幺值表示标幺值表示:系统的单位调节功率系统的单位调节功率kr=PGN/PDN为备用系数为备用系数 等式两端同除以等式两端同除以PDN/fN小结：小结：系统中有功功率电源的出力不仅应满足在额定频系统中有功功率电源的出力不仅应满足在额定频率下系统对有功功率的需求，而且应有一定的备用。率下系统对有功功率的需求，而且应有一定的备用。17 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY3.23.2 调频与调频方程式调频与调频方程式18 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY一、频率的一次调整一、频率的一次调整一、频率的一次调整一、频率的一次调整（一）（一）n台装有调速器的机组并列运行时，系统台装有调速器的机组并列运行时，系统频率变化频率变化f f时时n台机组的等值台机组的等值单位调节功率单位调节功率结论：结论：n台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的 单位调节功率。单位调节功率。19 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY一、频率的一次调整一、频率的一次调整一、频率的一次调整一、频率的一次调整把把n台机组用一台等值机代表，等值单位调节功率标幺值台机组用一台等值机代表，等值单位调节功率标幺值代入代入20 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY频频率率的的一一次次调调整整的的计计算算过过程程求出频率偏差求出频率偏差每台机组的功每台机组的功率增量率增量小结：小结：调差系数越小的机组增加的有功输出相对越多。调差系数越小的机组增加的有功输出相对越多。21 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY频率的二次调整：频率的二次调整：通过操作调频器，使发电机组的频率特性通过操作调频器，使发电机组的频率特性平行的移动，从而使负荷变化引起的频率偏移在允许的波动平行的移动，从而使负荷变化引起的频率偏移在允许的波动范围内。范围内。1.1.主调频厂的选择主调频厂的选择调频厂：调频厂：负有二次调频任务的电厂，分为主调频厂和辅助负有二次调频任务的电厂，分为主调频厂和辅助 调频厂。调频厂。调频厂应满足的条件：调频厂应满足的条件：1 1）足够的调整容量）足够的调整容量2 2）较快的调整速度）较快的调整速度3 3）调整范围内的经济性较好）调整范围内的经济性较好二、频率的二次调整二、频率的二次调整二、频率的二次调整二、频率的二次调整22 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY调整容量调整容量:水电厂水电厂 火电厂火电厂中温中压电厂（中温中压电厂（7575）高温高压电厂（高温高压电厂（3030）调整速度：调整速度：水电厂水电厂 火电厂火电厂调频厂选择：调频厂选择：首选：水电厂首选：水电厂 其次：中温中压电厂其次：中温中压电厂23 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY2.2.频率二次调整的过程频率二次调整的过程频率二次调整的过程频率二次调整的过程pf0f1ABf2CEF24 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY频率的二次调整频率的二次调整频率的二次调整频率的二次调整结论：结论：（1）由于二次调频增加了发电机的出力，在同样的频率）由于二次调频增加了发电机的出力，在同样的频率 偏移下，系统能承受的负荷变化量增加了。偏移下，系统能承受的负荷变化量增加了。（2）可以做到）可以做到无差调节无差调节。AE EF FC25 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY多台机组并列运行（三台机组，多台机组并列运行（三台机组，1号机组为主调频机组）号机组为主调频机组）调频机组未动作时调频机组未动作时调频机组动作后调频机组动作后26 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY3 3 互联系统的频率调整互联系统的频率调整互联系统的频率调整互联系统的频率调整27 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY联络线功率联络线功率B系统不参系统不参加二次调整加二次调整28 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY二、各类发电厂的合理组合二、各类发电厂的合理组合二、各类发电厂的合理组合二、各类发电厂的合理组合系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优分配问系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优分配问题，包括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配。题，包括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配。有功电源的最优组合：有功电源的最优组合：系统中发电设备和发电厂的合系统中发电设备和发电厂的合理组合。理组合。有功负荷的最优分配：有功负荷的最优分配：系统中的有功负荷在各个正在系统中的有功负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配。运行的发电设备或发电厂之间的合理分配。29 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY一、一、一、一、各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点1 1 火电厂火电厂（1 1）燃料及运输费用）燃料及运输费用（2 2）有功出力最小限制）有功出力最小限制（3 3）效率与蒸汽参数有关）效率与蒸汽参数有关（4 4）启停时间长且启停费用高）启停时间长且启停费用高（5 5）热电厂总效率较高，但与热负荷相应的输出功率是不可调）热电厂总效率较高，但与热负荷相应的输出功率是不可调节的强迫功率。节的强迫功率。30 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY一、一、一、一、各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点2 2 水电厂水电厂（1 1）不需燃料费，但一次投资大）不需燃料费，但一次投资大（2 2）出力调节范围比火电机组大）出力调节范围比火电机组大（3 3）启停费用低，且操作简单）启停费用低，且操作简单（4 4）出力受水头影响）出力受水头影响（5 5）抽水蓄能）抽水蓄能（6 6）必须释放水量强迫功率）必须释放水量强迫功率31 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY一、一、一、一、各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点3 3 核电厂核电厂（1 1）最小技术负荷小，为额定负荷）最小技术负荷小，为额定负荷10101515。（2 2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高；启停及）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高；启停及急剧调节时，易于损坏设备。急剧调节时，易于损坏设备。（3 3）一次投资大，运行费用小。）一次投资大，运行费用小。32 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY二、各类发电厂的合理组合二、各类发电厂的合理组合二、各类发电厂的合理组合二、各类发电厂的合理组合原则原则（1 1）充分利用水源。）充分利用水源。（2 2）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。（3 3）尽量降低火力发电成本。）尽量降低火力发电成本。33 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY枯水期枯水期丰水期丰水期抽水抽水发电发电34 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY三、电力系统有功功率的最优分配三、电力系统有功功率的最优分配三、电力系统有功功率的最优分配三、电力系统有功功率的最优分配1 1 发电机组的耗量特性：发电机组的耗量特性：反映发电机组单位时间内能量反映发电机组单位时间内能量输入输入和和输出输出关系的曲线。关系的曲线。耗量特性耗量特性35 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY三、电力系统有功功率的最优分配三、电力系统有功功率的最优分配三、电力系统有功功率的最优分配三、电力系统有功功率的最优分配比耗量：比耗量：耗量特性曲线上某点的纵耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，即输入和输出坐标和横坐标之比，即输入和输出之比之比效率：效率：比耗量倒数比耗量倒数耗量微增率耗量微增率：耗量特性曲线上某点：耗量特性曲线上某点切线的斜率，表示在该点的输入增切线的斜率，表示在该点的输入增量与输出增量之比。量与输出增量之比。效率曲线和微增率曲线效率曲线和微增率曲线 36 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY二、目标函数和约束条件二、目标函数和约束条件二、目标函数和约束条件二、目标函数和约束条件有功负荷最优分配的目的有功负荷最优分配的目的：在满足对一定量负荷持续供电的前提下，使发：在满足对一定量负荷持续供电的前提下，使发电设备在生产电能的过程中单位时间内所消耗的能源最少。电设备在生产电能的过程中单位时间内所消耗的能源最少。满足条件：满足条件：等式约束等式约束 f(x、u、d)=0 不等式约束不等式约束 g(x、u、d)0 使使 目标函数目标函数 F=F(x、u、d)最优最优37 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY1 目标函数系统单位时间内消耗的燃料（火电机组）系统单位时间内消耗的燃料（火电机组）该目标函数是各发电设备发出有功功率的函数，该目标函数是各发电设备发出有功功率的函数，描述的是单位时间内能源的消耗量。描述的是单位时间内能源的消耗量。38 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY2 约束条件等式约束等式约束不等式约束不等式约束忽略有功网损忽略有功网损39 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY三、三、三、三、等耗量微增率准则等耗量微增率准则等耗量微增率准则等耗量微增率准则以两台火电机组为例，忽略有功网损；假定各台机组的燃料消耗量和输以两台火电机组为例，忽略有功网损；假定各台机组的燃料消耗量和输出功率不受限制，要求：出功率不受限制，要求：确定负荷功率在两台机组间的分配，使总的燃确定负荷功率在两台机组间的分配，使总的燃料消耗量最小料消耗量最小。等式约束等式约束 目标函数目标函数40 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY三、三、三、三、等耗量微增率准则等耗量微增率准则等耗量微增率准则等耗量微增率准则作图法求解（只有两台机组）作图法求解（只有两台机组）在在OO上找到一点作垂线，上找到一点作垂线，与两条耗量特性曲线的交点与两条耗量特性曲线的交点 间距离最短。间距离最短。在耗量特性曲线具有凸性的情在耗量特性曲线具有凸性的情 况下，况下，两条曲线的切线平行时，燃两条曲线的切线平行时，燃料消耗量最少料消耗量最少。曲线的切线即斜率，就是该点的曲线的切线即斜率，就是该点的耗耗量微增率。量微增率。41 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY切线平行时，斜率相等，也就是耗量微增率相等。这就是等切线平行时，斜率相等，也就是耗量微增率相等。这就是等微增率准则。微增率准则。物理意义物理意义42 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY四、多个发电厂间的负荷经济分配四、多个发电厂间的负荷经济分配四、多个发电厂间的负荷经济分配四、多个发电厂间的负荷经济分配1.1.不计网损的有功最优分配不计网损的有功最优分配目标函数最小：目标函数最小：等式约束条件：等式约束条件：这是多元函数求条件极值问题，可以利用拉格朗日乘数法求解。这是多元函数求条件极值问题，可以利用拉格朗日乘数法求解。构造拉格朗日函数构造拉格朗日函数 43 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY求拉格朗日函数的无条件极值求拉格朗日函数的无条件极值44 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY不等式约束的处理功率上下限约束功率上下限约束 先不考虑该约束条件进行经济分配计算，若发现越限，越限先不考虑该约束条件进行经济分配计算，若发现越限，越限的发电厂按极限分配负荷，其余发电厂再按经济分配。的发电厂按极限分配负荷，其余发电厂再按经济分配。节点电压及无功功率约束节点电压及无功功率约束 在经济功率分配后的潮流计算中处理。在经济功率分配后的潮流计算中处理。例例4845 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY2.考虑网损的有功最优分配等式约束变为等式约束变为目标函数不变目标函数不变拉格朗日函数为拉格朗日函数为经过网损修经过网损修正后的等微正后的等微增率准则增率准则网损修正系数网损修正系数46 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY3.3 3.3 电力系统的经济调度电力系统的经济调度与自动调频与自动调频47 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 微增率：微增率：是指输入耗量微增量与输出功率微增量的比是指输入耗量微增量与输出功率微增量的比值。值。等微增率法则等微增率法则：就是运行的发电机组按微增率相等的：就是运行的发电机组按微增率相等的原则来分配负荷，这样就可使系统总的燃料消耗原则来分配负荷，这样就可使系统总的燃料消耗（或费用）为最小。（或费用）为最小。一、等微增率分配负荷的基本概念一、等微增率分配负荷的基本概念一、等微增率分配负荷的基本概念一、等微增率分配负荷的基本概念48 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY49 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 对应于某一输出功率时的微增率就是耗量特性曲线上对对应于某一输出功率时的微增率就是耗量特性曲线上对应于该功率点切线的斜率，即应于该功率点切线的斜率，即 式中式中 bb耗量微增率（或简称微增率）耗量微增率（或简称微增率）输入耗量微增率；输入耗量微增率；输出功率微增量。输出功率微增量。50 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY51 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 设有设有n n台机组，每台机组承担的负荷为台机组，每台机组承担的负荷为P P1 1，P P2 2，,PnPn，对对应的燃料消耗为应的燃料消耗为F F1 1，F F2 2，FnFn，则总的燃料消耗为则总的燃料消耗为 而总负荷功率而总负荷功率PLPL为为 52 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY用拉格朗日乘子法则来求解用拉格朗日乘子法则来求解取拉格朗日方程取拉格朗日方程式中式中 -总总燃料消耗；燃料消耗；-拉格朗日乘子；拉格朗日乘子；-约束函数。约束函数。这里功率平衡就是相应的约束条件，即这里功率平衡就是相应的约束条件，即 53 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 使总燃料消耗最小的条件是使总燃料消耗最小的条件是（3-313-31）式对功率的式对功率的偏导数为零。即偏导数为零。即 54 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 因因P PL L是常数，同时各机组的输出功率又是相互无关的，所是常数，同时各机组的输出功率又是相互无关的，所以以 55 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 设每台机组都是独立的，那么每台机组燃料消耗只与本身设每台机组都是独立的，那么每台机组燃料消耗只与本身的输出功率有关。因此，上式可写成的输出功率有关。因此，上式可写成 56 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 因此，发电厂内并联运行机组的经济调度准则为：各因此，发电厂内并联运行机组的经济调度准则为：各机组运行时微增率机组运行时微增率b b1,1,b b2,2,bnbn相等，并等于全厂的微相等，并等于全厂的微增率增率。57 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 设有设有n n个发电厂，每个电厂承担的负荷分别为个发电厂，每个电厂承担的负荷分别为P P1 1，P P2 2，PnPn，相应的燃料消耗为相应的燃料消耗为F F1 1，F F2 2，FnFn，则全系统总的燃料消耗则全系统总的燃料消耗为为 总的发电功率与总负荷总的发电功率与总负荷P PL L及线损及线损PePe 相平衡，即相平衡，即二、发电厂之间负荷的经济分配二、发电厂之间负荷的经济分配二、发电厂之间负荷的经济分配二、发电厂之间负荷的经济分配58 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY拉格朗日方程为：拉格朗日方程为：上式对功率的偏导数为零，得：上式对功率的偏导数为零，得：式中式中 -线损修正系数；线损修正系数；-系统微增率；系统微增率；-电厂微增率。电厂微增率。59 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 在考虑线损条件下，负荷经济分配的准则是每个电厂的微增率在考虑线损条件下，负荷经济分配的准则是每个电厂的微增率与相应的线损修正系数的乘积相等。与相应的线损修正系数的乘积相等。为了求得各电厂的微增为了求得各电厂的微增率率bibi，必须计算出线损必须计算出线损pepe（一般事先根据运行工况而选定的线一般事先根据运行工况而选定的线损系数求得），然后算出各电厂的线损微增率损系数求得），然后算出各电厂的线损微增率i i，即即 由上式得由上式得 60 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY（一）（一）概述概述电力系统中发电量的控制，一般分为三种情况电力系统中发电量的控制，一般分为三种情况 由同步发电机的由同步发电机的调速器调速器实现的控制（实现的控制（一次调整一次调整，10S）；）；由自动发电控制（简称由自动发电控制（简称AGC，即英文即英文Automatic Generation Control的缩写）（的缩写）（二次调整二次调整，10S3min）；）；按照经济调度（简称按照经济调度（简称EDC，即英文即英文Economic Dispatch Control）（）（三次调整三次调整，3min）。）。三、自动发电控制（三、自动发电控制（AGC/EDC功能）功能）61 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY（2 2）自动发电控制的基本原理）自动发电控制的基本原理 62 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY（2 2）自动发电控制的基本原理）自动发电控制的基本原理 图中图中P Pzdzd为输电线路功率的整定值，为输电线路功率的整定值，f fzdzd为系统频率整定为系统频率整定值，值，P P为输电线路功率的实际值，为输电线路功率的实际值，f f为系统频率的实际值，为系统频率的实际值，B Bf f为频率修正系数，为频率修正系数，)()(K(S)K(S)外部控制回路，用来根据电外部控制回路，用来根据电力系统频率偏差和输电线路上的功率偏差来确定输出控力系统频率偏差和输电线路上的功率偏差来确定输出控制信号，制信号，P Pc c为系统要求调整的控制信号功率，为系统要求调整的控制信号功率，)()(N N（S S）为内部控制回路，用来控制调整调速器阀门开度，以达为内部控制回路，用来控制调整调速器阀门开度，以达到所需要的输出功率。到所需要的输出功率。63 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY64 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY G1G1、G2G2、G3G3为发电机组；为发电机组；ACEACE称为区域控制误称为区域控制误差，用来根据系统频率偏差以及输电线路功率偏差，用来根据系统频率偏差以及输电线路功率偏差来确定输出控制信号；负荷分配器根据输入的差来确定输出控制信号；负荷分配器根据输入的控制信号大小并且根据等微增率准则或其他原则控制信号大小并且根据等微增率准则或其他原则来控制各台发电机输出功率的大小。来控制各台发电机输出功率的大小。65 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY自动发电控制系统具有四个基本任务和目标：自动发电控制系统具有四个基本任务和目标：使全系统的发电机输出功率和总负荷使全系统的发电机输出功率和总负荷功率相匹配功率相匹配；将电力系统的频率偏差调整控制到零，将电力系统的频率偏差调整控制到零，保持系统频率为额定值；保持系统频率为额定值；控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，以控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，以实现各个区域实现各个区域内有功功率和负荷功率的平衡；内有功功率和负荷功率的平衡；在区域网内各发电厂之间在区域网内各发电厂之间进行负荷的经济分配。进行负荷的经济分配。自动发电控制系统包括两大部分：自动发电控制系统包括两大部分：（1 1）负荷分配器）负荷分配器（2 2）发电机组控制器）发电机组控制器66 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY各台发电机组的设定调整功率按以下公式分配：各台发电机组的设定调整功率按以下公式分配：式中式中 -各台发电机组的设定调整功率；各台发电机组的设定调整功率；-各台发电机的基点经济功率；各台发电机的基点经济功率；-每台发电机的实际输出功率；每台发电机的实际输出功率；-每台发电机的分配系数；每台发电机的分配系数；67 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY 经济负荷分配（经济负荷分配（EDCEDC）每隔五分钟修改一次每隔五分钟修改一次P Pbibi和和i i值，以值，以适应经济调度的要求。有时为了增大加到发电机组上的误适应经济调度的要求。有时为了增大加到发电机组上的误差信号信息，可以使用一个或者多个附加的负荷分配回路，差信号信息，可以使用一个或者多个附加的负荷分配回路，如图如图3-193-19所示。这样的附加分配回路可以用一个分配系数所示。这样的附加分配回路可以用一个分配系数i i来表示，但它与按经济调度调整负荷的来表示，但它与按经济调度调整负荷的“分配系数分配系数i i”不同，它不受经济调度的约束，所以称为调整分配。不同，它不受经济调度的约束，所以称为调整分配。68 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY69 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY自动发电控制（自动发电控制（AGCAGC）的分配方式为的分配方式为 或或 当当ACEACE信息为零时，负荷按经济调度（信息为零时，负荷按经济调度（EDCEDC）分配分配当当ACEACE信息不为零时，信息不为零时，ACEACE功率按功率按 分配分配 70 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY71 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGYN N满足：满足：地区间规定的净交换地区间规定的净交换功率功率P PA A+P+PB B+P+PC C 保持本系统的频率为保持本系统的频率为额定值额定值 72 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGYAGC(Automatic Generation Control)AGC(Automatic Generation Control)目的是使电力系统的出力与负荷相适应，保持目的是使电力系统的出力与负荷相适应，保持频率额定和通过联络线的交换功率等于计划值，频率额定和通过联络线的交换功率等于计划值，并尽可能实现机组（电厂）间负荷的经济分配。并尽可能实现机组（电厂）间负荷的经济分配。73 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGYAGCAGC的基本目标的基本目标的基本目标的基本目标1.使全系统的出力与负荷相匹配使全系统的出力与负荷相匹配2.将电力系统的频率偏差调节到将电力系统的频率偏差调节到0，保持系统频，保持系统频率为额定值率为额定值3.控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，实现各区域内有功功率的平衡实现各区域内有功功率的平衡4.在区域各个电厂间进行负荷的经济分配在区域各个电厂间进行负荷的经济分配第二、三个目标也称为第二、三个目标也称为LFC（Load Frequency Control 负载频率控制）负载频率控制）74 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGYAGCAGC的一般过程的一般过程的一般过程的一般过程跟踪控制跟踪控制调节控制调节控制机组控制机组控制发电计划发电计划调速器调速器气轮机气轮机负荷预测负荷预测机组组合机组组合水电计划水电计划交换计划交换计划电力系统电力系统发电计划发电计划区域控制误差区域控制误差机组分组机组分组dfdfP PG G75 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGYAGCAGC对对对对机组功率的分配机组功率的分配机组功率的分配机组功率的分配AGCAGC对机组功率的分配包括两个部分：对机组功率的分配包括两个部分：按经济调度原则分配计划负荷和计划外负荷，送出基按经济调度原则分配计划负荷和计划外负荷，送出基点功率值；点功率值；将消除误差式区域控制误差所需要的调节功率将消除误差式区域控制误差所需要的调节功率P PR R分配分配给机组给机组76 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGYAGCAGC与其他应用软件的关系与其他应用软件的关系与其他应用软件的关系与其他应用软件的关系机组组合机组组合发电计划发电计划水电计划水电计划负荷预测负荷预测AGCAGC交换计划交换计划安全约束调度安全约束调度状态估计状态估计最优潮流最优潮流计划计划限制限制潮流潮流网损网损修正修正77 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY3.4 3.4 电力系统低频减载电力系统低频减载78 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGYa)事故情况下，系统可能产生严重的有功缺额，因而导事故情况下，系统可能产生严重的有功缺额，因而导致系统频率大幅度下降。致系统频率大幅度下降。b)所缺功率已经大大超过系统热备用容量，只能在系统所缺功率已经大大超过系统热备用容量，只能在系统频率降到某值以下，采取切除相应用户的办法来减少频率降到某值以下，采取切除相应用户的办法来减少系统的有功缺额，使系统频率保持在事故允许的限额系统的有功缺额，使系统频率保持在事故允许的限额之内。之内。c)这种办法称为按频率自动减负荷。中文简拼为这种办法称为按频率自动减负荷。中文简拼为“ZPJH”，英文为英文为UFLS（Under Frequency Load Shedding）。）。一、概述一、概述一、概述一、概述79 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY（1 1）系统频率降低使厂用机械的出力大为下）系统频率降低使厂用机械的出力大为下降，有时可能形成恶性循环，直至频率雪崩。降，有时可能形成恶性循环，直至频率雪崩。（2 2）系统频率降低使励磁机等的转速也相应）系统频率降低使励磁机等的转速也相应降低，当励磁电流一定时，发送的无功功率降低，当励磁电流一定时，发送的无功功率会随着频率的降低而减少，可能造成系统稳会随着频率的降低而减少，可能造成系统稳定的破坏。定的破坏。二、系统频率的事故限额二、系统频率的事故限额二、系统频率的事故限额二、系统频率的事故限额80 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY（3 3）电力系统频率变化对用户的不利影响：）电力系统频率变化对用户的不利影响：频率变化将引起异步电动机转速的变化。频率变化将引起异步电动机转速的变化。系统频率降低将使电动机的转速和功率降低。系统频率降低将使电动机的转速和功率降低。（4 4）汽轮机对频率的限制。）汽轮机对频率的限制。（5 5）频率升高对大机组的影响。）频率升高对大机组的影响。（6 6）频率对核能电厂的影响。）频率对核能电厂的影响。二、系统频率的事故限额二、系统频率的事故限额二、系统频率的事故限额二、系统频率的事故限额81 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY系统频率变化不是瞬间完成的，而是按指数规律变化，其表示式系统频率变化不是瞬间完成的，而是按指数规律变化，其表示式为为 式中式中 -由功率缺额引起的另一个稳定运行频率由功率缺额引起的另一个稳定运行频率 -系统频率变化的时间常数，它与系统等值机组惯性系统频率变化的时间常数，它与系统等值机组惯性常数以及负荷调节效应系数常数以及负荷调节效应系数K KL L 有关，一般在（有关，一般在（4 41010）间。）间。大系统大系统T Tf f较大，小系统较大，小系统T Tf f较小。较小。三、系统频率的动态特性三、系统频率的动态特性三、系统频率的动态特性三、系统频率的动态特性82 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY按频率自动减负荷装置按频率自动减负荷装置“ZPJH”ZPJH”四、自动低频减载的工作原理四、自动低频减载的工作原理四、自动低频减载的工作原理四、自动低频减载的工作原理83 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY“轮轮”：计算点：计算点f f1 1、f f2,2,fn fn 点点1 1：系统发生了大量的有功功率缺额：系统发生了大量的有功功率缺额 点点2 2：频率下降到：频率下降到f f1 1，第一轮继电器起动，经一定时间第一轮继电器起动，经一定时间t t1 1 点点3 3：断开一部分用户，这就是第一次对功率缺额进行的：断开一部分用户，这就是第一次对功率缺额进行的计算。计算。点点3-43-4：如果功率缺额比较大，第一次计算不能求到系统：如果功率缺额比较大，第一次计算不能求到系统有功功率缺额的数值，那么频率还会继续下降，很显然有功功率缺额的数值，那么频率还会继续下降，很显然由于切除了一部分负荷，功率缺额已经减小，所有频率由于切除了一部分负荷，功率缺额已经减小，所有频率将按将按3-43-4的曲线而不是的曲线而不是3-33-3曲线继续下降。曲线继续下降。84 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY点点4 4：当频率下降到：当频率下降到f f2 2时，时，ZPJHZPJH的第二轮频率继电器启动，的第二轮频率继电器启动，经一定时间经一定时间t t2 2后后 点点5 5：又断开了接于第二轮频率继电器上的用户。：又断开了接于第二轮频率继电器上的用户。点点5-65-6：系统有功功率缺额得到补偿。频率开始沿：系统有功功率缺额得到补偿。频率开始沿5 56 6曲线曲线回升，最后稳定在回升，最后稳定在f f(2)(2)。逐次逼近：进行一次次的计算，直到找到系统功逐次逼近：进行一次次的计算，直到找到系统功率缺额的数值（同时也断开了相应的用户）。即率缺额的数值（同时也断开了相应的用户）。即系统频率重新稳定下来或出现回升时，这个过程才会结束。系统频率重新稳定下来或出现回升时，这个过程才会结束。85 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY1 1）保证在系统发生最大可能的功率缺额时，也能断开相应的）保证在系统发生最大可能的功率缺额时，也能断开相应的用户，避免系统的瓦解，使频率趋于稳定。用户，避免系统的瓦解，使频率趋于稳定。2 2）对系统中可能发生的最大功率缺额应作具体分析：有的按）对系统中可能发生的最大功率缺额应作具体分析：有的按系统中断开最大容量的机组来考虑；有的要按断开发电厂系统中断开最大容量的机组来考虑；有的要按断开发电厂高压母线来考虑等。高压母线来考虑等。3 3）系统功率最大缺额确定以后，就可以考虑接于减负荷装系统功率最大缺额确定以后，就可以考虑接于减负荷装置上的负荷的总数。要求恢复频率置上的负荷的总数。要求恢复频率fhffhf可以低于额定频率。可以低于额定频率。4 4）考虑到负荷调节效应，接于减负荷装置上的负荷总功率考虑到负荷调节效应，接于减负荷装置上的负荷总功率PJHPJH可以比最大功率缺额可以比最大功率缺额PqePqe小些。小些。五、最大功率缺额的确定五、最大功率缺额的确定五、最大功率缺额的确定五、最大功率缺额的确定86 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY根据负荷调节效应系数公式根据负荷调节效应系数公式 可以得到可以得到或或式中式中 恢复频率偏差的相对值，恢复频率偏差的相对值，减负荷前系统用户的总功率。减负荷前系统用户的总功率。87 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY例：例：3-3 3-3 某系统的用户总功率为某系统的用户总功率为P Pfhefhe=2800=2800MWMW，系统最，系统最大的功率缺额大的功率缺额PqePqe=900=900MWMW，负荷调节效应系数，负荷调节效应系数K KL L=2=2，自动减负荷动作后，希望恢复频率值自动减负荷动作后，希望恢复频率值f fhfhf=48=48HzHz，求接，求接入减负荷装置的负荷总功率入减负荷装置的负荷总功率P PJHJH。解：减负荷动作后，残留的频率解：减负荷动作后，残留的频率偏差相对值偏差相对值 由由式（式（3-473-47）得得 88 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY89 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY1 1）第一级动作频率）第一级动作频率 一般的一级启动频率整定在一般的一级启动频率整定在49Hz49Hz。2 2）最后一轮的动作频率最后一轮的动作频率 自动减负荷装置最后一轮的动作频率最好不低于自动减负荷装置最后一轮的动作频率最好不低于464646.5Hz46.5Hz3 3）前后两级动作的频率间隔前后两级动作的频率间隔 前后两级动作的时间间隔是受频率测量元件的动作误差前后两级动作的时间间隔是受频率测量元件的动作误差和开关固有跳闸时间限制的。和开关固有跳闸时间限制的。六、各轮动作功率的选择六、各轮动作功率的选择六、各轮动作功率的选择六、各轮动作功率的选择90 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY1)1)系统频率的最后稳定值在最大恢复频率系统频率的最后稳定值在最大恢复频率f fhfhfmaximaxi与与最小恢复最小恢复频率频率f fhfhfminimini之间之间 2)2)（f fhfhfmaximaxif fhfhfminimini）是正比于是正比于ZPJHZPJH第第i i次的计算误差的次的计算误差的 3)3)当当ZPJHZPJH动作后，可能出现的最大误差为最小时，动作后，可能出现的最大误差为最小时，ZPJHZPJH就具就具有最高的选择性。有最高的选择性。4)4)f fhfhfminmin事实上等于特殊轮的动作频率事实上等于特殊轮的动作频率f fdztsdzts 七、各轮最佳断开功率的计算七、各轮最佳断开功率的计算七、各轮最佳断开功率的计算七、各轮最佳断开功率的计算91 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY5)5)一般情况下，各轮的一般情况下，各轮的f fhfhfmaxmaxi i是是不同的，而不同的，而ZPJHZPJH的最终计的最终计算误差则应按其中最大的计算。根据极值原理，显而易算误差则应按其中最大的计算。根据极值原理，显而易见，要使见，要使ZPJHZPJH装置的误差为最小的条件是：装置的误差为最小的条件是：f fhfhfmax1max1=f fhfhfxmaxvxmaxv=f fhfhfmaxmaxn n=f fhfhf0 0 6)6)各轮恢复频率的最大值各轮恢复频率的最大值f fhfhf0 0可考虑如下：当系统频率缓可考虑如下：当系统频率缓慢下降，并正好稳定在第慢下降，并正好稳定在第i i轮继电器的动作频率轮继电器的动作频率f fdzidzi时，时，第第i i轮继电器动作，并断开了相应的用户功率轮继电器动作，并断开了相应的用户功率P Pi i，于是于是频率回升到这一轮的最大恢复频率频率回升到这一轮的最大恢复频率f fhfhfmaxmaxi i。92 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY93 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY1 1）第第i i轮动作后，系统频率稳定在低于恢复频率的低轮动作后，系统频率稳定在低于恢复频率的低 限限f fhfhfminmini i但但又不足使又不足使i i+1+1轮减负荷装置动作轮减负荷装置动作 2 2）特殊轮的动作频率特殊轮的动作频率f fdztsdzts=f fhfhfminmin3 3）它是在系统频率已比较稳定时动作的，因此其动作它是在系统频率已比较稳定时动作的，因此其动作时限可以取系统频率时间常数时限可以取系统频率时间常数T Tf f的的2 23 3倍，一般为倍，一般为151525s 25s 八、特殊轮的功用与断开功率的选择八、特殊轮的功用与断开功率的选择八、特殊轮的功用与断开功率的选择八、特殊轮的功用与断开功率的选择 94 电力系统自动化电力系统自动化 SHANDONG UNIVERSITY OF TECHNOLOGY4 4）特殊轮断开功率可按以下两个极限条件来选择：特殊轮断开功率可按以下两个极限条件来选择：（1 1）当最后第二轮即）当最后第二轮即n n1 1轮动作后，系统频率不回升反而轮动作后，系统频率不回升反而降到最后一轮，即第降到最后一轮，即第n n轮动作频率轮动作频率f fdzndzn附近，但又不足使第附近，但又不足使第n n轮动作时，则在特殊轮动作断开其所接用户功率后，系轮动作时，则在特殊轮动作断开其所接用户功率后，系统频率