电力系统正常运行方式的调整与控制

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Ch5 电力系统正常运行方式的调整与控制,主要内容：,1、电力系统频率调整与控制,2、,电力系统电压调整与控制,3、电力系统的经济调度,4、灵活交流输电系统与高压直流输电,1,Ch5 电力系统正常运行方式的调整与控制,难点：,1）调频计算与调压计算,2）水火电厂有功负荷最优分配,3）无功负荷最优补偿,2,5-1 电,力系统有功功率和频率的调整和控制,一、调整频率的必要性,1、频率是衡量电能质量的一个重要指标,由于所有用电设备都是按系统额定频率设计的；系统频率质量的下降将影响各行各业；,电力系统的频率变动对发电厂和电力系统本身会产生不利影响，而且频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电；,2、有功负荷的变动与调整控制,3,0,变化周期10s,3min,5-1 电,力系统有功功率和频率的调整和控制,三次调频-最,优分配,二次调频,一次调频,变化周期小于10s,有功功率的日负荷曲线,4,1、负荷的种类,与频率变化无关的负荷,电阻炉、电弧炉、整流负荷,与频率一次方成正比的负荷,阻力矩为常数的负荷,与频率二次方成正比的负荷,变压器中的涡流损耗,与频率三次方成正比的负荷,通风机、循环水泵,与频率更高次方成正比的负荷（比重很小）,给水泵,二、负荷的有功功率-频率特性,5,2、负荷频率特性数学表达式,二、负荷的有功功率-频率特性,以P,DN,和f,N,为基准值,有功损耗占有功负荷的5-10%。,6,有功负荷的频率静态特性,标么值=1-3,3、负荷的功-频特性及频率调节效应,P,DN,P,0,f,N,f,负荷的,频率,调节效应（系数）,正值,以P,DN,和f,N,为基准值,7,三、发电机组的有功功率-频率特性,1、调速系统工作原理,机械液压调速系统,电气液压调速系统,负荷增加,开大汽门；,负荷减少,减少汽门。,频率的一次调整-有差调整,调速器,固定,同步器,8,电气液压调速系统的原理框图,转速测量,转速给定,功率给定,功率测量,频差放大器,综合放大器,PID校正,功率放大器,电液转换器,油动机,汽轮机,发电机,系统,转速,有功功率,P,G,Pset,f,f,set,9,1、调速系统工作原理,电气液压调速系统的组成,转速测量环节,-将机组的转速转换成电压信号、与给定的转速值相减（经频差放大器）得出频率误差信号。,功率测量环节,-将发电机发出的有功功率转换成电压信号，与给定功率相减并与频率误差同时送入综合放大器进行综合和放大，得出综合误差信号。,10,综合误差信号,11,电气液压调速系统的组成,PID校正（调节）-,实现功率偏差和转速偏差之间的稳态线性关系，并改善控制系统的性能。所得出的信号经过功率放大使之有足够的功率来驱动电液转换器。,电液转换器-,将电信号转换成油压信号使油动机动作，从而改变汽门的开度。,12,2、发电机组的功率-频率静态特性,在自动调速系统作用下，发电机输出功率和频率的关系曲线。,发电机的单位调节功率,正值,P,P,set,0,f,N,f,0,f,发电机组的频率静态特性,13,2、发电机组的功率-频率静态特性,静态调差系数-调差率,0.05?,P,P,set,0,f,N,f,0,f,结论：,调差系数的大小对频率偏移的影响很大。,调差系数（单位调节功率）可以整定：,汽轮发电机组,:,*,=0.04-0.06,K,G*,=25-16.7;,水轮发电机组,:,*,= 0.02-0.04, K,G*,= 50-25,。,14,多台机组的等值单位调节功率,第i台机组的输出功率增量,n台机组输出功率总增量,P,GN,系统n台机组额定功率之和,等值调差系数,15,四、有功功率平衡,1、有功平衡与频率的关系,f,2,f,1,f,A,B,P,D,(f),P,D,(f),P,P,1,P,2,P,G,P,D,P,D0,0,P,G,(f),有功平衡水平的高低决定了系统频率水平的高低。要保持频率水平，需有足够的有功电源的备用容量应付有功负荷的增加。,16,按作用分：,负荷备用、事,故备用、,检修备用、国民经济备用；,按储存形式分：,旋转备用（热备用）,、,冷备用,2-5%最大负荷,5-10%最大负荷,2、备用容量,3、有功电源的最优组合,火力发电厂的特点,支付燃料费用，但不受自然条件影响；,有功出力调节范围小、负荷增减速度慢；,热电厂为不可调节的强迫功率。,17,水电厂的特点,不支付燃料费用，受自然条件影响；,有功出力调节范围宽、负荷增减速度快；,发电用水量按水库综合效益考虑。,抽水出能电厂,具有填谷削峰的作用。,核电站,一次性投资大、运行费用小，运行中不易带急剧变化的负荷，反应堆和汽机组退出和再度投入费时，且消耗能量大。,18,各类发电厂负荷的合理分配,A-水电厂不可调功率；B,水,电厂可调功率；C,热,电厂；D,核,电厂；E,高,温高压凝汽式火电厂；F,中,温中压凝汽式火电厂,19,P,0,f,N,f,电力系统,功-频静态特性,机组,负荷,机组的单位调节功率,小结：功频特性,负荷的频率调节效应,发电机的调差系数,20,五、频率调整的分析和计算,1、频率的一次调整,以系统功-频特性为基础，由调速器实现一次调频,。,运行状态A,-原始平衡状态,运行状态B,-负荷增加后的新平衡状态,f,2,f,1,f,A,B,P,D,(f),P,D,(f),P,P,1,P,2,P,G,P,D,P,D0,0,P,G,(f),电力系统功频静态特性,21,发电机组功率增量：,负荷频率调节效应：,功率增量平衡式：,电力系统功-频特性,1、频率的一次调整,P,N,P,1,P,2,f0,f,2,f,1,f,A,B,P,D,(f),P,D,(f),P,G,P,D,P,D0,0,P,G,(f),P,22,系统的单位调节功率,发电机满载时：K,G,=0,备用容量系数,f,2,f,1,f,A,B,P,D,(f),P,D,(f),P,P,1,P,2,P,G,P,D,P,D0,0,P,G,(f),电力系统功-频特性,23,负荷变化将引起频率变化，产生频率偏差。,系统越大(联网），系统单位调节功率越大，产生偏差越小。,负荷的增量有两部分供给：调速器作用引起发电机多发出的功率，负荷自身的正调节效应随频率下降少取用的功率。,一次调频为有差调节。,求出功率偏差后，可计算每台机组承担的功率增量：,24,小结：一次调频,负荷频率调节效应系数,系统的单位调节功率,多台机组的等值单位调节功率,一台机组的单位调节功率,一次调频,适用于负荷变化幅值小，变化周期短（10s）的负荷。,25,2、频率的二次调整,发电机转速控制机构,伺服电机、蜗轮、蜗杆等,在手动或自动装置控制下，伺服电机即可正转，也可反转，因而使杠杆的D点上升或下降，实现二次调频。,同步器、调频器,调速器,固定,26,二次调频的原理：,利用同步器平移机组功-频特性,负荷增加:功频特性上移；,负荷减少:功频特性下移。,原始运行点A(f,1,),系统负荷增加P,D0,一次调频-B点（f,2,),二次调频-C点(f,2,),二次调频可实现无差调节频率（D点）。,f0,功-频静态特性,P,0,f,2,f,2,f,1,f,P,D,(f),P,G,(f),A,B,C,D,27,二次调频的功率增量平衡方程,f0,负荷调节效应,机组调节效应,同步器调节效应,负荷效应的功率增量,一次调频的功率增量,P,0,f,2,f,2,f,1,f,P,D,(f),P,G,(f),28,结论：,二次调频不能改变系统单位调节功率的值；,二次调频增加了发电机的出力；,可实现无差调节f=0;,相同负荷变化下，二次调频使频率偏移减少。,29,1台或少数几台机组,多台机组并联运行的电力系统,首先，由主调频机组承担负荷的变化，维持f=0;,其次，由配置了调速器的机组按静态特性承担调频；,再次，由负荷的调节效应所产生的功率增量补偿。,30,3、互联系统的频率调整,系统A功率增量平衡式：,系统B功率增量平衡式：,K,A,K,B,A,B,P,AB,P,DA,P,GA,P,DB,P,GB,二次调频,二次调频,31,系统功率缺额,互联网：,32,P,AB,=0的条件：AB都进行二次调频且,P,AB,最大的条件： B不进行二次调频,联络线上的功率最大值,33,互联系统频率调整常采用的三种方式,区域控制误差(Area Control Error),P,Ti,-,区域,i,联络线交换功率偏差；,P,Tspi,-区域,i,的计划交换功率；,i,、,K,i,-偏差系数。,34,互联系统频率调整常采用的三种方式,定频率控制（FFC）：,f,=0,定交换功率控制(FTC)： P,Ti,=0,联络线功率和频率偏差控制（TBC）：,ACE,i,=0,35,上述分析方法可推广到多个系统经联络线组成的互联系统：联络线上的功率，则可由单个系统的频率关系求得。,调频计算例题,36,选讲内容1：AGC（Automation Generation Control）,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，并尽可能实现机组（电厂）间负荷的经济分配。,37,AGC的基本目标,使全系统的出力与负荷相匹配,将电力系统的频率偏差调节到0，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，实现各区域内有功功率的平衡,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LFC,38,AGC的一般过程,跟踪控制,调节控制,机组控制,发电计划,调速器,气轮机,负荷预测,机组组合,水电计划,交换计划,电力系统,发电计划,区域控制误差,机组分组,df,P,G,39,区域控制误差,ACE,i,=,b,i,df+dP,T,I,联络线和频率偏差控制（TBC）,恒定功率控制（CFC）,恒定净交换功率控制（CNIC）,40,AGC对机组功率的分配,AGC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，送出基点功率值；,将消除误差式区域控制误差所需要的调节功率P,R,分配给机组。,41,AGC与其他应用软件的关系,状态估计,机组组合,发电计划,水电计划,负荷预测,AGC,交换计划,安全约束调度,最优潮流,计划,限制,潮流,网损,修正,42,选讲内容2：自动低频减负荷,概述,电力系统频率控制是关系电力系统全局的控制问题.在电力系统事故情况下,当采取各种措施之后仍然不能制止频率下降时,则由低频减载装置自动的切除一部分负荷来达到目的,这就是自动低频减负荷,也称自动低频减载.,43,电力系统频率的动态特性,电力系统频率动态特性主要由系统所有的转动机械决定.由于旋转机械的转动惯量及其距离故障点的电气距离的不同,在系统故障时,系统中各结点(母线)的频率动态特性是不同的.,各结点的频率f,i,将在系统平均频率f,x,附近变化,但偏离的数值不大.因此,可以用f,x,代替f,i,并将系统看成一台等值发电机组来研究f,x,随时间的变化.,44,电力系统频率的动态特性,系统中每台发电机组的转子运动方程:,经验表明：虽然电力系统中电动机的数量远比发电机多,但它们的等效转动惯量却远小于发动机组.故可以只考虑发电机组的转动惯量.,现在取系统所有的发电机的额定功率总和P,Ge,为功率的基准值,则有,45,电力系统频率的动态特性,考虑到可以近似认为f,i,=f,x,上式中,i,*,可以用,X*,代替,则,46,电力系统频率的动态特性,由于,有,以上即系统等值机的频率变化方程式。该方程式没有考虑负荷的频率调节效应,47,电力系统频率的动态特性,若考虑负荷的频率调节效应：,将功率基准换算成为P,Le,：,48,电力系统频率的动态特性,电力系统频率的动态特性如图所示。,该特性为一指数下降曲线,频率下降的稳态值与功率缺额成正比.,49,自动低频减负荷的基本原理,50,自动低频减负荷装置,自动低频减负荷装置控制的是整个系统的频率,而不是系统内某一台发电机组的运行参数,因此ZDPJ装置分散安装在电力系统的各个变电站之中,由它们共同作用来阻止系统频率下降.,51,自动低频减负荷装置,52,自动低频减负荷装置的整定计算,(一),确定最大功率缺额P,qe,发生严重事故时,为了保证系ZDPJ装置动作切除负荷后能使得系统频率恢复到允许值,在计算接入ZDPJ装置的负荷功率之前,必须先确定系统发生故障时功率缺额的最大值.确定最大功率缺额应该考虑系统最不利运行方式下出现最严重故障时的情况.,53,自动低频减负荷装置的整定计算,(二)确定接入ZDPJ装置的负荷中功率P,JH,当系统出现P,qe,时,如果ZDPJ不动作,系,统频率会稳定在f ;如果切除的,负荷功率等于P,qe,则系统的频,率会恢复到f,e,.为了尽量少的切,除负荷.并不要求ZDPJ动作使,系统频率恢复到f,e,只要恢复到,允许频率f,y,.即f,y, f,e,.,54,确定接入ZDPJ装置的负荷中功率P,JH,例13-1 某系统的负荷额定功率P,Le,=1000MW系统可能出现的最大功率缺额为218MW,设负荷调节效应系数为K,L*,=2,自动低频减负荷装置动作后,希望频率恢复到f,Y,=48Hz.求接入自动低频减负荷装置的负荷总功率P,JH,.,解:,55,(三)确定各级(轮)的动作频率,目前自动低频减负荷均采用按系统频率由高到低顺序切除负荷的方法.根据启动频率的不同,将自动低频减负荷装置的动作分为若干级.,为了确定ZDPJ装置的级数,应确定装置的第一级动作频率、最末一级动作频率和相邻两级的动作频率的级差.,56,确定各级(轮)的动作频率,确定第一级动作频率f,1,一般第一级动作频率整定在48.549.0Hz.,确定末级动作频率f,n,末级动作频率以不低于4646.5Hz为宜,确定频率级差,f,对于电磁式频率继电器,f可取0.5Hz.对于数字式频率继电器,可取0.3Hz.,57,确定各级(轮)的动作频率,缩小级差,增加级数,减少每级切除负荷功率的方法已成为自动低频减负荷的一种趋势.,(四)确定动作级数N,在确定首、末级动作频率f,1,、f,n,和频率级差f之后,动作级数N由下式确定:,58,(五)确定每级切除的负荷功率,p,i,右图是ZDPJ装置第,i-1级动作切除负荷之后,系统频率继续下降时的,频率动态特性曲线.第i-1,级动作切除负荷后频率,继续下降可能有三种情,况.,59,确定每级切除的负荷功率 p,i,当第i-1级动作切除负荷之后,由负荷的频率调节效应调节的功率为 P,i,+ P,hi,根据负荷频率调节效应系数K,L*,的定义,有:,将上式的功率写成以系统总负荷功率P,Le,为基准值的标么值,有,60,确定每级切除的负荷功率 p,i,当第i级切除负荷,P,i,以后,系统频率稳定在f,h,这时由负荷频率调节效应调节的功率为,P,hi,.根据负荷频率调节效应系数K,L*,的定义,有:,将上式中的功率P,Le,换成以为基准值的标么值,有,61,确定每级切除的负荷功率,p,i,62,(六)确定延时 t,为了尽快制止频率下降,在系统频率下降到ZDPJ装置的动作值时应尽快切除负荷.但考虑到电力系统电压急剧下降期间有可能引起频率继电器误动作,造成误切负荷,所以在ZDPJ装置的基本级中增加了一个延时 t,以躲过暂态过程可能出现的误动作. t一般取0.5s以下.,63,(七)确定特殊级的有关参数,特殊级的动作频率通常只有一个,其整定值f,t,应大于或者等于第一级的动作频率.,特殊级时通过动作延时实现与基本级间动作的选择性.只有在基本级动作不能使系统频率恢复到希望的频率时,特殊级的执行继电器才能动作.,对特殊级的总功率应按最不利的情况来考虑,即ZDPJ装置切除负荷后系统频率稳定在允许的最低值.,64,