电力系统频率控制课件.ppt
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1、 6.1 电力系统频率调节的必要性电力系统频率调节的必要性 6.1.1 频率对电力用户的影响频率对电力用户的影响 6.1.2 频率对电力系统的影响频率对电力系统的影响 6.1.3 频率调整的必要性频率调整的必要性 1.维持电力系统频率在允许范围之内维持电力系统频率在允许范围之内 2.提高电力系统运行的经济性提高电力系统运行的经济性 第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术 6.2 电力系统频率特性电力系统频率特性 6.2.1 概述概述 电能质量指标:电能质量指标:电压、频率电压、频率和和波形波形。频率偏离一般不超过频率偏离一般不超过0.05Hz0.15Hz。系统频率的变化是由于发电
2、机的负荷与原动机输系统频率的变化是由于发电机的负荷与原动机输入功率之间失去平衡所致。入功率之间失去平衡所致。调频与有功功率的调节是不可分开的。调频与有功功率的调节是不可分开的。电力系统的负荷是不断变化的,而原动机输入功电力系统的负荷是不断变化的,而原动机输入功率的改变较缓慢,因此系统中频率的波动是难免率的改变较缓慢,因此系统中频率的波动是难免的。的。第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术 6.2.2 电力系统负荷的功率电力系统负荷的功率频率特性频率特性 负荷的功率负荷的功率频率特性频率特性 有功负荷与频率的关系:有功负荷与频率的关系:(1)与频率变化无关的负荷;与频率变化无关的负
3、荷;如电阻炉和整流负荷等如电阻炉和整流负荷等 (2)与频率成正比的负荷;与频率成正比的负荷;如切削机床等如切削机床等 (3)与频率的二次方成比例的负荷;与频率的二次方成比例的负荷;变压器中的涡流损耗变压器中的涡流损耗 (4)与频率的三次方成比例的负荷与频率的三次方成比例的负荷;如通风机如通风机 (5)与频率的更高次方成比例的负荷与频率的更高次方成比例的负荷第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术L()PF f23L0LN1LN2LN3LNLNNNNNnnffffPa Pa Pa Pa Pa PffffL23L0123nnPaa fa fa fa fL1LP1f13210naaaaa
4、负荷的频率调节效应系数负荷的频率调节效应系数第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术系统运行中频率在系统运行中频率在48Hz51Hz之之间,有功负荷与频率的关系曲线间,有功负荷与频率的关系曲线接近于一条直线。接近于一条直线。LLtgPKfLLPKfNLLLNfKKP 系统处于运行稳态时,系统处于运行稳态时,系统中有功负荷随频系统中有功负荷随频率的变化特性称为率的变化特性称为负负荷的静态频率特性。荷的静态频率特性。有功负荷的频率静态特有功负荷的频率静态特 所谓所谓联结容量联结容量,是,是指频率、电压等于额指频率、电压等于额定值时,接在电网上定值时,接在电网上的用电设备的实际容的用电设
5、备的实际容量。量。如果联结容量改变,如果联结容量改变,静态特性曲线将上下静态特性曲线将上下移动。移动。1.发电机的功率发电机的功率频率特性频率特性有调速系统的发电机组的功率有调速系统的发电机组的功率频率特性频率特性。第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术GfRP 发电机组的功率发电机组的功率频率静态特性系数频率静态特性系数 GG1PKRf GGPKf 发电机组的调差系数发电机组的静态特性系数原动机的单位调节功率 若机组负荷升高使转若机组负荷升高使转速下降,可以通过伺服速下降,可以通过伺服电动机来提高转速,调电动机来提高转速,调整的结果使原来的功频整的结果使原来的功频静特性静特性2
6、平行右移为特平行右移为特性性1。功频静态特性的平移功频静态特性的平移 若机组负荷降低使转若机组负荷降低使转速升高,则可通过伺服速升高,则可通过伺服电动机来降低机组转速,电动机来降低机组转速,调整的结果使原来的功调整的结果使原来的功频静特性频静特性2平行左移为平行左移为特性特性3.二次调频是由发电机组的转速控制二次调频是由发电机组的转速控制机构机构同步器来实现的。同步器由伺同步器来实现的。同步器由伺服电动机、蜗轮和蜗杆等组成。在人服电动机、蜗轮和蜗杆等组成。在人工或自动装置控制下,依靠伺服电动工或自动装置控制下,依靠伺服电动机的旋转,平行移动发电机组的功率机的旋转,平行移动发电机组的功率-频率特
7、性曲线,来调节系统频率和分频率特性曲线,来调节系统频率和分配机组间的有功功率。配机组间的有功功率。http:/ 负荷增量负荷增量 可分解为三部分:可分解为三部分:由于进行了二次调整发电机组由于进行了二次调整发电机组增发的功率增发的功率 ;0GP由于调速器的调整作用而增由于调速器的调整作用而增加的发电机组功率(图加的发电机组功率(图中中 )df由于负荷本身的调节效应而由于负荷本身的调节效应而减小的负荷功率(图减小的负荷功率(图中中 )efKPPfGL互联系统的频率调整假设假设 、分别为两系统的单位调节功率分别为两系统的单位调节功率;、分别为两系统二次调频的发电功率变量分别为两系统二次调频的发电功
8、率变量;、分别为两系统的负荷变化量分别为两系统的负荷变化量;为联络线上的交换功率变化量,正方向为由为联络线上的交换功率变化量,正方向为由A流流向向B。AKBKGAPGBPDAPDBPABP 对系统对系统A相当于相当于负荷增量,对系统负荷增量,对系统B相相当于发电功率增量。当于发电功率增量。ABP小结v系统频率的变化是由于发电机的负荷与原动系统频率的变化是由于发电机的负荷与原动机输入功率之间失去平衡所致。机输入功率之间失去平衡所致。v调频与有功功率的调节是不可分开的调频与有功功率的调节是不可分开的。f负荷本身也参与了调频(负荷的有功功率和频负荷本身也参与了调频(负荷的有功功率和频率特性)率特性)
9、主要是发电机的调频(自动调速系统)主要是发电机的调频(自动调速系统)(1)一次调频)一次调频(2)二次调频)二次调频联合电力系统的频率控制主要是控制 在计划值 ABP 6.3 电力系统自动调频方法电力系统自动调频方法 积差调节法:根据系统频率偏差的累积值调节频积差调节法:根据系统频率偏差的累积值调节频率的。率的。第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术CCd0diIkPf tPKf t 10d0tCIPKf t 2C0dtIPKf t 21C1d0tItKf tP 10d0tf t21d0ttf t32d0ttf t43d0ttf t244133CC1C2dddtttIItttPK
10、f tf tPKf tP KPPfGL 积差调节法特点积差调节法特点:随着负荷的变化,频率发生变化,产:随着负荷的变化,频率发生变化,产生频率偏差,就不断积累,调频器动作移动调速器调节生频率偏差,就不断积累,调频器动作移动调速器调节特性,改变进入机组的进气特性,改变进入机组的进气(或进水或进水)量,使频率力求恢量,使频率力求恢复额定值,频率调节过程只能在复额定值,频率调节过程只能在f=0时结束。此时系统时结束。此时系统中的功率达到新的平衡。中的功率达到新的平衡。第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术1C12C2nCd0d0d0iiinkPf tkPf tkPf t CdiIiPK
11、f t LC11dnniIiiiPPf tK C1I1dniiniiPf tK LCLI1I1iiniiiPPaPKK每台调频机组承担的计划外负荷 第i台调频机组的有功功率的分配系数i 6.4.3 自动发电控制自动发电控制(AGC)技术技术 1.AGC的总体结构的总体结构 一次调节、二次调节、三次调节(一次调节、二次调节、三次调节(AGC随时随时间调整发电机出力执行发电计划或在非预计的负间调整发电机出力执行发电计划或在非预计的负荷变化积累到一定程度按经济调度原则重新分配荷变化积累到一定程度按经济调度原则重新分配出力)出力)第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术 自动发电控制通过闭
12、环控制系统实现的。自自动发电控制通过闭环控制系统实现的。自动发电控制所需的信息,如频率、发电机组的实动发电控制所需的信息,如频率、发电机组的实发功率、联络线的交换功率、节点电压等从发功率、联络线的交换功率、节点电压等从SCADA获得实时测量数据,计算出各电厂或各获得实时测量数据,计算出各电厂或各机组的控制命令,再通过机组的控制命令,再通过SCADA送到各电厂的送到各电厂的电厂控制器。由电厂控制器调节机组功率,使之电厂控制器。由电厂控制器调节机组功率,使之跟踪跟踪AGC的控制命令。的控制命令。第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术(3)机组控制机组控制:由基本控制回路去调节机由基本
13、控制回路去调节机组,使控制误差为零,组,使控制误差为零,AGC 把信号把信号送到电厂控制器后,再分到各台机组。送到电厂控制器后,再分到各台机组。(1)区域计划跟踪控制区域计划跟踪控制:按计划提按计划提供机组发电基点功率,与负供机组发电基点功率,与负荷预测、机组经济组合、水荷预测、机组经济组合、水电计划及交换功率计划有关,电计划及交换功率计划有关,担负主要调峰任务。担负主要调峰任务。(2)区域调节控制区域调节控制:把区域控制误把区域控制误差差(ACE)调到零,是调到零,是AGC的的核心。功能是核心。功能是AGC计算出消计算出消除区域控制误差除区域控制误差(ACE)各机组各机组需增减的调节功率,将
14、可调需增减的调节功率,将可调分量加到跟踪计划的机组发分量加到跟踪计划的机组发电基点功率上,得到设置发电基点功率上,得到设置发电量发往电厂控制器。电量发往电厂控制器。2.AGC的控制目标与模式的控制目标与模式 1)AGC的控制目标的控制目标 (1)调整系统发电出力与负荷的平衡;调整系统发电出力与负荷的平衡;(2)调整系统频率偏差为零,在正常稳态情况下,保持频调整系统频率偏差为零,在正常稳态情况下,保持频率为额定值;率为额定值;(3)在各控制区域内分配全网发电出力,使区域间联络线在各控制区域内分配全网发电出力,使区域间联络线潮流与计划值相等,实现各地区有功功率的就地平衡;潮流与计划值相等,实现各地
15、区有功功率的就地平衡;(4)在本区域发电厂之间分配发电出力,使区域运行成本在本区域发电厂之间分配发电出力,使区域运行成本最小;最小;(5)在能量管理系统在能量管理系统(EMS)中,中,AGC作为实时最优潮流与作为实时最优潮流与安全约束经济调度的执行环节。安全约束经济调度的执行环节。第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术 2)AGC的控制模式的控制模式 (1)定频率控制方式定频率控制方式(CFC或或FFC)。(2)定联络线交换功率控制方式定联络线交换功率控制方式(CIC或或CNIC)。(3)定频率及定交换功率控制方式定频率及定交换功率控制方式(TBC)。为实现为实现AGC,要求在调
16、度中心计算机上运行,要求在调度中心计算机上运行AGC程序。程序。AGC程序的控制目标是使因负荷变动而产生的区域控制程序的控制目标是使因负荷变动而产生的区域控制差差(ACE)不断减小直至为零。不断减小直至为零。第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术fACEKfACEP fACEPKf 3.AGC的基本功能的基本功能 1)负荷频率控制负荷频率控制(LFC)2)经济调度经济调度(ED)经济调度模块是用来确定最经济的发电调度,以经济调度模块是用来确定最经济的发电调度,以满足给定的负荷水平,使发电成本减少到最小。满足给定的负荷水平,使发电成本减少到最小。AGC所控发电机组的最优负荷由两部分
17、组成所控发电机组的最优负荷由两部分组成(1)机组的经济基点值机组的经济基点值 (2)将发电偏差值按照一组比将发电偏差值按照一组比例系数分配给参加经济调节的发电机组例系数分配给参加经济调节的发电机组 经济调度程序除了周期性的执行外,在出现以下情经济调度程序除了周期性的执行外,在出现以下情况时也会启动执行况时也会启动执行 (1)系统负荷发生重大变化。限值由操作员整定;系统负荷发生重大变化。限值由操作员整定;(2)经济调度机组的运行极限被改变;经济调度机组的运行极限被改变;(3)机组控制模式改变。机组控制模式改变。第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术asfasACE()()PPKff
18、 6.5 电力系统稳定控制装置电力系统稳定控制装置 有功功率平衡关系破坏的主要原因:有功功率平衡关系破坏的主要原因:(1)系统内突然故障,造成大面积切除负荷;系统内突然故障,造成大面积切除负荷;(2)系统之间的联络线故障,断路器跳闸,造成系系统之间的联络线故障,断路器跳闸,造成系统解列;统解列;(3)系统内大机组因故突然退出运行;系统内大机组因故突然退出运行;(4)系统内大量负荷突然投入;系统内大量负荷突然投入;(5)系统内大机组突然投入。系统内大机组突然投入。第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术 6.5.1 常规稳定装置常规稳定装置 (1)低频自起动发电机装置低频自起动发电机
19、装置;(2)低频调相改发电装置低频调相改发电装置;(3)低频降低电压装置低频降低电压装置;(4)低频抽水改发电装置低频抽水改发电装置;(5)自动低频减负荷装置自动低频减负荷装置;(6)高频切机装置高频切机装置;(7)高频减出力装置。高频减出力装置。第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术根据电力系统频率变化过程确定了几个计算点,这些点对应不同的负荷。故障发生前:电力系统频率点1发生功率缺额 频率下降点2:第一级频率控制继电器启动,经过 断开一部分负荷点3:完成顶一次对功率缺额的计算点4:第二级频率控制继电器启动,经过 断开连接于第二级频率控制继电器的负荷ef1t2t1f点5:如果两
20、次切除总负荷足以补偿功率缺额,频率回升,稳定在 如果 系统不装设此装置,系统频率将沿1-下降到最低值32f 6.5.2 微机稳定装置微机稳定装置 1.微机稳定装置的主要特点微机稳定装置的主要特点 (1)抗干扰能力强,不易因为通道干扰而引起误动抗干扰能力强,不易因为通道干扰而引起误动作;作;(2)能自动识别故障类型,避免单相故障造成误切;能自动识别故障类型,避免单相故障造成误切;(3)能部分实时跟踪系统运行方式、判别故障区域、能部分实时跟踪系统运行方式、判别故障区域、评估故障性质、故障严重程度,查询预先设置的评估故障性质、故障严重程度,查询预先设置的策略表,采取对应的稳定措施;策略表,采取对应的
21、稳定措施;(4)根据稳定措施自动执行,无需人工频繁投退连根据稳定措施自动执行,无需人工频繁投退连接片。接片。第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术 2.微机稳定装置的控制原理微机稳定装置的控制原理 (1)信息采集及系统运行方式计算。信息采集及系统运行方式计算。(2)事故对策计算是在实时潮流计算的基础上,设事故对策计算是在实时潮流计算的基础上,设想各种事故,选定减负荷的对象和减负荷数值,想各种事故,选定减负荷的对象和减负荷数值,并在装置上予以整定。并在装置上予以整定。(3)事故决策是系统根据事故跳闸信号,查阅事故事故决策是系统根据事故跳闸信号,查阅事故对策表或立即计算,找出相应的控
22、制对象并立即对策表或立即计算,找出相应的控制对象并立即发出指令。发出指令。要保证稳定控制系统快速而正确地进行紧急控制,要保证稳定控制系统快速而正确地进行紧急控制,控制策略表的生成是技术上的关键。控制策略表控制策略表的生成是技术上的关键。控制策略表的生成可分为的生成可分为“实时计算,实时控制实时计算,实时控制”、“离线离线决策,实时匹配决策,实时匹配”、“在线决策,实时匹配在线决策,实时匹配”等等方案。方案。第第6章章 电力系统频率控制技术电力系统频率控制技术 电压是衡量电力系统电能质量的标准之一。电压是衡量电力系统电能质量的标准之一。7.1 电力系统电压调节的必要性电力系统电压调节的必要性 7
23、.1.1 电压对电力用户的影响电压对电力用户的影响 7.1.2 电压对电力系统的影响电压对电力系统的影响 电力系统电压控制是非常必要的。采取各种措施,电力系统电压控制是非常必要的。采取各种措施,保证各类用户的电压偏移在允许范围内,这就是保证各类用户的电压偏移在允许范围内,这就是电力系统电压控制的目标。电力系统电压控制的目标。第第7章章 电力系统电压调节技术电力系统电压调节技术 7.2 电力系统的无功电源电力系统的无功电源 电力系统的无功电源,除了发电机之外,还有同电力系统的无功电源,除了发电机之外,还有同步调相机,静电电容器、静止无功补偿装置和静步调相机,静电电容器、静止无功补偿装置和静止无功
24、发生器。止无功发生器。GNGNNGNNsintgQSP 7.2.1 发电机发电机 发电机是唯一的有功功发电机是唯一的有功功率电源,又是最基本的率电源,又是最基本的无功功率电源。无功功率电源。发电机在额定状态下运发电机在额定状态下运行时,可发出的无功功行时,可发出的无功功率率第第7章章 电力系统电压调节技术电力系统电压调节技术 7.2.2 调相机调相机 同步调相机相当于空载运行的同步电动机。当它同步调相机相当于空载运行的同步电动机。当它的转子励磁电流刚好为某一特定值时,它发出的的转子励磁电流刚好为某一特定值时,它发出的无功功率恰好为零。这时仅从电网中吸收少量的无功功率恰好为零。这时仅从电网中吸收
25、少量的有功功率用来克服机械旋转阻力,维持同步速度有功功率用来克服机械旋转阻力,维持同步速度空转。空转。当转子励磁电流大于此特定值时,称为过励磁。当转子励磁电流大于此特定值时,称为过励磁。向系统供给感性无功功率起无功电源的作用。向系统供给感性无功功率起无功电源的作用。在欠励磁运行时,它从系统吸取感性无功功率起在欠励磁运行时,它从系统吸取感性无功功率起无功负荷作用。无功负荷作用。同步调相机运行维护比较复杂,一次性投资较大。同步调相机运行维护比较复杂,一次性投资较大。它的有功功率损耗较大,在满负荷时约为额定容它的有功功率损耗较大,在满负荷时约为额定容量的量的1.5%5%,容量越小,百分值越大。,容量
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