ch05-1 电力系统正常运行方式的调整与控制

1Ch5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2Ch5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3§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40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51、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62、负荷频率特性数学表达式)α(:αf:fP:P...])(f/fα)(f/fα)(f/fα[αPPiiNNNNNLN1中所占的比例P在次方成正比的负i与频频率时系统的有功负荷时系统的有功负荷f频率DNDD332310D荷...332210****fffPD二、负荷的有功功率-频率特性以PDN和fN为基准值有功损耗占有功负荷的5-10%。7有功负荷的频率静态特性tgfPKfKPDDDDNNNNPfKffPPfPKDDDD*D*D*//标么值=1-33、负荷的功-频特性及频率调节效应PDNP0fNf负荷的频率调节效应（系数）正值以PDN和fN为基准值8三、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9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PGPsetffset101、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。11综合误差信号偏差系数。、率测量值；与发电机转速相应的频；频率给定值，一般为值；发电机发出功率的测量功率给定值；-KfGiNiffPPf)(fK)P(PUsetGsetsetGGseterr12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。132、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ΔfΔPffPPKGNGGset*1GNNGNGNG*G*G*PfKΔf/f/PΔPΔfΔPK正值PPset0fNf0f发电机组的频率静态特性142、发电机组的功率--频率静态特性静态调差系数---调差率*G**Pf0.05?PPset0fNf0f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,KG*=25-16.7;水轮发电机组:*=0.02-0.04,KG*=50-25。15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),....2,1(nifKPGiGifKfKPPGniGiniGiG11GNGiNniGNNGPPKPfKKGiG1**/niNGiNniGiGGfPKKfPKGi1*121***/1iGiNGNPPKGPGN系统n台机组额定功率之和等值调差系数ΔfΔPKGG16四、有功功率平衡1、有功平衡与频率的关系f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)网络的有功损耗厂用电有功负荷；系统综合负荷；和；所有电厂发出的有功总LSDGLSDGPPPPPPPP0)(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。17•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。18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。19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20***//fPffPPKDNDNDDNNffffPf0********1fPKGGP0fNf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21五、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f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)电力系统功频静态特性22•发电机组功率增量：•负荷频率调节效应：•功率增量平衡式：fKPGGfKPDDfKfKKPPPDGDGDS0)(GDDPPP0电力系统功-频特性1、频率的一次调整PNP1P2△f0f2f1fABPD(f)PD(f)’△PG△PD△PD00PG(f)P23系统的单位调节功率NDNNGNDDGfPKfPKfPKKK*D*G0S*D*G*D*G**D0*SKKkKPPKfPKrDNGN发电机满载时：KG=0备用容量系数fKfKKPPPDGDGDS0)(f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)电力系统功-频特性24fPKKKDDG0S◆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：NGiNiiGiGifPfffKP*125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fPtgKDD***//fPffPPKDNDNDDfPKGiGifPKKGniGiG1GNGiNniGiGPPKK1**fPKKKDDG0S***0**SDGDKKkfPKr一次调频适用于负荷变化幅值小，变化周期短（〈10s）的负荷。**NGNG*f/fP/PfPKGiGi262、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27二次调频的原理：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(f1)•系统负荷增加△PD0一次调频----B点（f2)二次调频----C点(f2’)二次调频可实现无差调节频率（D点）。△f0功-频静态特性P0f2f2’f1fPD(f)PG(f)ABCD28二次调频的功率增量平衡方程fPKDDfPKGG)()(0fKfKPPDGGD△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P0f2f2’f1fPD(f)PG(f)29)()(0fKfKPPDGGDfKfKKfKfKPPDGDGGDS0)()()(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。301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。313、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：KAKBAB△PAB△PDA△PGA△PDB△PGBAAGAABDAfKPPPBBGBABDBfKPPP二次调频二次调频32AAGAABDAfKPPPBBGBABDBfKPPPBAffBABABAGDBAGBGADBDAKKPPKKPPKKPPPPf21)()(BAABBABAGADABGBDBAABKKPKPKKKPPKPPKP)()(系统功率缺额互联网：33•△PAB=0的条件：AB都进行二次调频且•△PAB最大的条件：B不进行二次调频BBAKPKP//ABAGADBDBABKKPPKPP)(联络线上的功率最大值AABAABBAABΔPΔfKKKPKPKPBABAKKPPfDBABPPGADPP34互联系统频率调整常采用的三种方式AABAABBAABPfKKKPKPKPΔΔBABAKKPPf区域控制误差(AreaControlError)spiijijiiiΔΔΔTTTiTiPPPfKPACE△PTi---区域i联络线交换功率偏差；PTspi------区域i的计划交换功率；βi、Ki---偏差系数。35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)：△PTi=0•联络线功率和频率偏差控制（TBC）：ACEi=0fKPACEiTiΔΔiiBAAKKfBPPAABPPΔΔPBfPACEiTiiΔKΔBABAKKPPfAAABPPΔΔfKA36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。iik/Pf调频计算例题37选讲内容1：AGC（AutomationGenerationControl）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。38AGC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