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第五章电力系统频率及有功功率的自动调节1本章摘要本章摘要••第一节第一节电力系统的频率特性电力系统的频率特性••第二节第二节调速器原理调速器原理••第三节第三节电力系统频率调节系统及其特性电力系统频率调节系统及其特性••第四节第四节电力系统自动调频电力系统自动调频••第五节第五节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2一、控制性能评价标准简介•A1,A2标准介绍（1973）A1:控制区域的ACE在任意10min内必须至少过零一次；A2:控制区域的ACE10min内的平均值必须控制在规定的范围Ld内。保证用电负荷与发电、计划交换和实际交换之间的平衡。34一、控制性能评价标准简介•控制ACE的根本目的在于保证电网的频率质量•A1,A2标准的缺陷–未体现出对频率质量的要求–增加了发电机组无谓的调节–在某控制区域发生事故时，与之互联的控制区域在未修改交换计划时，难以做出较大的支援1983年开始研究改进控制性能评价标准，于1996年推出CPS1，CPS2标准，1998年正式实施5二、CPS1，CPS2标准介绍•1、CPS1：要求21minmin10ε≤−Δ⋅−−BFACEAVEAVE互联电网对全年一分钟频率平均偏差的均方根的控制目标值物理意义：当为负时，表示该控制区在这一分钟中是在低频情况下超发电（少受电），或高频情况下少发电（超受电），显然对电网频率是有利的，由于-10B0，，所以不等式成立。若数值较小，不等式仍成立，则表示其影响程度为超出许可范围。minmin−−Δ⋅AVEAVEFACE021εminmin−−Δ⋅AVEAVEFACE6二、CPS1，CPS2标准介绍•CPS2:要求ACE每十分钟的平均值必须控制在规定的范围L10以内–B为控制区域的频率偏差系数–B网是整个互联电网的频率偏差系数–ε10是互联电网对全年十分钟频率平均偏差的均方根值的控制目标值。)10()10(65.11010网BBL−•−⋅⋅=ε1.65的来由：NERC认为控制区ACE十分钟平均值符合正态分布的性质。为了满足频率质量的要求，控制区的ACE十分钟平均值应满足的正态分布。NERC对CPS2合格率的要求是90%以上，根据正态分布的特点，分布在范围内的事件概率为90%，由此用1.65为系数。)10()10(10网BB−•−⋅=εσ)65.1,65.1(σσ+−7三、如何运用CPS标准来评价控制性能•CPS1=(2-CF)*100%，正常运行时，要求CPS1大于100%为合格•当CPS1≥200%时，即CF≤0时，则说明在这段时间内，该控制区的控制行为对互联电网的频率质量有帮助。为充分发挥大电网的优越性，促进事故情况下各控制区之间相互支援，不要求满足CPS2标准。0)(minmin≤Δ⋅Σ−−AVEAVEFACE21minmin10)(ε⋅⋅−Δ⋅=∑−−nBFACECFAVEAVE8三、如何运用CPS标准来评价控制性能•当100%≤CPS1200%时，即0CF≤1时，则有即为正，但110)(021minmin≤⋅⋅−Δ⋅Σ−−εnBFACEAVEAVE)(minmin−−Δ⋅ΣAVEAVEFACE21minmin10)(ε≤⋅−Δ⋅∑−−nBFACEAVEAVE这说明在这段时间内，该控制区的控制行为对电网频率质量是不利的，但仍符合CPS1标准的要求，也就是说其影响程度未超过所允许的范围。此时。需同时满足CPS2标准。如不能满足，则需将ACE十分钟平均值偏离CPS2标准的部分（大于L10的部分），与ACE对电网频率影响的部分（CPS1偏离200%部分，即2-CPS1）结合起来进行评价。9三、如何运用CPS标准来评价控制性能•当CPS1100%时，即CF1时，则有:即为正，且这说明在这段时间内，该控制区的控制行为对电网频率质量是不利的，且不符合CPS1标准的要求，也就是说对电网频率质量的影响已超过了所允许的范围。应结合对CPS2标准的符合情况作评价。110)(21minmin⋅⋅−Δ⋅∑−−εnBFACEAVEAVE∑−−Δ⋅)(minminAVEAVEFACE21minmin10)(ε⋅−Δ⋅∑−−nBFACEAVEAVE10•值得指出的是：在100%和200%这两个关键点中，100%这个关键点是相对的，它与ε1及B的取值有关，即与电网频率质量的要求及控制区域在电网中承担的频率调节责任大小有关；而200%这个关键点则是绝对的，它是区分ACE对电网频率是有帮助还是有影响的“分水岭”。11三、如何运用CPS标准来评价控制性能•将ACE十分钟平均值偏离CPS2标准的部分，与ACE对电网频率影响的全部因素（CPS1偏离200%部分，即2-CPS2）结合起来进行评价。•将ACE十分钟平均值未偏离CPS2标准的部分，与ACE对电网频率质量的影响超过允许范围的部分（CPS1偏离100%的部分，即1-CPS1）结合起来进行评价。12三、如何运用CPS标准来评价控制性能•以CPS1十分钟值和ACE十分钟的平均值为考核点，一天144点。当十分钟CPS1200%时，该点为合格点；当十分钟CPS1200%，且ACE十分钟平均值的绝对值≤L10时，该点为合格点；免于CPS标准考核的时间段，则日合格率统计时该分子分母同时去掉。•CPS2日合格率=合格点数/日总有效点数*100%13四、CPS系列标准较A系列标准的优越性•A1,A2标准未涉及电网频率控制的目标，因而应用在频率控制目标不同的电网中时，需要做一些人为的调整。而CPS标准中对频率的控制目标都有明确的规定，因此可应用于各种频率控制目标的电网。ε1和ε10的数值充分体现了电网之间的差异。美国最小的互联电网得克萨斯电网（1998年最高负荷48588MW）的ε1=0.020HZ,ε10=0.0073Hz;而华东电网（1998年最高负荷32050MW）的ε1=0.035HZ,ε10=0.025Hz14•ε1和ε10参数的设定：这两个参数的设定是实行CPS的重要条件，直接影响到电网频率的质量。北美电网的做法是：对一年的电网频率偏差每1分钟的平均值以及每10分钟的平均值进行统计，算出两者的均方根，在这两个值的基础上，分别作一些调整，作为下一年的控制目标。15四、CPS系列标准较A系列标准的优越性•A标准要求ACE经常过零，对发电机组的调节较频繁，不利于机组的稳定运行；而CPS标准不要求ACE在规定时间内过零，这样可以减少一些不必要的调节，改善机组的运行条件。16四、CPS系列标准较A系列标准的优越性•A标准要求省、市电网严格按Ld控制ACE的十分钟平均值。不利于省、市电网在事故情况下的相互支援，不利于发挥大电网的优越性。CPS标准对各控制区域对电网频率质量的“功过”评价十分明确，特别有利于某一控制区域内发生事故时，其他控制区域对其进行支援，充分发挥大电网的优越性。17四、CPS系列标准较A系列标准的优越性•用A标准评价省、市的控制性能，不能充分揭示负荷波动对电网频率带来的影响；同时，在省、市频率偏差系数确定的情况下，机组较多地投入一次调频，可能会使ACE值增大，因此，影响了省、市开展一次调频工作的积极性。CPS标准的实施，为正确评价省、市控制性能提供了有效的工具，特别使得有较大冲击负荷的省、市开始注意发挥机组一次调频的作用，缓解负荷波动对控制性能造成的影响，大量的机组一次调频投入正常运行，使电网频率质量有了较大幅度的提高。18四、CPS系列标准较A系列标准的优越性•CPS标准的实施，使网、省调度在调频、守联络线交换方面的工作量日益减少，得以腾出更多时间和精力关注电网运行安全问题。•CPS考核办法与ACE考核办法相比，在保持和提高电网频率质量，改善机组调节性能以及发挥大电网联网优势等诸多方面具有较大的优越性，但其对数据采样和处理的要求更高，控制效果的观察与反映不如A系列标准直观、简单，同时可能导致各省市偏离计划电量的增大。19五、互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究FGPIGPEGPPPPPCPSCPSACEIIACEPPCPSIPRΔ−=−=−=++=**10**调节功率比例分量积分分量CPS分量CPS控制策略中的调节功率CPS分量是特地为CPS控制策略而引入的积分分量和比例分量与A1/A2控制策略中相同20比例分量PP积分分量PI用于控制ACE到零用于控制ACE平均值在给定的考核时段内（如10分钟）不超过规定的范围L10，以保证CPS2指标ACE积分值IACE在每个考核时段开始重新累计；当IACE超过给定的下限IMIN时方才引入积分分量PI；为了防止引入过大的积分分量PI，使ACE发生严重偏离，将IACE限制在给定的上限IMAX上。21CPS控制策略中的调节功率五、互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究CPS分量Pcps用于对电网频率恢复提供功率支援PCPS=-10*GCPS*ΔF频率增益系数Gcps的取值非常重要，它有着明确的物理意义，反映了当系统频率偏差达到0.1Hz时，控制区对系统频率恢复提供多大的功率支援CPS控制策略中的调节功率22五、互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究△FACEBACEAEECPS控制策略理想运行平面如果ACE与△F同号,说明此时的ACE不利于频率恢复，CPS分量使AGC产生过调，导致ACE反号。如果ACE与△F已经反号，但对系统频率恢复的支援力度不够，CPS分量使ACE符号不变，数值增加。如果ACE与△F已经反号，且对系统频率恢复的支援力度非常大，CPS分量使AGC产生欠调，保持ACE符号不变，数值减少。23五、互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究△FACEabcdABCCPS控制策略下的调节功率理想的AGC运行区域为了防止支援的功率过大，产生特别大的|ACE|，可对△ACE限幅最大支援力度线，表示在一定的频率偏差△F下，控制区应对系统频率恢复提供的最大功率支援最小支援力度线，表示在一定的频率偏差△F下，控制区应对系统频率恢复提供的最小功率支援理想运行区域24五、互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究最大支援力度线Emaxth=-10*KCPS*ΔFEminth|ACE|Emaxth时，认为|ACE|相对于△F来说并不大，无需改变现有的ACE，令PCPS＝－PP△FACEEmaxth最小支援力度线Eminth=-10*GCPS*ΔFEminth|ACE|Emaxth时，认为|ACE|相对于△F来说已很大，应减少|ACE|，减少的程度只要达到Emaxth即可。令PCPS＝－Emaxth*△F/|△F|当ACE和符号相反时：理想的AGC运行区域25五、互联电网CPS标准下的AGC控制策略研究本章摘要本章摘要••第一节第一节电力系统的频率特性电力系统的频率特性••第二节第二节调速器原理调速器原理••第三节第三节电力系统频率调节系统及其特性电力系统频率调节系统及其特性••第四节第四节电力系统自动调频电力系统自动调频••第五节第五节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27•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。•有功电源的最优组合：系统中发电设备和发电厂的合理组合。包括：机组的最优组合顺序，机组的最优组合数量，机组的最优开停时间。•有功负荷的最优分配：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。28承担急剧变化负荷时与投、退相似，额外耗能、费时一、各类发电厂的运行特点1火电厂支付燃料费用技术最小负荷锅炉25%—70%汽机10%—15%效率与蒸汽参数有关高温高压：效率高、调节范围小中温中压：较前者低、但调节范围大低温低压：指标最差、不用于调节热电厂：抽气供热，效率最高，有不可调节的强迫功率火电厂292水电厂（1）不需燃料费，但一次投资大（2）出力调节范围比火电机组大（3）启停费用低，且操作简单（4）出力受水头影响（5）抽水蓄能（6）必须释放水量－－强迫功率一、各类发电厂的运行特点303核电厂（1）最小技术负荷小，为额定负荷10～15％。（2）启停费用