电力系统频率与有功功率自动控制综述.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,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,*,*,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,*,*,电力系统自动化 电力系统频率和有功功率自动控制,主讲教师：刘兴杰,答疑地点：教一楼347,联络方式：7522257;lxj5085,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第1页,3 电力系统频率和有功功率自动控制,了解电力系统频率和有功功率控制主要性；,掌握电力系统负荷调整效应；,了解调速器基本工作原理、调速系统静态调整特征、一次调整和二次调整；,掌握频率调差系数、并联机组间有功功率分配；,了解电力系统频率调整方法、自动发电控制（AGC）原理。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第2页,3.1 电力系统频率和有功功率控制必要性,3.1.1 电力系统频率控制必要性,频率对电力用户影响,电力系统频率改变会引发异步电动机转速改变，转速不稳定会影响产品质量。,系统频率波动会影响一些测量和控制用电子设备准确性和性能。,电力系统频率降低将使电动机转速和输出功率降低。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第3页,3.1,电力系统频率和有功功率控制必要性,频率对电力系统影响,频率下降时，汽轮机叶片振动会变大。,频率下降到一定程度时，可能出现频率瓦解（频率雪崩）。,在核电厂中，当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆停顿运行。,电力系统频率下降时，异步电动机和变压器励磁电流增加，使异步电动机和变压器无功损耗增加，引发系统电压下降。,频率下降还会引发励磁机出力下降，并使发电机电势下降，造成全系统电压水平降低。,可能造成电压瓦解（电压雪崩）,。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第4页,3.1.2 电力系统有功功率控制必要性,维持电力系统频率在允许范围之内,提升电力系统运行经济性,确保联合电力系统协调运行,3.1 电力系统频率和有功功率控制必要性,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第5页,3.2 发电机组调速控制基本原理,3.2.1 发电机组单机运行时调速控制基本原理,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第6页,3.2 发电机组调速控制基本原理,同时发电机转子运动方程,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第7页,3.2发电机组调速控制基本原理,原动机机械转矩M,T,n(f,w),M,T,0,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第8页,3.2发电机组调速控制基本原理,发电机电磁转矩M,G,发电机电磁转矩与电磁功率成正比。发电机输出电磁功率又与负荷频率特征紧密相关。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第9页,3.2发电机组调速控制基本原理,负荷静态频率特征：有功负荷随频率而改变特征称为负荷功率频率特征，即负荷静态频率特征。,负荷种类:,与频率改变无关负荷，如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整流负荷等。,与频率成正比负荷，如切削机床、球磨机、压缩机和卷扬机等。这类负荷占有较大比重。,与频率二次方成百分比负荷，如变压器中涡流损耗。,与频率三次方成百分比负荷，如通风机、静水头阻力不大循环水泵等。,与频率更高次方成百分比负荷，如静水头阻力很大给水泵等。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第10页,3.2发电机组调速控制基本原理,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第11页,3.2发电机组调速控制基本原理,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第12页,3.2发电机组调速控制基本原理,M,0,n,M,T1,M,T2,M,G1,M,G2,a,b,c,n,a,n,b,n,c,负荷减小时,改变原动机,出力后,发电机组调速系统调整原理,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第13页,3.2发电机组调速控制基本原理,3.2.2机组并网运行转速调整,0,f，n,f,1,M,T,，,P,G,M,T1,M,T2,a,b,P,Ga,P,Gb,1,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第14页,3.3 机械液压调速器原理,机械液压调速器基本结构,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第15页,3.3 机械液压调速器原理,调差机构形成,f,AC、F、EB进汽量n A,调差机构数学描述,P,G,(MW),f,(Hz),0,f,z,f,1,f,2,f,f,P,G2,P,G1,2,1,P,Ge,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第16页,3.3 机械液压调速器原理,转速给定原理,机组空载运行时调整机组转速,D EB进汽量n A C、F E,机组并联运行时调整机组有功出力,D EB进汽量n A 基本不动 C、F E,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第17页,3.3 机械液压调速器原理,频率一次调整（一次调频）：当负荷改变时，调速器会自发动作来调整发电机输出动力元素，来抑制频率改变，这种调速器自发调整过程叫频率一次调整（一次调频）。,一次调频后会使电网频率偏离额定值，当频率值偏离额定频率较大时，需要进行频率二次调整。,频率二次调整（二次调频）：经过手动或自动装置改变发电机调速器功率（转速）给定值，调整发电机出力，使频率恢复到额定值过程。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第18页,3.3 机械液压调速器原理,机械液压调速器基本结构,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第19页,3.3 机械液压调速器原理,机组调速系统失灵区及其影响,P,G,(MW),f,(Hz),0,f,1,f,0,f,2,P,G0,2,1,P,W,f,W,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第20页,3.3 机械液压调速器原理,机组调速系统失灵区及其影响,为了使误差功率不致过大，要求发电机组调速系统失灵区不能过大，调差系数不能过小，普通要求机组调速系统失灵区应在0.1%0.5%。,失灵区存在还会使机组调速系统动态调整品质变差。不过，假如失灵区过小或者完全没有，当电力系统频率发生微小波动时，调速器也要动作。这么会调整汽阀动作过于频繁，对机组本身和电力系统频率调整不利。所以，在一些非常灵敏电液调速器中，通常要采取一些技术办法形成一定大小失灵区。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第21页,3.4 其它类型调速器,模拟电气液压调速器：转速和频率测量、转速和功率给定、调整规律实现等均采取电子电路组成，操纵机构依然采取机械液压装置。,数字电液调速器：转速和频率测量、转速和功率给定、调整规律实现等均采取微机实现，操纵机构依然采取机械液压装置。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第22页,3.7 电力系统频率和有功功率控制基本原理,将电力系统内并联运行得全部机组用一台等效机组代替；,将电力系统内全部负荷用一个等效负荷代替；,然后使用发电机组单机带负荷运行时频率和有功功率控制基本原理和方法进行分析和计算。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第23页,3.7 电力系统频率和有功功率控制基本原理,电力系统等效负荷静态频率调整特征,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第24页,3.7 电力系统频率和有功功率控制基本原理,电力系统等效发电机组静态调整特征,f,P,G,P,T,0,f,P,G,f,a,a,P,Ga,f,b,b,P,Gb,f为系统等效机组频率，即电力系统频率；P,G,为系统等效机组发出有功功率，即电力系统内并联运行全部机组发出有功功率总和。忽略机组损耗，等效发电机组发出功率P,G,与等效原动机发出功率P,T,相等，即P,G,P,T,。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第25页,3.7 电力系统频率和有功功率控制基本原理,电力系统频率控制基本原理频率一次调整,P,G,，P,T,，P,L,f,0,P,G,f,A,A,D,C,B,P,L,P,L,P,G,(,f,),P,L,(,f,),P,L,(,f,),P,GA,P,GD,P,GC,f,C,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第26页,3.7 电力系统频率和有功功率控制基本原理,电力系统频率控制基本原理频率二次调整,P,G,，P,T,，P,L,f,0,P,G,f,A,A,D,C,B,P,L,P,L,P,L,(,f,),P,L,(,f,),P,G,(,f,),P,G,(,f,),P,TD,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第27页,3.7 电力系统频率和有功功率控制基本原理,电力系统频率控制基本原理调频电厂选择,电力系统中并联运行发电机组都装有调速器。当系统负荷改变时，有可调容量机组均参加频率一次调整，而二次调整只由部分发电厂负担。,从是否负担频率二次调整任务出发，可将系统中全部发电厂分为调频厂和非调频厂两类。调频厂负责全系统频率调整任务；非调频厂在系统正常运行情况下只按调度控制中心预先安排负荷曲线运行，而不参加频率调整。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第28页,3.7 电力系统频率和有功功率控制基本原理,选择调频电厂时，主要考虑以下原因：,(1)含有足够大容量和可调范围；,(2)允许出力调整速度满足系统负荷改变速度要求；,(3)符合经济运行标准；,(4)联络线上交换功率改变不致影响系统安全运行。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第29页,3.7 电力系统频率和有功功率控制基本原理,电力系统有功功率控制电力系统中有功功率平衡,控制电力系统频率在允许范围之内是经过控制系统内并联运行机组输入总功率等于负荷在额定频率所消耗有功功率实现，即实现有功功率平衡。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第30页,3.7 电力系统频率和有功功率控制基本原理,电力系统有功功率控制电力系统中有功功率平衡,1总负荷；,2随机分量；T10s;一次调频来平衡；,3脉动分量；10sT3min；调度预测安排来平衡；,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第31页,3.7 电力系统频率和有功功率控制基本原理,电力系统有功功率控制并联运行机组间有功功率分配,f,P,G,0,P,G1,(,f,),P,G2,(,f,),f,1,P,G1,P,G2,P,G1,P,G2,f,2,P,G1,P,G2,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第32页,3.7 电力系统频率和有功功率控制基本原理,电力系统有功功率控制并联运行机组间有功功率分配,例题:某系统有两台发电机，P,1e,=100MW,1*,=0.04,P,2e,=50MW,2,*,=0.05,当f=50Hz时，P,1,=80MW,P,2,=30MW。,）画出两机组调差特征。,）当负荷功率为120时系统频率为多少？两机组出力各多少？,）当负荷功率分别为120和150，只靠一号机二次调频能否使频率恢复到50。为何？,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第33页,（）画出两机组调差特征,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第34页,（2）当负荷功率为时系统频率为多少？两机组出力各多少？,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第35页,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第36页,（）当负荷功率分别为和，只靠一号机二次调频能否使频率恢复到。为何？,120MW时能够，因为一号机剩下容量20MW大于负荷增量10MW。,150MW时不能够，因为负荷增量40MW大于一号机剩下容量20MW。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第37页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,自动调频与手动调频相比，不但反应速度快、频率波动小，同时还能够兼顾到其它方面要求，比如实现有功负荷经济分配、保持系统联络线交换功率为定值和满足系统安全经济运行各种约束条件等。所以当代电力系统普遍装设自动调频装置。,主导发电机法仅适合用于小容量电力系统；,虚有差法仅反应频率偏差信号，而且有功功率在多个调频发电厂之间是按固定百分比分配，不能实现经济分配标准，同时也不能控制区域间联络线功率。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第38页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,积差调整法是依据系统频率偏差累积值调整频率。先假定系统中由一台发电机组进行频率积差调整，调整方程式为,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第39页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,积差调整过程,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第40页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第41页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第42页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,改进积差调频法,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第43页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,积差调整法维持系统频率精度取决于各调频机组频差积分信号数值一致性。当采取多个调频电厂调频时，能够采取分散方式，即参加调频电厂各有一套频差信号发生器，就地产生(,k,f)d,t,信号进行调频。为了使各调频厂测得,f,值尽可能一致，防止频差积分差异而造成功率分配上误差，需设置高稳定性晶体振荡标准频率发生器。,为了克服频差积分信号分散产生不一致性，积差调整法频差积分信号也可在电网调度中心集中产生，即装设一套高精度频率发生器集中产生积差信号，确定各调频机组调整量，用远动通道送给各调频机组。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第44页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,电网调度中心把频差积分信号值(,k,f)d,t,经过远动通道送到各调频电厂，厂内配置一台有功功率控制器，用于控制全厂调频机组功率调整量,P,C,。它输入信息，除了调度所送来频差积分信号外，还有当地产生频差,f,和厂内各调频机组输出功率,P,C1,，,P,C2,，等。它输出信号为各调频机组按所对应方程计算各自应发出功率，控制对应机组控制电动机，调整它们功率给定值，该有功功率控制器可用带CPU 数字电子器件组成，它输出信号能够经D/A 转换放大后，接到各控制电动机，也能够输出按百分比调整脉冲。这种集中调频方式优点很显著，但需要远动通道。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第45页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,集中调频方式示意图,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第46页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,伴随电力系统远动技术发展，自20世纪80 年代中期，我国四大电网(华东、东北、华中和华北)和部分省级电网引进了国外SCADA/AGC系统，为我国电网调度自动化系统发展奠定了基础。从1989 年9 月投入运行至今，全国有30 多家省级及以上电网投入了AGC 系统。在互联电力系统运行中，AGC 是一个基本和主要计算机实时控制功效，对于减轻调度员和发电厂运行人员劳动强度，提升联络线交换功率控制精度，提升电网频率质量等方面发挥了很好作用，为当代电力系统安全、优质、经济运行提供了必要技术伎俩。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第47页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,在互联电力系统运行中，各区域应负责调整本区域内功率平衡，当某区域中突然接入新负荷时，整个互联电力系统频率下降。系统中全部机组调整器动作，增加机组出力，使频率提升到某一水平，这时整个电力系统发电机组发电量与负荷到达新平衡。一次调整留下了频率偏差和交换功率偏差，AGC 动作，提升发电功率，使频率恢复到正常值、交换功率到达计划值，这就是所谓二次调整。另外，AGC 将随时间调整发电机组出力执行发电计划，或在非预计负荷改变积累到一定程度时按经济调度标准重新分配出力，这就是所谓三次调整。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第48页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,对AGC 来说，一次调整是系统自然特征，希望快速而平稳；二次调整不但考虑机组调整特征，还要考虑到安全(备用)和经济特征；三次调整则主要考虑安全和经济，必要时能够校验网络时尚安全性。这些调整所设定周期随区域控制误差(ACE)大小而不一样，普通数据采集采样周期为1s2s，自动发电控制(AGC)开启周期为4s8s，经济调度开启周期由几秒钟到几分钟甚至几十分钟。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第49页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,1.AGC总体结构,自动发电控制经过闭环控制系统实现。自动发电控制所需信息，如频率、发电机组实发功率、联络线交换功率、节点电压等从SCADA 取得实时测量数据，计算出各电厂或各机组控制命令，再经过SCADA 送到各电厂电厂控制器。由电厂控制器调整机组功率，使之跟踪AGC控制命令。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第50页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第51页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,计划跟踪环：按计划提供机组发电基点功率，它与负荷预测、机组经济组合、水电计划及交换功率计划相关，担负主要调峰任务。,区域调整控制环：把区域控制误差(ACE)调到零，这是AGC 关键。功效是把AGC 计算出消除区域控制误差(ACE)各机组需增减调整功率，将这一可调分量加到跟踪计划机组发电基点功率上，得到设置发电量发往电厂控制器。,机组控制环：基本控制回路去调整机组，使控制误差为零，在许多情况下(尤其是水电厂)，一台电厂控制器能同时控制多台机组，AGC 把信号送到电厂控制器后，再分到各台机组。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第52页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,2.AGC控制目标与模式,在互联电力系统中，各区域负担各自负荷，各区域调度中心要维持电力系统频率为要求值，维持区域间净交换功率计划值，并实现在线经济负荷分配。,AGC控制目标：(1)调整系统发电出力与负荷平衡。(2)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。(3)在各控制区域内分配全网发电出力，使区域间联络线时尚与计划值相等，实现各地域有功功率就地平衡。(4)在本区域发电厂之间分配发电出力，使区域运行成本最小。(5)在能量管理系统(EMS)中，AGC作为实时最优时尚与安全约束经济调度执行步骤。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第53页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,AGC控制模式：,(1)定频率控制方式(CFC或 FFC),(2)定联络线交换功率控制方式(CIC或CNIC),(3)定频率及定交换功率控制方式(TBC),电力系统频率与有功功率自动控制综述,第54页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,为了实现AGC，要求在调度中心计算机上运行AGC 程序。AGC 程序控制目标是使因负荷变动而产生区域控制差(ACE)不停减小直至为零。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第55页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,3.AGC基本功效,负荷频率控制(LFC),LFC最基本任务就是调整系统频率为额定要求值(如50Hz)或维持各区域之间联络线交换功率为计划值。这主要是经过调整 ACE 参数到零或进入预先要求死区来实现。,ACE 调整过程以下，在一段时间内，联络线计划交换功率和系统频率是不变，而实际交换功率和系统频率则取决于电力系统发电水平和负荷水平。在普通情况下，需要维持当前负荷水平，所以，通常只能经过调整电力系统中可控发电机组出力来改变实际交换功率和系统实际频率大小，从而到达减小ACE 目标。LFC 这一功效称作为ACE 调整。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第56页,3.9 电力系统自动调频和自动发电控制,经济调度(ED)：经济调度模块是用来确定最经济发电调度，以满足给定负荷水平，使发电成本降低到最小。,第一部分即是机组经济基点值。所谓机组基点值就是指机组通常运行点，也即机组通常基本出力，它们是由经济调度(ED)程序计算出来并传递给LFC。普通情况下，ED 程序是每隔一定时间就自动开启一次来计算发电机组经济基点值等参数，所以，一旦经济基点值被计算出来，它们就会在本ED 周期内保持不变，直到ED 程序再次开启。,第二部分是将发电偏差值按照一组百分比系数分配给参加经济调整发电机组，经济分配系数同基点值一样也是由ED程序计算出来并传递给LFC。经济调度(ED)程序除了周期性地执行外，在出现以下情况时也会开启执行：(1)系统负荷发生重大改变。改变限值由操作员整定。(2)经济调度机组运行极限被改变。(3)机组控制模式改变。,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第57页,谢谢！,电力系统频率与有功功率自动控制综述,第58页,