电力系统有功功率与频率调整.ppt

第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制,三峡大学电气信息学院 李咸善 教授/博士 ,第一节 电力系统有功功率和频率的调整与控制 第二节 电力系统无功功率和电压的调整与控制,第一节 电力系统有功功率和频率的调整与控制,本节需要掌握的主要知识点 负荷的功频特性 发电机的功频特性 系统的功频特性 频率的一次调整过程 频率的二次调整过程 AGC与区域控制误差,第一节 电力系统有功功率和频率的调整与控制,第一部分 提出问题，定性分析 （启发式教案，同学参与讨论）,第二部分 理论及定量分析 （按教材内容进行）,1、电力系统正常运行下，相关情况如何？,功率平衡：PG = P + PL 机组转速：=N, f = fN= 50Hz,答案：电源发出的功率与网络损耗及用户的负荷相平衡，系统中的机组同步运行，系统频率维持在额定频率50Hz。,2、机理分析,功率平衡：PM =PG (忽略损耗） 同步运行：=N, f = fN= 50Hz,PL,3、负荷变化怎么办？（PL增加）,能量始终平衡,输入的水能没有变！增加的能量从哪来？,答案：转子释放机械能，弥补负荷的增加。,转子速度降低，系统频率下降！,系统的频率指标不能满足电能质量要求！怎么办？,4、负荷变化，导致系统频率变化，不满足电能质量要求！怎么办？,调速器,调速器：感受到转速的变化，说明系统负荷发生改变，需要调整水能输入，以满足负荷的要求。转速也将向靠近N变化。,但转速能通过调节，使=N吗？,5、调速器动作，能通过调节，使=N吗 ？,如果能，会发生什么现象？,能:调速器静态特性为无差调节，水电站内部机组的工作点会出现飘移现象，工作点不能唯一确定，机组不能稳定运行。怎么办？,PG =PG1+ PG2,答案：不能。调速器静态特性必须为有差调节，工作点才能唯一确定，机组才能稳定运行。,结论：一次调频。系统负荷发生变化，系统中的所有机组都会释放其转子的动能来满足负荷的变化，导致转速变化，进而使得系统的频率发生变化。机组调速器感受到转速变化后，调节输入的水量或汽量，使得转速逐步恢复，系统频率向额定值靠近。但是，由于调速器的有差调节特性，系统频率不能回到额定值。这是电力系统的固有特性或自然特性。,变化前：PG0=PG1+PG2,一次调频后： PG0 = PG1 + PG2 ,结论：二次调频。在一次调频的基础上，人工或自动调节调频机组的出力，使其完全承担负荷的变化，其他非调频机组的出力都回到负荷变化以前的值，系统频率恢复到了额定值。,6、负荷变化，系统一次调频，频率不能回到额定值！怎么办？,1）变化前：PG0=PG1+PG2,3）二次调频后： PG0 = PG1+ PG2,2）一次调频后： PG0 = PG1+ PG2,第二部分 理论及定量分析 （按教材内容进行）,第一节 电力系统有功功率和频率的调整和控制,一、负荷的有功功率及其频率特性,1、日负荷曲线 实际负荷=预测负荷+随机负荷,2、负荷的频率特性,基准值：,关键点：一个用电设备消耗功率的大小与频率有关。当系统频率发生偏移时，设备消耗负荷会发生改变，改变量的大小通过负荷的频率调节效应系数KL来反映。,2、负荷的频率特性,印象：负荷消耗的有功功率随系统频率的增加而增加。,1、频率调整的必要性 （1）保证电能质量，满足负荷要求； （2）维持系统稳定运行。,二、频率调整的必要性和有功功率平衡,2、有功功率和备用容量 （1）负荷备用； （2）事故备用； （3）检修备用； （4）国民经济备用。,三、发电机组的调速系统和频率的一次调整,功率平衡时,Pe=Pm,=0= N Pe发生变化,功率平衡被打破, 变化,释放转子动能使系统能量守衡。系统频率发生变化。 调速器测量到转速的变化，调整机组的进水量或进汽量，改变Pm，使转速向N靠近,但不能调整到等于N,因为调速器的调节特性为有差调节。,1、调速器的调整过程,2、发电机(调速器)的功频特性,发电机的功频调节系数,发电机的功频特性,3、频率的一次调整,一次调整过程(自然调整过程，系统的固有特性): 系统的负荷发生变化时，系统中所有机组均释放转子动能来平衡系统负荷的变化，导致系统频率变化，紧接着各机组调速器感受到转速变化而调整机组出力，使系统频率有所恢复,由于是有差调节，系统频率不能恢复到fN。,4、系统的功频调节,1）负荷频率调节,2）发电机频率调节,3）系统频率调节,KS系统的功频调节系数， KS越大，频率波动越小。,4）n台机组时，系统的KG计算,仅m台机组参加调频,1、频率的二次调整 由于一次调整是有差调节，f不能恢复到fN。系统中设置调频机组，由其调频器动作，增发功率PL0，完全承担系统负荷的变化，使系统频率恢复到fN。二次调整。负荷频率控制LFC（Load Frequency Control)。 AGC (Automatic Generation Control)：二次调整和三次调整。,四、频率的二次、三次调整及自动发电控制AGC,fN,PG0=PL0,f,A,B,C,P,f,A,二次调整,一次调整,负荷增加 PL0=AB,KA=KGA+KDA PGA PLA,KB PGB PLB,Pab,联络线上的流通功率问题,除了频率需要控制,联络线功率也要控制.,2、区域控制误差(Area Control Error) ACE,AGC的控制方式： 1)恒定频率控制 i=0,Ki=1,ACEi=f 2)恒定净交换功率控制 i=1,Ki=0,ACEi=PTi 3)联络线功率和频率偏差控制 i=1, ACEi=PTi+Kif 若Ki=Ksi，则-Kif为区域i内与f相对应的负荷增量，-PTi为其它区域向区域i输送的净功率增量，则-PTi-Kif实际上是区域i中总的负荷增量PLi。,若，-ACEi=-PTi-Kif=0： 区域i的负荷增量为PLi+PTi, 且PLi+PTi=-Kif， PLi=-PTi-Kif 若，-PTi-Kif=0，则PLi=0。 若，-ACEi=-PTi-Kif0， 则PLi= =-PTi-Kif0，说明本区域负荷增加。 若，-ACEi=-PTi-Kif0， 则PLi= =-PTi-Kif0，说明本区域负荷减小。,不管系统中的负荷如何变化，区域i控制目标为ACEi=0，即PLi=0，实际上