第三章 电力系统频率和有功功率自动控制 (1)

1、1第三章第三章 电力系统频率和有功功电力系统频率和有功功率自动控制率自动控制2第三章第三章 电力系统频率和有功功率自电力系统频率和有功功率自动控制动控制 3.1 电力系统频率和有功功率控制的必要性电力系统频率和有功功率控制的必要性 3.2 发电机组调速控制的基本原理发电机组调速控制的基本原理 3.3 机械液压调速器的基本原理机械液压调速器的基本原理 3.7 电力系统频率和有功功率自动控制的基本思电力系统频率和有功功率自动控制的基本思想想33.1 3.1 电力系统频率和有功功率控制的必电力系统频率和有功功率控制的必要性要性 一、频率控制必要性一、频率控制必要性 （一）频率对电力用户的影响（一）频

2、率对电力用户的影响 （1）电力系统频率变化）电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化会引起异步电动机转速变化，转速不稳定会影响产品质量；电机输出功率变化影响转速不稳定会影响产品质量；电机输出功率变化影响输出功率大小。输出功率大小。 （2）电子测量设备：影响测量精度电子测量设备：影响测量精度。系统频率波动会。系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能，影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能，频率过低时有些设备甚至无法工作。这对一些重要工频率过低时有些设备甚至无法工作。这对一些重要工业和国防是不能允许的。业和国防是不能允许的。 （3）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率

3、电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低降低，导致其所带动机械的转速和出力降低，影响电，导致其所带动机械的转速和出力降低，影响电力用户设备的正常运行。力用户设备的正常运行。43.1 3.1 电力系统频率和有功功率控制的必电力系统频率和有功功率控制的必要性要性 一、频率控制必要性一、频率控制必要性 （二）频率对电力系统的影响（二）频率对电力系统的影响 （1）汽轮机叶片汽轮机叶片：振动、裂纹，影响寿命。频率下降：振动、裂纹，影响寿命。频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为重则可能产生裂纹。对于额定频

4、率为50Hz的电力系统，的电力系统，当频率降低到当频率降低到45Hz附近时，某些汽轮机的叶片可能发附近时，某些汽轮机的叶片可能发生共振而断裂，造成重大事故。生共振而断裂，造成重大事故。 （2）火电厂火电厂：下降到：下降到4748Hz时，低于时，低于48Hz辅助辅助电机（送风、给水、循环、磨煤等）出力下降电机（送风、给水、循环、磨煤等）出力下降锅炉、锅炉、汽轮机出力下降汽轮机出力下降有功出力下降有功出力下降频率进一步下降频率进一步下降恶性循环（频率雪崩）恶性循环（频率雪崩）甚至使整个系统瓦解。甚至使整个系统瓦解。 （3）核电厂核电厂：频率下降：频率下降冷却介质泵跳开冷却介质泵跳开反应堆停反应堆停

5、运。运。 （4）电网电压电网电压：频率下降：频率下降异步机、变压器励磁电流异步机、变压器励磁电流增大，无功损耗增大。发电机励磁电压下降增大，无功损耗增大。发电机励磁电压下降系统电系统电压下降压下降有可能导致系统电压雪崩（大面积停电）有可能导致系统电压雪崩（大面积停电） 53.1 3.1 电力系统频率和有功功率控制的必电力系统频率和有功功率控制的必要性要性二、电力系统有功功率控制必要性二、电力系统有功功率控制必要性维持电力系统频率在运行范围之内维持电力系统频率在运行范围之内111nmlGiLjSkijkPPP=+邋发电发电机发机发出的出的功率功率负荷消耗的功率负荷消耗的功率输配电设备的功率损耗输

6、配电设备的功率损耗63.1 3.1 电力系统频率和有功功率控制的必电力系统频率和有功功率控制的必要性要性二、电力系统有功功率控制必要性二、电力系统有功功率控制必要性提高电力系统运行地经济性提高电力系统运行地经济性第一，为维持频率稳定，应由哪些机组参与调频第一，为维持频率稳定，应由哪些机组参与调频经济组合经济组合第二，确定已并网运行的机组各发多少功率第二，确定已并网运行的机组各发多少功率经济经济分配分配目的：目的： 提高系统运行经济性，消耗最少的能源获得提高系统运行经济性，消耗最少的能源获得最多的电能最多的电能考虑因素：考虑因素：应考虑机组效率、各类型机组的协调、应考虑机组效率、各类型机组的协调

7、、系统网损等系统网损等73.1 3.1 电力系统频率和有功功率控制的必电力系统频率和有功功率控制的必要性要性二、电力系统有功功率控制必要性二、电力系统有功功率控制必要性保证联合电力系统地协调运行保证联合电力系统地协调运行互联电力系统已在全国形成互联电力系统已在全国形成联合电力系统的分区控制，要求不同区域系统间交联合电力系统的分区控制，要求不同区域系统间交换的电功率和电量按事先约定的协议进行换的电功率和电量按事先约定的协议进行有功功率控制要对不同区域系统联络线上的功率和有功功率控制要对不同区域系统联络线上的功率和电量实行控制电量实行控制83.2 3.2 发电机组调速控制基本原理发电机组调速控制基

8、本原理 一、发电机组单机运行调速控制基本原理一、发电机组单机运行调速控制基本原理 发电机组发电机组=发电机发电机+原动机，简称原动机，简称机组机组 机组单机不并网运行时，频率与机组转速机组单机不并网运行时，频率与机组转速关系为：关系为：f=p*n/60 （3-1）式中：式中：f频率，频率，Hz；p发电机转子极对发电机转子极对数；数；n机组转速，机组转速，r/min。93.2 3.2 发电机组调速控制基本原理发电机组调速控制基本原理 一、发电机组单机运行调速控制基本原理一、发电机组单机运行调速控制基本原理 发电机转子运动方程发电机转子运动方程 （3-2） 式中式中 J机组转子转动惯量，机组转子转

9、动惯量，kgm； 机组转子的机械角加速度，机组转子的机械角加速度，rad/s2； 机组转子的机械角速度，机组转子的机械角速度，rad/s； t时间，时间，s； MT原动机产生的机械转矩，原动机产生的机械转矩，Nm； MG发电机的电磁转矩，发电机的电磁转矩，Nm。TGdJJMMdt103.2 3.2 发电机组调速控制基本原理发电机组调速控制基本原理McMG2bnbncnnaMG1aMT1MT2MT30113.2 3.2 发电机组调速控制基本原理发电机组调速控制基本原理 一、发电机组单机运行调速控制基本原理一、发电机组单机运行调速控制基本原理 单机运行时，假设负荷减少，则单机运行时，假设负荷减少，

10、则MG减小，减小，由（由（3-2）知，）知， 将增大，将增大，n增大，代入（增大，代入（3-1），），f增加。增加。 如果减少如果减少MT，如果选择合适，就能使，如果选择合适，就能使 回回到原位，保持不变。到原位，保持不变。 因此，因此，单机运行，改变原动机出力可以调单机运行，改变原动机出力可以调节机组转速，即改变机组频率节机组转速，即改变机组频率。123.2 3.2 发电机组调速控制基本原理发电机组调速控制基本原理 二、发电机组并网运行调速控制二、发电机组并网运行调速控制 并网运行，机组容量相对电网微不足道，并网运行，机组容量相对电网微不足道，那么，改变原动力出力还能改变系统频率那么，改变原

11、动力出力还能改变系统频率吗？吗？ 思考：增加原动机出力，改变的是那个思考：增加原动机出力，改变的是那个量？量？133.2 3.2 发电机组调速控制基本原理发电机组调速控制基本原理PGbbn, ff1aMT1MT20MT,PGPGa143.2 3.2 发电机组调速控制基本原理发电机组调速控制基本原理 二、发电机组并网运行调速控制二、发电机组并网运行调速控制 并网运行，机组容量相对电网微不足道，并网运行，机组容量相对电网微不足道，因此，改变原动力出力不能改变系统频率。因此，改变原动力出力不能改变系统频率。 思考：增加原动机出力，改变的是那个量？思考：增加原动机出力，改变的是那个量？ 提示：电厂提示

12、：电厂 结论：有功增大。结论：有功增大。 因此，改变调速器出力（原动力出力），因此，改变调速器出力（原动力出力），不能改变频率，调节的是有功。不能改变频率，调节的是有功。15第三节第三节 机械液压调速器的基本原理机械液压调速器的基本原理1617一、机械液压调速器的基本结构一、机械液压调速器的基本结构l 测速机构测速机构齿轮传动机构齿轮传动机构离心飞摆离心飞摆l 放大执行机构放大执行机构错油门错油门/油动机油动机l 转速给定装置转速给定装置同步器同步器l 调差机构调差机构以以C为支点杠杆为支点杠杆第三节第三节 机械液压调速器的基本原理机械液压调速器的基本原理18二、机械液压调速器的工作原理二、机

13、械液压调速器的工作原理工作原理工作原理-单机单机AA CCF EFE错油门活错油门活塞塞油动机油动机汽汽门开度变大门开度变大BB 进汽量增加进汽量增加AA CC EE错油门活错油门活塞堵死塞堵死调节结束调节结束ACFEAB1920二、机械液压调速器的工作原理二、机械液压调速器的工作原理分析分析从以上分析可以看出，调节完成后，只能稳从以上分析可以看出，调节完成后，只能稳定在定在A位置，并未回到原处，位置，并未回到原处，“有差调节有差调节”。称之为称之为“一次调节一次调节”。通过改变通过改变通过同步器中控制电机改变通过同步器中控制电机改变D D点的点的位置，就可以达到将调速器特性上下平移的位置，就

14、可以达到将调速器特性上下平移的目的。称之为目的。称之为“二次调节二次调节”。 21二、机械液压调速器的工作原理二、机械液压调速器的工作原理分析分析DA、B、C、F来不及来不及动动E油油动机上升动机上升汽门开度加汽门开度加大大进汽量进汽量增大增大AC、FE转转速升高速升高ABAB22二、机械液压调速器的工作原理二、机械液压调速器的工作原理l 思考，并网过思考，并网过程机组调频过程机组调频过程。程。l D A、B、C、F来不及动来不及动E油动机油动机上升上升汽门开汽门开度加大度加大进汽进汽量增大量增大A不不动动C、FE B转速不变，转速不变，输出功率增大输出功率增大AB23调差系数定义调差系数定义

15、 同步发电机的频率调差同步发电机的频率调差系数系数 ( (Hz/MW)负号表示发电机输出功率的负号表示发电机输出功率的变化和频率的变化符号相反。变化和频率的变化符号相反。 调差系数的标幺值表示为调差系数的标幺值表示为*/eG eG eGfffPPP baGbGaGfffPPP 上式上式又称为发电机组的静态调节方程。又称为发电机组的静态调节方程。*空满efff?fPGfPG ,PT0faaPGafbbPGb24三、机组调速系统的失灵区及其影响三、机组调速系统的失灵区及其影响（一）失灵区的形成（一）失灵区的形成 l 由于测量元件的不灵敏性，对微小的转速变化不能反由于测量元件的不灵敏性，对微小的转速

16、变化不能反应，调速器具有一定的失灵区，因而调节特性实际上应，调速器具有一定的失灵区，因而调节特性实际上是一条带状的区域是一条带状的区域 25三、机组调速系统的失灵区及其影响三、机组调速系统的失灵区及其影响（一）失灵区的形成（一）失灵区的形成 l 失灵区的宽度可以用失灵度失灵区的宽度可以用失灵度来描述，即来描述，即 式中式中 fW 调速器的最大频率呆滞调速器的最大频率呆滞 ewff26三、机组调速系统的失灵区及其影响三、机组调速系统的失灵区及其影响由图由图3-53-5可得，可得，以标幺值形式表示，有以标幺值形式表示，有即即WWfP*/WeWWGeWWfffPPPP*WP271 1）PW*与失灵度

17、与失灵度成正比，成正比，而与而与调差系数成反比。过调差系数成反比。过小的调差系数将会引起较小的调差系数将会引起较大的功率分配误差，所以大的功率分配误差，所以不能太小。不能太小。2 2）如果灵敏区太小或完全）如果灵敏区太小或完全没有，那么当系统频率发没有，那么当系统频率发生微小波动时，调速器也生微小波动时，调速器也要调节，这样会使阀门的要调节，这样会使阀门的调节过分频繁。调节过分频繁。 （二）失灵区的影响（二）失灵区的影响28第七节第七节 电力系统频率和有功功率自电力系统频率和有功功率自动控制的基本原理动控制的基本原理 一、电力系统负荷的静态频率特性一、电力系统负荷的静态频率特性29一、电力系统

18、负荷的静态频率特性一、电力系统负荷的静态频率特性 电力系统负荷类型：电力系统负荷类型： a) 与与 f 无关无关的负荷：照明、电弧炉、电阻炉、整的负荷：照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等；流负荷等； a0 b) 与与 f 成正比成正比的负荷：切削机床、球磨机、往复的负荷：切削机床、球磨机、往复式水泵、压缩机、卷扬机等；式水泵、压缩机、卷扬机等； a1 c) 与与 f2成正比成正比的负荷：的负荷： 变压器的涡流损耗（在系变压器的涡流损耗（在系统中比重很小）；统中比重很小）； a2 d) 与与f3成正比成正比的负荷：的负荷： 通风机、循环水泵（小阻通风机、循环水泵（小阻力静水头）；力静水头）； a3

19、 e) 与与fn成正比成正比的负荷：的负荷： 给水泵（大阻力静水头）给水泵（大阻力静水头） an 。 301)1)电力系统中各种有功负荷与频率的关系：电力系统中各种有功负荷与频率的关系：电力系统负荷功率与频率的关系一般可表示为电力系统负荷功率与频率的关系一般可表示为 式中式中 额定频率额定频率 系统频率为系统频率为f 时，整个系统的有功负荷时，整个系统的有功负荷 系统频率为额定值系统频率为额定值 时，整个系统的有时，整个系统的有功负荷功负荷 为上述各类负荷占为上述各类负荷占 的比例系数的比例系数, ,和为和为1 1 neLeneLeeLeLeLffPaffPaffPaPaP)()()(2210

20、 efLPLePefnaaa,.1,0LeP31 将上式除以将上式除以 ，则得标么值形式，即，则得标么值形式，即 通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，如通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，如忽略其影响，并将上式对频率微分，得忽略其影响，并将上式对频率微分，得 称为称为负荷的调节效应系数负荷的调节效应系数。 LePnnLfafafaaP*2*2*10* *2*3*21*32LLKfafaadfdP*LKLeeLeLeLLPfKffPPfPK/*思考：与哪些思考：与哪些因素相关因素相关1)1)电力系统中各种有功负荷与频率的关系：电力系统中各种有功负荷与频率的关系：32一、电力系统负荷的

21、静态频率特性一、电力系统负荷的静态频率特性2 2）负荷调节效应）负荷调节效应l当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变，即要随着改变，即l这种有功负荷随频率而改变的特性叫做这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷负荷的功率的功率频率特性频率特性，是负荷的静态频率特性，是负荷的静态频率特性，也称作也称作负荷的调节效应负荷的调节效应。)( fFPL33一、电力系统负荷的静态频率特性一、电力系统负荷的静态频率特性2 2）负荷调节效应）负荷调节效应a0=0.3,a1=0.4,a2=0.1,a3=0.2a0=0.3,a1=0.4,a2=0.1,a3=0.234

22、当系统当系统频率下降频率下降时，负时，负荷从系统吸收的荷从系统吸收的有功功率有功功率也将下降也将下降当系统当系统频率升高频率升高时，负时，负荷从系统吸收的荷从系统吸收的有功功率有功功率也将增加也将增加2）负荷调节效应）负荷调节效应35说明：说明： 1 1）负荷调节效应能起到减轻系统能量不平衡的）负荷调节效应能起到减轻系统能量不平衡的作用。作用。2 2）称）称 为负荷的频率调节效应系数。为负荷的频率调节效应系数。 3 3） 表明系统频率变化表明系统频率变化1%1%时，负荷功率变化的时，负荷功率变化的百分数。百分数。 4 4）对于不同的电力系统，）对于不同的电力系统， 值也不相同。一般值也不相同。

23、一般 =1=13 3。即使是同一系统的。即使是同一系统的 ，也随季度及昼夜，也随季度及昼夜交替导致负荷组成的改变而变化。交替导致负荷组成的改变而变化。 *LK*LK*LK*LK2）负荷调节效应）负荷调节效应36例例3-1 3-1 某电力系统中，与频率无关的负荷占某电力系统中，与频率无关的负荷占3030，与频率一次方成比例的负荷占与频率一次方成比例的负荷占4040，与频率二，与频率二次方成比例的负荷占次方成比例的负荷占1010，与频率三次方成比，与频率三次方成比例的负荷占例的负荷占2020。求系统频率由。求系统频率由50Hz50Hz下降到下降到48Hz48Hz时，负荷功率变化的百分数及其相应的负

24、时，负荷功率变化的百分数及其相应的负荷调节效应系数荷调节效应系数KL*值。值。一、电力系统负荷的静态频率特性一、电力系统负荷的静态频率特性37解解 频率将到频率将到48Hz48Hz时，时，f* *=48/50=0.96=48/50=0.96， f* *=0.04=0.04 则由则由（3-52）式式可求出当频率下降到可求出当频率下降到48Hz48Hz时系时系统的负荷为统的负荷为 则则 于是于是 nnLfafafaaP*2*2*10* 3296.02.096.01.096.04.03.0953.0047.0953.01LP175.104.0047.0%*fPKLL2 . 12 . 0*31 . 0

25、*24 . 0*LK由（由（3-57）式）式可求出可求出两者两者相差相差不大不大38例例3-2 3-2 一电力系统总负荷为一电力系统总负荷为3 3，000MW000MW，KL*=1.5,=1.5,正常运行时频率为正常运行时频率为50Hz50Hz，假定此，假定此时系统全部发电机满载运行。若系统在时系统全部发电机满载运行。若系统在发生某一事故时失去了发生某一事故时失去了300MW300MW的发电出力，的发电出力，求系统频率将下降到多少？求系统频率将下降到多少？39解解 PL*=PL/PLe=300/3000=0.1 则由则由（3-56）式式可得可得 即即 f =0.06750=3.35Hz 则系统

26、频率将下降到则系统频率将下降到f=50-3.35=46.65Hz 067.05.11.0*LLKPf若系统发电总功若系统发电总功率为率为3200MW，频率将下降到多频率将下降到多少少40二、电力系统等效发电机组的静态调节特性二、电力系统等效发电机组的静态调节特性 并联运行所有发电机并联运行所有发电机一台等效发电机组一台等效发电机组 电力系统内所有负荷电力系统内所有负荷一个等效负荷一个等效负荷 假定等效机组的调差系数为假定等效机组的调差系数为 （或（或 *），那），那么就有机组的单位调节功率为么就有机组的单位调节功率为KG=1/ =PG/ f (MW/Hz) 或或 KG*=1/ =PG*/ f*

27、41图图3-33 等效发电机组的静态调节特性等效发电机组的静态调节特性图中图中PG、PT分别表示等效发电机和等效原动分别表示等效发电机和等效原动机输出的功率机输出的功率二、电力系统等效发电机组的静态调节特性二、电力系统等效发电机组的静态调节特性fPGfPG ,PT0faafbbPGaPGb42三、电力系统频率控制的基本原理三、电力系统频率控制的基本原理（一）频率的一次调整（一）频率的一次调整定义：在电网负荷发生变化时，依靠定义：在电网负荷发生变化时，依靠发电机发电机的调速器的调速器以及以及负荷的调节效应负荷的调节效应的共同作用而的共同作用而使电网在新的频率下稳定运行的使电网在新的频率下稳定运行

28、的自动调整自动调整过过程（方法），称为频率的一次调整（一次调程（方法），称为频率的一次调整（一次调频）。频）。注意：一次调频是调速器的自动调节，没有注意：一次调频是调速器的自动调节，没有手动和自动调频的作用。手动和自动调频的作用。43频率的一次调整过程频率的一次调整过程fPG PT PLAPL( f )负荷的静态频率特性负荷的静态频率特性等效发电机静等效发电机静态调节特性态调节特性PL( f )PG( f )，PT(f)DPG( f ),PT(f)PGD( f )PLD( f )PGA( f )PTA( f )PLA( f )fABfBfCCPGC( f )PTC( f )PLC( f )fB

29、fCf1PLPGPL44频率的一次调整过程频率的一次调整过程 正常运行稳定于正常运行稳定于A点，忽略机组损耗有：点，忽略机组损耗有：PTA=PGA=PLA 负荷负荷PL突然增大，负荷曲线由突然增大，负荷曲线由PL (f)变为变为 PL (f)，实际负荷也将由，实际负荷也将由PLA增加到增加到PLD； 动态过程简述：负荷变化瞬间，动态过程简述：负荷变化瞬间，f不变（仍不变（仍为为fA），），PGD=PLD，但原动机输入功率，但原动机输入功率PT来来不及改变（仍为不及改变（仍为PTA），导致发电机输入、输），导致发电机输入、输出间出现功率缺额：出间出现功率缺额：PTAPLD=dw/dt=d(J2/

30、2) /dt=J d/dt0 发电机转速将降低，释放动能弥补功率缺额。发电机转速将降低，释放动能弥补功率缺额。45频率的一次调整过程频率的一次调整过程 假设没有安装调速器（假设没有安装调速器（PT保持不变）：发电保持不变）：发电机转速机转速n下降下降 f下降，负荷调节效应使得负下降，负荷调节效应使得负荷功率减少，功率缺额逐渐减少，速度下降减荷功率减少，功率缺额逐渐减少，速度下降减慢，经过动态过程后最终稳定于慢，经过动态过程后最终稳定于B点。可见，点。可见，无调速器时频率下降幅度较大。无调速器时频率下降幅度较大。 安装调速器：功率缺额将由负荷调节效应和安装调速器：功率缺额将由负荷调节效应和调速器

31、共同弥补。调速器共同弥补。 负荷调节效应作用：负荷调节效应作用： f下降使得负荷有功从下降使得负荷有功从PLD降为降为PLC （DC） ： PL=KLf。 调速器作用：调速器作用使发电机出力增大调速器作用：调速器作用使发电机出力增大（ AC ）：）： PG= KGf。最终稳定于最终稳定于C点。点。46频率的一次调整过程频率的一次调整过程 由此可见，由此可见，在调速器和负荷调节效应共同作用在调速器和负荷调节效应共同作用下，新增加的负荷功率下，新增加的负荷功率PL被分为了二个部分被分为了二个部分所消化，即调速器所消化，即调速器PG （正）和负荷调节效应（正）和负荷调节效应PL （负），最终实际的有

32、功功率是（负），最终实际的有功功率是PLC （ PLA+PG ），并不是），并不是PLD （ PLA+PL ）. 一次调整结束后，系统最终稳定运行于一次调整结束后，系统最终稳定运行于C点。点。图图3-34中中f1 =fB fC就是一次调频的效应。就是一次调频的效应。47三、电力系统频率控制的基本原理三、电力系统频率控制的基本原理（二）频率的二次调整（二）频率的二次调整定义：定义：用手动或自动装置改变调速器（或功用手动或自动装置改变调速器（或功率）给定值，使得其调速特性曲线上下平移，率）给定值，使得其调速特性曲线上下平移，以改变原动机的动力元素以维持电网频率不以改变原动机的动力元素以维持电网频率

33、不变变调节过程：调节过程：图图3-34中，中， 将发电机的静态特性将发电机的静态特性曲线向上平移，与负荷特性曲线的交点曲线向上平移，与负荷特性曲线的交点 D点，点，此时频率恢复到额定值了。（增加的负荷功此时频率恢复到额定值了。（增加的负荷功率全部由发电机承担了，自然没有负荷的调率全部由发电机承担了，自然没有负荷的调节效应影响部分了）节效应影响部分了） 48三、电力系统频率控制的基本原理三、电力系统频率控制的基本原理（三）调频电厂的选择（三）调频电厂的选择电力系统中所有并联运行发电机组都装电力系统中所有并联运行发电机组都装有调速器有调速器负荷变化时：负荷变化时：一次调频由可调容量的机组参与调解一

34、次调频由可调容量的机组参与调解二次调频由部分发电厂承担二次调频由部分发电厂承担调频电厂调频电厂49三、电力系统频率控制的基本原理三、电力系统频率控制的基本原理（三）调频电厂的选择（三）调频电厂的选择调频电厂选择需考虑的因素调频电厂选择需考虑的因素足够大的容量和可调范围足够大的容量和可调范围允许处理调整速度满足负荷变化要求允许处理调整速度满足负荷变化要求符合经济运行原则符合经济运行原则联络线上交换功率的变化不影响系统安全运行联络线上交换功率的变化不影响系统安全运行具体选择具体选择丰水期：水电厂丰水期：水电厂枯水期：水电厂和火电厂配合枯水期：水电厂和火电厂配合50四、电力系统的有功功率控制四、电力

35、系统的有功功率控制（一）电力系统中的有功功率平衡（一）电力系统中的有功功率平衡电力系统实际负荷功率曲线的三个分量电力系统实际负荷功率曲线的三个分量持续负荷分量持续负荷分量PL1p变化缓慢，幅度变化缓慢，幅度大大p有一定规律有一定规律p可通过负荷预测可通过负荷预测得出得出51四、电力系统的有功功率控制四、电力系统的有功功率控制脉动负荷分量脉动负荷分量PL2随机负荷分量随机负荷分量PL3p变化周期较长变化周期较长10s3minp幅度较大幅度较大p必须通过二次调必须通过二次调频才能完成频才能完成p变化周期较短变化周期较短10s以下以下p幅度较小幅度较小p可通过一次调频可通过一次调频完成完成52四、电

36、力系统的有功功率控制四、电力系统的有功功率控制电力系统实际负荷功率曲线的三个分量电力系统实际负荷功率曲线的三个分量实际负荷曲线实际负荷曲线PLl电力系统频率自动电力系统频率自动控制所调节机组的控制所调节机组的功率主要为了满足功率主要为了满足脉动分量和随机分脉动分量和随机分量量l旋转备用：旋转备用： 8%10%53四、电力系统的有功功率控制四、电力系统的有功功率控制（二）并联运行机组间有功功率分配（二）并联运行机组间有功功率分配以两台机组为例以两台机组为例负荷增加，一次调频负荷增加，一次调频使频率从使频率从f1变为变为f2222111GGGGGGPPPPPPfPGf1f2PG1PG1PG2PG2

37、PG1(f)PG2(f)PG1PG254四、电力系统的有功功率控制四、电力系统的有功功率控制（二）并联运行机组间有功功率分配（二）并联运行机组间有功功率分配根据调差系数的定义，可以得到根据调差系数的定义，可以得到从而，有从而，有55四、电力系统的有功功率控制四、电力系统的有功功率控制（二）并联运行机组间有功功率分配（二）并联运行机组间有功功率分配假设系统内有假设系统内有m台机组并联运行，比照（台机组并联运行，比照（3-70）有）有GG eiGiG ei1iiiiiiPf PPPf 用标幺值表示的第 台机组的调差系数；一次调频结束时产生的系统频率 调节偏差。第 台机组增加的功率；第 台机组的额定

38、有功功率；56四、电力系统的有功功率控制四、电力系统的有功功率控制（二）并联运行机组间有功功率分配（二）并联运行机组间有功功率分配 上式表明，并联运行机组所调节的有功上式表明，并联运行机组所调节的有功功率与系统频率变化和机组额定容量功率与系统频率变化和机组额定容量成正比，与机组调差系数成反比。成正比，与机组调差系数成反比。57第九节第九节 电力系统自动调频方法和自电力系统自动调频方法和自动发电控制动发电控制 一、自动调频方法一、自动调频方法(AFC)(AFC) 二、自动发电控制二、自动发电控制(AGC)(AGC)58一、电力系统自动调频方法一、电力系统自动调频方法 自动调频自动调频AFC指指二

39、次调整二次调整。 二次调整是通过调速器的转速给定装二次调整是通过调速器的转速给定装置（同步器、调频器）实现的，控制置（同步器、调频器）实现的，控制电机的正反转，可以使得其调节特性电机的正反转，可以使得其调节特性上下平移，达到增减功率以及消除频上下平移，达到增减功率以及消除频差的作用。差的作用。 59一、电力系统自动调频方法一、电力系统自动调频方法 调频器的控制信号（一般为频差）有比调频器的控制信号（一般为频差）有比例、积分、微分三种基本形式（例、积分、微分三种基本形式（PID） 比例调节（比例调节（Proportional）：按频差成比：按频差成比例增减机组功率，只能减小不能消除频差。例增减机

40、组功率，只能减小不能消除频差。 积分调节（积分调节（Integral）：按频差对时间的：按频差对时间的积分来增减机组功率，能消除频差。但负积分来增减机组功率，能消除频差。但负荷变动初期调节速度较慢。荷变动初期调节速度较慢。 微分调节（微分调节（Differential）：按频差对时间：按频差对时间的微分来增减机组功率，调节速度很快，的微分来增减机组功率，调节速度很快，频差如稳定就不起作用。频差如稳定就不起作用。 60一、电力系统自动调频方法一、电力系统自动调频方法 （一）积差调节法原理（一）积差调节法原理 积差调频法是根据系统频率偏差的累积值积差调频法是根据系统频率偏差的累积值进行工作的。进行

41、工作的。 单机积差调节的调频方程式为：单机积差调节的调频方程式为： 式中：式中：K-调频功率比例系数调频功率比例系数PR-调频机组的有功出力增量调频机组的有功出力增量0fdtPKReefff610fdtPKRfePRfPR1t1t2t3t40ff缺额缺额盈余盈余62 t=0t1： f = f e 、f = 0，fdt =0、PR = 0 ，上式上式得到满得到满足，调频出力不变。足，调频出力不变。 t=t1t2， f f e 、f 0，fdt 0 ，增大机组出，增大机组出力，直到频率下降到最低值为止。力，直到频率下降到最低值为止。 t=t2t3，与，与0t1类似，注意类似，注意PR 维持维持PR

42、1值。值。 t=t3t4， f f e 、f 0，fdt 0、PR 0频率到频率到t4时刻调节结束时刻调节结束积差调节过程积差调节过程63 积差法特点积差法特点 调节过程只能在频差等于调节过程只能在频差等于 0 时结束时结束 ，表示频率累积误差量，与，表示频率累积误差量，与计划外负荷成正比。计划外负荷成正比。 计划外负荷越大，系统频率偏差的累积值就越大，计划外负荷越大，系统频率偏差的累积值就越大，电钟的计时误差也越大，为了保证电钟的准确性，电钟的计时误差也越大，为了保证电钟的准确性，可以在夜间低谷负荷时进行补偿，所以又被称为可以在夜间低谷负荷时进行补偿，所以又被称为同步时间法。同步时间法。64

43、 多台机积差调频原理多台机积差调频原理65 每台调频机组承担的计划外出力为每台调频机组承担的计划外出力为i 称为功率分配系数，称为功率分配系数， ，按经济分配原则给出按经济分配原则给出66 积差法积差法优点优点 能够使系统频率维持稳定能够使系统频率维持稳定 计划外的负荷能在所有参加调频的机组间计划外的负荷能在所有参加调频的机组间按一定比例进行自动分配。按一定比例进行自动分配。 积差法积差法缺点缺点 频率积差信号滞后于频率瞬时值的变化，频率积差信号滞后于频率瞬时值的变化，调节过程缓慢调节过程缓慢67 改进积差法改进积差法 增加频率瞬时值偏差增加频率瞬时值偏差 式中：式中： f 加快了调节过程，调

44、节结束后加快了调节过程，调节结束后f 必须为零。必须为零。0fdtPKR 积差调频法积差调频法引入频率变化值引入频率变化值68 （二）积差调节的实现方法（二）积差调节的实现方法 集中制：集中制：频率积分信号频率积分信号 统一由调度中统一由调度中心的高精度频率发生器产生（精度达心的高精度频率发生器产生（精度达 10E-9 ），）， 远动装置按比例分别传到调频厂，再远动装置按比例分别传到调频厂，再分到各个调频机组。分到各个调频机组。 分散制：分散制：频率积分信号就地产生，缺点是对频率积分信号就地产生，缺点是对频差测量的要求高。如误差大则会导致系统频差测量的要求高。如误差大则会导致系统中无休止的功率

45、交换。即使如此，积差调频中无休止的功率交换。即使如此，积差调频具有积累作用，将小的误差累积起来，同样具有积累作用，将小的误差累积起来，同样很难统一纠正，影响了推广。很难统一纠正，影响了推广。69一、电力系统自动调频方法一、电力系统自动调频方法 （二）积差调节的实现方法（二）积差调节的实现方法 集中制集中制 分散制分散制70二、自动发电控制二、自动发电控制AGCAGC AGC（ Automatic Generation Control ）：指以：指以控制发电机输出功率来适应负荷波动的闭环反馈控制发电机输出功率来适应负荷波动的闭环反馈控制控制，现代电网控制的一项基本和重要任务。，现代电网控制的一项

46、基本和重要任务。 AGC四个基本目标：四个基本目标： 发电机出力与负荷相匹配：一次调频满足随机负荷分发电机出力与负荷相匹配：一次调频满足随机负荷分量变化量变化 保持系统频率为额定值：二次调频满足脉动负荷分量保持系统频率为额定值：二次调频满足脉动负荷分量变化变化 区域联络线潮流与计划相等：二次调频有关区域联络线潮流与计划相等：二次调频有关 区域内各发电厂间的负荷经济分配：三次调频区域内各发电厂间的负荷经济分配：三次调频 通常通常 AGC 指指 4 个目标中的前个目标中的前 3 个，个， 特别是第特别是第 2 、 3 个，个，包含第包含第 4 个的个的 AGC 称为称为 AGC/EDC 。EDC：

47、经济调度控制（：经济调度控制（Economic dispatching control） 71二、自动发电控制二、自动发电控制AGCAGC电力系统中发电量的控制，一般分为三种情况电力系统中发电量的控制，一般分为三种情况一次调整：由同步发电机的调速器实现的控制一次调整：由同步发电机的调速器实现的控制（10s）；）；二次调整：自动发电控制（二次调整：自动发电控制（10s3min）；）；三次调整：按照经济调度（三次调整：按照经济调度（3min）。72二、自动发电控制二、自动发电控制AGCAGCAGC控制原理控制原理 由自动装置和计算机程序对频率和有功功率由自动装置和计算机程序对频率和有功功率进行二次

48、调整来实现进行二次调整来实现 所需信息，如频率、发电机实发功率、联络所需信息，如频率、发电机实发功率、联络线交换功率等经线交换功率等经SCADA系统经过上行通道传系统经过上行通道传送到调度中心送到调度中心 根据根据AGC软件形成各发电厂的软件形成各发电厂的AGC命令，通命令，通过下行通道传送到各调频发电厂过下行通道传送到各调频发电厂73单台机单台机AGC系统系统输电线路fzdPzdBf+ + +K(S)+ +机组调速器fPG- -N(S)PGrid外部控制回路外部控制回路内部控制回路内部控制回路PC74单台机单台机AGC系统系统l 图中图中Pzd为输电线路功率的整定值，为输电线路功率的整定值，

49、fzd为系统频率整为系统频率整定值，定值，P为输电线路功率的实际值，为输电线路功率的实际值，f为系统频率的为系统频率的实际值，实际值，Bf为频率修正系数为频率修正系数lK(S)外部控制回路，用来根据电力系统频率偏差和外部控制回路，用来根据电力系统频率偏差和输电线路上的功率偏差来确定输出控制信号，输电线路上的功率偏差来确定输出控制信号，PC为系为系统要求调整的控制信号功率统要求调整的控制信号功率lN(S)为内部控制回路，用来控制调整调速器阀门开为内部控制回路，用来控制调整调速器阀门开度，以达到所需要的输出功率度，以达到所需要的输出功率75多台机多台机AGC系统系统电力系统机组控制器+ +- -P

50、G1Ps1机组控制器+ +- -PG2Ps2机组控制器+ +- -PG3Ps3Pzdf误差信号计算负荷分配器76多台机多台机AGC系统系统lAGC是一个闭环控制系统，包括：是一个闭环控制系统，包括： 负荷分配器负荷分配器：根据系统频率和其它相关：根据系统频率和其它相关信号，按一定调节准则确定各机组的设定信号，按一定调节准则确定各机组的设定有功出力；有功出力； 机组控制器机组控制器：根据负荷分配器设定的有：根据负荷分配器设定的有功出力，使机组在额定功率下的实发功率功出力，使机组在额定功率下的实发功率与设定有功出力相一致与设定有功出力相一致77l 决定各机组设定功率决定各机组设定功率Psi最简单的办法是最简单的办法是l 故，系统总的设定功率为故，系统总的设定功率为l 系统总的设定功率取决于系统机组总的实发功率系统总的设定功率取决于系统机组总的实发功率和系统的频率偏差和系统的频率偏差l 偏差越大，设定功率的变动越大偏差越大，设定功率的变动越大l 偏差趋于零，设定功率与实发功率就相当偏差趋于零，设定功率与实发功率就相当l 每台机组设定值由分配系数每台机组设定值由分配系数i 确定。确定。78l 对于分区调频电力系统，可取对于分区调频电力系统，可取ACE（区域控制偏（区域控制偏差）作为调节信息