电力系统频率控制课件

1、 6.1 电力系统频率调节的必要性 6.1.1 频率对电力用户的影响 6.1.2 频率对电力系统的影响 6.1.3 频率调整的必要性 1.维持电力系统频率在允许范围之内 2. 提高电力系统运行的经济性 第6章 电力系统频率控制技术 6.1 电力系统频率调节的必要性第6章 电力系统 6.2 电力系统频率特性 6.2.1 概述 电能质量指标：电压、频率和波形。 频率偏离一般不超过0.05Hz0.15Hz。 系统频率的变化是由于发电机的负荷与原动机输入功率之间失去平衡所致。 调频与有功功率的调节是不可分开的。 电力系统的负荷是不断变化的，而原动机输入功率的改变较缓慢，因此系统中频率的波动是难免的。第

2、6章 电力系统频率控制技术 6.2 电力系统频率特性第6章 电力系统频率控制 6.2.2 电力系统负荷的功率频率特性 负荷的功率频率特性 有功负荷与频率的关系： (1) 与频率变化无关的负荷；如电阻炉和整流负荷等 (2) 与频率成正比的负荷；如切削机床等 (3) 与频率的二次方成比例的负荷；变压器中的涡流损耗 (4) 与频率的三次方成比例的负荷; 如通风机 (5) 与频率的更高次方成比例的负荷第6章 电力系统频率控制技术 6.2.2 电力系统负荷的功率频率特性第6章 负荷的频率调节效应系数第6章 电力系统频率控制技术系统运行中频率在48Hz51Hz之间，有功负荷与频率的关系曲线接近于一条直线。

3、 负荷的频率调节效应系数第6章 电力系统频率控制技术系统运行 系统处于运行稳态时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的静态频率特性。有功负荷的频率静态特 所谓联结容量，是指频率、电压等于额定值时，接在电网上的用电设备的实际容量。 如果联结容量改变，静态特性曲线将上下移动。 系统负荷的有功功率 频率静态特性 系统处于运行稳态时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负 1. 发电机的功率频率特性有调速系统的发电机组的功率频率特性。第6章 电力系统频率控制技术发电机组的功率频率静态特性系数 发电机组的调差系数发电机组的静态特性系数原动机的单位调节功率第6章 电力系统频率控制技术发电机组的功率频率静

4、态特性系 若机组负荷升高使转速下降，可以通过伺服电动机来提高转速，调整的结果使原来的功频静特性2平行右移为特性1。功频静态特性的平移 若机组负荷降低使转速升高，则可通过伺服电动机来降低机组转速，调整的结果使原来的功频静特性2平行左移为特性3. 二次调频是由发电机组的转速控制机构同步器来实现的。同步器由伺服电动机、蜗轮和蜗杆等组成。在人工或自动装置控制下，依靠伺服电动机的旋转，平行移动发电机组的功率-频率特性曲线，来调节系统频率和分配机组间的有功功率。/dlxtfx/kecheng/ 若机组负荷升高使转速下降，可以通过伺服电动机来提高转速， 负荷增量 可分解为三部分：由于进行了二次调整发电机组增

5、发的功率 ；由于调速器的调整作用而增加的发电机组功率（图中 ）由于负荷本身的调节效应而减小的负荷功率（图中 ） 负荷增量 可分解为三部分：由于进行了二次调整互联系统的频率调整假设 、 分别为两系统的单位调节功率; 、 分别为两系统二次调频的发电功率变量; 、 分别为两系统的负荷变化量; 为联络线上的交换功率变化量，正方向为由A流向B。 对系统A相当于负荷增量，对系统B相当于发电功率增量。互联系统的频率调整假设 对系统A相当于负荷小结系统频率的变化是由于发电机的负荷与原动机输入功率之间失去平衡所致。调频与有功功率的调节是不可分开的。负荷本身也参与了调频（负荷的有功功率和频率特性）主要是发电机的调

6、频（自动调速系统） （1）一次调频 （2）二次调频联合电力系统的频率控制主要是控制 在计划值 小结系统频率的变化是由于发电机的负荷与原动机输入功率之间失去 6.3 电力系统自动调频方法 积差调节法：根据系统频率偏差的累积值调节频率的。第6章 电力系统频率控制技术 6.3 电力系统自动调频方法第6章 电力系统频率 积差调节法特点：随着负荷的变化，频率发生变化，产生频率偏差，就不断积累，调频器动作移动调速器调节特性，改变进入机组的进气(或进水)量，使频率力求恢复额定值，频率调节过程只能在f=0时结束。此时系统中的功率达到新的平衡。第6章 电力系统频率控制技术每台调频机组承担的计划外负荷 第i台调频

7、机组的有功功率的分配系数 积差调节法特点：随着负荷的变化，频率发生变化，产生频 6.4.3 自动发电控制(AGC)技术 1. AGC的总体结构 一次调节、二次调节、三次调节（AGC随时间调整发电机出力执行发电计划或在非预计的负荷变化积累到一定程度按经济调度原则重新分配出力）第6章 电力系统频率控制技术 自动发电控制通过闭环控制系统实现的。自动发电控制所需的信息，如频率、发电机组的实发功率、联络线的交换功率、节点电压等从SCADA获得实时测量数据，计算出各电厂或各机组的控制命令，再通过SCADA送到各电厂的电厂控制器。由电厂控制器调节机组功率，使之跟踪AGC的控制命令。 6.4.3 自动发电控制

8、(AGC)技术第6章 电第6章 电力系统频率控制技术(3) 机组控制:由基本控制回路去调节机组，使控制误差为零，AGC把信号送到电厂控制器后，再分到各台机组。(1) 区域计划跟踪控制:按计划提供机组发电基点功率，与负荷预测、机组经济组合、水电计划及交换功率计划有关，担负主要调峰任务。(2) 区域调节控制:把区域控制误差(ACE)调到零，是AGC的核心。功能是AGC计算出消除区域控制误差(ACE)各机组需增减的调节功率，将可调分量加到跟踪计划的机组发电基点功率上，得到设置发电量发往电厂控制器。第6章 电力系统频率控制技术(3) 机组控制:由基本控制回 2. AGC的控制目标与模式 1) AGC的

9、控制目标 (1) 调整系统发电出力与负荷的平衡； (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，使区域间联络线潮流与计划值相等，实现各地区有功功率的就地平衡； (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作为实时最优潮流与安全约束经济调度的执行环节。第6章 电力系统频率控制技术 2. AGC的控制目标与模式 第6章 电力系统频 2) AGC的控制模式 (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

10、率控制方式(TBC)。 为实现AGC，要求在调度中心计算机上运行AGC程序。AGC程序的控制目标是使因负荷变动而产生的区域控制差(ACE)不断减小直至为零。第6章 电力系统频率控制技术 2) AGC的控制模式第6章 电力系统频率控制技术 3. AGC的基本功能 1) 负荷频率控制(LFC) 2) 经济调度(ED) 经济调度模块是用来确定最经济的发电调度，以满足给定的负荷水平，使发电成本减少到最小。 AGC所控发电机组的最优负荷由两部分组成(1)机组的经济基点值 (2)将发电偏差值按照一组比例系数分配给参加经济调节的发电机组 经济调度程序除了周期性的执行外，在出现以下情况时也会启动执行 (1)

11、系统负荷发生重大变化。限值由操作员整定； (2) 经济调度机组的运行极限被改变； (3) 机组控制模式改变。第6章 电力系统频率控制技术 3. AGC的基本功能第6章 电力系统频率控制技术 6.5 电力系统稳定控制装置 有功功率平衡关系破坏的主要原因： (1) 系统内突然故障，造成大面积切除负荷； (2) 系统之间的联络线故障，断路器跳闸，造成系统解列； (3) 系统内大机组因故突然退出运行； (4) 系统内大量负荷突然投入； (5) 系统内大机组突然投入。第6章 电力系统频率控制技术 6.5 电力系统稳定控制装置第6章 电力系统频率 6.5.1 常规稳定装置 (1)低频自起动发电机装置; (

12、2)低频调相改发电装置; (3)低频降低电压装置; (4)低频抽水改发电装置; (5)自动低频减负荷装置; (6)高频切机装置; (7)高频减出力装置。 第6章 电力系统频率控制技术 6.5.1 常规稳定装置第6章 电力系统频率控制根据电力系统频率变化过程确定了几个计算点，这些点对应不同的负荷。故障发生前：电力系统频率点1发生功率缺额 频率下降点2：第一级频率控制继电器启动，经过 断开一部分负荷点3：完成顶一次对功率缺额的计算点4：第二级频率控制继电器启动，经过 断开连接于第二级频率控制继电器的负荷点5：如果两次切除总负荷足以补偿功率缺额 ，频率回升，稳定在 如果 系统不装设此装置，系统频率将

13、沿1- 下降到最低值根据电力系统频率变化过程确定了几个计算点，这些点对应不同的负 6.5.2 微机稳定装置 1. 微机稳定装置的主要特点 (1) 抗干扰能力强，不易因为通道干扰而引起误动作； (2) 能自动识别故障类型，避免单相故障造成误切； (3) 能部分实时跟踪系统运行方式、判别故障区域、评估故障性质、故障严重程度，查询预先设置的策略表，采取对应的稳定措施； (4) 根据稳定措施自动执行，无需人工频繁投退连接片。第6章 电力系统频率控制技术 6.5.2 微机稳定装置第6章 电力系统频率控制 2. 微机稳定装置的控制原理 (1) 信息采集及系统运行方式计算。 (2) 事故对策计算是在实时潮流

14、计算的基础上，设想各种事故，选定减负荷的对象和减负荷数值，并在装置上予以整定。 (3) 事故决策是系统根据事故跳闸信号，查阅事故对策表或立即计算，找出相应的控制对象并立即发出指令。 要保证稳定控制系统快速而正确地进行紧急控制，控制策略表的生成是技术上的关键。控制策略表的生成可分为“实时计算，实时控制”、“离线决策，实时匹配”、“在线决策，实时匹配”等方案。第6章 电力系统频率控制技术 2. 微机稳定装置的控制原理第6章 电力系统频率控 电压是衡量电力系统电能质量的标准之一。 7.1 电力系统电压调节的必要性 7.1.1 电压对电力用户的影响 7.1.2 电压对电力系统的影响 电力系统电压控制是

15、非常必要的。采取各种措施，保证各类用户的电压偏移在允许范围内，这就是电力系统电压控制的目标。第7章 电力系统电压调节技术 电压是衡量电力系统电能质量的标准之一。第7章 电力 7.2 电力系统的无功电源 电力系统的无功电源，除了发电机之外，还有同步调相机，静电电容器、静止无功补偿装置和静止无功发生器。 7.2.1 发电机 发电机是唯一的有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。 发电机在额定状态下运行时，可发出的无功功率第7章 电力系统电压调节技术 7.2 电力系统的无功电源 7.2.1 发 7.2.2 调相机 同步调相机相当于空载运行的同步电动机。当它的转子励磁电流刚好为某一特定值时，它发出的无

16、功功率恰好为零。这时仅从电网中吸收少量的有功功率用来克服机械旋转阻力，维持同步速度空转。 当转子励磁电流大于此特定值时，称为过励磁。向系统供给感性无功功率起无功电源的作用。 在欠励磁运行时，它从系统吸取感性无功功率起无功负荷作用。 同步调相机运行维护比较复杂，一次性投资较大。它的有功功率损耗较大，在满负荷时约为额定容量的1.5%5%，容量越小，百分值越大。第7章 电力系统电压调节技术 7.2.2 调相机第7章 电力系统电压调节技术 7.2.3 静电电容器 静电电容器只能向系统供给无功功率。所供无功功率QC与所在节点的电压U的平方成正比。 当节点电压下降时，它供给系统的无功功率也将减小。因此，当

17、系统发生故障或由于其他原因而导致系统电压下降时，电容器的无功输出反而比平常还少，这将导致电压继续下降。调节能力较差。第7章 电力系统电压调节技术 7.2.3 静电电容器第7章 电力系统电压调节技 7.2.4 静止无功补偿器 静止补偿器(Static Var Compensator, SVC)，由电力电容器与电抗器并联组成。 电容器可发出无功功率,电抗器可吸收无功功率，两者结合起来，再配以适当的调节装置就成为能够平滑地改变输出(或吸收)无功功率的静止补偿器。1.由饱和电抗器和固定电容器并联组成的静止补偿器 第7章 电力系统电压调节技术 7.2.4 静止无功补偿器 电容器可发出无功2.由晶闸管控制

18、电抗器和固定电容器并联组成的静止补偿器(TCR+FC) 3.由晶闸管控制电抗器和晶闸管投切电容器并联组成的静止补偿器(TCR+TSC) 第7章 电力系统电压调节技术2.由晶闸管控制电抗器和固定电容器并联组成的静止补偿器(TC(1) 电压降低时，SVC输出无功电流减小，而STATCOM仍然可以产生较大的电容性电流，即STATCOM输出的无功电流与电压无关；(2) STATCOM有较大过负荷能力，GTO开断容量可达120%180%稳态额定容量。(3) 可控性能好，其电压幅值和相位可快速调节。 (4) STATCOM的谐波含量可以比同容量SVC的低。 7.2.5 静止无功发生器 使用大功率可关断晶闸

19、管(GTO)器件代替普通的晶闸管构成的无功补偿器称为静止补偿器(Static compensator，STATCOM)，或称为静止无功发生器(SVG)。第7章 电力系统电压调节技术(1) 电压降低时，SVC输出无功电流减小，而STATCOM当 时，电流 超前 ，SVG吸收容性的无功功率当 时，电流 滞后 ，SVG吸收感性的无功功率当 时，电流 超前 7.3 电力系统中的无功负荷和无功损耗 7.3.1 电力系统的无功负荷 包括异步电动机、同步电动机、电炉和整流设备等。 其中异步电动机占的比重较大、消耗的无功功率较多，也就是说，系统中大量的无功负荷是异步电动机，因此，系统无功负荷的电压特性，主要取

20、决于异步电动机的无功静态电压特性。第7章 电力系统电压调节技术 7.3 电力系统中的无功负荷和无功损耗第7章 电电力系统频率控制课件 7.3.2 电力系统的无功损耗 1. 变压器的无功损耗 2. 输电线路的无功损耗 输电线路的无功功率损耗包括并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。 并联电纳中的无功功率与线路电压的平方成正比，呈容性，又称为线路的充电功率； 串联电抗中的无功功率损耗与负荷电流的平方成正比,呈感性。这两部分功率是互为补偿的。 线路是呈容性以无功电源状态运行，还是呈感性以无功负载状态运行，应视具体情况而定。第7章 电力系统电压调节技术 7.3.2 电力系统的无功损耗 2. 输电线 7.

21、4 无功功率的平衡与电压水平的关系 7.4.1 无功功率的平衡 无功功率的平衡:无功功率电源发出的无功功率应该大于或等于负荷所需要的无功功率与网络无功功率损耗之和。 无功电源包括发电机、调相机和各种无功补偿设备等; 无功负荷大小按负荷的有功功率和功率因数计算; 无功功率损耗包括变压器的无功损耗、线路电抗的无功损耗。第7章 电力系统电压调节技术 7.4 无功功率的平衡与电压水平的关系第7章 电 7.4.2 无功功率平衡和电压水平的关系 1. 按无功功率的平衡确定电压第7章 电力系统电压调节技术 7.4.2 无功功率平衡和电压水平的关系第7章 2. 无功就地平衡 无功功率就地平衡就是无功功率分层、

22、分区就地平衡，是指在按电压等级所形成的层面内，各个分区范围内无功功率都要实现自给自足，与相邻的区域没有无功功率交换。 任何一个负荷点电压的调整都应当依靠当地的无功功率资源进行，不应当依靠相邻站点的无功功率支援。具体的办法是在各负荷点装设电容器组、调相机、静止补偿器等无功功率电源，尽量使无功功率就地平衡。当无功功率就地平衡不能实现时，则应考虑无功功率就近平衡的原则。第7章 电力系统电压调节技术 2. 无功就地平衡 任何一个负荷点电压的调整都 7.5 电力系统的电压管理 电力系统调压的目的:保证在各种运行方式下，使系统中各负荷点的电压在允许偏移的范围内，从而保证电力系统的经济、稳定地运行，且有良好

23、的电能质量。 在系统中常常选择一些有代表性的点作为电压中枢点，运行人员通过监视中枢点电压，将中枢点电压控制调整在允许的电压偏移范围内。 7.5.1 电压中枢点的选择 (1) 区域性发电厂的高压母线； (2) 枢纽变电所的二次母线； (3) 有大量地方性负荷的发电机电压母线。第7章 电力系统电压调节技术 7.5 电力系统的电压管理第7章 电力系统电压调 7.5.3 中枢点的调压方式 中枢点的电压调整方式:逆调压、顺调压和恒调压。 1. 逆调压 在大负荷时升高电压，小负荷时降低电压的调压方式称为“逆调压”。 采用逆调压，一般在最大负荷时可保持中枢点电压比线路额定电压高5%,在最小负荷时保持为线路额

24、定电压。 2. 顺调压 在大负荷时允许中枢点电压低一些，但不能低于线路额定电压的102.5%；小负荷时允许电压高一些，但不能超过线路额定电压的107.5%，这种调压方式称为顺调压。 3. 恒调压(常调压) 介于上述两种调压方式之间的调压方式是恒调压(常调压)。即在任何负荷下，中枢点电压保持在大约恒定的数值，一般在线路额定电压的102%105%。第7章 电力系统电压调节技术 7.5.3 中枢点的调压方式第7章 电力系统电压 7.6 电力系统电压调节方法 (1) 调节发电机的励磁电流，改变发电机的端电压； (2) 调整分接头来改变升降压变压器的电压比； (3) 改变系统中无功功率电源的出力； (4

25、) 改变网络参数。 7.6.1 发电机调压 通过励磁系统来控制调节同步发电机的端电压是一种不需耗费投资而且最直接的调压手段。第7章 电力系统电压调节技术 7.6 电力系统电压调节方法第7章 电力系统电压 同步发电机励磁控制系统由发电机及其励磁系统组成的反馈自动控制系统. 同步发电机的励磁系统 = 励磁功率单元+励磁调节器 同步发电机励磁控制系统示意图 同步发电机励磁控制系统由发电机及其励磁系统 7.6.2 改变变压器分接头调压 1. 普通变压器 一般情况下，容量为6300kVA及以下的变压器有三个分接头;容量为8000kVA及以上的变压器有五个分接头。 (1) 降压变压器分接头选择第7章 电力

26、系统电压调节技术高低 为高压母线的电压， 低压母线的电压归算到高压侧的变压器阻抗为 7.6.2 改变变压器分接头调压第7章 电力系统例7.1变压器的参数:型号SFL7-20000/110,额定电压比为 负载损耗为104kW,短路电压百分数为10.5,已知在最大负荷和最小负荷时通过变压器的功率分别为18000kVA和8000kVA,功率因数为0.8.高压母线电压维持110kV不变.当低压母线电压在10kV11kV范围变化时，试选择变压器的分接头 例7.1变压器的参数:型号SFL7-20000/110,额定 (2) 升压变压器分接头选择 第7章 电力系统电压调节技术高低 (2) 升压变压器分接头选

27、择 第7章 电力系例7.2变压器的参数:型号SFL7-20000/110,额定电压比为 ，归算到高压侧变压器阻抗为 ，已知在最大负荷和最小负荷时通过变压器的功率分别为 和 , 变压器高压侧要求的电压分别为120kV和115kV.当低压母线电压在10kV11kV范围变化时，试选择变压器的分接头 例7.2变压器的参数:型号SFL7-20000/110,额定 普通三绕组变压器一般在高、中压绕组有分接头可供选择使用。 高、中压侧分接头选择方法：根据变压器的运行方式分别地或依次地逐个进行。一般先按低压侧调压要求，由高、低压侧确定好高压绕组的分接头；然后再用选定的高压绕组的分接头，考虑中压侧的调压要求，由

28、高、中压侧选择中压绕组的分接头。 采用固定分接头的变压器进行调压，不能改变电压损耗的数值，也不能改变负荷变化时二次电压的变化幅度；如果电压的变化幅度超过了分接头的可能调整范围，或者调压要求的变化趋势与实际的相反(如逆调压时)，依靠选普通变压器的分接头的方法将无法满足调压要求。可采用有载调压变压器或其他调压措施。第7章 电力系统电压调节技术 普通三绕组变压器一般在高、中压绕组有分接头可供选择使 2. 有载调压变压器 有载调压变压器可根据系统运行情况，在带负荷的条件下随时切换分接头开关，保证供电电压质量，而且分接头数目多、调节范围比较大。 在调节分接头时，先断开接触器KM1，可将动触头Q1切换到另

29、一分接头上，然后接通KM1。另一可动触头Q2也采用同样的步骤，移到这个相邻的分接头上，这样进行移动，直到Q1和Q2都接到所选定的分接头位置为止。 当切换过程中Q1、Q2分别接在相邻的两个分接头位置时，电抗器L限制了回路中流过的环流大小。第7章 电力系统电压调节技术 2. 有载调压变压器 在调节分接头 7.6.3 改变系统无功功率分布调压 当无功功率缺额较大时，采用改变发电机励磁电流或改变变压器分接头调压不能保证负荷点电压在允许范围内，这就需要装设各种无功补偿设备进行调压。第7章 电力系统电压调节技术 7.6.3 改变系统无功功率分布调压第7章 电力 1. 并联电容器 (1) 根据调压要求，按照

30、最小负荷运行方式时无补偿情况选择变压器的分接头。 (2) 按最大负荷时的调压要求，计算补偿容量。第7章 电力系统电压调节技术 1. 并联电容器 (2) 按最大负荷时的调压要 2. 同步调相机 选用调相机的计算步骤 (1) 最大负荷过励磁运行时的调相机容量 (2) 最小负荷欠励磁运行时的调相机容量 (3) 计算电压比 (4) 按计算的电压比确定变压器高压侧分接头 第7章 电力系统电压调节技术 2. 同步调相机 (2) 最小负荷欠励磁运行时 7.6.4 改变电力网参数调压 在输电线路输送的功率不变的情况下，改变电力网参数R、X的值，可以达到调压的目的。 最常用方法:在线路上串联电容器，用以补偿线路

31、的感抗，从而提高线路末端的电压。第7章 电力系统电压调节技术 7.6.4 改变电力网参数调压第7章 电力系统电第7章 电力系统电压调节技术第7章 电力系统电压调节技术第7章 电力系统电压调节技术在单侧电源线路上，如负荷集中在线路末端时，则串联电容应串接在末端，以免始端电压过高； 当负荷沿线路分布时，可将电容串接在补偿前线路电压损耗1/2处。 线路串联电容器提高线路末端电压数值的大小与线路的无功负荷大小有关(1)传输的无功功率越大,调压就越显著(2)在功率因数不高的电网中,串联补偿的效果较显著第7章 电力系统电压调节技术在单侧电源线路上，如负荷集中在 7.7 电力系统的自动电压控制技术 为了保证

32、电压质量，一些省电网，先后投入了自动电压控制(Automatic Voltage Control，AVC)系统；一些变电所、地区电网投入了电压无功控制装置(VQC)。在提高电压质量和电网运行水平方面取得了较好的效果。 进行自动电压控制时，应保证的目标： (1) 电力系统内各重要枢纽点的电压偏移均在给定的允许范围内； (2) 所控制的系统内网损最小； (3) 调整设备的运行状态没有超限。第7章 电力系统电压调节技术 7.7 电力系统的自动电压控制技术第7章 电力系 7.7.1 电压稳定破坏的控制 主要措施： (1) 改变励磁电流，改变无功功率输出； (2) 改变静止无功补偿器(SVC)和静止无功发生器(SVG) 的补偿出力； (3) 投切并联或串联电容器组； (4) 投切并联电抗器； (5) 调节变压器有载分接开关切换装置； (6) 就地或远方切负荷。第7章 电力系统电压调节技术 7.7.1