电力系统频率与有功功率调节课件

四、电力系统频率与有功功率调整

本章关键点

1、频率调整意义和特点；

2、同时发电机组调速系统基本工作原理；

3、电力系统负荷功频特征与负荷调整效应；

4、电力系统自动调频方法（电源侧调频）；

5、自动低频减载（负荷侧调频）；

电力系统频率与有功功率调节课件第1页4.1频率调整意义和特点频率是电能质量指标之一；频率偏移是电力系统有功功率不平衡结果；（1）调频就是调速；（2）速度偏差是转矩不平衡结果；（3）调频就是调有功功率。频率调整可在电源侧和/或负荷侧进行；（1）电源侧调整：投切机组、增减运行机组有功；（2）负荷侧调整：切除负荷、抽水蓄能；频率是整个电力系统共有频率；频率调整是一个系统级自动控制，且与经济运行亲密相关；电力系统频率与有功功率调节课件第2页电力系统频率波动规律与对策电力系统频率三种波动分量及其对策：（1）10s以下；随机小波动，由调速器自动调整（一次调频）；（2）10s～3min；计划外负荷，调整调速器功率给定（二次调频）；（3）3min以上；预测负荷+制订发电计划；电力系统频率与有功功率调节课件第3页4.2调速器基本原理与特征电源侧有功功率调整，是借助原动机调速器来实现。调速器任务：（1）调速、稳速；（2）有功功率分配；飞摆式调速器举例：电力系统频率与有功功率调节课件第4页电力系统频率与有功功率调节课件第5页调速系统外特征外特征：频率与有功功率之间关系调差：外特征曲线斜率：调速系统（有功功率）调差，都是正调差，不允许以零调差或负调差运行；有功功率分配，按调差系数反百分比分配。电力系统频率与有功功率调节课件第6页调速器失灵区调速器执行部件多是机械部件，所以（1）必定存在因自由行程引发不灵敏区（也称失灵区或死区）；（2）调速器反应过分灵敏将造成机械执行部件频繁动作，加速磨损。所以，对死区偏小调速器还需人为添加死区，以提升机械部件使用寿命；含有死区调速系统外特征曲线成为一条宽带直线，造成机组间功率分配存在误差。电力系统频率与有功功率调节课件第7页4.3电力系统负荷功频特征电力系统负荷是由各种特征各异负荷组合在一起综合负荷；电力系统负荷有功功率-频率特征能够描述为：电力系统频率与有功功率调节课件第8页电力系统有功负荷频率调整效应由电力系统负荷功频特征方程知：功频特征曲线是一条单调上升曲线；电力系统有功负荷随电力系统频率同向升降特征，有利于电力系统频率稳定；电力系统有功负荷随电力系统频率改变而改变，反过来又对电力系统频率产生影响这一特征，称为电力系统有功负荷频率调整效应，度量这种调整能力指标称为：电力系统有功负荷调整效应系数。电力系统频率与有功功率调节课件第9页电力系统有功负荷频率调整效应系数在额定频率附近，负荷功频特征曲线近似为直线，其斜率：有名制：标幺制：称KL和KL*为负荷频率调整效应系数。统计数据表明：KL*大约在1～3之间改变，且每个系统KL*会随季节和昼夜发生改变。KL与KL*换算：电力系统频率与有功功率调节课件第10页电力系统功频特征与频率调整电力系统是由发电机组、输电网络和负荷组成。可将输电网络有功损耗合并到负荷之中，等值发电机组功频特征曲线与等值负荷功频特征曲线交点就是电力系统功频运行点。负荷波动对系统频率影响，分三种情况进行分析：（1）调速器退出（或满载发电机组）；（2）调速器投入；（3）调速器投入且调整其功率给定值；一次调频和二次调频概念。电力系统频率与有功功率调节课件第11页4.4电力系统自动调频方法电力系统自动调频，是指改变发电机组功率定值二次调频；调频电厂、调频机组选择标准；调频控制是需要电力系统内多台机组同时调整系统级控制，还需考虑机组间有功功率合理分配、电力系统稳定性、运行经济性；依据频率偏差确定有功功率调整量方法，依然离不开自动控制理论，如PID等；电力系统频率与有功功率调节课件第12页自动调频技术自动调频包括技术问题有：（1）频差获取：各调频电厂就地获取与调度中心集中获取两种方式；（2）有功调整量计算：P、I、PI、PID等；（3）有功调整量分配：分配系数需考虑机组情况和经济性、电力系统稳定性：（4）机组同时调整：集中式自动发电控制是电力系统调频技术发展趋势，需要运动技术支持；电力系统频率与有功功率调节课件第13页电力系统自动调频方法介绍分散控制和集中控制；频率调整是系统级控制，采取集中式控制比较有利；在远动技术（四遥）不发达条件下，才采取分散控制；有两种调频控制策略：（1）电力系统整体调频控制策略；（2）联合电力系统分区调频（维持联络线传输功率调频）控制策略；电力系统频率与有功功率调节课件第14页系统整体调频控制策略电力系统整体调频准则：频率偏差为零；调频约束条件：（1）经济运行约束；（2）电力系统稳定性约束；（3）电钟准确性约束（频率偏差积分为零）；电力系统频率与有功功率调节课件第15页调频方程·调频方程（计算有功给定增量，类似于双闭环调整中外环调整）：（1）百分比：（2）积分：（积差法）（3）百分比积分：（改进积差法）（4）虚有差：·（1）～（3）式中，有功调整量△P参考点是产生频率偏差之前稳定运行功率，而（4）式中，虚有差有功增量参考点是浮动，实质上依然是百分比积分控制（形式上有差，实际上无差，即虚有差）。电力系统频率与有功功率调节课件第16页分区控制百分比式控制策略控制标准：有功功率按分区就地平衡，维持联络线传输功率不变；控制方程式：A区调频方程：B区调频方程：控制方程式分析：（1）A区功率增加；（2）A区功率减小；（3）B区功率增加；（4）B区功率减小；由分析结果可见，调频方程满足控制标准。电力系统频率与有功功率调节课件第17页思索PI控制方程与虚有差控制方程异同；分区控制思想与实现方法举一反三（多控制目标控制方程）；运行机组增减给定值，相当于平移外特征，请问：投切机组相当于改变了外特征什么？电力系统频率与有功功率调节课件第18页电力系统自动发电控制（AGC）AGC：建立在远动技术之上系统级电源侧有功功率闭环控制系统。能够远方开停机、调整有功功率出力；依据电力系统频率偏差和联络线功率偏差，按一定调整准则计算出各调频机组有功出力定值，各调频机组依据所分配给定功率定值运行；调整准则中能够包含经济运行要求、稳定性要求等进行负荷最正确分配。电力系统频率与有功功率调节课件第19页电力系统低频减载减载（减负荷），是负荷侧调频办法；在电力系统事故情况下，当采取各种办法之后依然不能阻止频率下降时，则由低频减载装置自动切除一部分负荷来进行紧急调频。低频减载基本问题：（1）何时开始切？（2）切多少？（3）一次性切除还是分屡次逐步切除？电力系统频率与有功功率调节课件第20页低频减载基本问题（1）何时开始切除？切除频率太晚则影响电能质量，甚至危及系统安全；太早则无谓造成用户停电也不好。普通当频率低于49.1Hz（早先为48～48.5Hz，还有逐步升高趋势）开启切除负载。（2）切多少？①按最严重事故情况下可能发生最大有功缺额来考虑最大负荷切除量，宁多勿少。理由：多了能够少切，少了系统就垮了；②希望恢复频率普通为49.5Hz，小于额定50Hz；理由：恢复频率越低，要求切除负荷越少，停电面积越小。较低恢复频率能够少切负荷，此时以降低电能质量换取供电可靠性。但恢复频率过低则系统不安全。电力系统频率与有功功率调节课件第21页低频减载基本问题低频减载最大切除负荷量计算：按最大有功缺额来计算最大负荷切除量。依据负荷调整效应系数定义式，以及最大功率缺额、负荷调整效应系数、希望恢复频率、切除前总负荷功率等，能够计算出低频减载最大切除负荷量：多数情况下，最大负荷切除量约占系统总容量30%。电力系统频率与有功功率调节课件第22页低频减载基本问题（3）一次性切除还是分屡次逐步切除？分析：事故可大可小，按最严重事故最大功率缺额考虑最大负荷切除量，若不论大小事故一律全部切除，显然不合理。理论上，应该按频率偏差决定负荷切除量（如同调频方程所描述那样，切除量与频率偏差成正比），因为负荷含有不能重复投切以及切除量不连续特点（不像发电机功率给定调整那样含有连续可逆特点），所以负荷切除是分级进行。电力系统频率与有功功率调节课件第23页低频减载基本问题若分级切，（1）共分多少级；（2）每级切多少？（3）何时切完？（4）切除负荷先后排序；电力系统频率与有功功率调节课件第24页低频减载基本问题共分多少级？理论上，级数越多越好（靠近连续），实际受负荷大小、测控误差等影响，普通分10～30级左右（国内多在10级以内）；每级切多少？为尽可能减小停电面积，应按最小切除功率标准计算每级切除功率。由各级开启频率恢复到期望频率所需切除功率，就是最小切除功率。电力系统频率与有功功率调节课件第25页低频减载基本问题最小切除功率计算计算思绪：最小切除功率等于由开启频率恢复到额定频率所需切除功率减去由期望频率恢复到额定频率所需切除功率。由开启频率恢复到50Hz所需切除功率：由期望频率恢复到50Hz所需切除功率：电力系统频率与有功功率调节课件第26页第i-1级切除后，频率稳定值恰等于第i级动作值fi，其恢复到额定频率所需切除有功功率（或有功功率缺额）△Pie为：当第i级动作切除负荷后，希望恢复到希望频率fh，则有：电力系统频率与有功功率调节课件第27页二者之差即等于第i次需要切除负荷量电力系统频率与有功功率调节课件第28页有名制标幺制电力系统频率与有功功率调节课件第29页低频减载基本问题（续）何时切完？末级开启频率应大于频率瓦解临界值，晚于该临界频率再切已无意义，末级频率普通不低于46～46.5Hz，现在多为47.5～48Hz。依据最大负荷切除量计算条件可知，末级动作后必将恢复系统频率到期望频率。首级频率49.1Hz，末级频率46～46.5Hz，若分N级切除，则频率级差=（49.1-46.5）/N，当N取30时，频率级差小于0.1Hz。切除负荷排序：先切除主要性相对较低负荷，再切除主要性相对较高负荷。电力系统频率与有功功率调节课件第30页低频减载基本问题（续）“频率悬浮”现象及其对策：因为切除量不确定性以及最小切除量标准影响，某级负荷切除后可能有以下几个情况出现：①频率回升到等于或大于额定频率-不希望但几无可能性；②频率回升到希望频率与额定频率之间-最正确，可能性小；③频率回升但未到达希望频率；④频率保持不变；⑤频率下降但不到下级动作频率；⑥频率下降且低于下级动作频率；对策：①②停顿切除；⑥继续切除；③④⑤称为“频率悬浮”电力系统频率与有功功率调节课件第31页低频减载基本问题（续）“频率悬浮”对策：设置后备级，其动作频率取为希望恢复频率值，其动作时延取电力系统频率时间常数2～3倍（15～25s）。后备级切除功率：（1）总功率：由最终一级开启频率fN恢复到希望频率fh所需切除量；（2）各级切除功率；也要分级切除，每级功率小于第二级频率f2恢复到希望频率fh所需切除量，或希望频率fh恢复到额定频率fe所需切除量。（3）按延时时间分级：各级开启频率相同，延时时间逐层延长，时间级差5～10s。后备级和正常级能够是同一低频减载装置中同时工作两种动作模式，也能够由运行人员手动拉闸实现。电力系统频率与有