Ch5電力系統正常運行方式的調整與控制主要內容：1、電力系統頻率調整與控制2、電力系統電壓調整與控制3、電力系統的經濟調度4、靈活交流輸電系統與高壓直流輸電1Ch5電力系統正常運行方式的調整與控制難點：1）調頻計算與調壓計算2）水火電廠有功負荷最優分配3）無功負荷最優補償2§5-1電力系統有功功率和頻率的調整和控制一、調整頻率的必要性1、頻率是衡量電能質量的一個重要指標由于所有用電設備都是按系統額定頻率設計的；系統頻率質量的下降將影響各行各業；電力系統的頻率變動對發電廠和電力系統本身會產生不利影響，而且頻率過低時，甚至會使整個系統瓦解，造成大面積停電；

2、有功負荷的變動與調整控制

30變化周期10s︱3min§5-1電力系統有功功率和頻率的調整和控制三次調頻-最優分配二次調頻一次調頻變化周期小于10s有功功率的日負荷曲線41、負荷的種類與頻率變化無關的負荷電阻爐、電弧爐、整流負荷與頻率一次方成正比的負荷阻力矩為常數的負荷與頻率二次方成正比的負荷變壓器中的渦流損耗與頻率三次方成正比的負荷通風機、循環水泵與頻率更高次方成正比的負荷（比重很小）給水泵二、負荷的有功功率-頻率特性52、負荷頻率特性數學表達式二、負荷的有功功率-頻率特性以PDN和fN為基準值有功損耗占有功負荷的5-10%。6有功負荷的頻率靜態特性標么值=1-33、負荷的功-頻特性及頻率調節效應PDNP0fNf負荷的頻率調節效應（系數）正值以PDN和fN為基準值7三、發電機組的有功功率-頻率特性1、調速系統工作原理機械液壓調速系統電氣液壓調速系統負荷增加→開大汽門；負荷減少→減少汽門。頻率的一次調整---有差調整調速器固定同步器8電氣液壓調速系統的原理框圖轉速測量轉速給定功率給定功率測量頻差放大器

綜合放大器

PID校正功率放大器電液轉換器油動機汽輪機發電機系統轉速有功功率PGPsetffset91、調速系統工作原理電氣液壓調速系統的組成轉速測量環節-----將機組的轉速轉換成電壓信號、與給定的轉速值相減（經頻差放大器）得出頻率誤差信號。功率測量環節-----將發電機發出的有功功率轉換成電壓信號，與給定功率相減并與頻率誤差同時送入綜合放大器進行綜合和放大，得出綜合誤差信號。10綜合誤差差信號11電氣液壓壓調速系系統的組組成PID校校正（調調節）-----實現功率率偏差和和轉速偏偏差之間間的穩態態線性關關系，并并改善控控制系統統的性能能。所得得出的信信號經過過功率放放大使之之有足夠夠的功率率來驅動動電液轉轉換器。。電液轉換換器-----將電信號號轉換成成油壓信信號使油油動機動動作，從從而改變變汽門的的開度。。122、發電電機組的的功率-頻率靜靜態特性性在自動調調速系統統作用下下，發電電機輸出出功率和和頻率的的關系曲曲線。發電機的的單位調調節功率率正值PPset0fNf0f發電機組的頻率靜態特性132、發電電機組的的功率--頻率率靜態特特性靜態調差差系數---調調差率0.05?PPset0fNf0f結論：調差系數數的大小小對頻率率偏移的的影響很很大。調差系數數（單位位調節功功率）可可以整定定：汽輪發電電機組:*=0.04-0.06,KG*=25-16.7;水輪發電電機組:*=0.02-0.04,KG*=50-25。14多臺機組組的等值值單位調調節功率率第i臺機機組的輸輸出功率率增量n臺機組組輸出功功率總增增量PGN系統n臺臺機組額額定功率率之和等值調差差系數15四、有功功功率平平衡1、有功功平衡與與頻率的的關系f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)有功平衡衡水平的的高低決決定了系系統頻率率水平的的高低。。要保持持頻率水水平，需需有足夠夠的有功功電源的的備用容容量應付付有功負負荷的增增加。16按作用分分：負荷備用用、事故備用、、檢修備用用、國民民經濟備備用；按儲存形形式分：：旋轉備用用（熱備備用）、冷備用2-5%最大負負荷5-10%最大大負荷2、備用用容量3、有功功電源的的最優組組合火力發電電廠的特特點支付燃料料費用，，但不受受自然條條件影響響；有功出力力調節范范圍小、、負荷增增減速度度慢；熱電廠為為不可調調節的強強迫功率率。17水電廠的的特點不支付燃燃料費用用，受自自然條件件影響；；有功出力力調節范范圍寬、、負荷增增減速度度快；發電用水水量按水水庫綜合合效益考考慮。抽水出能能電廠具有填谷谷削峰的的作用。。核電站一次性投投資大、、運行費費用小，，運行中中不易帶帶急劇變變化的負負荷，反反應堆和和汽機組組退出和和再度投投入費時時，且消消耗能量量大。18各類發電電廠負荷荷的合理理分配A---水電廠廠不可調調功率；；B—水電廠可調調功率；；C—熱電廠；D—核電廠；E—高溫高壓凝凝汽式火火電廠；；F—中溫中壓凝凝汽式火火電廠19P0fNf電力系統功-頻靜態特性機組負荷機組的單單位調節節功率小結：功功頻特性性負荷的頻頻率調節節效應發電機的的調差系系數20五、頻率率調整的的分析和和計算1、頻率率的一次次調整以系統功功-頻特特性為基基礎，由由調速器器實現一一次調頻頻。運行狀態態A---原原始平衡衡狀態運行狀態態B---負負荷增加加后的新新平衡狀狀態f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)電力系統統功頻靜靜態特性性21發電機組組功率增增量：負荷頻率率調節效效應：功率增量量平衡式式：電力系統統功-頻頻特性1、頻率率的一次次調整PNP1P2△f<0f2f1fABPD(f)PD(f)’△PG△PD△PD00PG(f)P22系統的單單位調節節功率發電機滿滿載時：：KG=0備用容量量系數f2f1fABPD(f)PD(f)’PP1P2△PG△PD△PD00PG(f)電力系統統功-頻頻特性23◆負荷變變化將引引起頻率率變化，，產生頻頻率偏差差。◆系統越越大(聯聯網），，系統單單位調節節功率越越大，產產生偏差差越小。。◆負荷的的增量有有兩部分分供給：：調速器器作用引引起發電電機多發發出的功功率，負負荷自身身的正調調節效應應隨頻率率下降少少取用的的功率。。◆一次調調頻為有有差調節節。◆求出功功率偏差差后，可可計算每每臺機組組承擔的的功率增增量：24小結：一一次調頻頻負荷頻率率調節效效應系數數系統的單單位調節節功率多臺機組組的等值值單位調調節功率率一臺機組組的單位位調節功功率一次調頻頻適用于負負荷變化化幅值小小，變化化周期短短（〈10s））的負荷荷。252、頻率率的二次次調整發電機轉轉速控制制機構伺服電機機、蝸輪輪、蝸桿桿等在手動或或自動裝裝置控制制下，伺伺服電機機即可正正轉，也也可反轉轉，因而而使杠桿桿的D點點上升或或下降，，實現二二次調頻頻。同步器、、調頻器器調速器固定26二次調頻頻的原理理：利用同步步器平移移機組功功-頻特特性負荷增加加:功頻頻特性上上移；負荷減少少:功頻頻特性下下移。原始運行行點A(f1)系統負荷荷增加△△PD0一次調頻頻----B點點（f2)二次調頻頻----C點點(f2’)二次調頻頻可實現現無差調調節頻率率（D點點）。△f<0功-頻靜靜態特性性P0

f2

f2’

f1fPD(f)PG(f)ABCD27二次調頻頻的功率率增量平平衡方程程△f<0負荷調節節效應機組調節節效應同步器調調節效應應負荷效應的的功率增量量一次調頻的的功率增量量P0

f2

f2’

f1fPD(f)PG(f)28結論：二次調頻不不能改變系系統單位調調節功率的的值；二次調頻增增加了發電電機的出力力；可實現無差差調節△f=0;相同負荷變變化下，二二次調頻使使頻率偏移移減少。291臺或少數數幾臺機組組多臺機組并并聯運行的的電力系統統首先，由主主調頻機組組承擔負荷荷的變化，，維持△f=0;其次，由配配置了調速速器的機組組按靜態特特性承擔調調頻；再次，由負負荷的調節節效應所產產生的功率率增量補償償。303、互聯系系統的頻率率調整系統A功率率增量平衡衡式：系統B功率率增量平衡衡式：KAKBAB△PAB△PDA△PGA

△PDB△PGB

二次調頻二次調頻31系統功率缺缺額互聯網：32△PAB=0的條件件：AB都都進行二次次調頻且△PAB最大的條件件：B不不進行二次次調頻聯絡線上的的功率最大大值33互聯系統頻頻率調整常常采用的三三種方式區域控制誤誤差(AreaControlError)△PTi---區域i聯絡線交換換功率偏差差；PTspi------區域i的計劃交換換功率；βi、Ki---偏差差系數。34互聯系統頻頻率調整常常采用的三三種方式定頻率控制制（FFC）：△f=0定交換功率率控制(FTC)：：△PTi=0聯絡線功率率和頻率偏偏差控制（（TBC））：ACEi=035上述分析方方法可推廣廣到多個系系統經聯絡絡線組成的的互聯系統統：聯聯絡線上的的功率，則則可由單個個系統的頻頻率關系求求得。調頻計算例例題36選講內容1：AGC

（AutomationGenerationControl））目的是使電力系系統的出力力與負荷相相適應，保保持頻率額額定和通過過聯絡線的的交換功率率等于計劃劃值，并盡盡可能實現現機組（電電廠）間負負荷的經濟濟分配。37AGC的基基本目標使全系統的的出力與負負荷相匹配配將電力系統統的頻率偏偏差調節到到0，保持持系統頻率率為額定值值控制區域間間聯絡線的的交換功率率與計劃值值相等，實實現各區域域內有功功功率的平衡衡在區域各個個電廠間進進行負荷的的經濟分配配第二、三個個目標也稱稱為LFC38AGC的一一般過程跟蹤控制調節控制機組控制發電計劃調速器氣輪機負荷預測機組組合水電計劃交換計劃電力系統發電計劃區域控制誤差機組分組dfPG39區域控制誤誤差ACEi=bidf+dPT,I聯絡線和頻頻率偏差控控制（TBC）恒定功率控控制（CFC）恒定凈交換換功率控制制（CNIC）40AGC對機機組功率的的分配AGC對機機組功率的的分配包括括兩個部分分：按經濟調度度原則分配配計劃負荷荷和計劃外外負荷，送送出基點功功率值；將消除誤差差式區域控控制誤差所所需要的調調節功率PR分配給機組組。41AGC與其其他應用軟軟件的關系系狀態估計機組組合發電計劃水電計劃負荷預測AGC交換計劃安全約束調度最優潮流計劃限制潮流網損修正42選講內容2：自動低低頻減負荷荷概述電力系統頻頻率控制是是關系電力力系統全局局的控制問問題.在電電力系統事事故情況下下,當采取取各種措施施之后仍然然不能制止止頻率下降降時,則由由低頻減載載裝置自動動的切除一一部分負荷荷來達到目目的,這就就是自動低低頻減負荷荷,也稱自自動低頻減減載.43電力系統頻頻率的動態態特性電力系統頻頻率動態特特性主要由由系統所有有的轉動機機械決定.由于旋轉轉機械的轉轉動慣量及及其距離故故障點的電電氣距離的的不同,在在系統故障障時,系統統中各結點點(母線)的頻率動動態特性是是不同的.各結點的頻頻率fi將在系統平平均頻率fx附近變化,但偏離的的數值不大大.因此,可以用fx代替fi并將系統看看成一臺等等值發電機機組來研究究fx隨時間的變變化.44電力系統頻頻率的動態態特性系統中每臺臺發電機組組的轉子運運動方程:經驗表明：：雖然電力力系統中電電動機的數數量遠比發發電機多,但它們的的等效轉動動慣量卻遠遠小于發動動機組.故故可以只考考慮發電機機組的轉動動慣量.現在取系統統所有的發發電機的額額定功率總總和PGe為功率的基基準值,則則有45電力系統頻頻率的動態態特性考慮到可以以近似認為為fi=fx,上式中ωi*可以用ωX*代替,則46電力系統頻頻率的動態態特性由于有以上即系統統等值機的的頻率變化化方程式。。該方程式式沒有考慮慮負荷的頻頻率調節效效應47電力系統頻頻率的動態態特性若考慮負荷荷的頻率調調節效應：：將功率基準準換算成為為PLe：48電力系統頻率率的動態特性性電力系統頻率率的動態特性性如圖所示。。該特性為一指指數下降曲線線,頻率下降降的穩態值與與功率缺額成成正比.49自動低頻減負負荷的基本原原理50自動低頻減負負荷裝置自動低頻減負負荷裝置控制制的是整個系系統的頻率,而不是系統統內某一臺發發電機組的運運行參數,因因此ZDPJ裝置分散安安裝在電力系系統的各個變變電站之中,由它們共同同作用來阻止止系統頻率下下降.51自動低頻減負負荷裝置52自動低頻減負負荷裝置的整整定計算(一)確定最大功率率缺額Pqe發生嚴重事故故時,為了保保證系ZDPJ裝置動作作切除負荷后后能使得系統統頻率恢復到到允許值,在在計算接入ZDPJ裝置置的負荷功率率之前,必須須先確定系統統發生故障時時功率缺額的的最大值.確確定最大功率率缺額應該考考慮系統最不不利運行方式式下出現最嚴嚴重故障時的的情況.53自動低頻減負負荷裝置的整整定計算(二)確定接接入ZDPJ裝置的負荷荷中功率PJH當系統出現Pqe時,如果ZDPJ不動作作,系統頻率會穩定定在f;如果切除的的負荷功率等于于Pqe,則系統的頻頻率會恢復到fe.為了盡量少少的切除負荷.并不不要求ZDPJ動作使系統頻率恢復復到fe,只要恢復到到允許頻率fy.即fy<fe.54確定接入ZDPJ裝置的的負荷中功率率PJH[例13-1]某系統的的負荷額定功功率PLe=1000MW系統可能能出現的最大大功率缺額為為218MW,設負荷調調節效應系數數為KL*=2,自動低低頻減負荷裝裝置動作后,希望頻率恢恢復到fY=48Hz.求接入自動動低頻減負荷荷裝置的負荷荷總功率PJH.解:55(三)確定各各級(輪)的的動作頻率目前自動低頻頻減負荷均采采用按系統頻頻率由高到低低順序切除負負荷的方法.根據啟動頻頻率的不同,將自動低頻頻減負荷裝置置的動作分為為若干級.為了確定ZDPJ裝置的的級數,應確確定裝置的第第一級動作頻頻率、最末一一級動作頻率率和相鄰兩級級的動作頻率率的級差.56確定各級(輪輪)的動作頻頻率確定第一級動動作頻率f1一般第一級動動作頻率整定定在48.5~49.0Hz.確定末級動作作頻率fn末級動作頻率率以不低于46~46.5Hz為宜宜確定頻率級差差△f對于電磁式頻頻率繼電器,△f可取0.5Hz.對于于數字式頻率率繼電器,可可取0.3Hz.57確定各級(輪輪)的動作頻頻率縮小級差,增增加級數,減減少每級切除除負荷功率的的方法已成為為自動低頻減減負荷的一種種趨勢.(四)確定動動作級數N在確定首、末末級動作頻率率f1、fn和頻率級差△△f之后,動動作級數N由由下式確定:58(五)確定每每級切除的負負荷功率△pi右圖是ZDPJ裝置第i-1級動作作切除負荷之之后系統頻率繼續續下降時的頻率動態特性性曲線.第i-1級動作切除負負荷后頻率繼續下降可能能有三種情況.59確定每級切除除的負荷功率率△pi當第第i-1級級動動作作切切除除負負荷荷之之后后,由由負負荷荷的的頻頻率率調調節節效效應應調調節節的的功功率率為為△△Pi+△△Phi,根根據據負負荷荷頻頻率率調調節節效效應應系系數數KL*的定定義義,有有:將上上式式的的功功率率寫寫成成以以系系統統總總負負荷荷功功率率PLe為基基準準值值的的標標么么值值,有有60確定定每每級級切切除除的的負負荷荷功功率率△△pi當第第i級級切切除除負負荷荷△Pi以后后,系系統統頻頻率率穩穩定定在在fh,這這時時由由負負荷荷頻頻率率調調節節效效應應調調節節的的功功率率為為△Phi.根根據據負負荷荷頻頻率率調調節節效效應應系系數數KL*的定定義義,有有:將上上式式中中的的功功率率PLe換成成以以為為基