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第9讲 电力系统频率及有功功率的自动调节与控制(2)

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电力系统的有功功率平衡和频率调整PPT课件

电力系统的有功功率平衡和频率调整PPT课件
第30页/共44页
13.3 电力系统的频率调整
5. 互联系统的频率调整
二率负次增荷调量增频量功
频率调整可能引起网络潮流的重新分布
A
B
PDA PAB PGA KAf PDB PAB PGB KBf
ΔPDA ΔPGA
KA
ΔPAB
ΔPDB ΔPGB
KB
f PDA PDB PGA PGB PD PG = 0, 则: △f = 0
电力系统的频率调整133133133133频率的一次调整调速器的有差调节特性一次调频是有差调频所有发电机均装有调速器均参加一次调频机械液压调速系统电气液压调速系统自动装置中详细介绍单靠一次调频不能使频率偏移保持在允许的范围之内发电机组的调速器根据系统频率的偏移改变机组的出力使有功功率重新达到平衡这就是频率的一次调整
f
KD (KD*)：负荷频率调节效应系数（频率调节效应）
KD* =1～3（频率下降1 %，负荷有功功率变化 KD* %）
KD* 取决于全系统各类负荷的比重，不同系统或同一系统不同时刻的KD* 都可能不同。 KD* 是调度部门必须掌握的一个数据，是考虑按频率减负 荷方案和低频事故时用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。
调差系数越小，频率偏移越小！
发电机的δ(δ*)和KG ( KG* )可以整定，而负荷的KD ( KD* )则不行
K汽水G轮轮机机1：：δδ**==00P..fG0042，～～K0.0G0.60，4，K1KG*G*=1=255Pf0G～NN～162K.57G
fN PGN
第12页/共44页
电 力13系.2统 的 频 率 特 性
第8页/共44页
例13-1
某电力系统中，与频率无关的负荷占30％，与频率一次方、二次方、三次方成 正比的负荷分别占40％、10％、20％。求系统频率由50Hz降到48Hz和45Hz时， 相应的负荷变化百分值。

电力系统频率及有功功率的调节精品PPT课件

电力系统频率及有功功率的调节精品PPT课件

例1 某电力系统中，与频率无关的负荷占30％， 与频率一次方成比例的负荷占40％，与频率二 次方成比例的负荷占10％，与频率三次方成比 例的负荷占20％。求系统频率由50Hz下降到 47Hz时，负荷功率变化的百分数及其相应的值。
PL* a0 a1 f* a2 f*2 an f*n
0.3 0.4 0.94 0.1 0.942 0.2 0.943
点4：当频率下降到f2时，ZPJH的第二轮频率继 电器启动，经一定时间Δt2后
点5：又断开了接于第二轮频率继电器上的用户。 点5-6：系统有功功率缺额得到补偿。频率开始
沿5～6曲线回升，最后稳定在f∞(2) 。
逐相应的用户）。即
系统频率重新稳定下来或出现回升时，这个过程 才会结束。
告结束。
机组间有功功率的分配： 调频结束时必有
Pfhe
n i 1
Pci
(1
K1
......
K n1
)Pc1
f 0
而各调频机组分担的功率为
Pci
1 K1
K ...... Kn1
Pfhe
K i 1 Kx
Pfhe
上式说明各调频机组间的出力也是按照一定 的比例分配的。
积差调频法（同步时间法） 调频方程式： 积差调频法（或称同步时间法）
电力系统频率及有功功率的调节
一、电力系统的频率特性 二、调频与调频方法 三、电力系统低频减载
一、电力系统的频率特性
f pn 60
P——发电机组转子极对数 n——发电机组的转数（r/min） f——电力系统频率（Hz） 显然，电力系统的频率控制实际上就是 调节发电机组的转速。
1)电力系统频率一致；任一时刻，发供平衡。
频器的调节方程的原有平衡状态被首先打破， 无差调频器向着满足其调节方程的方向对机组

有功功率和频率调整课件

有功功率和频率调整课件

04
配电线路
将电能从变电站分配 到最终用户。
电力系统的特点
电力系统的装机容量通常很大， 以满足大量用户的用电需求。
电力系统通常配备有各种自动化 控制系统，以确保稳定、安全和 经济运行。
高电压 大容量 远距离
自动化控制
通常在数千伏至数百千伏之间。
输电线路通常很长，跨越不同的 地理区域和气候条件。
电力系统的要求
调速器调整
汽轮机调整
调速器是发电机组的重要控制设备，可以 通过调整调速器的开度来控制发电机组的 出力，从而调整电力系统中的频率。
汽轮机可以通过调整进汽量来控制发电机 组的出力，从而调整电力系统中的频率。
锅炉调整
其他调整方法
锅炉可以通过调整燃料量来控制发电机组 的出力，从而调整电力系统中的频率。
除了以上三种方法外，还有水泵、压缩机 等设备可以通过调整流量来控制发电机组 的出力，从而调整电力系统中的频率。
负荷分配
根据电力系统负荷需求，自动分配发电机组的输出功率，确保满足负荷需求。
AGC的实现方式
集中控制
在电力调度中心设置控制中心，对整 个电力系统的发电机组进行集中控制 。
分散控制
在各发电机组设置控制装置，对各自 的输出功率进行分散控制。
06
电力系统稳定器(PSS)
Chapter
PSS的概念
电力系统稳定器定义
有功功率
有功功率是指实际做功的功率， 是电力系统中实际传输的功率，
也是用户实际消耗的功率。
功率平衡
有功功率平衡是指系统中所有发电 机组的有功功率之和等于系统所需 消耗的功率总和，以保证系统的正 常运行。
重要性
有功功率平衡是电力系统稳定运行 的重要条件，如果功率不平衡，会 导致系统电压波动、频率不稳定等 问题。

电力系统频率及有功功率的自动调节

电力系统频率及有功功率的自动调节

例1： a0 30% a1 40% a2 10% a3 20%
计算负荷的频率调节效应系数以及频率由50Hz下降1Hz时负荷功率变化。
* KL a1 2a2 f * 3a3 f *2 40% 2 10% 3 20% 1.2 1 * * * PL K L f 1.2 0.024 50 50 1 * f 0.98 50 * PL 30% 40% 0.98 10% 0.982 20% 0.983 0.9763 * P 1 0.9763 * * L P KL 1 . 186 L 0.9763 1 0.0237 * 6 f 1 / 50
R
1 1 1 1 R1 R2 Rn
f RnPcn 0
若系统增加负荷
1 1 1 f PL f R R R R 2 n 1
PL
R Pci PL Ri i 1,2,, n
15
f R PL 0
fdt K
若系统增加负荷
n
集中制积差调频：
集中由一个地方（如调度部门）高精度测 频和计算频差积分，然后通讯传送给各调频厂， 不过要占用远方通讯通道
Pcn 0
分散制积差调频：
由各调频厂高精度测频和计算频差积分， 不过难以保证各调频厂测量值一样，易混乱
1 1 1 PL K K K fdt 2 n 1
电力系统电压调整：就地无功平衡，分别调节节点电压 频率调整：全系统必须统一调整，另外还要考虑经济运行 最终是
f 0
13
主调频厂的选择：
具有足够的调频容量和调整范围 具有与负荷变化相适应的调整速度 调整出力符合安全及经济运行原则

电力系统频率及有功功率的自动调节

电力系统频率及有功功率的自动调节
化成标么值的形式



f
f2
f3
fn
P

P

P
(
)

P
(
)

P
(
)




P
(
)
L 0
LN
1
LN 2
LN
3
LN
n
LN
f
f
f
f
N
N
N
N
将上式除以PLN，则得标么值形式，即


P


f

f
f



f
2
3
L
01
2
3

当系统的频率为额定值时: PL 1
于是
n
n

f 1
综合负载的功率-频率特性近似表达式：

P

P


e
L
根据国内外一些实例，负荷的静态特性曲线在额定频
率附近（48～51HZ）接近于一条直线，如图所示。
•
直线的斜率为：

p
tan
f
L

说明：
1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。
3）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与
a

a

a

a



a

1
0
1
2
3
n
通常与频率变化三次方以上成正比的负荷很少，可忽略其影响。
4、负荷的静态频率特性


P

电力系统频率及有功功率的自动调节与控制

电力系统频率及有功功率的自动调节与控制

二、电力系统负荷调节效应
1、当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变。 有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率—频率特性，是负 荷的静态频率特性，也称作负荷的调节效应。
2、电力系统中各种有功负荷与频率的关系 (1) 与频率变化无关的负荷，如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整流负 荷等。它们从系统中吸收有功功率而不受频率变化的影响。
PL a0 a1 f a2 f2 a3 f3
0.35 0.4 0.96 0.1 0.962 0.15 0.963
0.35 0.384 0.092 0.133 0.959
PL % (1 0.959) 100 4.1
KL
PL % f %
4.1 4
1.025
电力系统自动化
Pc
PB
B K
保持不变
电力系统自动化
第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节
积差调节法的特点是调节过程只能在 结束， 常数， 此常数与计划外负荷成正比。
3、机组间的有功功率分配 多机组采用积差调频法调频时，可采用集中式、分散式两种形式。
电力系统自动化
第三节 电力系统调频与自动发电控制
调频方程组
由于系统中各点的频率是相同的，各机组
m PTi 1
m PGi 1
PL
d dt
m (Wki )
1
系统的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， 因此调频与有功功率是不可分开的。
第一节 电力系统频率特性
频率降低较大时，对系统运行极为不利，甚至会造成严重后果。
（1）对汽轮机的影响，当频率低至45HZ时，个别的叶片可能发生共 振而引起断裂事故。 （2）发生频率崩溃现象。 （3）发生电压崩溃现象，系统运行的稳定性遭到破坏，最后导致系 统瓦解。

电力系统频率与有功功率调节课件


f fe
n
PL
a0
a1
f*
a2
f*2
an
f
n
PL
PL PLe
f*
f fe
a0 a1 a2 an 1
电力系统有功负荷的频率调节效应
• 由电力系统负荷的功频特性方程知：功频特性曲 线是一条单调上升的曲线；
• 电力系统有功负荷随电力系统频率同向升降的特 性，有助于电力系统频率的稳定；
系统级的控制，还需考虑机组间的有功功率合理 分配、电力系统稳定性、运行经济性； • 根据频率偏差确定有功功率调整量的方法，仍然 离不开自动控制理论，如PID等；
自动调频技术
• 自动调频涉及的技术问题有： （1）频差的获取：各调频电厂就地获取与调度
中心集中获取两种方式； （2）有功调整量的计算： P、I、PI、PID等； （3）有功调整量的分配：分配系数需考虑机组
状况和经济性、电力系统稳定性： （4）机组同步调节：集中式的自动发电控制是
电力系统调频技术的发展趋势，需要运动技 术支持；
电力系统自动调频方法简介
• 分散控制和集中控制； • 频率调整是系统级的控制，采用集中式控
制比较有利；在远动技术（四遥）不发达 的条件下，才采用分散控制； • 有两种调频控制策略： （1）电力系统整体调频控制策略； （2）联合电力系统的分区调频（维持联络线 传输功率的调频）控制策略；
• 负荷波动对系统频率的影响，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的概念。
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 的二次调频；

电力系统频率及有功功率自动调节(2)


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3、原动机——水轮机
•在水流的稳态情况下，水的流速是一定的。
•当迅速关小导向叶片的开度，导管中的水压力会急 剧上升；当迅速开大导向叶片的开度，导管中的水 压力会急剧下降。这就是水锤现象。
•水轮机的功率不能随着开度的变化而有一个时滞
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page4
1、调速器
' X E K1' X A K 2 X D K 4 X B X A k1f X k P 2 c D
X E s K1F s K 2 Pc s K 4 X B s
3、当D点升高时，引起E点降低 X E ，通过错油门作用，使B点 升高 X B，从而原动机的输入功率增加P T ，稳态时两者相等。 4、由于发电机功率增加，使系 统频率发生微小变化 f ，引起 调速器响应，使A点向上移 动 X A， f 正比于X A 。 5、正方向如图中所标柱。
2018/10/4
2018/10/4
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4、汽轮发电机组的传递函数
汽轮机与无限大系统并联运行 发电机的功率变化对 系统的频率没有影响
F s 0 PG PT
PT s PG s
Kn KT Pc s 1 Tn s 1 TT s
1 X B s Gn s Pc s F s R
表示了原动机调节量与控制指令信号Pc s 及系 统频率F s 间的动态特性
2018/10/4
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电力系统频率及有功功率的调节精品PPT课件


例1 某电力系统中，与频率无关的负荷占30％， 与频率一次方成比例的负荷占40％，与频率二 次方成比例的负荷占10％，与频率三次方成比 例的负荷占20％。求系统频率由50Hz下降到 47Hz时，负荷功率变化的百分数及其相应的值。
PL* a0 a1 f* a2 f*2 an f*n
0.3 0.4 0.94 0.1 0.942 0.2 0.943
• 对水轮发电机组 R *=(2-4)%或KG* =25-50 ；
若系统频率稳定在f1： 1号机组的负荷增加 了ΔP1 2号机组的负荷增加 了ΔP2
两台机组增量之和等 于ΔPL
P1* R2*
P2*
R1*
2、电力系统的功率—频率特性
3、调频方法
有差调频法 调频方程式：
有差调频法指用有差调频器进行并联运行， 达到系统调频的目的的方法。有差调频器 的稳态工作特性可以用下式表示， 即
设系统的负荷增量（即计划外的负荷）为
ΔPL，则调节过程结束时，必有
f R P 0 PL Pc1 Pc2 ... Pcn
上式也可以写为
f
(1 R1
1 R2
...
1 Rn
)
f Rx
xc
其中 Rx 1 1 是1系... 统的1 等值调节系数
R1 R2
Rn
则每台调频机组所承担的计划外负荷为
K L*
K L*
PL* f*
P% f %
P / PLN f / fN
负荷的调节效 应系数
1）负荷的频率效应起到减轻系统能量不平衡的作用。 2）电力系统允许频率变化的范围很小，为此负荷功率与 频率的关系曲线可近似地视为具有不变斜率的直线。这斜 率即为调节效应系数。
3）对于不同的电力系统，调节效应系数的值也不相同。 一般为1～3。即使是同一系统的 ，也随季度及昼夜交替 导致负荷组成的改变而变化。

电力系统的有功功率和频率调整PPT课件

• 频率调整的方法及其特点？ • 负荷变动与频率调整的关系？ • 什么是可供调度的系统电源容量、备用容量、热备用和冷备用、负荷备用（事故备用、检修备用、国民经
济备用）？ • 两类备用容量的关系？
3
第3页/共81页
5.1 电力系统中有功功率的平衡
• 有功功率负荷的变动和调整控制 （1）有功功率负荷的变动 ——变动类型及其特点 ——综合负荷的分解 （2）有功功率和频率的调整 ——调整方法及其特点 ——任务的分配
大，调节能力越强。所谓多年调节，指库容足够大，可 24 第24页/共81页
各类发电厂的运行特点
——抽水蓄能水电厂的特点
• 抽水蓄能水电厂： ✓上下方各有一水库。
✓系 统 负 荷 出 现 低 谷 时 ， 抽 水 至 上 水 库 储 蓄 水 能
✓系统负荷出现高峰时，放水至下水库同时发电
✓抽 水 蓄 能 ， 放 水 发 电 循 环 的 总 效 率 只 有 7 0 % ， 但 由 于其具有很强的消峰填谷的作用，可以使火电厂的 负荷比较平稳，因此，当系统的有功调节能力不足，
• 二次调频的功率频率调整量计算方法
负荷的变动类型
发电机的电磁功率变化类型
偶然性 冲击性 周期性
频率的调整方法
原动机的有功调整方法
一次调频 二次调频 三次调频
频率变化与功率调 整量的定量关系
PG KGf PL KLf PL0 KS f PL0－PG0 KS f
有功备用容量的概念 各类机组的有功调节特性
2
第2页/共81页
5.1 电力系统中有功功率的平衡 ——基 本 概 念 • 负荷变动的类型及其特点？
瞬变负荷及发电机功率的平衡，而只能保证动 原动机＋发电机
态平衡，相应频率也只能保持动态稳定。
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ACE A PtA A f A ACEB PtB B f B
控 制 功 率
PGA K iA PtA A f A dt P K iB PtB B f B dt GB
调整结果在稳 态情况下满足 ACE A 0 ACEB 0
事故1：A电厂发生故障而切机，B系统突然减少了功率 PA 。 如果运行机组备用容量远小于 PA ，则会造成电网功率的严重 缺额，频率会大幅度下降。此时如果不及时切负荷，则会危及 系统安全，甚至整个系统崩溃。
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page13
Pi ai PL
i 1,2,3.......
协助调频机组 的调节功率
2015-6-25
比例系数
主导发电机的 调节功率
page4
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1、主导发电机法
存在的问题—调节缓慢，适应于 中小电力系统 负荷变动
系统频率改变
PL
3、发生电压崩溃现象
励磁机、发电机转速下降 频率降低
电压水平下降
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加剧无功不足
电动势下降
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1、电力系统频率的静态特性
•在电力系统出现较大的功率缺额时，如能在较低的频率维持运 行，主要是依靠负荷频率特性的调节作用。 •当频率降低时，负荷按照自身的频率特性自动地减少了从系统 中所吸收的功率，使之与发电机发出的功率尽可能的保持平衡。 此时，系统所减少的功率就是系统的功率缺额。
1 f Ph KL
系统功率缺额 负荷的频率调节特性
50 Ph f K L* PLN
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系统功率缺额
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2、电力系统频率的动态特性
研究电力系统频率的动态过程
（1）单机系统 系统出现有功缺额时，转子运动方程 转子动能 W KN
主导发电机组调节系统动作
否
频率恢复 到额定值
协助调频机组调整功率
系统频率随之改变
Pi ai PL
是
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调节结束
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2、同步时间法
同步时间法（积差调差）就是按频率偏差的积分值来进行调
节，因为频率偏差的积分反映了在一定时间段内同步时间对标准 时间的偏差。 fdt K G1 PG1 0
第三节 电力系统调频和自动发电控制
•现代电力系统调频的主要任务——维持系统频率在给定水平，考 虑机组负荷的经济分配和保持电钟的准确性 调峰厂——经济性较差的机组
带基本负荷发电厂——经济性较好 的高参数火电厂、热电厂、核电厂
调频厂——承担计划负荷与实际负荷的差值部分 在电网容量较大时，由多个电厂共同完成调频任务
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page11
频率联络线功率偏差控制（TBC）
3、频率联络线功率偏差控制TBC（Tie-line load frequency Bias Control）— 既按照频率偏差又按照联络线交换功率进行 调节，维持各地区电力系统负荷波动的就地平衡。 •适用于大型电力系统或联合电力系统（常用方法） •定义本区域调节作用信号 为区域控制误差ACE
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page14
电力系统典型事故
存在问题：如果由调度人员在很短的时间内正确判断事故并
且完成相应的上述操作，显然是不可能的。原因是远动信息传 输和操作命令的传达都需要一定的时间，如此长的时间势必会 失去及时处理事故的良机。
等值机的惯性 T d* P P X T* L* dt 时间常数
d* d* df * dt dt dt
Ph df Txf f dt K L
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North China Electric Power University
page20
2、电力系统频率的动态特性
解决办法：针对引发系统性事故的紧急操作任务必须依靠
自动控制系统装臵来完成。
电磁暂态 Electromagnetic Switching Transient 暂态稳定 Transient stability（angle and voltage） 小扰动稳定 Small signal stability 系统运行 Power system operation
电力系统典型事故
事故2：在双回线路上输送的功率 PA 很大，当有一回线三相短 路而被切除， PA 超出了一回线路运行的暂态稳定极限。如果 不迅速减少输送功率，则可能由于系统稳定破坏而解列。造成 受端更为严重的功率缺额。
事故处理：
1、对于事故1，B系统迅速切除负荷 2、对于事故2，A电厂迅速减少输送功率
A
B
计划跟踪环
机组分担 调节控制
负荷 C
电力系统
f
调速器 汽轮机
区域调度控制环
机组控制
PG
机组控制环
控制误差
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ACEi i f P Ti
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•调节结束时频率偏差为零。
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3、自动发电控制AGC
长期电压稳定
Long term voltage stability
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1000
Sec.
继电保护范围 2015-6-25
自动装置范围
自动化系统范围
人员操作范围
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page15
第四节 电力系统自动低频减载
3、自动发电控制AGC
自动发电控制AGC的基本目标：
1、使全系统的发电机输出功率和总负荷功率相匹配 2、维持系统频率为额定值，在正常稳态情况下，其频率偏差在 0.05～0.2Hz范围内。 3、控制地区电网间联络线的交换功率与计划值相等，实现各地 区有功功率就地平衡。 4、在安全运行前提下，所管辖系统范围内，机组间负荷实现经 济分配。 5、监视和调整备用容量，满足6-25
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2、同步时间法
积分方法调节缓慢，不能保证频率的瞬时偏差在规定的范围内。 改进方法:将频率f 的瞬时偏差 f 和频率偏差积分 fdt 相结合, 构成频率积差调节方法.
fdt KGi P Gi 0
•为了保证电网安全和对重要用户的供电，必须采取措施，切 除部分负荷，以使系统频率恢复到可以安全运行的水平内。
2015-6-25
North China Electric Power University
page16
频率降低对电力系统的影响
•系统频率降低较大时，对系统运行极为不利，甚至会造成系统崩 溃的严重后果。 1、对汽轮机的影响：频率降低会导致汽轮机的叶片产生裂纹， 甚至叶片断裂。 2、发生频率崩溃现象 频率降低 发电厂出力降低 锅炉出力降低 火电厂厂用机械出力降低
f 0 PtA PtB 0
page12
2015-6-25
North China Electric Power University
电力系统典型事故
•电力系统自动装臵就是针对危及系统安全运行的故障所采用
的自动化对策，他们的任务就是当系统发生某些故障时，按照预 定的控制准则迅速作出反应，采取必要的措施以避免事故扩大。
AGC有三种基本控制方式
1、恒定频率控制FFC（Flat Frequency Control）—按照频率 偏差进行调节，在频率偏差为零时调节结束。 •对联络线不加以控制 •适用于电厂间联系紧密的小型系统
2、恒定交换功率控制FTC（Flat Tie-line Control）—按照控制 调频机组保持交换功率恒定进行调节。 •对系统频率不加以控制 •只适用于两个系统间按照协议交换功率的情况。
1 J 2 N 2
d J M dt
2WKN d 2WKN d* M * PGN N dt PGN dt
2WKN d M 2 N dt
考虑到机械角速 度变化不太快
2WKN d* d* TG PT * PL* PGN dt dt
page19
* * M * P*
3、自动发电控制
1、维持系统频率为额定值 主导发电机组法
电力 系统 自动 调频 的任 务
2、经济功率分配
同步时间法
3、系统潮流分布符合经济 安全原则
联合自动调频法
在电网调度的SCADA系统的基础上，在调度中心的监 控计算机中配臵AGC（自动发电控制）功能软件
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实现方法
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2015-6-25
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page3
1、主导发电机法
1、在调频电厂中有一台主导机组上装设无差调节器， 调节准则是： f 0 2、在其他机组上装设有功功率调整器，使这些机组 的功率随主导机组的功率按比例变化，协助主导发电 机调频工作， 调节准则是：