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上海交通大学刘东研究员2007年5月电力系统频率特性™电力系统频率和有功功率的关系™原动机的输入功率-电力系统的负荷™一次调频和二次调频电力系统频率特性™第一种是频率较高的随机分量，其变化周期一般小于10s；™第二种为脉动分量，变化幅度较大，变化周期在10s～3min之间；™第三种为变化很缓慢的持续分量。电力系统负荷的功率-频率特性电力系统中各种有功负荷与频率的关系，可以归纳为以下几类：™与频率变化无关的负荷，如照明、电弧炉、电阻炉、整流负荷等；™与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、往复式水泵、压缩机、卷扬机等；™与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的涡流损耗，但这种损耗在电网有功损耗中所占比重较小；™与频率的三次方成比例的负荷，如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等；™与频率的更高次方成比例的负荷，如静水头阻力很大的给水泵等。电力系统负荷的功率-频率特性neLeneLeeLeeLeLeLffPaffPaffPaffPaPaP⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛++⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+=K332210naaa,,,10KLeP——上述各类负荷占的比例系数ef系统频率为额定值时，整个系统的有功负荷电力系统负荷的功率-频率特性为负荷的频率调节效应系数系统的值决定于负荷的性质，它与各类负荷所占总负荷的比例有关。负荷的静态频率特性∑−∗−∗∗∗∗∗∗=++++==nmmnnLLfmafnafafaadfdPK111232132K∗LK∗LK电力系统负荷的功率-频率特性对于不同的电力系统，因负荷的组成不同，值也不相同，一般在1～3之间。同时每个系统的值亦随季节及昼夜交替而有所变化。有功负荷静态频率特性∗∗∗ΔΔ==fPtgKLLβfPKLLΔΔ=LeeLLPfKK=∗∗LK∗LK电力系统负荷的功率-频率特性™例5-1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％，与频率三次方成比列的负荷占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频率调节效应系数值。94.05047*==f解当f=47Hz时，94.05047*==f由（5-4）式可以求出当频率下降到47Hz时系统的负荷为930.0166.0088.0376.03.094.02.094.01.094.04.03.032332210=+++=×+×+×+=+++=∗∗∗∗fafafaaPL7100)930.01(%=×−=ΔLP17.167%%==ΔΔ=∗fPKLL电力系统负荷的功率-频率特性™例5-2某电力系统总有功负荷为3200MW（包括电网的有功损耗），系统的频率为50Hz，若＝1．5，求负荷频率调节效应系数值。94.05047*==f∗LKLK解从（5-9）式得965032005.1=×=×=∗eLeLLfPKK∗LK5.1095036505.1=×=LK（MW／Hz）值不变，负荷增长到3650WM时，则（MW／Hz）解从（5-9）式得若系统的∗LK发电机组的功率-频率特性发电机的功率-频率特性：发电机组功率-频率特性取决于调速系统特性。通常把由于频率变化而引起发电机组输出功率变化的关系称为发电机组的功率-频率特性或调节特性。22C∗∗−=ωBAMG221∗∗∗′−′=ωωCCPG发电机组转矩方程近似表示为故功率方程为221∗∗∗−=fCfCPG或发电机组的功率-频率特性发电机组的功率-频率特性GPfRΔΔ−=R——发电机组的调差系数。负号表示发电机输出功率的变化和频率的变化符号相反∗∗∗ΔΔ−=ΔΔ−=GGeGePfPPffR//0=Δ+Δ∗∗∗GPRf又称为发电机组的静态调节方程∗∗∗∗ΔΔ−==fPRKGG10=Δ+Δ∗∗∗GGPfK发电机组的功率-频率静特性系数∗GKfPKGGΔΔ−=发电机组的功率-频率特性调差特性与机组间有功功率分配的关系：∗∗∗∗=ΔΔ1221RRPp),,2,1(1niPffRPGieeiGiK=Δ×−=Δ∗∑∑=∗=∑×Δ−=Δ=ΔniiGieeniGiRPffPP11eePffRP∑∑∑Δ×−=Δ1∑=∗∑∑=niiGieeRPPR1eeGeGPPRPPRPPRf∑∑∑∗∗∗Δ==Δ=Δ=Δ−L222111∗∑∑∑Δ=ΔiGieeGiRPPPRP．每台发电机所承担的功率发电机组的功率-频率特性调节特性的失灵区eWffΔ=ε汽轮发电机组调速器的不灵敏区为0.1％～0.5％；水轮发电机组调速器的不灵敏区为0.1％～0.7％。电力系统的功率-频率关系及频率特性发电机组的功率-频率特性与负荷的功率-频率特性曲线的交点就是电力系统频率的稳定运行点。联合电力系统的调频™（一）联合电力系统的调频方式™（1）恒定频率控制FFC（FlatFrequencyControl）维持的是系统频率，而对联络线上的交换功率则不加控制。™（2）恒定交换功率控制FTC（FlatTie-LineControl）控制调频机组保持交换功率恒定，而对系统的频率并不控制。™（3）频率联络线功率偏差控制TBC（TielineloadfrequencyBiasControl）既按频差又按联络线交换功率调节，昀终维持的是各地区电力系统负荷波动就地平衡。频率联络线功率偏差控制（TBC）™每个控制区负责本区域的功率调整，通常把本区域调节作用的信号称为区域控制误差ACE（AreaControlError）。™称为系统功率频率特性系数，或称为系统的单位调节功率，它标志了系统负荷增加或减少时，在原动机调速器调节特性和负荷调节效应共同作用下，系统频率下降或上升的数值，也可由此求取在允许的频率偏移范围内，系统能承受负荷的增减量。βLPfΔ−=Δ∗∗∗Δ−=ΔβLPfβ⎭⎬⎫Δ+Δ=Δ+Δ=BBtBBAAtAAfPACEfPACEββAACEBACE00=Δ+Δ=Δ+ΔfPfPBtBAtAββ任一控制区域内的负荷变动，调整结果在稳态情况下，必须使、信号为零，即()()⎪⎭⎪⎬⎫Δ+Δ−=ΔΔ+Δ−=Δ∫∫dtfPKPdtfPKPBBtBiBGBAAtAiAGAββ相应的控制功率自动发电控制AGC™自动发电控制是一个闭环控制系统，基本目标是:(1)响应负荷和发电的随机变化,维持电力系统频率为规定值(50±0.1Hz);(2)在各区域间分配系统发电功率,维持区域间净交换功率为计划值;(3)对周期性的负荷变化按发电计划调整出力,对偏离预计的负荷,实现在线经济负荷分配。自动发电控制AGC™3个控制环:计划跟踪环、区域调节控制环和机组控制环。™区域计划跟踪控制的目的是按计划提供发电基点功率,担负主要调峰任务。™区域调节控制的目的是使区域控制误差(ACE)调到零,这是AGC的核心。AGC计算出消除区域控制误差(ACE)各机组需增减的调节功率,将这一可调分量加到机组跟踪计划的基点功率之上,得到设置发电值发往电厂控制器。™机组控制是由基本控制回路去调节机组控制误差到零。电网运行性能评价标准™A标准。™A1标准要求控制区域的ACE在任意10分钟内必须至少过零一次；™A2标准要求控制区域的ACE在10分钟内的平均值必须控制在规定的范围内。电网运行性能评价标准™控制性能标准CPS（ControlPerformanceStandard)™CPS1标准要求：™是1分钟ACE的平均值，™是1分钟频率偏差的平均值，™B为控制区域设定的频率偏差系数，单位是MW/0.1Hz，且有负号，是互联电网全年1分钟频率平均偏差的均方根控制目标值。21minmin10ε≤−Δ⋅−−BFACEAVEAVEmin−AVEACEmin−ΔAVEF1ε电网运行性能评价标准™CPS2标准要求：ACE每10分钟的平均值必须控制在规定的范围内。™其中，B为控制区的频率偏差系数，为所有控制区即整个互联电网的频率偏差系数，是互联电网对全年10分钟频率平均偏差的均方根值的控制目标值。系数1.65是标准正态分布置信度为0.9的分位点，概率上表征使频率恢复到目标值的可能性达到90%。dL()()Σ−⋅−⋅⋅=BBL101065.11010εΣB10ε电力系统的经济调度与自动调频™在保证频率质量和系统安全运行的前提下，如何使电力系统运行具有良好的经济性，这就是电力系统经济调度控制（EDC）的任务。它是联合自动调频的重要目标之一。™有时也称称EDC为三次调频。电力系统的经济调度与自动调频™™式中b——耗量微增率（或简称微增率）；™——输入耗量微增量；™——输出功率微增量。PFbΔΔ=FΔPΔ电力系统的经济调度与自动调频机组负荷改变时耗量的变化示意图电力系统的经济调度与自动调频多台机组间按等微增率分配负荷示意图λ====nndPdFdPdFdPdFL2211λ====nbbbL21用远动通道实现系统调频电厂的经济功率分配电厂SIS系统电厂SIS系统联系方式™刘东™Email:[e-mail]™再见！