電力調(diào)自動化系統(tǒng)高級應用軟件PPT課件

1、 概述 網(wǎng)絡拓撲 狀態(tài)估計 負荷預測 調(diào)度員潮流 有功功率和頻率調(diào)整、AGC/EDC 無功功率和電壓調(diào)整、AVC 安全分析和穩(wěn)定控制、ASC內(nèi)容提要第1頁/共116頁PAS概述目標基本概念： 在線和離線 在線和實時數(shù)據(jù)來源： SCADA采集的實時量測數(shù)據(jù) 人工輸入的靜態(tài)數(shù)據(jù) 計劃參數(shù)：未來時刻的“偽量測”第2頁/共116頁第一節(jié) 網(wǎng)絡拓撲1.1 網(wǎng)絡拓撲的基本功能基本功能：根據(jù)開關的開合狀態(tài)（遙信信息）和電網(wǎng)一次接線圖來確定網(wǎng)絡的拓撲關系，即節(jié)點支路的連通關系，為其它高級應用做好準備。 為什么要進行網(wǎng)絡拓撲？將網(wǎng)絡物理模型轉化為計算模型。物理模型：對網(wǎng)絡的原始描述（節(jié)點模型）計算模型：面向網(wǎng)絡

2、計算方程的模型。第3頁/共116頁第一節(jié) 網(wǎng)絡拓撲1.1 網(wǎng)絡拓撲的基本功能其它功能：電網(wǎng)解列，網(wǎng)絡拓撲可以給出各子系統(tǒng)的拓撲結構用于標識電網(wǎng)元件的帶電狀態(tài)，進行網(wǎng)絡著色，直觀表示其連通性。由開關變位事件驅動或召喚啟動。地位：是其它高級應用軟件的基礎，為其他高級應用軟件提供了基礎的結構信息。第4頁/共116頁1.2 網(wǎng)絡拓撲的基本術語 網(wǎng)絡元件：各種一次電氣元件均為網(wǎng)絡元件。 節(jié)點：網(wǎng)絡元件之間的連接點。 邏輯支路：開關元件，開/合兩種狀態(tài)。零支路或無窮大支路。 保留元件：計算模型中所有非邏輯支路。圖5-1 網(wǎng)絡物理模型（節(jié)點模型）第5頁/共116頁1.2 網(wǎng)絡拓撲的基本術語 零阻抗支路：阻抗

3、為0，用于隔離母線。 母線：閉合邏輯支路聯(lián)系在一起的節(jié)點集合。 活島和死島：含源電氣島，稱為活島。不含源電氣島為死島。 主母線：邏輯支路全部閉合時，所建立的母線編號。圖5-1 網(wǎng)絡物理模型（節(jié)點模型）第6頁/共116頁1.2 網(wǎng)絡拓撲的基本術語 開 關 節(jié) 點 關 聯(lián)表 ： 標 明 每 個 開關兩端節(jié)點的表 節(jié) 點 開 關 關 聯(lián)表 ： 標 明 節(jié) 點 相連開關的表 變 壓 器 節(jié) 點 關聯(lián) 表 ： 標 明 每 臺變 壓 器 各 端 節(jié) 點的表。 線 路 節(jié) 點 關 聯(lián)表 ： 標 明 線 路 兩端節(jié)點的表。第7頁/共116頁1.3 網(wǎng)絡拓撲分析基本算法1、基本步驟 網(wǎng)絡拓撲分析就是在廠站母線分

4、析的基礎上，將所得的母線劃分為不同電氣島的過程。（1）廠站母線分析 將廠站內(nèi)的節(jié)點按電壓等級和閉合開關劃分為若干個母線的過程。（合并與分隔：所有的邏輯支路和節(jié)點都將歸并入不同的母線）（2）系統(tǒng)網(wǎng)絡分析 在廠站母線的基礎上，按照聯(lián)接支路（支路-節(jié)點關聯(lián)表）劃分為若干個電氣島的過程。（網(wǎng)絡級的合并與分隔） 正常情況下，電力系統(tǒng)都處于未解列狀態(tài)，屬于同一個電氣島，網(wǎng)絡拓撲分析完成的實際上是開環(huán)位置的判斷。第8頁/共116頁1.3 網(wǎng)絡拓撲分析基本算法2、基本算法 核心：堆棧原理，后進先出的搜索邏輯。n所有節(jié)點置為未搜索標志n從某一節(jié)點出發(fā)，將其置于堆棧第一層n進棧：掃描未搜索閉合開關（節(jié)點開關關聯(lián)表

5、）及其對端節(jié)點（開關節(jié)點關聯(lián)表）進下層堆棧。n退棧：無未搜索閉合開關或其對端未搜索節(jié)點，退一層堆棧。n退至第一層完成一個母線搜索。第9頁/共116頁1.3 網(wǎng)絡拓撲分析基本算法3、系統(tǒng)網(wǎng)絡分析 核心：類似廠站分析，將節(jié)點換成母線，開關換成元件。4、工程應用 要求：高速、可靠。 第10頁/共116頁第二節(jié) 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計 網(wǎng)絡拓撲分析是高級應用軟件的結構基礎，狀態(tài)估計則是高 級應用軟件的數(shù)據(jù)基礎。2.1 狀態(tài)估計的必要性 數(shù)據(jù)不齊全：投資的限制，很多情況下不可能在所有廠站中都設置RTU。 數(shù)據(jù)不精確：數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)母鱾€環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生誤差，而誤差會逐步積累。 數(shù)據(jù)受干擾：干擾不可避免，有可能造

6、成數(shù)據(jù)的錯誤。 數(shù)據(jù)不和諧：數(shù)據(jù)相互之間不符合建立數(shù)學模型所依據(jù)的基爾霍夫定律。 “去粗存精”，“去偽存真”狀態(tài)估計第11頁/共116頁狀態(tài)估計定義 對電力系統(tǒng)的某一時間斷面采集的遙測量和遙信量信息進行實時處理，目的是排除錯誤數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的精確度，補充缺少的數(shù)據(jù)，從而得到表征電力系統(tǒng)運行狀態(tài)的完整而準確的信息。 狀態(tài)估計是EMS的基本功能第12頁/共116頁第二節(jié) 電力系統(tǒng)狀態(tài)估計2.2 狀態(tài)估計的功能 對生數(shù)據(jù)（SCADA實時斷面數(shù)據(jù)）進行計算，以得到最接近于系統(tǒng)真實狀態(tài)的最佳估計值。（獲得可靠的已知數(shù)據(jù)） 對生數(shù)據(jù)中的不良數(shù)據(jù)進行檢測和辨識。（搜索錯誤的壞數(shù)據(jù)） 推算齊全而精確的電力系統(tǒng)

7、運行參數(shù)。（估算可靠的未知或難于測量數(shù)據(jù)） 糾正可能的開關狀態(tài)錯誤。 估計某些可疑或未知的設備參數(shù)。 確定合理的測點數(shù)量和合理的測點分布。 預測未來的趨勢。 “生數(shù)據(jù)”“可靠數(shù)據(jù)庫”第13頁/共116頁2.3 狀態(tài)估計的基本原理（1）測量冗余度 例如：對直流電路中：U、I、P、R任意知道兩個量可以判斷出兩外兩個量。當若已知量有錯，無法判斷。 若已知3個量或4個量，可以判斷是否有錯，采用一定的算法，可以知道哪個量出錯。這就是狀態(tài)估計中的檢錯。 通常冗余度的要求： 冗余度 = 獨立測量數(shù)/狀態(tài)變量數(shù) =（ 1.53.0）第14頁/共116頁 狀態(tài)變量：表征電力系統(tǒng)特征所需最小數(shù)目的變量。對于電力系

8、統(tǒng)，一般取節(jié)點電壓幅值和相角。 測量量：電力系統(tǒng)中，一般是母線注入功率、支路功率和母線電壓幅值。 狀態(tài)估計涉及三類數(shù)據(jù)： 真值：參數(shù)的真實值 測量值：采用表計測量出來的參數(shù)值 估計值：根據(jù)測量值的大小、測量值及其誤差的隨機性質(zhì)，使用概率方法計算出來的值第15頁/共116頁（2）狀態(tài)估計的步驟 假定數(shù)學模型：指的是假定沒有結構誤差、參數(shù)誤差和不良數(shù)據(jù)的條件下，確定計算所用的數(shù)學方法。 典型方法：加權最小二乘法。 狀態(tài)變量：電壓幅值（V、）。 量測量：測量表計值（P、Q、V）和“偽測量” 狀態(tài)估計計算：使“殘差”最小。 殘差：各測量值與計算的相應估計值之差。 檢測：檢查是否有不良數(shù)據(jù)混入或結構錯誤

9、。 識別：確定具體的不良數(shù)據(jù)。第16頁/共116頁第17頁/共116頁（3）不良數(shù)據(jù)檢測 設定殘差的門檻值。大于：量測值中有不良數(shù)據(jù)。小于：量測值中無不良數(shù)據(jù)。（4）不良數(shù)據(jù)的識別不良數(shù)據(jù)：逐個試探。特殊：遙信不良數(shù)據(jù)，將開關量與相應線路的量測量做對比，首先確定“疑點”，然后再將遙信量“取反”后逐個試探。第18頁/共116頁2.4 狀態(tài)估計的數(shù)學模型和基本方法 （最小二乘法） 量測方程式： z = h(x) + 其中： z為測量值。 x為真值（一般為狀態(tài)變量）。 為測量誤差：正態(tài)分布。 h為測量函數(shù)（表征在假定無誤差時，測 量值與待估計狀態(tài)變量間的物理關系，如 基爾霍夫定律，具體如潮流方程）。

10、第19頁/共116頁最小二乘估計 進行n次測量，每次測量都可以表示為量測方程式。 用誤差的二乘值表示誤差的大小，求取使誤差二乘值最小的參數(shù)估計值得方法稱為最小二乘估計。niixzzJ12)(h()(第20頁/共116頁最小二乘估計步驟 求出誤差的二乘值： 為待估計值，一般為狀態(tài)變量。 求出最小二乘法估計的估計值niiixhzxJ12)() (0)(xdxdJx 第21頁/共116頁最小二乘估計（例1） 例：R10，若測得1.05A，9.8V。求U、I的估計值。 解：IRU+-81. 9981. 00)()*108 . 9()05. 1 ( )()( )()( )(*2*2*2*2*2*2*IR

11、UIdIIdJIIRIzIzUzIzIJUIUI得：由第22頁/共116頁最小二乘估計（例2）2. 電路圖如下圖所示，試根據(jù)最小二乘法估計出U、I的最佳估計值。a) R2=8。b) U，I，I1為測量點，測得的結果為U=16V，I=4.02A， I1=1.98A。第23頁/共116頁最小二乘估計（例2）2*112*2*)()()(IIIIUUJ1*,IIU0)98. 18(*2)02. 4(*20)98. 18(*2)16(*2UIIIJUIUUJ（1）列寫殘差目標函數(shù)： 其中：U，I，I1為估計值為測量值。（2）I1=I-U/R2=I-U/8（3）將殘差方程對U，I求偏導，得到 （4）求解方

12、程即得到最佳估計值。第24頁/共116頁加權最小二乘估計 考慮儀表精度為測量誤差的方差權重系數(shù)22121)()(iiqiniiiqiRxhzRxJ第25頁/共116頁加權最小二乘估計 例如，上例1中如果考慮電壓表精度高，取權重為1/0.15，則 可以求得9 . 999. 0*IRUI2*2*)*108 . 9(15. 01)05. 1 ()(IIIJ第26頁/共116頁電力系統(tǒng)最小二乘估計模型 電力系統(tǒng)的量測方程：TmNNNTmTmTuuuuxxxzzzh, ,)(211122112121VXZVXZ第27頁/共116頁電力系統(tǒng)最小二乘估計為最佳估計值，求解：權重：殘差：X0)( 100010

13、001)()()(222211XXJhhJmTRXZRXZX第28頁/共116頁2.5 狀態(tài)估計的程序流程 第29頁/共116頁第三節(jié) 電力系統(tǒng)負荷預測 負荷預測定義 負荷預測的內(nèi)容 重要性 分類及作用 負荷預測特點和相關影響因素 各階段發(fā)展及相關方法介紹 前景探索及總結 第30頁/共116頁一、負荷預測定義天氣經(jīng)濟電力負荷社會歷史數(shù)據(jù)未來電力負荷預測第31頁/共116頁二、預測內(nèi)容 電量預測（全社會電量、網(wǎng)供電量、各行業(yè)電量、各產(chǎn)業(yè)電量等） 電力預測（如最大負荷、最小負荷、峰谷差、負荷率、負荷曲線等）第32頁/共116頁三、重要性 如果負荷預測結果偏低，將會導致系統(tǒng)的規(guī)劃裝機容量、輸電規(guī)劃等

14、不足，無法滿足社會的用電需求。而如果負荷預測結果偏高，則會導致一些發(fā)電、輸電設備投入系統(tǒng)后的運行效率不高，造成投資浪費。第33頁/共116頁四、分類及作用 中長期負荷預測： 短期負荷預測 超短期負荷預測提供電源，電網(wǎng)規(guī)劃的基礎數(shù)據(jù)年月度檢修計劃，運行方式水庫調(diào)度計劃，電煤計劃等日開停機計劃和發(fā)電計劃實時安全分析機組組合、經(jīng)濟調(diào)度的基礎實時經(jīng)濟調(diào)度自動發(fā)電控制第34頁/共116頁五、負荷特點和影響因素 長期：基本上是單調(diào)遞增 中期：周期性增長，各個年度的12個月具有相似規(guī)律國民經(jīng)濟發(fā)展情況、人口、產(chǎn)值單耗、產(chǎn)業(yè)結構調(diào)整，大用戶生產(chǎn)計劃，氣象，電價政策等影響影響第35頁/共116頁 短期：在年、月

15、、周、日不同期限上均具有明顯的周期性 超短期：與前幾日同時段的瞬時變化規(guī)律比較類似假期，氣象，電價實時溫度變化影響影響第36頁/共116頁六、預測方法的發(fā)展過程一）系統(tǒng)負荷預測方法一）系統(tǒng)負荷預測方法 1 以線性回歸方法為代表的傳統(tǒng)統(tǒng)計預測方法階段 2引入由Box-Jenkins提出著名的時間序列預測方法（包括AR、MA 以及ARMA ）階段 3灰色預測方法以及組合預測方法 4 近期的以神經(jīng)網(wǎng)絡以及支持向量機為代表的智能預測方法階段二）母線負荷預測方法二）母線負荷預測方法 負荷層次模型第37頁/共116頁 1、回歸預測方法 根據(jù)歷史負荷數(shù)據(jù)資料，依靠線性回歸數(shù)學模型對未來的負荷進行預測 。通過

16、給定的一組或者多組自變量和因變量的歷史數(shù)值 ，研究各自變量和因變量之間的關系 ，形成回歸方程 。傳統(tǒng)預測方法 最成熟，運用最廣，影響力最大第38頁/共116頁第39頁/共116頁第40頁/共116頁線性回歸法優(yōu)缺點 方法簡單 預測速度快局限： 由于其模型的線性方法決定其必然無法描述復雜的非線性因素對其的影響 并且其自變量所選取的主要因素需要依靠經(jīng)驗確定第41頁/共116頁2、時間序列預測方法 Box-Jenkins提出的時間序列模型被認為是最經(jīng)典，最系統(tǒng)，最被廣泛采用的一類短期負荷預測方法。 基本思想：首先假設所分析的時間序列是由某個隨機過程產(chǎn)生的，然后用時間序列的原始數(shù)據(jù)建立一個描述該過程的

17、模型，并進行參數(shù)估計，此后運用所建立的模型，在已知時間序列在過去和現(xiàn)在的觀測值的情況下，求得時間序列未來的預測值第42頁/共116頁 AR模型（Auto-Regressive Model自回歸模型） 其中t 為隨機干擾項 MA模型（Moving Average Model滑動平均模型）第43頁/共116頁 ARMA 模型（Auto-Regressive and Moving Average Model自回歸滑動平均模型） ARIMA模型：對于非平穩(wěn)性時間序列，可用累積式自回歸滑動平均模型（ARIMA）通過差分進行平穩(wěn)化處理，然后再應用ARMA模型第44頁/共116頁時間序列預測方法優(yōu)缺點 所需

18、要的數(shù)據(jù)本身就是歷史負荷序列本身數(shù)據(jù)方便收集與獲取局限： 但同樣也決定了時間序列方法難以考慮其余因素對負荷的影響，該方法同樣無法考慮非線性因素對負荷的影響第45頁/共116頁3、現(xiàn)階段常用預測方法 人工神經(jīng)網(wǎng)絡 支持向量機 粒子群算法 小波分析 混沌理論 遺傳算法 模糊算法第46頁/共116頁人工神經(jīng)網(wǎng)絡 人工神經(jīng)網(wǎng)絡類似于一個“多輸入多輸出”的黑匣子，由一些能并行操作的簡單單元組成，整個網(wǎng)絡的功能是由單元之間的互連所決定的。 人工神經(jīng)網(wǎng)絡是通過“訓練調(diào)整再訓練再調(diào)整”的過程，使得一個特定的輸入能夠通過網(wǎng)絡得到一個特定的輸出，其實質(zhì)是通過調(diào)整單元之間的相互影響參數(shù)。 利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡進行負荷預

19、測，其過程是將影響負荷的各種歷史數(shù)據(jù)和最終的負荷值分別作為網(wǎng)絡的輸入和輸出，通過“訓練調(diào)整”過程，使歷史數(shù)據(jù)輸入最終能夠導致相應的負荷（目標值），然后，再將未來的相關數(shù)據(jù)輸入，從而得到所要預測的結果。負荷日影響因素相近的一個已知負荷日，從而得到預測值。第47頁/共116頁人工神經(jīng)網(wǎng)絡（ANN）輸入層輸入層隱含層隱含層輸出層輸出層第48頁/共116頁ANN的訓練過程利用誤差修改各利用誤差修改各個權值和閾值個權值和閾值信息前向傳播信息前向傳播誤差誤差誤差反向傳播誤差反向傳播N是否滿足精度要求？是否滿足精度要求？訓練完成訓練完成第49頁/共116頁確定網(wǎng)絡結構第50頁/共116頁BP神經(jīng)網(wǎng)絡優(yōu)缺點

20、人工神經(jīng)網(wǎng)絡具有信息的分布式存儲和并行處理，具有自組織、自學習能力等獨特優(yōu)勢。局限： 學習速度慢和存在局部極小點問題 BP網(wǎng)絡用梯度法來訓練權值，過分強調(diào)克服學習錯誤而泛化性能不強；隱含層數(shù)目難以確定；訓練效率受初值影響大。 此外，神經(jīng)網(wǎng)絡的學習算法采用經(jīng)驗風險最小化原理，僅僅試圖使經(jīng)驗風險最小化，并沒有使期望風險最小化，訓練過程在一定程度上也缺乏理論依據(jù)。第51頁/共116頁某地區(qū)系統(tǒng)負荷預測結果畫面第52頁/共116頁常用預報方法：將量測到的或預報出來的上一級地區(qū)負荷近似地分配到各母線上。 簡單模型：對每個母線給出一個分配系數(shù)（總和為1），用地區(qū)負荷乘此系數(shù)便可得到個母線上的負荷。 層次負

21、荷模型：負荷層次模型按區(qū)域分地區(qū)層、變電站層、饋線層和母線層，各層間有分配系數(shù)，且分配系數(shù)周期變化。層次的劃分，主要看各層次的負荷曲線是否一致。另外，若負荷類型不一致，還應按負荷類型分層，分為系統(tǒng)負荷、類型負荷和母線負荷。 最終的母線負荷為綜合考慮的結果。2、母線負荷的預測方法第53頁/共116頁第54頁/共116頁 調(diào)度員潮流又稱在線潮流，計算的內(nèi)容和計算方法與普通潮流計算沒有差別，但技術要求不盡一致：數(shù)據(jù)有多種來源：實時、歷史和未來的運行方式（偽量測）。數(shù)據(jù)可按要求整體變化。包括母線負荷、機組功率和樞紐母線電壓。提供一系列操作選擇。在單線圖上直接操作潮流計算。能進行不收斂分析。記錄操作信息

22、，可查詢歷史操作。（指在調(diào)度員潮流軟件內(nèi)部進行的操作）限值校核是其非常關鍵的內(nèi)容。經(jīng)常是定時啟動或觸發(fā)啟動（開關遙信操作）。第四節(jié) 調(diào)度員潮流第55頁/共116頁 基本概念 頻率和有功功率自動控制的必要性 電力系統(tǒng)的頻率特性 電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)原理 電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度 AGC的概況 AGC的評價體系第五節(jié) 電力系統(tǒng)頻率和有功的自動控制以及AGC/EDC第56頁/共116頁一、頻率和有功功率自動控制的必要性 1 1、電力系統(tǒng)頻率控制的必要性、電力系統(tǒng)頻率控制的必要性A A 頻率對電力用戶的影響（1 1）電力系統(tǒng)頻率變化會引起異步電動機轉速變化, ,這會使得電動機所驅動的加工工業(yè)產(chǎn)品的機械的轉速發(fā)生變

23、化, ,轉速不穩(wěn)定會影響產(chǎn)品質(zhì)量,甚至會出現(xiàn)次品和廢品。（2 2）電力系統(tǒng)頻率波動會影響某些測量和控制用的電子設備的準確性和性能, ,頻率過低時有些設備甚至無法工作。這對一些重要工業(yè)和國防是不能允許的。（3 3）電力系統(tǒng)頻率降低將使電動機的轉速和輸出功率降低, ,導致其所帶動機械的轉速和出力降低, ,影響電力用戶設備的正常運行。 第57頁/共116頁一、頻率和有功功率自動控制的必要性 1 1、電力系統(tǒng)頻率控制的必要性、電力系統(tǒng)頻率控制的必要性 B 頻率對電力系統(tǒng)的影響 （1 1）頻率下降時, ,汽輪機葉片的振動會變大, ,輕則影響使用壽命, ,重則可能產(chǎn)生裂紋。對于額定頻率為50Hz50Hz的

24、電力系統(tǒng), ,當頻率低到45Hz45Hz附近時, ,某些汽輪機的葉片可能因發(fā)生共振而斷裂, ,造成重大事故。（次同步諧振，1970、1971年莫哈維電廠790MW機組的大軸損壞事故） 第58頁/共116頁一、頻率和有功功率自動控制的必要性 1 1、電力系統(tǒng)頻率控制的必要性、電力系統(tǒng)頻率控制的必要性 B B 頻率對電力系統(tǒng)的影響 （2 2）頻率下降到47-48Hz47-48Hz時, ,火電廠由異步電動機驅動的輔機（如送風機、送煤機）的出力隨之下降, ,從而使火電廠發(fā)電機發(fā)出的有功功率下降。這種趨勢如果不能及時制止, ,就會在短時間內(nèi)使電力系統(tǒng)頻率下降到不能允許的程度。這種現(xiàn)象稱為頻率雪崩。出現(xiàn)頻

25、率雪崩會造成大面積停電, ,甚至使整個系統(tǒng)瓦解。第59頁/共116頁一、頻率和有功功率自動控制的必要性 1 1、電力系統(tǒng)頻率控制的必要性、電力系統(tǒng)頻率控制的必要性 B B 頻率對電力系統(tǒng)的影響 （3 3）在核電廠中, ,反應堆冷卻介質(zhì)泵對供電頻率有嚴格要求。當頻率降到一定數(shù)值時, ,冷卻介質(zhì)泵即自動跳開, ,使反應堆停止運行。第60頁/共116頁一、頻率和有功功率自動控制的必要性 1 1、電力系統(tǒng)頻率控制的必要性、電力系統(tǒng)頻率控制的必要性 B B 頻率對電力系統(tǒng)的影響 （4 4）電力系統(tǒng)頻率下降時, ,異步電動機和變壓器的勵磁電流增加, ,使無功消耗增加, ,引起系統(tǒng)電壓下降, ,頻率下降還會

26、引起勵磁機出力下降, ,并使發(fā)電機電勢下降, ,導致全系統(tǒng)電壓水平降低。如果電力系統(tǒng)原來的電壓水平偏低, ,在頻率下降到一定值時, ,可能出現(xiàn)所謂電壓雪崩現(xiàn)象, ,出現(xiàn)電壓雪崩也會造成大面積停電, ,甚至使系統(tǒng)瓦解。 第61頁/共116頁一、頻率和有功功率自動控制的必要性 2 2、電力系統(tǒng)有功功率控制的主要作用、電力系統(tǒng)有功功率控制的主要作用 A A 維持電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內(nèi) 電力系統(tǒng)頻率是靠電力系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運行的所有電機組發(fā)出的有功功率總和與系統(tǒng)內(nèi)所有負荷消耗(包括網(wǎng)損)的有功功率總和之間的平衡來維持的。但是電力系統(tǒng)的負荷是時刻變化的,從而導致系統(tǒng)頻率變化。為了保證電力系統(tǒng)頻率在允許范圍

27、之內(nèi) ，就是要及時調(diào)節(jié)系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運行機組的有功功率。 第62頁/共116頁一、頻率和有功功率自動控制的必要性 2 2、電力系統(tǒng)有功功率控制的主要作用、電力系統(tǒng)有功功率控制的主要作用 B B 提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性 系統(tǒng)總容量能夠滿足負荷需求，但沒有確定哪些機組參與并聯(lián)運行，并聯(lián)運行的機組各應該發(fā)多少有功功率才是最為經(jīng)濟的。電力系統(tǒng)有功功率控制的任務之一就是要解決這個問題，這就是電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度。第63頁/共116頁一、頻率和有功功率自動控制的必要性 2 2、電力系統(tǒng)有功功率控制的主要作用、電力系統(tǒng)有功功率控制的主要作用 C C 保證聯(lián)合電力系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運行 電力系統(tǒng)的規(guī)模在不斷地擴大,已經(jīng)出現(xiàn)

28、了將幾個區(qū)域電力系統(tǒng)聯(lián)在一起組成的聯(lián)合電力系統(tǒng)，有的聯(lián)合電力系統(tǒng)實行分區(qū)域控制，要求不同區(qū)域系統(tǒng)間交換的電功率和電量按事先約定的協(xié)議進行。這時電力系統(tǒng)有功功率控制要對不同區(qū)域系統(tǒng)之間聯(lián)絡線上通過的功率和電量實行控制。 第64頁/共116頁二、電力系統(tǒng)的頻率特性 1 1、發(fā)電機組和電力系統(tǒng)等效發(fā)電機組的、發(fā)電機組和電力系統(tǒng)等效發(fā)電機組的 功率頻率靜態(tài)特性功率頻率靜態(tài)特性 OPGPG2PG1ff1f212發(fā)電機組的功功率率- -頻率靜態(tài)特頻率靜態(tài)特性性如右圖，當功率增加到其額定功率時，輸出功率不隨頻率變化。第65頁/共116頁二、電力系統(tǒng)的頻率特性 1 1、發(fā)電機組和電力系統(tǒng)等效發(fā)電機組的、發(fā)電機

29、組和電力系統(tǒng)等效發(fā)電機組的 功率頻率靜態(tài)特性功率頻率靜態(tài)特性 OPGPG2PG1ff1f212等效發(fā)電機組（電網(wǎng)中所有發(fā)電機組的等效機組）的功功率頻率靜態(tài)特率頻率靜態(tài)特性性如右圖所示，它跟發(fā)電機組的功率頻率靜態(tài)特性相似第66頁/共116頁二、電力系統(tǒng)的頻率特性 1 1、發(fā)電機組和電力系統(tǒng)等效發(fā)電機組的功率頻、發(fā)電機組和電力系統(tǒng)等效發(fā)電機組的功率頻率靜態(tài)特性率靜態(tài)特性 由此可見，發(fā)電機組和等效發(fā)電機組的功率頻率靜態(tài)特性都是向下傾斜的，其程度用調(diào)差系數(shù)調(diào)差系數(shù)表示，其倒數(shù)稱為出力的頻率調(diào)節(jié)效應系數(shù)頻率調(diào)節(jié)效應系數(shù)：fPKfPKPfGGGGG11第67頁/共116頁二、電力系統(tǒng)的頻率特性 1 1、發(fā)

30、電機組和電力系統(tǒng)等效發(fā)電機組的、發(fā)電機組和電力系統(tǒng)等效發(fā)電機組的 功率頻率靜態(tài)特性功率頻率靜態(tài)特性 OPGPG2PG1ff1f212調(diào)差系數(shù)是一個可以整定的參數(shù), ,反映的是機組或系統(tǒng)對頻率變化的敏感程度。PG3第68頁/共116頁二、電力系統(tǒng)的頻率特性 2 2、電力系統(tǒng)綜合負荷的靜態(tài)頻率特性、電力系統(tǒng)綜合負荷的靜態(tài)頻率特性 電力系統(tǒng)綜合負荷由各種各樣的負荷組成。這些負荷吸取的有功功率有的與頻率無關，有的與頻率的一次方成正比，有的與頻率的二次方成正比，有的與頻率的更高次方成正比。第69頁/共116頁二、電力系統(tǒng)的頻率特性 綜合負荷與頻率的關系可表示成： 1210*2*2*102210neLeL

31、LnnLneLeneLeeLeLeLaaaafffPPPfafafaaPffPaffPaffPaPaP第70頁/共116頁二、電力系統(tǒng)的頻率特性 2 2、電力系統(tǒng)綜合負荷的靜態(tài)頻率特性、電力系統(tǒng)綜合負荷的靜態(tài)頻率特性 頻率一般在額定頻率附近，頻率偏移也很小，因此可將負荷的靜態(tài)頻率特性近似為直線PLOfPL1f1負荷的靜態(tài)頻率特性曲線的斜率稱為負荷的頻率調(diào)節(jié)效應系負荷的頻率調(diào)節(jié)效應系數(shù)數(shù)。第71頁/共116頁二、電力系統(tǒng)的頻率特性 負荷的頻率調(diào)節(jié)效應系數(shù)記為K KL L*fPKfPKLLLL第72頁/共116頁二、電力系統(tǒng)的頻率特性 3 3、電力系統(tǒng)的頻率特性、電力系統(tǒng)的頻率特性 電力系統(tǒng)主要由

32、發(fā)電機、輸電網(wǎng)絡和負荷組成。如果把輸電網(wǎng)絡的損耗看成負荷的一部分，則電力系統(tǒng)是由兩個環(huán)節(jié)組成的閉環(huán)系統(tǒng)。發(fā)電機組的功率頻率特性和負荷的功率頻率特性的交點就是電力系統(tǒng)的頻率的穩(wěn)定運行點。第73頁/共116頁二、電力系統(tǒng)的頻率特性 3 3、電力系統(tǒng)的頻率特性、電力系統(tǒng)的頻率特性OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2如圖，當?shù)刃Оl(fā)電機運行在特性G1，綜合負荷特性為L1時，系統(tǒng)運行在a點，系統(tǒng)頻率為f1。第74頁/共116頁二、電力系統(tǒng)的頻率特性 3 3、電力系統(tǒng)的頻率特性、電力系統(tǒng)的頻率特性OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2當系統(tǒng)負荷增加，綜合負荷特性為L2時，如

33、果不改變發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)的設定值，等效發(fā)電機特性仍然為G1, 系統(tǒng)會運行在新的平衡點b點，系統(tǒng)頻率為f2。第75頁/共116頁二、電力系統(tǒng)的頻率特性 3 3、電力系統(tǒng)的頻率特性、電力系統(tǒng)的頻率特性 OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2如果當系統(tǒng)負荷增加，綜合負荷特性變?yōu)長2時，改變發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)的設定值，等效發(fā)電機特性變?yōu)镚2, 則系統(tǒng)運行在c點，系統(tǒng)頻率回到f1。第76頁/共116頁三、電力系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)原理 1 1、電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整、電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整 OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2當系統(tǒng)負荷增加，綜合負荷特性為L2時，若發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)的設

34、定值不變，等效發(fā)電機特性仍然為G1, 系統(tǒng)運行在b點，系統(tǒng)頻率為f2。這種由發(fā)電機特性和負荷調(diào)節(jié)效應共同承擔系統(tǒng)負荷變化，使系統(tǒng)運行在另一頻率的頻率調(diào)整稱為頻率的一次調(diào)頻率的一次調(diào)整整。第77頁/共116頁三、電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)原理 1 1、電力系統(tǒng)頻率一次調(diào)整、電力系統(tǒng)頻率一次調(diào)整 OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2 對于右圖，頻率一次調(diào)整的結果：發(fā)電機有功功率增加了PL2-PL1，負荷調(diào)節(jié)效應是負荷吸取的有功功率相對于原頻率下的功率少吸收PL3-PL2，系統(tǒng)頻率降低到f2。第78頁/共116頁三、電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)原理 1 1、電力系統(tǒng)頻率一次調(diào)整、電力系統(tǒng)頻率一次調(diào)整 O

35、PPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2 對于右圖，頻率一次調(diào)整的結果： 當系統(tǒng)負荷減少時，頻率的一次調(diào)整過程與上述相反。即系統(tǒng)頻率升高，發(fā)電機有功功率減少，負荷調(diào)節(jié)效應使負荷吸取的有功功率相對于原頻率下的功率有所增加。第79頁/共116頁三、電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)原理 2 2、電力系統(tǒng)頻率二次調(diào)整、電力系統(tǒng)頻率二次調(diào)整 OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2 當系統(tǒng)負荷變化較大，頻率的一次調(diào)整的結果使系統(tǒng)頻率過高或過低時，需要改變發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)的設定值，使系統(tǒng)頻率恢復到規(guī)定范圍內(nèi)。對于右圖，等效發(fā)電機特性由G1變?yōu)镚2, 系統(tǒng)頻率回到f1。第80頁/共116頁三、電力系

36、統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)原理 2 2、電力系統(tǒng)頻率二次調(diào)整、電力系統(tǒng)頻率二次調(diào)整 OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2頻率二次調(diào)整的結果（相比一次調(diào)整）：發(fā)電機有功功率增加了PL3-PL2 ，負荷調(diào)節(jié)效應使得負荷功率多吸收了PL3-PL2，頻率提高：f1-f2總的調(diào)整結果：發(fā)電機有功功率增加了PL3-PL1負荷功率增加了PL3-PL1。頻率維持f1。第81頁/共116頁三、電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)原理 2 2、電力系統(tǒng)頻率二次調(diào)整、電力系統(tǒng)頻率二次調(diào)整 當系統(tǒng)負荷變化較大，通過改變發(fā)電機調(diào)速系統(tǒng)的設定值使系統(tǒng)頻率恢復到規(guī)定范圍內(nèi)的頻率調(diào)整稱為頻頻率的二次調(diào)整率的二次調(diào)整。 電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整任

37、務是由調(diào)頻發(fā)電廠中的發(fā)電機組承擔的。第82頁/共116頁三、電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)原理 3 3、電力系統(tǒng)有功功率調(diào)整、電力系統(tǒng)有功功率調(diào)整 （頻率的二次調(diào)整）（頻率的二次調(diào)整）負荷總的變化情況 隨機分量 脈沖分量 持續(xù)分量 在頻率的二次調(diào)整之前，讓我們先看看電力系統(tǒng)負荷的變化情況。 見下圖第83頁/共116頁三、電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)原理 3 3、電力系統(tǒng)有功功率調(diào)整（頻率的二次調(diào)整）、電力系統(tǒng)有功功率調(diào)整（頻率的二次調(diào)整） 由上圖可見，總的負荷可分成二個部分： 隨機分量 脈沖分量 持續(xù)分量一次調(diào)頻一、二次調(diào)頻發(fā)電計劃加二次調(diào)頻第84頁/共116頁三、電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)原理 3 3、電力系統(tǒng)有功功率調(diào)整（頻

38、率的二次調(diào)整）、電力系統(tǒng)有功功率調(diào)整（頻率的二次調(diào)整） 負荷的持續(xù)分量，調(diào)度部門用日負荷曲線來描述。日負荷曲線示例如下：第85頁/共116頁三、電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)原理 3 3、電力系統(tǒng)有功功率調(diào)整（頻率的二次調(diào)整）、電力系統(tǒng)有功功率調(diào)整（頻率的二次調(diào)整） 從以上日負荷曲線可看到，把負荷分成基荷和峰荷。相應地，調(diào)度部門把發(fā)電廠分為二類： 帶基荷發(fā)電廠：出力基本不變（核電廠） 調(diào)峰發(fā)電廠：根據(jù)分時段的發(fā)電計劃控制 調(diào)頻發(fā)電廠：AGCAGC自動控制第86頁/共116頁三、電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)原理 3 3、電力系統(tǒng)有功功率調(diào)整（頻率的二次調(diào)整）、電力系統(tǒng)有功功率調(diào)整（頻率的二次調(diào)整） 調(diào)度部門按日負荷曲線把

39、各時段發(fā)電計劃下發(fā)到各類發(fā)電廠，預設的發(fā)電計劃與實際負荷不可能完全一致，其差值稱為計劃外負荷。計劃外負荷由調(diào)頻廠承擔。由此可見，調(diào)度部門使用發(fā)電計劃來解決大部分有功功率平衡問題的，利用AGCAGC中的自動調(diào)頻功能來解決無法預計的負荷變化。第87頁/共116頁4 4、自動調(diào)頻系統(tǒng)、自動調(diào)頻系統(tǒng) 自動調(diào)頻系統(tǒng)是一個閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)，主要由兩大部分組成： 機組控制器。主要用來控制機組調(diào)速器的調(diào)節(jié)特性（通過調(diào)頻器），使機組在額定頻率下發(fā)出設定的出力。 負荷分配器。根據(jù)電力系統(tǒng)頻率偏差以及與相鄰電力系統(tǒng)交換功率的偏差信號，按一定準則計算出各機組的應發(fā)出力。（分為電廠級和系統(tǒng)級）第88頁/共116頁5 5

40、、自動調(diào)頻方法、自動調(diào)頻方法n最簡單的功率分配 其中： Ks為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率。 i為分配系數(shù) Psi為機組的設定出力。積差調(diào)節(jié)法：根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差的累積值進行調(diào)節(jié)。第89頁/共116頁t1t2：t3t4： 積差調(diào)節(jié)方程：若系統(tǒng)只有單臺發(fā)電機調(diào)頻 其中： K為調(diào)頻功率比例系數(shù)。第90頁/共116頁5 5、自動調(diào)頻方法積差調(diào)節(jié)法、自動調(diào)頻方法積差調(diào)節(jié)法 調(diào)節(jié)方程：多臺發(fā)電機調(diào)頻或者寫成通用形式：第91頁/共116頁5 5、自動調(diào)頻方法積差調(diào)節(jié)法、自動調(diào)頻方法積差調(diào)節(jié)法因為f是全網(wǎng)統(tǒng)一的，所以fdt相等，而且PGi等于系統(tǒng)的計劃外負荷PL，則有：代回到前方程，則可得到每臺調(diào)頻機組承擔的負荷（負荷

41、分配）：第92頁/共116頁5 5、自動調(diào)頻方法積差調(diào)節(jié)法、自動調(diào)頻方法積差調(diào)節(jié)法 調(diào)節(jié)結束時，各調(diào)頻機組發(fā)電出力增量按一定比例自動地分擔了計劃外負擔，使系統(tǒng)有功功率重新平衡。 積差調(diào)節(jié)的缺點是積差信號滯后于系統(tǒng)頻率的瞬間變化，調(diào)整過程緩慢。第93頁/共116頁6 6、調(diào)頻電廠的選擇、調(diào)頻電廠的選擇 足夠的調(diào)整容量和調(diào)整范圍 調(diào)頻機組具有與負荷變化速度相適應的較快的調(diào)整速度。 機組具備實現(xiàn)自動調(diào)頻的條件 在電網(wǎng)中的位置及其輸送通道、輸送能力 調(diào)整機組的有功功率時能夠滿足安全和經(jīng)濟運行的原則 調(diào)整過程中不能使中樞節(jié)點電壓波動超出允許范圍 對于聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，還要考慮調(diào)頻引起的聯(lián)絡線上交換功率的波動是否

42、超出范圍。 分為主調(diào)頻廠、輔調(diào)頻廠。（其他為非調(diào)頻廠）第94頁/共116頁四、經(jīng)濟調(diào)度（三次調(diào)頻） 1 1、概述 傳統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度：最低發(fā)電成本或最少一次傳統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度：最低發(fā)電成本或最少一次能源消耗能源消耗電力市場環(huán)境：購電費用最低為目標電力市場環(huán)境：購電費用最低為目標 傳統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的重要任務：進行有功功率電傳統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的重要任務：進行有功功率電源的最優(yōu)組合和有功功率負荷的最優(yōu)分配。源的最優(yōu)組合和有功功率負荷的最優(yōu)分配?；痣姀S內(nèi)機組的經(jīng)濟分配火電廠內(nèi)機組的經(jīng)濟分配火電廠之間的經(jīng)濟分配火電廠之間的經(jīng)濟分配水火電廠有功功率負荷的經(jīng)濟分配水火電廠有功功率負荷的經(jīng)濟分配第95頁/共116頁2 2、火電廠內(nèi)

43、各機組間的經(jīng)濟負荷分配燃料耗量特性燃料耗量特性B=f(P)燃料耗量微增特性：燃料耗量微增特性：dB/dP控制目的：全廠發(fā)出功率控制目的：全廠發(fā)出功率PD時，總的燃時，總的燃料消耗最小。料消耗最小。目標函數(shù)：目標函數(shù)： （總燃料耗量最少）（總燃料耗量最少）約束條件約束條件：（有功功率平衡）：（有功功率平衡）第96頁/共116頁求解方法：拉格朗日乘子法，引入求解方法：拉格朗日乘子法，引入將將C對對P和和求偏導，并令其等于零，得到：求偏導，并令其等于零，得到：等微增率準則2、火電廠內(nèi)各機組間的經(jīng)濟負荷分配第97頁/共116頁四、經(jīng)濟調(diào)度 3 3、火電廠之間的經(jīng)濟負荷分配必須要考慮網(wǎng)損修正必須要考慮網(wǎng)

44、損修正目標函數(shù)：目標函數(shù)： （總燃料耗量最少）（總燃料耗量最少）約束條件約束條件：（有功功率平衡）：（有功功率平衡）類似處理，得到各機組之間分配條件：類似處理，得到各機組之間分配條件：第98頁/共116頁四、經(jīng)濟調(diào)度4 4、水火電廠之間的經(jīng)濟負荷分配水火聯(lián)合經(jīng)濟調(diào)度 水電廠的作用：水電廠的作用： 盡可能多承擔調(diào)峰調(diào)頻任務，使火電廠盡可能多承擔調(diào)峰調(diào)頻任務，使火電廠減少出力且運行平穩(wěn)降低煤耗減少出力且運行平穩(wěn)降低煤耗 需要保持高水頭運行，以提高效率需要保持高水頭運行，以提高效率 特殊性：特殊性： 水電廠分為多年調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)、日調(diào)節(jié)水電廠分為多年調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)、日調(diào)節(jié)和徑流式水電廠。和徑流式水電廠。

45、 梯級水電廠之間的聯(lián)系和制約。梯級水電廠之間的聯(lián)系和制約。 同樣水量在不同水頭下的出力不同同樣水量在不同水頭下的出力不同第99頁/共116頁四、經(jīng)濟調(diào)度4 4、水火電廠之間的經(jīng)濟負荷分配水火聯(lián)合經(jīng)濟調(diào)度 處理方法：引入水煤換算系數(shù)處理方法：引入水煤換算系數(shù)，將水量轉換，將水量轉換為煤耗，即將水電廠轉換為火電廠處理，然后為煤耗，即將水電廠轉換為火電廠處理，然后再利用拉格朗日乘子法。再利用拉格朗日乘子法。 顯然，實際應用中，顯然，實際應用中，應該是水頭的函數(shù)，此應該是水頭的函數(shù)，此時顯然在優(yōu)化時更為復雜。時顯然在優(yōu)化時更為復雜。 其本質(zhì)是將水換成煤，水電廠等效為火電廠。其本質(zhì)是將水換成煤，水電廠等

46、效為火電廠。第100頁/共116頁五 AGC總論（Automation Generation Control）能量管理系統(tǒng)中最重要、最基礎的閉環(huán)系統(tǒng)。2003年6月，全國省級以上電網(wǎng)中，已有31家投入了AGC功能。第101頁/共116頁AGC的基本目標 使全系統(tǒng)的出力與負荷相匹配 將電力系統(tǒng)的頻率偏差調(diào)節(jié)到0，保持系統(tǒng)頻率為額定值 控制區(qū)域間聯(lián)絡線的交換功率與計劃值相等，實現(xiàn)各區(qū)域內(nèi)有功功率的平衡 在區(qū)域各個電廠間進行負荷的經(jīng)濟分配 第二個目標也稱為LFC（負荷頻率控制）第102頁/共116頁AGC的一般過程第103頁/共116頁AGC的區(qū)域控制誤差（ACE） ACEi=b bidf+dPT,I根據(jù)控制目的不同：典型控制方式 定頻率偏差控制 定交換功率控制 定頻定交換功率控制 第104頁/共116頁與AGC相關的發(fā)電機組運行方式 發(fā)電機的幾種運行方式： 停機方式：故障或檢修狀態(tài) 備用方式：冷備用，熱備用 手動方式：不受AGC自動控