自動裝置原理_5(73)

1、第五章第五章 電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)頻率及有功功率的自動調(diào)節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)頻率特性電力系統(tǒng)頻率特性第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)速器原理調(diào)速器原理第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性第四節(jié)第四節(jié) 電力系統(tǒng)自動調(diào)頻電力系統(tǒng)自動調(diào)頻第五節(jié)第五節(jié) 電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)頻率特性電力系統(tǒng)頻率特性一、概述一、概述調(diào)頻與調(diào)壓的差別：調(diào)頻與調(diào)壓的差別：1.調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度更高調(diào)節(jié)準(zhǔn)確度更高： 電壓變化范圍電壓變化范圍5%，頻率不超過，頻率不超過0.2HZ甚至更高甚至更高0.1HZ2.系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)頻率穩(wěn)態(tài)值相等系

2、統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)頻率穩(wěn)態(tài)值相等 同一個系統(tǒng)只有一個共同的系統(tǒng)頻率，同一個系統(tǒng)只有一個共同的系統(tǒng)頻率， 系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓不相等系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)電壓不相等 無功功率平衡和調(diào)壓大為簡化采用就地平衡，分別調(diào)壓。無功功率平衡和調(diào)壓大為簡化采用就地平衡，分別調(diào)壓。 系統(tǒng)任何兩點(diǎn)頻率不等則表示這兩點(diǎn)處于系統(tǒng)任何兩點(diǎn)頻率不等則表示這兩點(diǎn)處于“失步失步”，調(diào)頻必須由整個系統(tǒng)統(tǒng)籌，調(diào)頻必須由整個系統(tǒng)統(tǒng)籌調(diào)度解決，不允許電廠調(diào)度解決，不允許電廠“各自為政各自為政”3.調(diào)頻與運(yùn)行費(fèi)用關(guān)系密切調(diào)頻與運(yùn)行費(fèi)用關(guān)系密切 通過調(diào)整機(jī)組出力達(dá)到有功平衡，出力改變所消耗的燃料費(fèi)用隨之改變通過調(diào)整機(jī)組出力達(dá)到有功平衡，出力改變所消耗的燃料費(fèi)用隨之

3、改變 調(diào)壓只改變機(jī)組無功功率調(diào)壓只改變機(jī)組無功功率頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。頻率是電能質(zhì)量的重要指標(biāo)之一。在穩(wěn)態(tài)條件下，電力系統(tǒng)的頻率是一個全系統(tǒng)一致的運(yùn)行參數(shù)：在穩(wěn)態(tài)條件下，電力系統(tǒng)的頻率是一個全系統(tǒng)一致的運(yùn)行參數(shù)：6 0p nf1111111()mmTiGiLmmTiGiLmmmTiGiLKiPPPPPPdPPPWdt 忽略機(jī)組內(nèi)部損耗時， 如果由于負(fù)荷的突然變動，而使發(fā)電機(jī)組的輸出功率增加，則： 機(jī)組的輸入功率小于負(fù)荷要求功率，為了保持平衡，把轉(zhuǎn)子的一部分動能轉(zhuǎn)換成電功率，致使發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速降低，系統(tǒng)頻率下降。系統(tǒng)頻率變化是由于發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的功率不平衡所致，調(diào)頻與有功調(diào)節(jié)密不可分。電力

4、系統(tǒng)負(fù)HzHz荷不斷變化，原動機(jī)輸入功率變化緩慢，頻率波動在所難免。電力系統(tǒng)頻率的變化，對生產(chǎn)率以及發(fā)電廠間的負(fù)荷分配有直接影響。電力系統(tǒng)運(yùn)行的主要任務(wù)之一，就是對頻率進(jìn)行監(jiān)視和控制。頻率偏差允許范圍：一般偏差不超過0.2，有些地區(qū)為0.1。二、電力系統(tǒng)負(fù)荷的功率頻率特性二、電力系統(tǒng)負(fù)荷的功率頻率特性( )LPF f當(dāng)系統(tǒng)頻率變化時，整個系統(tǒng)的有功負(fù)荷也隨之改變，即：有功負(fù)荷隨頻率而改變的特性，稱為負(fù)荷的功率頻率特性，是負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性。1.與頻率變化無關(guān)與頻率變化無關(guān) 如照明、電弧爐、電阻爐、整流負(fù) 荷等。2.與頻率成正比與頻率成正比 切削機(jī)床、球磨機(jī)、壓縮機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等。3.與頻率的二次方

5、成正比與頻率的二次方成正比 變壓器渦流損耗，占系統(tǒng)的比重較小。4.與頻率的三次方成正比與頻率的三次方成正比 通風(fēng)機(jī)、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵5.與頻率的更高次方成比例與頻率的更高次方成比例 靜水頭阻力很大的給水泵負(fù)荷變化必導(dǎo)致頻率變化負(fù)荷變化必導(dǎo)致頻率變化1.頻率較高的隨機(jī)分量變化周期小于10S；2.脈動分量，變化幅度較大，變化周期10S-3min3.變化緩慢的持續(xù)分量對頻率變化起主要影響的對頻率變化起主要影響的是負(fù)荷變動的第是負(fù)荷變動的第2.3種種分量。分量。 負(fù)荷的靜態(tài)負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性頻率特性*211*12*3*1*23LLLnnmLLnmLdPKdfKdPKaafafnafma fdf

6、K系統(tǒng)功率失去平衡時，系統(tǒng)負(fù)荷也參與了調(diào)節(jié)作用。這種現(xiàn)象稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)。通常用：來衡量調(diào)節(jié)效應(yīng)的大小。稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)。的值取決于負(fù)荷的性質(zhì)，與各類負(fù)荷所占的比例有關(guān)。在電力系統(tǒng)運(yùn)行中，允許頻率變化的范圍是很小的。有功負(fù)荷與頻率的關(guān)系曲線接近于直線。*13LLLLNLLLNLPPKtgKfffKKPK其斜率為：，有名值表示為：。有名值和標(biāo)幺值的變換關(guān)系為：是系統(tǒng)調(diào)度部門要求掌握的實(shí)測數(shù)據(jù)，一般為 。有功負(fù)荷靜態(tài)有功負(fù)荷靜態(tài)頻率特性頻率特性根據(jù)實(shí)測，在48-51HZ范圍，有功負(fù)荷與頻率的關(guān)系曲線接近于一直線。三、發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性三、發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性發(fā) 電 機(jī) 頻 率

7、 調(diào) 整 是 由 原 動 機(jī) 的 調(diào) 速 系 統(tǒng) 來 實(shí) 現(xiàn) 的 。發(fā) 電 機(jī) 的 功 率 頻 率 特 性 取 決 于 調(diào) 速 系 統(tǒng) 特 性 。系 統(tǒng) 負(fù) 荷 改 變調(diào) 速 系 統(tǒng) 調(diào) 整 進(jìn) 汽 量調(diào) 節(jié) 發(fā) 電 機(jī) 輸 入 功 率由 于 頻 率 變 化 而 引 起 的 發(fā) 電 機(jī) 輸 出 功 率 的 變 化 稱 為 發(fā) 電 機(jī) 組 的功 率 頻 率 特 性 或 調(diào) 節(jié) 特 性 。（一）發(fā)電機(jī)的功率頻率特性（一）發(fā)電機(jī)的功率頻率特性*21*2*2*1 *2 *122GGGMA BPCCPC fC fCC假設(shè)發(fā)電機(jī)沒有配置調(diào)速器，則：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)矩方程近似表示：功率方程為：或式中各系數(shù)均為常數(shù)，

8、通常 。輸出功率最大值是在額定條件下，轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩都在額定值時出現(xiàn)。當(dāng) 發(fā) 電 機(jī) 配 置 調(diào) 速 器 ， 則 ：隨 著 轉(zhuǎn) 速 的 變 動 不 斷 地 調(diào) 節(jié) 進(jìn) 汽 量 ，使 原 動 機(jī) 地 運(yùn) 行 點(diǎn) 不 斷 從 一 根 靜 態(tài) 特 性 曲 線向 另 一 根 過 渡 。連 接 這 些 不 同 曲 線 上 地 運(yùn) 行 點(diǎn) ， 所 得 曲 線稱 為 有 調(diào) 速 器 時 的 靜 態(tài) 功 率 頻 率 特 性*/0/GNGGGNGfRPfffRfRPPPP 配有調(diào)速系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性。功率調(diào)整時，頻率有變化，為有差調(diào)節(jié)特性。特性曲線的斜率為：，標(biāo)幺化：，或?qū)懗桑?/104616.62524

9、25 50NGGNGGGGGGGGGGGfffRPPPPKKfPRfKPKKfRKRK 實(shí)際運(yùn)行過程中，采用調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)：，即：一般稱為發(fā)電機(jī)組的功率頻率靜態(tài)特性曲線。用有名值表示：對于汽輪發(fā)電機(jī)組： 或 ；對于水輪發(fā)電機(jī)組： 或 ；(二）調(diào)差特性與機(jī)組間有功功率的分配二）調(diào)差特性與機(jī)組間有功功率的分配兩臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的情況兩臺發(fā)電機(jī)并聯(lián)運(yùn)行的情況*1*2*2*1*11*1011,GGiGiNiNnnGiNGiiiNinNNGiNiNNGiNPRfRPPRfPPRffPfPPfRfPPPPRfPRP 有功功率分配和調(diào)差系數(shù)關(guān)系：根據(jù)公式：，得：推廣到多機(jī)系統(tǒng)：求和，考慮到穩(wěn)態(tài)時整個系統(tǒng)內(nèi)頻

10、率的變化是相同的，得：,如果用等值機(jī)代替：其中。系統(tǒng)等值調(diào)差系數(shù)：*1*1*12*2*12*niiG NG NNGiNGiNGiiNiRRPRPRPfPPPRPPPPfRPR 同時：當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷變化后，每臺發(fā)電機(jī)所承擔(dān)的功率可確定為：求等值系統(tǒng)的等值調(diào)差系數(shù)時，*0GiNiPR沒有調(diào)節(jié)容量的發(fā)電機(jī)，應(yīng)以 代入。因?yàn)閷@些機(jī)組，即使頻率變化，其輸出功率仍然不變，也就是毫無調(diào)節(jié)能力，相當(dāng)于調(diào)差系數(shù)趨向于無窮大。在電力系統(tǒng)中，如果有多臺調(diào)差系數(shù)等于零是不能運(yùn)行的。如果其中有一臺調(diào)差系數(shù)為零，其余機(jī)組為有差調(diào)節(jié)，雖然可以運(yùn)行，但所有功率的變化都由調(diào)差系數(shù)為零的發(fā)電機(jī)組承擔(dān)，也是不現(xiàn)實(shí)的。在電力系統(tǒng)中，所

11、有機(jī)組的調(diào)速器都為有差調(diào)節(jié)，由他們共同承擔(dān)負(fù)荷的波動。（三）調(diào)差特性的失靈區(qū)（三）調(diào)差特性的失靈區(qū)由于測量元件的不靈敏，對微小的轉(zhuǎn)速變化不能反映，尤其是機(jī)械式調(diào)速器更明顯。所以調(diào)速器具有一定的失靈區(qū)。調(diào)節(jié)特性實(shí)際上是一條具有一定寬度的帶子。*/WWNWWWWWWWffffPtgRfPRPRPPR不靈敏區(qū)的寬度可用失靈度 表示。，其中為調(diào)速器的最大頻率呆滯區(qū)。最大誤差功率與調(diào)差系數(shù)存在的關(guān)系：標(biāo)幺化：，或者以失靈度表示：其中為機(jī)組的最大誤差功率。與失靈度 成正比，與調(diào)差系數(shù) 成反比。過小的調(diào)差系數(shù)會引起較大的功率分配誤差。為了避免系統(tǒng)在頻率微小波動時動作，會人為加不靈敏區(qū)。汽輪發(fā)電機(jī)組的不靈敏區(qū)

12、為0.1%0.5%;水輪發(fā)電機(jī)組的不靈敏區(qū)為0.1%0.7%;（四）電力系統(tǒng)的頻率特性（四）電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)由發(fā)電機(jī)組、輸電網(wǎng)絡(luò)、負(fù)荷組成。發(fā)電機(jī)組的功率頻率特性與負(fù)荷的功率頻率特性曲線的交點(diǎn)就是電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。負(fù)負(fù)荷荷減減少少發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)增加的增加的量量第二節(jié)第二節(jié) 調(diào)速器原理調(diào)速器原理一、概述一、概述調(diào)速器通常分為：調(diào)速器通常分為： 機(jī)械液壓調(diào)速器機(jī)械液壓調(diào)速器 電氣液壓調(diào)速器電氣液壓調(diào)速器按控制規(guī)律劃分：按控制規(guī)律劃分： 比例積分（比例積分（PI控制）調(diào)速器控制）調(diào)速器 比例積分微分（比例積分微分（PID控制）調(diào)速器控制）調(diào)速器按電子元件的不同劃分：按電子元件的不同劃

13、分： 模擬電液調(diào)速器模擬電液調(diào)速器 數(shù)字電液調(diào)速器數(shù)字電液調(diào)速器二、機(jī)械液壓調(diào)速器二、機(jī)械液壓調(diào)速器重錘重錘離心飛擺離心飛擺錯油門錯油門油動機(jī)油動機(jī)調(diào)頻器調(diào)頻器負(fù)荷突然減少轉(zhuǎn)速升高離心飛擺的重錘上移ACEF點(diǎn)位置和錯油門凸肩向上移-在油壓推動下油動機(jī)活塞向下-關(guān)小調(diào)節(jié)汽閥三、功率頻率電液調(diào)速器三、功率頻率電液調(diào)速器1、轉(zhuǎn)速測量、轉(zhuǎn)速測量 磁阻發(fā)送器磁阻發(fā)送器:將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電壓信號將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為相應(yīng)頻率的電壓信號 頻率電壓變送器：頻率電壓變送器：將磁阻發(fā)送器輸出的脈沖信號將磁阻發(fā)送器輸出的脈沖信號轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)速成正比的輸出電壓轉(zhuǎn)換成與轉(zhuǎn)速成正比的輸出電壓2、功率測量：、功率測量：將發(fā)電機(jī)有

14、功功率轉(zhuǎn)換成與之成正比的直流電壓。將發(fā)電機(jī)有功功率轉(zhuǎn)換成與之成正比的直流電壓。3、轉(zhuǎn)速和功率給定環(huán)節(jié)：、轉(zhuǎn)速和功率給定環(huán)節(jié)：其輸出電壓值為額定的轉(zhuǎn)速和功其輸出電壓值為額定的轉(zhuǎn)速和功率率4、電液轉(zhuǎn)化及液壓系統(tǒng)：、電液轉(zhuǎn)化及液壓系統(tǒng)：把調(diào)節(jié)量由電量轉(zhuǎn)換成非電量油把調(diào)節(jié)量由電量轉(zhuǎn)換成非電量油壓。壓。功率功率-頻率電液調(diào)速系統(tǒng)原理圖頻率電液調(diào)速系統(tǒng)原理圖四、數(shù)字式電液調(diào)速器四、數(shù)字式電液調(diào)速器控制電路的功能通過微機(jī)實(shí)現(xiàn)?？刂齐娐返墓δ芡ㄟ^微機(jī)實(shí)現(xiàn)。調(diào)速器的調(diào)節(jié)規(guī)律由計算機(jī)實(shí)現(xiàn)。調(diào)速器的調(diào)節(jié)規(guī)律由計算機(jī)實(shí)現(xiàn)。1)建立數(shù)學(xué)模型，制定控制原則，建立數(shù)學(xué)模型，制定控制原則，2)編程用軟件實(shí)現(xiàn)控制規(guī)律。編程用軟

15、件實(shí)現(xiàn)控制規(guī)律。3)計算結(jié)果經(jīng)過計算結(jié)果經(jīng)過D/A變換輸由出去控制電變換輸由出去控制電/液壓轉(zhuǎn)液壓轉(zhuǎn)換，換，4)由液壓伺服系統(tǒng)控制原動機(jī)的輸入功率。由液壓伺服系統(tǒng)控制原動機(jī)的輸入功率。數(shù)字式電液調(diào)速器基本框圖數(shù)字式電液調(diào)速器基本框圖第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性電力系統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)系統(tǒng)及其特性一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)一、調(diào)節(jié)系統(tǒng)的傳遞函數(shù)（一）調(diào)速器的傳遞函數(shù)（一）調(diào)速器的傳遞函數(shù)調(diào)速系統(tǒng)示意圖調(diào)速系統(tǒng)示意圖原動機(jī)調(diào)節(jié)量與控制指令信號及系統(tǒng)頻率間的動態(tài)特性原動機(jī)調(diào)節(jié)量與控制指令信號及系統(tǒng)頻率間的動態(tài)特性1( )( )( )11( )( )( )nBcnncKXsPsFssTRGsPs

16、FsR二）原動機(jī)的傳遞函數(shù)二）原動機(jī)的傳遞函數(shù)( )( )( )1( )(1)( )( )(1)(1)1( )0.51TTTBTTTrrTBTrWnWP sKGsXssTP sKsK TGsXssTsTT sGsT s簡單汽輪機(jī)：再熱式汽輪機(jī)：水輪機(jī)：Kn:調(diào)速器靜態(tài)增益Tn：調(diào)速器時間常數(shù) R ：調(diào)速器的調(diào)差系數(shù)Gn：調(diào)速器傳遞函數(shù)（三）汽輪發(fā)電機(jī)組的傳遞函數(shù)（三）汽輪發(fā)電機(jī)組的傳遞函數(shù)非再熱式汽輪發(fā)電機(jī)合成的傳遞函數(shù)非再熱式汽輪發(fā)電機(jī)合成的傳遞函數(shù)0()()()11()()()11()li m () nTTGcnTcccncTGnTGGcnTcsKKPsPsPss Ts TPPPssKPs

17、KPss Ts TsPPssPsKKP 發(fā) 電 機(jī) 與 無 窮 大 系 統(tǒng) 并 聯(lián) 運(yùn) 行 ，發(fā) 電 機(jī) 功 率 變 化 對 系 統(tǒng) 頻 率 沒 有 影 響 ?？?制 理 論 ， 加 一 單 位 階 躍 變 化 的 控 制 功 率。發(fā) 電 機(jī) 輸 出 功 率 增 量 的 穩(wěn) 態(tài) 值， 可 由 終 值 定 理 得 ：汽輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)速特性汽輪發(fā)電機(jī)組的調(diào)速特性 發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)輸出功率發(fā)電機(jī)穩(wěn)態(tài)輸出功率增量與控制指令信號增量與控制指令信號成正比兩個時間常數(shù)成正比兩個時間常數(shù)均為正值，其過程始均為正值，其過程始終是衰減而不可能出終是衰減而不可能出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。TnTt,衰減過程主要取決于衰減過

18、程主要取決于汽輪機(jī)的時間常數(shù)。汽輪機(jī)的時間常數(shù)。（四）單區(qū)域系統(tǒng)（四）單區(qū)域系統(tǒng)系統(tǒng)的頻率和功率調(diào)節(jié)以地區(qū)系統(tǒng)為基礎(chǔ)作為控制區(qū)系統(tǒng)的頻率和功率調(diào)節(jié)以地區(qū)系統(tǒng)為基礎(chǔ)作為控制區(qū)當(dāng)某一區(qū)域有一個負(fù)荷的變化量，它由三方面的功率進(jìn)行平衡：發(fā)電機(jī)組提供的功率增量，負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)引起的負(fù)荷功率變化，聯(lián)絡(luò)線路的功率變化。22()()(12)2KiTiLiLitiikikiNNiiNiNiNiikikiNkiNNNkikiNiNdWPPKfPdtfWWffffffffffWWWffdWWdfdtfdt 功率平衡關(guān)系：動能是隨控制區(qū)等效同步發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速得平方變化，即：控制區(qū)瞬時功率為 ，可寫為：考慮到，可變化為：所以

19、：頻頻11T *2Hs22()2( )( )( )22( )( )()kiNiiNkGNGNntiijijjntiijijjiiLiLiitiNiTiLiLiNWPWSPTf dtf dtP sTF sF ssd fHPPKfPfdtHPsPssKFf G，標(biāo)幺慣性時間常數(shù)，量綱為秒，一般為28 左右。一般發(fā)電機(jī)的慣性時間常數(shù)T。拉氏變換：拉氏變換：T( )( )21( )1( )( )( )( )( )itipiiPipipiLiNLipiiLitipiisP sKHKTGsKf KsTPsPsP s GsF s 令：，得： 單個區(qū)域的閉環(huán)調(diào)節(jié)框圖單個區(qū)域的閉環(huán)調(diào)節(jié)框圖 考慮互聯(lián)系統(tǒng)時控制區(qū)

20、域 i一次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的閉環(huán)框圖一次調(diào)節(jié)系統(tǒng)的閉環(huán)框圖J、k、v區(qū)域聯(lián)絡(luò)線二、電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)特性二、電網(wǎng)的頻率調(diào)節(jié)特性（一）單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性（一）單區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性二）多區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性二）多區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性互聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)互聯(lián)系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)越大所儲備的動能越多，能供的功率越多。失去發(fā)電容量對系統(tǒng)的影響越小。系統(tǒng)容量越大，備用容量可相對節(jié)省，各子系統(tǒng)的備用容量備用容量可相互支援。討論兩區(qū)域的調(diào)節(jié)特性。兩區(qū)域系統(tǒng)可將前面的兩個單區(qū)域控制系統(tǒng)的框圖連接起來。（二）多區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性（二）多區(qū)域電網(wǎng)的頻率特性兩區(qū)域系統(tǒng)的控制框圖兩區(qū)域系統(tǒng)的控制框圖換算系數(shù)121*12*22*121*12121

21、2L1L2111122221,/0;011tNtNttNNccGGGaP PPPPaPaPPPPPPPfRfffPfRP 系數(shù)是兩個容量之間的換算系數(shù)。而：所以：。如果只考慮無控制功率的情況，則：。假設(shè)每個區(qū)域的負(fù)荷均增加一個階躍值和。發(fā)電機(jī)輸出功率：，兩系統(tǒng)互聯(lián)，所以，將此關(guān)系代入：1T *221111111222222221212121122112111iiLiLiitiNGtLLLttLLLtLLLtfRdfHPPKfPfdtPfRPPfPKfPfRPPfPKfPfRPaPfaPP ，由式：，得：，得：解得：211212112212122LLLLLttPPfaPPPPPa 。如果-1，即

22、：如果兩區(qū)域具有相同的參數(shù)，方程式很簡單如果兩區(qū)域具有相同的參數(shù)，方程式很簡單兩系統(tǒng)功頻調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)也相等212112212212221022LLLLttLLLLttPPfPPPPPPPfPPP 如 果 區(qū) 域 2 發(fā) 生 階 躍 變 化，而 在 區(qū) 域中 的 負(fù) 荷 不 變 ， 即。則 ：，由此可見，控制區(qū)域由此可見，控制區(qū)域2增加的負(fù)荷由兩個控制區(qū)域共同承擔(dān)，其中增加的負(fù)荷由兩個控制區(qū)域共同承擔(dān)，其中50%的負(fù)荷增量由區(qū)域的負(fù)荷增量由區(qū)域1通過聯(lián)絡(luò)線供給。通過聯(lián)絡(luò)線供給。第四節(jié)第四節(jié) 電力系統(tǒng)自動調(diào)頻電力系統(tǒng)自動調(diào)頻一、概述一、概述調(diào)頻問題實(shí)質(zhì)上是電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行中，控制發(fā)電機(jī)調(diào)頻問題實(shí)

23、質(zhì)上是電力系統(tǒng)在正常運(yùn)行中，控制發(fā)電機(jī)的輸入功率使之與負(fù)荷所需功率平衡。的輸入功率使之與負(fù)荷所需功率平衡。調(diào)頻是二次調(diào)節(jié)，通過調(diào)整機(jī)組的輸入功率實(shí)現(xiàn)。調(diào)頻是二次調(diào)節(jié)，通過調(diào)整機(jī)組的輸入功率實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)調(diào)頻的主要任務(wù)，不只是維持系統(tǒng)頻率在現(xiàn)代電力系統(tǒng)調(diào)頻的主要任務(wù)，不只是維持系統(tǒng)頻率在給定水平，同時還須考慮機(jī)組負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配。給定水平，同時還須考慮機(jī)組負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配。調(diào)度一般將運(yùn)行電廠分為調(diào)頻廠、調(diào)峰廠和帶基本負(fù)荷調(diào)度一般將運(yùn)行電廠分為調(diào)頻廠、調(diào)峰廠和帶基本負(fù)荷的發(fā)電廠三類。的發(fā)電廠三類。日負(fù)荷曲線日負(fù)荷曲線經(jīng)濟(jì)性能好的機(jī)組承擔(dān)調(diào)峰、經(jīng)濟(jì)性能差的機(jī)組承擔(dān)計劃外負(fù)荷，調(diào)頻電廠承擔(dān)二、調(diào)頻方法

24、二、調(diào)頻方法調(diào)頻是二次調(diào)節(jié)，自動改變功率給定值，用移動調(diào)頻是二次調(diào)節(jié)，自動改變功率給定值，用移動調(diào)速器的調(diào)節(jié)特性的方法，使頻率恢復(fù)到額定值。調(diào)速器的調(diào)節(jié)特性的方法，使頻率恢復(fù)到額定值。控制調(diào)頻器的信號三種基本形式控制調(diào)頻器的信號三種基本形式 ：比例比例：按頻率偏移的大小，控制調(diào)頻器按比例增、減機(jī)組功率。只能減小頻率的偏移而不能消除。積分：積分：按頻率偏移對時間的積分控制調(diào)頻器?？蓪?shí)現(xiàn)無差，但負(fù)荷變動初期控制信號不大而延緩調(diào)節(jié)過程。微分：微分：按頻率偏移對時間的微分控制調(diào)頻器。在初階段調(diào)節(jié)較快，但隨時間推移頻率偏移趨于穩(wěn)定調(diào)節(jié)量也趨于零。穩(wěn)態(tài)不起作用。（一）主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法（一）主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法101,

25、 2,iifPaPin在 調(diào) 頻 電 廠 中 一 臺 主 導(dǎo) 主 導(dǎo) 機(jī) 組 上裝 設(shè) 無 差 調(diào) 頻 器 ，其 調(diào) 節(jié) 準(zhǔn) 則 為 ：其 他 發(fā) 電 機(jī) 組 設(shè) 有 有 功 功 率 調(diào) 整 器 ，調(diào) 節(jié) 準(zhǔn) 則 為 ：，調(diào)節(jié)過程中，主導(dǎo)機(jī)組按系統(tǒng)頻率不斷調(diào)節(jié)，協(xié)助調(diào)頻機(jī)組跟隨主導(dǎo)機(jī)組進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到頻率恢復(fù)到額定值，協(xié)助調(diào)頻機(jī)組與主導(dǎo)機(jī)組的調(diào)節(jié)功率符合給定比例為止。不參加調(diào)頻的其余機(jī)組功率維持不變，計劃外的負(fù)荷變動全由調(diào)頻機(jī)組承擔(dān)。開始時只有一臺機(jī)先調(diào)，調(diào)節(jié)過程顯得緩慢。只適用中小系統(tǒng) 。（二）同步時間法（二）同步時間法（積差調(diào)節(jié)積差調(diào)節(jié)）0,cNccfdtkPfffPKfdt 同步時間法按頻

26、率偏差的積分值進(jìn)行調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)方程為： 其中cKc:積分控制增益積分控制調(diào)節(jié)框圖積分控制調(diào)節(jié)框圖1）采用積分控制可完全消除系統(tǒng)的頻率偏差）采用積分控制可完全消除系統(tǒng)的頻率偏差2）可適用于眾多電廠參與調(diào)整）可適用于眾多電廠參與調(diào)整3）調(diào)節(jié)速度比較緩慢，不能保證頻率的瞬時偏差在規(guī)定范圍內(nèi)）調(diào)節(jié)速度比較緩慢，不能保證頻率的瞬時偏差在規(guī)定范圍內(nèi)t=0,頻率為額定，積差為零，調(diào)節(jié)功率為零t=t1,負(fù)荷增大，頻率下降，積分項(xiàng)不斷增加負(fù)值，調(diào)節(jié)器增加輸出功率，只要有頻率差，積差都會累積，直至頻率差為零，ta點(diǎn)。t=t2，負(fù)荷減小，頻率上升，積分項(xiàng)不斷增加正值，調(diào)節(jié)器減少輸出功率，只要有頻率差，積差都會累積，直

27、至頻率差為零，tb點(diǎn)。()0iiiiiciiiiiiiicifkPakfdtPakfdtPPakfdtkfdtPaPaP改 進(jìn) 的 頻 率 調(diào) 差 方 程 ：調(diào) 節(jié) 過 程 中 止 時 ，計 劃 外 負(fù) 荷 總 調(diào) 節(jié) 量 ：所 以 ：調(diào)節(jié)結(jié)束后，計劃外負(fù)荷按一定比例在機(jī)組間分配。計劃外負(fù)荷越大，頻率累積誤差越大。采用多個調(diào)頻電廠調(diào)頻時，可采用分散方式，參與調(diào)頻廠各有一套頻差信號發(fā)生器。此時需設(shè)置高穩(wěn)定性晶體振蕩標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)生器，避免頻率積差的差異造成功率分配上的誤差。將頻率的瞬時偏差和積差相結(jié)合，構(gòu)成將頻率的瞬時偏差和積差相結(jié)合，構(gòu)成積差集中調(diào)頻積差集中調(diào)頻為克服頻差積分信號分散產(chǎn)生的不一致性

28、，可在電網(wǎng)中心集中產(chǎn)為克服頻差積分信號分散產(chǎn)生的不一致性，可在電網(wǎng)中心集中產(chǎn)生頻差積分信號，確定各調(diào)頻機(jī)組的調(diào)節(jié)量，用遠(yuǎn)動通道送給各生頻差積分信號，確定各調(diào)頻機(jī)組的調(diào)節(jié)量，用遠(yuǎn)動通道送給各調(diào)頻機(jī)組。調(diào)頻機(jī)組。（三）聯(lián)合自動調(diào)頻（三）聯(lián)合自動調(diào)頻SCADA主導(dǎo)發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)容量隨著電力系統(tǒng)擴(kuò)大已經(jīng)很難滿足要求；同步時間法由于信號分設(shè)各地，很難綜合考慮優(yōu)化控制；自動調(diào)頻除了維持系統(tǒng)頻率在額定值外，必須使系統(tǒng)潮流分布符合經(jīng)濟(jì)、安全原則。聯(lián)合自動調(diào)頻具備了可實(shí)施的基礎(chǔ)（系統(tǒng)）。該系統(tǒng)配置的該系統(tǒng)配置的AGC（ 自動發(fā)電控制）功能主要進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)頻優(yōu)化控制。自動發(fā)電控制）功能主要進(jìn)行系統(tǒng)的調(diào)頻優(yōu)化控制。A

29、GCAGCAGCGi調(diào) 度 中 心 配 置功 能 ， 包 括 ：1 維 持 系 統(tǒng) 頻 率 在 額 定 值 ， 在 正 常 穩(wěn) 態(tài) 時 ，頻 率 偏 差 在 0.05-0.2Hz范 圍 內(nèi) ；2 控 制 地 區(qū) 電 網(wǎng) 間 聯(lián) 絡(luò) 線 的 交 換 功 率 與 計 劃 值 相 等 ，實(shí) 現(xiàn) 各 地 區(qū) 有 功 就 地 平 衡 ；3 在 安 全 前 提 下 ， 所 管 轄 系 統(tǒng) 范 圍 內(nèi) ， 機(jī) 組 間 負(fù) 荷 實(shí) 現(xiàn) 經(jīng) 濟(jì) 分 配 。所 需 信 息 ， 如 各 發(fā) 電 機(jī) 組 實(shí) 發(fā) 功 率 P 、 線 路 潮 流 、 節(jié) 點(diǎn) 電 壓 等 ，由 遠(yuǎn) 動 裝 置 送 到 調(diào) 度 中 心 ，

30、形 成 實(shí) 時 數(shù) 據(jù) 庫 。軟 件 按 照 預(yù) 定 數(shù) 學(xué) 模 型 和 調(diào) 節(jié) 準(zhǔn) 則 確 定 各 調(diào) 頻 廠 的 調(diào) 節(jié) 量 ，通 過 遠(yuǎn) 動 下 行 通 道 把 指 令 送 到 各 廠 站 機(jī) 組 ， 形 成 調(diào) 節(jié) 指 令 。()()ciiGificiiGifGifiiiiPaPBfPaPBfPBf負(fù)荷分配：系統(tǒng)調(diào)頻機(jī)組總的調(diào)頻功率：發(fā)電機(jī)控制回路發(fā)電機(jī)控制回路Bf:頻率偏差系數(shù)頻率偏差系數(shù)自動調(diào)頻系統(tǒng)示意圖自動調(diào)頻系統(tǒng)示意圖分配到每臺機(jī)組的功率調(diào)節(jié)值有分配系數(shù)規(guī)定，各機(jī)組調(diào)節(jié)功率之和等于總的調(diào)節(jié)功率。調(diào)度中心用計算機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。其傳遞信息方式：調(diào)度中心用計算機(jī)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。其傳遞信息方式：

31、1 由遠(yuǎn)動通道直接發(fā)送給調(diào)頻機(jī)組。由遠(yuǎn)動通道直接發(fā)送給調(diào)頻機(jī)組。 即通過上行、下行遠(yuǎn)動通道交換信息即通過上行、下行遠(yuǎn)動通道交換信息2利用電力系統(tǒng)計算機(jī)系統(tǒng)，以高速光纖通道為基利用電力系統(tǒng)計算機(jī)系統(tǒng)，以高速光纖通道為基礎(chǔ)的專用的廣域網(wǎng)，礎(chǔ)的專用的廣域網(wǎng)，調(diào)度中心通過網(wǎng)絡(luò)將調(diào)整功率發(fā)送給調(diào)頻廠。調(diào)度中心通過網(wǎng)絡(luò)將調(diào)整功率發(fā)送給調(diào)頻廠。即通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換信息即通過計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換信息通過遠(yuǎn)動通道交換信息通過遠(yuǎn)動通道交換信息三、聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻三、聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻（一）聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻方式（一）聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻方式恒定頻率控制恒定頻率控制FFC（Flat frequency control)：

32、按頻率：按頻率偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，對聯(lián)絡(luò)線上的交換功率則不加控制，是偏差進(jìn)行調(diào)節(jié)，對聯(lián)絡(luò)線上的交換功率則不加控制，是單一系統(tǒng)的觀點(diǎn)。單一系統(tǒng)的觀點(diǎn)。恒定交換功率控制恒定交換功率控制FTC （Flat Tie-line control) ：控：控制調(diào)頻機(jī)組保持交換功率恒定，而對系統(tǒng)的頻率不加控制調(diào)頻機(jī)組保持交換功率恒定，而對系統(tǒng)的頻率不加控制。制。頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制TBC （ Tie-line load frequency bias control) ：既按頻差又按聯(lián)絡(luò)線交換：既按頻差又按聯(lián)絡(luò)線交換功率調(diào)節(jié)，最終維持各地區(qū)負(fù)荷波動就地平衡。這是多功率調(diào)節(jié)，最終維持各地區(qū)負(fù)荷波

33、動就地平衡。這是多系統(tǒng)調(diào)頻觀點(diǎn)，是常用的一種方法。系統(tǒng)調(diào)頻觀點(diǎn)，是常用的一種方法。（二）頻率聯(lián)絡(luò)線路功率偏差控制（二）頻率聯(lián)絡(luò)線路功率偏差控制頻率聯(lián)絡(luò)線路功率偏差控制方式頻率聯(lián)絡(luò)線路功率偏差控制方式不僅要消除頻差，不僅要消除頻差，而且還要消除聯(lián)絡(luò)線路的交換功率偏差。而且還要消除聯(lián)絡(luò)線路的交換功率偏差。每個控制區(qū)域負(fù)責(zé)本區(qū)域的功率調(diào)整，每個控制區(qū)域負(fù)責(zé)本區(qū)域的功率調(diào)整，通常將本區(qū)域調(diào)節(jié)作用的信號稱為區(qū)域控制誤差通常將本區(qū)域調(diào)節(jié)作用的信號稱為區(qū)域控制誤差A(yù)CE(Area Control Error)。()()0000AtAAABtBBBGAiAtAAAGBiBtbBBAtAAABtBBBtAtBA

34、CEPfACEPfPKPfdtPKPfdtACEPfACEPffPP ，相應(yīng)的控制功率：任一區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷變動，調(diào)整結(jié)果在穩(wěn)態(tài)結(jié)果下：符合上述調(diào)節(jié)，必須使： ； 。簡單的聯(lián)合系統(tǒng)簡單的聯(lián)合系統(tǒng)ABABBLALBLAKiTiLiLitiTiLiLitiGALALAAtAtAtBGBLBLBBtBPPPdWPPKfPdtPPKfPPPKfPPPPPKfPP 假設(shè)系統(tǒng)有二次調(diào)頻，系統(tǒng)只有一次調(diào)頻。系統(tǒng)負(fù)荷增量分別為、，聯(lián)絡(luò)線上的功率增量為。在穩(wěn)態(tài)情況下，可轉(zhuǎn)換為：，對于、系統(tǒng)，有，其中；由于系統(tǒng)只有一次調(diào)頻，得：11A0A1BLAGALAtAALAGAAtALBBtALBLBtABAtALAAGAtA

35、LLBtAABPKfPRPPfPPfPPKfPRfPPfPPPfPP ，解得：系統(tǒng)按頻率及聯(lián)絡(luò)線功率進(jìn)行調(diào)節(jié)時，最終使：代入系統(tǒng)可得：；代入系統(tǒng)可得：；BAABtLA系統(tǒng)二次調(diào)節(jié)等于其負(fù)荷增量，A系統(tǒng)維持了功率的就地平衡。整個系統(tǒng)的頻率及聯(lián)絡(luò)線功率變化只與B系統(tǒng)負(fù)荷增量有關(guān)。由于B系統(tǒng)無自動調(diào)頻，故整個聯(lián)合系統(tǒng)對B系統(tǒng)的負(fù)荷變化仍然是只有一次調(diào)頻似的。第五節(jié)第五節(jié) 電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動調(diào)頻電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制（電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制（EDC），保證經(jīng)濟(jì)性。），保證經(jīng)濟(jì)性。EDC可以稱為三次經(jīng)濟(jì)調(diào)整可以稱為三次經(jīng)濟(jì)調(diào)整一、等微增率分配負(fù)荷的基本概念一、等微增率分配負(fù)

36、荷的基本概念微增率是指輸入耗量微增量與輸出功率微增量的比值。微增率是指輸入耗量微增量與輸出功率微增量的比值。對發(fā)電機(jī)來說，為燃料消耗量（或消耗費(fèi)用）的微增量與發(fā)對發(fā)電機(jī)來說，為燃料消耗量（或消耗費(fèi)用）的微增量與發(fā)電機(jī)輸出功率微增量的比值。電機(jī)輸出功率微增量的比值。所謂等微增率法則，就是運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組按微增率相等的原所謂等微增率法則，就是運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組按微增率相等的原則分配負(fù)荷，這樣就可使系統(tǒng)總的燃料消耗（或費(fèi)用）為最則分配負(fù)荷，這樣就可使系統(tǒng)總的燃料消耗（或費(fèi)用）為最小，從而是最經(jīng)濟(jì)的。小，從而是最經(jīng)濟(jì)的。對于一臺發(fā)電機(jī)組，它包括了鍋爐，汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)三個單元。對于一臺發(fā)電機(jī)組，它包括了鍋爐，汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)三個單元。它們在單位時間內(nèi)所消耗的能量與輸出功率之間的關(guān)系，稱為它們在單位時間內(nèi)所消耗的能量與輸出功率之間的