電力系統(tǒng)自動化-調速部分ppt課件

1、電力系統(tǒng)自動化 電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制主講教師：劉興杰答疑地點：教一樓347聯(lián)絡方式：7522257;lxj5085163.3 電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制了解電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的重要性；掌握電力系統(tǒng)負荷的調理效應；了解調速器的根本任務原理、調速系統(tǒng)的靜態(tài)調理特性、一次調整和二次調整；掌握頻率調差系數(shù)、并聯(lián)機組間有功功率的分配；了解電力系統(tǒng)頻率的調理方法、自動發(fā)電控制AGC原理。.3.1 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的必要性3.1.1 電力系統(tǒng)頻率控制的必要性頻率對電力用戶的影響電力系統(tǒng)頻率變化會引起異步電動機轉速變化，轉速不穩(wěn)定會影響產質量量。 系統(tǒng)頻率動搖會影響某些丈量和控

2、制用的電子設備的準確性和性能。電力系統(tǒng)頻率降低將使電動機的轉速和輸出功率降低。.3.1 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的必要性頻率對電力系統(tǒng)的影響頻率下降時，汽輪機葉片的振動會變大。頻率下降到一定程度時，能夠出現(xiàn)頻率解體頻率雪崩。在核電廠中，當頻率降到一定數(shù)值時，冷卻介質泵即自動跳開，使反響堆停頓運轉。電力系統(tǒng)頻率下降時，異步電動機和變壓器的勵磁電流添加，使異步電動機和變壓器的無功損耗添加，引起系統(tǒng)電壓下降。頻率下降還會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)電壓程度降低。能夠導致電壓解體電壓雪崩。.3.1.2 電力系統(tǒng)有功功率控制的必要性維持電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內提高電力系統(tǒng)運轉的

3、經濟性保證結合電力系統(tǒng)的協(xié)調運轉3.1 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的必要性.3.2 發(fā)電機組調速控制的根本原理3.2.1 發(fā)電機組單機運轉時調速控制的根本原理 .3.2 發(fā)電機組調速控制的根本原理同步發(fā)電機轉子運動方程.3.2發(fā)電機組調速控制的根本原理原動機的機械轉矩MTn(f,w)MT0.3.2發(fā)電機組調速控制的根本原理發(fā)電機電磁轉矩MG 發(fā)電機電磁轉矩與電磁功率成正比。發(fā)電機輸出的電磁功率又與負荷的頻率特性嚴密相關。 .3.2發(fā)電機組調速控制的根本原理負荷的靜態(tài)頻率特性：有功負荷隨頻率而改動的特性稱為負荷的功率頻率特性，即負荷的靜態(tài)頻率特性。負荷種類:與頻率變化無關的負荷，如白熾燈、電弧爐

4、、電阻爐和整流負荷等。與頻率成正比的負荷，如切削機床、球磨機、緊縮機和卷揚機等。這類負荷占有較大比重。與頻率的二次方成比例的負荷，如變壓器中的渦流損耗。與頻率的三次方成比例的負荷，如通風機、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵等。與頻率的更高次方成比例的負荷，如靜水頭阻力很大的給水泵等。.3.2發(fā)電機組調速控制的根本原理.3.2發(fā)電機組調速控制的根本原理.3.2發(fā)電機組調速控制的根本原理M0nMT1MT2MG1MG2abcnanbnc負荷減小時改動原動機的出力后發(fā)電機組調速系統(tǒng)的調理原理.3.2發(fā)電機組調速控制的根本原理3.2.2機組并網運轉的轉速調理0f，nf1MT，PGMT1MT2abPGaPGb1.

5、3.3 機械液壓調速器的原理機械液壓調速器的根本構造.3.3 機械液壓調速器的原理調差機構的構成fAC、F、EB進汽量n A 調差機構的數(shù)學描畫PG(MW)f(Hz)0fzf1f2ffPG2PG121PGe.3.3 機械液壓調速器的原理轉速給定的原理機組空載運轉時調理機組轉速D EB進汽量n A C、F E機組并聯(lián)運轉時調理機組的有功出力D EB進汽量n A 根本不動 C、F E.3.3 機械液壓調速器的原理頻率的一次調整一次調頻：當負荷變化時，調速器會自發(fā)動作來調理發(fā)電機輸出的動力元素，來抑制頻率的變化，這種調速器自發(fā)調理的過程叫頻率的一次調整一次調頻。一次調頻后會使電網的頻率偏離額定值，當

6、頻率值偏離額定頻率較大時，需求進展頻率的二次調整。頻率的二次調整二次調頻：經過手動或自動安裝改動發(fā)電機調速器的功率轉速給定值，調整發(fā)電機出力，使頻率恢復到額定值的過程。.3.3 機械液壓調速器的原理機械液壓調速器的根本構造.3.3 機械液壓調速器的原理機組調速系統(tǒng)的失靈區(qū)及其影響PG(MW)f(Hz)0f1f0f2PG021PWfW.3.3 機械液壓調速器的原理機組調速系統(tǒng)的失靈區(qū)及其影響為了使誤差功率不致過大，要求發(fā)電機組調速系統(tǒng)的失靈區(qū)不能過大，調差系數(shù)不能過小，普通要求機組調速系統(tǒng)的失靈區(qū)應在0.1%0.5%。失靈區(qū)的存在還會使機組調速系統(tǒng)的動態(tài)調理質量變差。但是，假設失靈區(qū)過小或者完全

7、沒有，當電力系統(tǒng)頻率發(fā)生微小動搖時，調速器也要動作。這樣會調理汽閥動作過于頻繁，對機組本身和電力系統(tǒng)頻率調理不利。因此，在一些非常靈敏的電液調速器中，通常要采取一些技術措施構成一定大小的失靈區(qū)。.3.4 其它類型的調速器模擬電氣液壓調速器：轉速和頻率的丈量、轉速和功率的給定、調理規(guī)律實現(xiàn)等均采用電子電路構成，支配機構依然采用機械液壓安裝。數(shù)字電液調速器：轉速和頻率的丈量、轉速和功率的給定、調理規(guī)律實現(xiàn)等均采用微機實現(xiàn)，支配機構依然采用機械液壓安裝。.3.7 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的根本原理將電力系統(tǒng)內并聯(lián)運轉得一切機組用一臺等效機組替代；將電力系統(tǒng)內一切負荷用一個等效負荷替代；然后運用發(fā)電

8、機組單機帶負荷運轉時頻率和有功功率控制的根本原理和方法進展分析和計算。.3.7 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的根本原理電力系統(tǒng)等效負荷的靜態(tài)頻率調理特性.3.7 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的根本原理電力系統(tǒng)等效發(fā)電機組的靜態(tài)調理特性fPG ,PT0fPGfaaPGafbbPGbf為系統(tǒng)等效機組的頻率，即電力系統(tǒng)的頻率；PG為系統(tǒng)等效機組發(fā)出的有功功率，即電力系統(tǒng)內并聯(lián)運轉的一切機組發(fā)出的有功功率的總和。忽略機組的損耗，等效發(fā)電機組發(fā)出的功率PG與等效原動機發(fā)出的功率PT相等，即PGPT。.3.7 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的根本原理電力系統(tǒng)頻率控制的根本原理頻率的一次調理PG，PT，PLf0PG

9、fAADCBPLPLPG(f)PL(f)PL(f)PGAPGDPGCfC.3.7 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的根本原理電力系統(tǒng)頻率控制的根本原理頻率的二次調理PG，PT，PLf0PGfAADCBPLPLPL(f)PL(f)PG(f)PG(f)PTD.3.7 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的根本原理電力系統(tǒng)頻率控制的根本原理調頻電廠的選擇電力系統(tǒng)中并聯(lián)運轉的發(fā)電機組都裝有調速器。當系統(tǒng)負荷變化時，有可調容量的機組均參與頻率的一次調整，而二次調整只由部分發(fā)電廠承當。從能否承當頻率的二次調整義務出發(fā)，可將系統(tǒng)中一切發(fā)電廠分為調頻廠和非調頻廠兩類。調頻廠擔任全系統(tǒng)的頻率調整義務；非調頻廠在系統(tǒng)正常運轉情況

10、下只按調度控制中心預先安排的負荷曲線運轉，而不參與頻率調整。.3.7 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的根本原理選擇調頻電廠時，主要思索以下要素： (1)具有足夠大的容量和可調范圍； (2)允許的出力調整速度滿足系統(tǒng)負荷變化速度的要求； (3)符合經濟運轉原那么； (4)聯(lián)絡線上交換功率的變化不致影響系統(tǒng)平安運轉。.3.7 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的根本原理電力系統(tǒng)的有功功率控制電力系統(tǒng)中的有功功率平衡控制電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內是經過控制系統(tǒng)內并聯(lián)運轉機組輸入的總功率等于負荷在額定頻率所耗費的有功功率實現(xiàn)的，即實現(xiàn)有功功率的平衡。.3.7 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的根本原理電力系統(tǒng)的有功功率

11、控制電力系統(tǒng)中的有功功率平衡1總負荷；2隨機分量； T10s; 一次調頻來平衡；3脈動分量；10sT3min；調度預測安排來平衡；.3.7 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的根本原理電力系統(tǒng)的有功功率控制并聯(lián)運轉機組間有功功率分配fPG0PG1(f)PG2(f)f1PG1PG2PG1PG2f2PG1PG2.3.7 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的根本原理電力系統(tǒng)的有功功率控制并聯(lián)運轉機組間有功功率分配例題:某系統(tǒng)有兩臺發(fā)電機，P1e=100MW, 1*=0.04 , P2e=50MW, 2*=0.05,當f=50Hz時，P1=80MW, P2=30MW 。 畫出兩機組的調差特性。 當負荷功率為120時系

12、統(tǒng)頻率為多少？兩機組出力各多少？ 當負荷功率分別為120和150，只靠一號機二次調頻能否使頻率恢復到50。為什么？.畫出兩機組的調差特性.2當負荷功率為時系統(tǒng)頻率為多少？兩機組出力各多少？.當負荷功率分別為和，只靠一號機二次調頻能否使頻率恢復到。為什么？120MW時可以，由于一號機剩余容量20MW大于負荷增量10MW。150MW時不可以，由于負荷增量40MW大于一號機剩余容量20MW。.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制自動調頻與手動調頻相比，不僅反響速度快、頻率動搖小，同時還可以兼顧到其他方面的要求，例照實現(xiàn)有功負荷的經濟分配、堅持系統(tǒng)聯(lián)絡線交換功率為定值和滿足系統(tǒng)平安經濟運轉的各種約束

13、條件等。所以現(xiàn)代電力系統(tǒng)普遍裝設自動調頻安裝。主導發(fā)電機法僅適用于小容量的電力系統(tǒng)；虛有差法僅反響頻率的偏向信號，而且有功功率在多個調頻發(fā)電廠之間是按固定比例分配的，不能實現(xiàn)經濟分配原那么，同時也不能控制區(qū)域間聯(lián)絡線的功率。.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制積差調理法是根據系統(tǒng)頻率偏向的累積值調理頻率的。先假定系統(tǒng)中由一臺發(fā)電機組進展頻率積差調理，調理方程式為.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制積差調理過程.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制改良積差調頻法.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制積差調

14、理法維持系統(tǒng)頻率的精度取決于各調頻機組的頻差積分信號數(shù)值的一致性。當采用多個調頻電廠調頻時，可以采用分散方式，即參與調頻電廠各有一套頻差信號發(fā)生器，就地產生(kf)dt 信號進展調頻。為了使各調頻廠測得的f 值盡能夠一致，防止頻差積分的差別而呵斥功率分配上的誤差，需設置高穩(wěn)定性晶體振蕩規(guī)范頻率發(fā)生器。為了抑制頻差積分信號分散產生的不一致性，積差調理法的頻差積分信號也可在電網調度中心集中產生，即裝設一套高精度頻率發(fā)生器集中產生積差信號，確定各調頻機組的調理量，用遠動通道送給各調頻機組。.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制電網調度中心把頻差積分信號值(kf)dt 經過遠動通道送到各調頻電廠，廠

15、內配置一臺有功功率控制器，用于控制全廠調頻機組的功率調理量PC 。它的輸入信息，除了調度所送來的頻差積分信號外，還有當?shù)禺a生的頻差f 和廠內各調頻機組的輸出功率 PC1 ， PC2 ，等。它的輸出信號為各調頻機組按所對應的方程計算各自應發(fā)出的功率，控制相應機組的控制電動機，調理它們的功率給定值，該有功功率控制器可用帶CPU 的數(shù)字電子器件組成，它的輸出信號可以經D/A 轉換放大后，接到各控制電動機，也可以輸出按比例調理的脈沖。這種集中調頻方式優(yōu)點很明顯，但需求遠動通道。.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制集中調頻方式表示圖.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制隨著電力系統(tǒng)遠動技術的開展，

16、自20世紀80 年代中期，我國四大電網(華東、東北、華中和華北)和部分省級電網引進了國外的SCADA/AGC系統(tǒng)，為我國電網調度自動化系統(tǒng)的開展奠定了根底。從1989 年9 月投入運轉至今，全國有30 多家省級及以上電網投入了AGC 系統(tǒng)。在互聯(lián)電力系統(tǒng)運轉中，AGC 是一個根本的和重要的計算機實時控制功能，對于減輕調度員和發(fā)電廠運轉人員的勞動強度，提高聯(lián)絡線交換功率的控制精度，提高電網頻率質量等方面發(fā)揚了很好的作用，為現(xiàn)代電力系統(tǒng)的平安、優(yōu)質、經濟運轉提供了必要的技術手段。.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制在互聯(lián)電力系統(tǒng)運轉中，各區(qū)域應擔任調整本區(qū)域內的功率平衡，當某區(qū)域中忽然接入新的

17、負荷時，整個互聯(lián)電力系統(tǒng)的頻率下降。系統(tǒng)中一切的機組調理器動作，添加機組出力，使頻率提高到某一程度，這時整個電力系統(tǒng)發(fā)電機組的發(fā)電量與負荷到達新的平衡。一次調理留下了頻率偏向和交換功率偏向，AGC 動作，提高發(fā)電功率，使頻率恢復到正常值、交換功率到達方案值，這就是所謂的二次調理。此外，AGC 將隨時間調整發(fā)電機組出力執(zhí)行發(fā)電方案，或在非估計的負荷變化積累到一定程度時按經濟調度原那么重新分配出力，這就是所謂的三次調理。.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制對AGC 來說，一次調理是系統(tǒng)的自然特性，希望快速而平穩(wěn)；二次調理不僅思索機組的調理特性，還要思索到平安(備用)和經濟特性；三次調理那么主要

18、思索平安和經濟，必要時可以校驗網絡潮流的平安性。這些調理所設定的周期隨區(qū)域控制誤差(ACE)的大小而不同，普通數(shù)據采集的采樣周期為1s2s，自動發(fā)電控制(AGC)啟動周期為4s8s，經濟調度的啟動周期由幾秒鐘到幾分鐘甚至幾非常鐘。.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制1. AGC的總體構造自動發(fā)電控制經過閉環(huán)控制系統(tǒng)實現(xiàn)的。自動發(fā)電控制所需的信息，如頻率、發(fā)電機組的實發(fā)功率、聯(lián)絡線的交換功率、節(jié)點電壓等從SCADA 獲得實時丈量數(shù)據，計算出各電廠或各機組的控制命令，再經過SCADA 送到各電廠的電廠控制器。由電廠控制器調理機組功率，使之跟蹤AGC的控制命令。.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)

19、電控制.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制方案跟蹤環(huán)：按方案提供機組發(fā)電基點功率，它與負荷預測、機組的經濟組合、水電方案及交換功率方案有關，擔負主要調峰義務。區(qū)域調理控制環(huán)：把區(qū)域控制誤差(ACE)調到零，這是AGC 的中心。功能是把AGC 計算出消除區(qū)域控制誤差(ACE)各機組需增減的調理功率，將這一可調分量加到跟蹤方案的機組發(fā)電基點功率上，得到設置發(fā)電量發(fā)往電廠控制器。機組控制環(huán)：根本控制回路去調理機組，使控制誤差為零，在許多情況下(特別是水電廠)，一臺電廠控制器能同時控制多臺機組，AGC 把信號送到電廠控制器后，再分到各臺機組。.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制2. AGC的控

20、制目的與方式在互聯(lián)電力系統(tǒng)中，各區(qū)域承當各自的負荷，各區(qū)域的調度中心要維持電力系統(tǒng)頻率為規(guī)定值，維持區(qū)域間凈交換功率方案值，并實如今線經濟負荷分配。AGC的控制目的：(1) 調整系統(tǒng)發(fā)電出力與負荷的平衡。(2) 調整系統(tǒng)頻率偏向為零，在正常穩(wěn)態(tài)情況下，堅持頻率為額定值。(3) 在各控制區(qū)域內分配全網發(fā)電出力，使區(qū)域間聯(lián)絡線潮流與方案值相等，實現(xiàn)各地域有功功率的就地平衡。(4) 在本區(qū)域發(fā)電廠之間分配發(fā)電出力，使區(qū)域運轉本錢最小。(5) 在能量管理系統(tǒng)(EMS)中，AGC作為實時最優(yōu)潮流與平安約束經濟調度的執(zhí)行環(huán)節(jié)。.3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制AGC的控制方式：(1) 定頻率控制方式(CFC或 FFC)(2) 定聯(lián)絡線交換功率控制方式(CIC或CNIC)(3)定頻率及定交換功率的控制方式(TBC).3.9 電力系統(tǒng)自動調頻和自動發(fā)電控制為了實現(xiàn)AGC，要求在調度中心計算機上運轉AGC 程序。AGC 程序的控制目的是使因負荷變動而產生的區(qū)域控制差(ACE)不斷減小直至為零。.3.9 電力系統(tǒng)