電力系統(tǒng)有功功率與頻率調(diào)整

1、電力系統(tǒng)有功功率與頻率調(diào)整第1頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四第一節(jié) 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整與控制第二節(jié) 電力系統(tǒng)無功功率和電壓的調(diào)整與控制第2頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四第一節(jié) 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整與控制本節(jié)需要掌握的主要知識點負(fù)荷的功頻特性發(fā)電機的功頻特性系統(tǒng)的功頻特性頻率的一次調(diào)整過程頻率的二次調(diào)整過程AGC與區(qū)域控制誤差第3頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四第一節(jié) 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整與控制第一部分提出問題，定性分析（啟發(fā)式教案，同學(xué)參與討論）第二部分理論及定量分析（按教材內(nèi)容進(jìn)行）第

2、4頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四1、電力系統(tǒng)正常運行下，相關(guān)情況如何？GPLPPG功率平衡：PG = P + PL機組轉(zhuǎn)速：=N, f = fN= 50Hz答案：電源發(fā)出的功率與網(wǎng)絡(luò)損耗及用戶的負(fù)荷相平衡，系統(tǒng)中的機組同步運行，系統(tǒng)頻率維持在額定頻率50Hz。第5頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四2、機理分析功率平衡：PM =PG (忽略損耗）同步運行：=N, f = fN= 50HzPMPG水庫水能水輪機轉(zhuǎn)子機械能發(fā)電機電能PL第6頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四3、負(fù)荷變化怎么辦？（PL增加）能量始終平衡PMPG

3、水輪機發(fā)電機PLPLPGPM輸入的水能沒有變！增加的能量從哪來？答案：轉(zhuǎn)子釋放機械能，彌補負(fù)荷的增加。轉(zhuǎn)子速度降低，系統(tǒng)頻率下降！系統(tǒng)的頻率指標(biāo)不能滿足電能質(zhì)量要求！怎么辦？第7頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四4、負(fù)荷變化，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率變化，不滿足電能質(zhì)量要求！怎么辦？PMPG水輪機發(fā)電機PL調(diào)速器開度N+-調(diào)速器：感受到轉(zhuǎn)速的變化，說明系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生改變，需要調(diào)整水能輸入，以滿足負(fù)荷的要求。轉(zhuǎn)速也將向靠近N變化。但轉(zhuǎn)速能通過調(diào)節(jié)，使=N嗎？第8頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四5、調(diào)速器動作，能通過調(diào)節(jié)，使=N嗎 ？如果能，會發(fā)生什么現(xiàn)象？PP

4、G1PG2ffN能:調(diào)速器靜態(tài)特性為無差調(diào)節(jié)，水電站內(nèi)部機組的工作點會出現(xiàn)飄移現(xiàn)象，工作點不能唯一確定，機組不能穩(wěn)定運行。怎么辦？PG =PG1+ PG2G1G2PGPG1PG2PLP第9頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四答案：不能。調(diào)速器靜態(tài)特性必須為有差調(diào)節(jié)，工作點才能唯一確定，機組才能穩(wěn)定運行。fPG1PG2fNfPG2 PG1 PP結(jié)論：一次調(diào)頻。系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化，系統(tǒng)中的所有機組都會釋放其轉(zhuǎn)子的動能來滿足負(fù)荷的變化，導(dǎo)致轉(zhuǎn)速變化，進(jìn)而使得系統(tǒng)的頻率發(fā)生變化。機組調(diào)速器感受到轉(zhuǎn)速變化后，調(diào)節(jié)輸入的水量或汽量，使得轉(zhuǎn)速逐步恢復(fù)，系統(tǒng)頻率向額定值靠近。但是，由于調(diào)速

5、器的有差調(diào)節(jié)特性，系統(tǒng)頻率不能回到額定值。這是電力系統(tǒng)的固有特性或自然特性。變化前：PG0=PG1+PG2一次調(diào)頻后： PG0 = PG1 + PG2 第10頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四結(jié)論：二次調(diào)頻。在一次調(diào)頻的基礎(chǔ)上，人工或自動調(diào)節(jié)調(diào)頻機組的出力，使其完全承擔(dān)負(fù)荷的變化，其他非調(diào)頻機組的出力都回到負(fù)荷變化以前的值，系統(tǒng)頻率恢復(fù)到了額定值。6、負(fù)荷變化，系統(tǒng)一次調(diào)頻，頻率不能回到額定值！怎么辦？PG11）變化前：PG0=PG1+PG23）二次調(diào)頻后： PG0 = PG1+ PG2fPG1PG2fNfPG2 PG1 PP2）一次調(diào)頻后： PG0 = PG1+ PG

6、2第11頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四第二部分理論及定量分析（按教材內(nèi)容進(jìn)行）第一節(jié) 電力系統(tǒng)有功功率和頻率的調(diào)整和控制第12頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四一、負(fù)荷的有功功率及其頻率特性1、日負(fù)荷曲線 實際負(fù)荷=預(yù)測負(fù)荷+隨機負(fù)荷0 4 8 12 16 20 24 t(h)P(MW)預(yù)測負(fù)荷實際負(fù)荷第13頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四2、負(fù)荷的頻率特性 基準(zhǔn)值：關(guān)鍵點：一個用電設(shè)備消耗功率的大小與頻率有關(guān)。當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生偏移時，設(shè)備消耗負(fù)荷會發(fā)生改變，改變量的大小通過負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)KL來反映。第14頁，

7、共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四2、負(fù)荷的頻率特性 fPLfNPLN印象：負(fù)荷消耗的有功功率隨系統(tǒng)頻率的增加而增加。第15頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四1、頻率調(diào)整的必要性（1）保證電能質(zhì)量，滿足負(fù)荷要求；（2）維持系統(tǒng)穩(wěn)定運行。二、頻率調(diào)整的必要性和有功功率平衡2、有功功率和備用容量（1）負(fù)荷備用；（2）事故備用；（3）檢修備用；（4）國民經(jīng)濟備用。第16頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四三、發(fā)電機組的調(diào)速系統(tǒng)和頻率的一次調(diào)整功率平衡時,Pe=Pm,=0= NPe發(fā)生變化,功率平衡被打破, 變化,釋放轉(zhuǎn)子動能使系統(tǒng)能量

8、守衡。系統(tǒng)頻率發(fā)生變化。調(diào)速器測量到轉(zhuǎn)速的變化，調(diào)整機組的進(jìn)水量或進(jìn)汽量，改變Pm，使轉(zhuǎn)速向N靠近,但不能調(diào)整到等于N,因為調(diào)速器的調(diào)節(jié)特性為有差調(diào)節(jié)。1、調(diào)速器的調(diào)整過程第17頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四2、發(fā)電機(調(diào)速器)的功頻特性 發(fā)電機的功頻調(diào)節(jié)系數(shù) PGPset=PG0fNfAAf發(fā)電機的功頻特性 第18頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四3、頻率的一次調(diào)整一次調(diào)整過程(自然調(diào)整過程，系統(tǒng)的固有特性): 系統(tǒng)的負(fù)荷發(fā)生變化時，系統(tǒng)中所有機組均釋放轉(zhuǎn)子動能來平衡系統(tǒng)負(fù)荷的變化，導(dǎo)致系統(tǒng)頻率變化，緊接著各機組調(diào)速器感受到轉(zhuǎn)速變化而調(diào)整機

9、組出力，使系統(tǒng)頻率有所恢復(fù),由于是有差調(diào)節(jié)，系統(tǒng)頻率不能恢復(fù)到fN。第19頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四4、系統(tǒng)的功頻調(diào)節(jié)1）負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)2）發(fā)電機頻率調(diào)節(jié)3）系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)KS系統(tǒng)的功頻調(diào)節(jié)系數(shù)， KS越大，頻率波動越小。第20頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四4）n臺機組時，系統(tǒng)的KG計算僅m臺機組參加調(diào)頻第21頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四1、頻率的二次調(diào)整 由于一次調(diào)整是有差調(diào)節(jié)，f不能恢復(fù)到fN。系統(tǒng)中設(shè)置調(diào)頻機組，由其調(diào)頻器動作，增發(fā)功率PL0，完全承擔(dān)系統(tǒng)負(fù)荷的變化，使系統(tǒng)頻率恢復(fù)到fN。二次調(diào)整。負(fù)荷

10、頻率控制LFC（Load Frequency Control)。AGC (Automatic Generation Control)：二次調(diào)整和三次調(diào)整。四、頻率的二次、三次調(diào)整及自動發(fā)電控制AGC第22頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四fNPG0=PL0fABCPfA二次調(diào)整一次調(diào)整負(fù)荷增加PL0=AB第23頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四KA=KGA+KDAPGAPLAKBPGBPLBPab聯(lián)絡(luò)線上的流通功率問題除了頻率需要控制,聯(lián)絡(luò)線功率也要控制.第24頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四2、區(qū)域控制誤差(Area

11、Control Error) ACE區(qū)域j區(qū)域i區(qū)域m區(qū)域nPTijPLi第25頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四AGC的控制方式：1)恒定頻率控制 i=0,Ki=1,ACEi=f2)恒定凈交換功率控制 i=1,Ki=0,ACEi=PTi3)聯(lián)絡(luò)線功率和頻率偏差控制 i=1, ACEi=PTi+Kif 若Ki=Ksi，則-Kif為區(qū)域i內(nèi)與f相對應(yīng)的負(fù)荷增量，-PTi為其它區(qū)域向區(qū)域i輸送的凈功率增量，則-PTi-Kif實際上是區(qū)域i中總的負(fù)荷增量PLi。第26頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四若，-ACEi=-PTi-Kif=0： 區(qū)域i的負(fù)荷增量為PLi+PTi, 且PLi+PTi=-Kif， PLi=-PTi-Kif 若，-PTi-Kif=0，則PLi=0。若，-ACEi=-PTi-Kif0， 則PLi= =-PTi-Kif0，說明本區(qū)域負(fù)荷增加。若，-ACEi=-PTi-Kif0， 則PLi= =-PTi-Kif0，說明本區(qū)域負(fù)荷減小。第27頁，共31頁，2022年，5月20日，18點17分，星期四不管系統(tǒng)中的負(fù)荷如何變化，區(qū)域i控制目標(biāo)為ACEi=0，即PLi=0，實際上只負(fù)責(zé)本區(qū)域內(nèi)部機組出力與有功負(fù)荷之間的平衡，整個系統(tǒng)中各區(qū)域均這樣調(diào)節(jié)，最后系統(tǒng)的頻率會恢復(fù)到fN。第28頁，共31頁，2022年