電壓穩(wěn)定5教材

第五章：電力系統(tǒng)調(diào)頻與自動(dòng)發(fā)電控制5.1調(diào)頻與自動(dòng)發(fā)電控制基本原理

5.2調(diào)頻與自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.1調(diào)頻與自動(dòng)發(fā)電控制基本原理5.1.1頻率的一次、二次調(diào)節(jié)有功負(fù)荷的頻率靜態(tài)特性

1、負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù):

在實(shí)際系統(tǒng)中，它表示頻率變化1%時(shí)，負(fù)荷有功功率相應(yīng)變化(1-3)%。PDN反映一次調(diào)整過(guò)程結(jié)束后發(fā)電機(jī)輸出功率和頻率關(guān)系的曲線稱為發(fā)電機(jī)組的功率-頻率靜態(tài)特性。KG的數(shù)值表示頻率發(fā)生單位變化時(shí)，發(fā)電機(jī)組輸出功率的變化量。機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率(或稱發(fā)電機(jī)組功頻靜特性系數(shù))

2、發(fā)電機(jī)組的有功功率-頻率靜態(tài)特性頻率變化

發(fā)電機(jī)組功率輸出的增量

負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)所產(chǎn)生的負(fù)荷功率變化

系統(tǒng)的負(fù)荷增加量ΔPDO

負(fù)荷功率的實(shí)際增量

3、電力系統(tǒng)的有功功率-頻率靜態(tài)特性負(fù)荷功率的實(shí)際增量：

與發(fā)電機(jī)組的功率增量相平衡

系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)，在發(fā)電機(jī)組功率特性和負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作用下達(dá)到了新的功率平衡。即：一方面，負(fù)荷增加，頻率下降，發(fā)電機(jī)按有差調(diào)節(jié)特性增加輸出；另一方面負(fù)荷實(shí)際取用的功率也因頻率的下降而有所減小。

當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時(shí)，發(fā)電機(jī)調(diào)速機(jī)動(dòng)作，改變?cè)瓌?dòng)機(jī)閥門位置，調(diào)整原動(dòng)機(jī)功率。汽輪機(jī)：進(jìn)氣閥門；水輪機(jī)：進(jìn)水閥門；有差調(diào)節(jié)，適合快速的幅度變化小的隨機(jī)負(fù)荷波動(dòng)。響應(yīng)時(shí)間為0.5-2min。4、頻率的一次調(diào)節(jié)調(diào)速系統(tǒng)不靈敏區(qū)定義：在速度持續(xù)變化的總范圍內(nèi)，由調(diào)速系統(tǒng)控制的閥門位置沒(méi)有可測(cè)量的變化。固有不靈敏區(qū)：機(jī)械式調(diào)速系統(tǒng):0.02Hz;

電液式調(diào)速系統(tǒng)：0.005Hz;整定不靈敏區(qū):人工設(shè)定，以躲開較小的負(fù)荷隨機(jī)波動(dòng)，避免頻繁動(dòng)作。5、頻率的二次調(diào)節(jié)當(dāng)二次調(diào)整所得到的發(fā)電機(jī)組功率增量能完全抵償負(fù)荷的初始增量，即時(shí)，頻率將維持不變(即△f=0)，這樣就實(shí)現(xiàn)了無(wú)差調(diào)節(jié)。AEEFFC互聯(lián)系統(tǒng)控制區(qū)和區(qū)域控制偏差1）電力系統(tǒng)系統(tǒng)控制區(qū)控制區(qū)A控制區(qū)BP控制區(qū)內(nèi)可以通過(guò)控制區(qū)內(nèi)發(fā)電機(jī)組的有功和無(wú)功功率來(lái)維持與其它控制區(qū)聯(lián)絡(luò)線的交換計(jì)劃，并且維持系統(tǒng)的頻率和電壓在給定的范圍之內(nèi)，維持系統(tǒng)一定的安全裕度。2）區(qū)域控制偏差（AreaControlError)當(dāng)某一控制區(qū)內(nèi)的發(fā)電與負(fù)荷發(fā)生變換時(shí)，其它控制區(qū)通過(guò)聯(lián)絡(luò)線上功率的變化對(duì)其進(jìn)行支援，從而使系統(tǒng)頻率維持穩(wěn)定。聯(lián)絡(luò)線交換功率一般由控制區(qū)之間根據(jù)相互簽訂的電力電量合同或由互聯(lián)系統(tǒng)調(diào)度機(jī)構(gòu)確定?？刂茀^(qū)內(nèi)計(jì)劃外的負(fù)荷變化原則上由本控制區(qū)自己解決。區(qū)域控制偏差（ＡＣＥ）反應(yīng)了區(qū)域內(nèi)發(fā)電與負(fù)荷的平衡情況，由聯(lián)絡(luò)線交換功率與計(jì)劃功率的偏差和頻率與額定頻率偏差兩部分組成。在穩(wěn)態(tài)情況下，對(duì)各控制區(qū)而言，應(yīng)確保聯(lián)絡(luò)線交換功率與計(jì)劃值一致。二次調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間為1-2min，比一次調(diào)節(jié)速度慢，因而不能調(diào)整變化速度快而小的負(fù)荷波動(dòng)，但能有效地調(diào)整分鐘級(jí)和更長(zhǎng)周期的負(fù)荷波動(dòng)。無(wú)差調(diào)節(jié)。負(fù)荷如何分配經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)？

負(fù)荷最優(yōu)分配。頻率三次調(diào)節(jié)6、頻率的三次調(diào)節(jié)頻率的三次調(diào)節(jié)也稱有功功率經(jīng)濟(jì)分配。以最低的開停機(jī)成本安排機(jī)組組合，以適應(yīng)日負(fù)荷的大幅度變化；在發(fā)電機(jī)組之間經(jīng)濟(jì)分配有功功率，同時(shí)也使網(wǎng)損最??；互聯(lián)電網(wǎng)中，調(diào)整交換功率，在區(qū)域間經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷；5.1.2發(fā)電機(jī)組類型及其在頻率調(diào)節(jié)中的作用1、各類發(fā)電機(jī)組響應(yīng)特性蒸汽發(fā)電機(jī)組：一般能在30%額定出力的變化范圍內(nèi)，以每分鐘3%額定出力的速率響應(yīng)AGC指令；燃?xì)廨啓C(jī)最大瞬間響應(yīng)平均為額定容量的52%,后續(xù)響應(yīng)速率為每秒0.8%額定出力，但其發(fā)電成本較高，一般用來(lái)帶尖峰負(fù)荷或做事故備用，較少參AGC運(yùn)行；核電機(jī)組：能以每分鐘3%額定出力的速率響應(yīng)AGC指令；不論發(fā)電功率如何變化，核燃料的使用期限是不變的，因此從經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，核電機(jī)組應(yīng)保持滿功率發(fā)電；水電機(jī)組：發(fā)電功率變化范圍大響應(yīng)速率高,絕大部分機(jī)組的響應(yīng)速率在每秒1%-2%額定出力之間。水輪機(jī)組和燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電功率變化范圍大，響應(yīng)速率高，且易于調(diào)節(jié)，宜參與變化周期在10s到數(shù)分鐘之間的負(fù)荷調(diào)節(jié)；蒸汽發(fā)電機(jī)組和核電機(jī)組的響應(yīng)速率低，宜參與跟蹤變化緩慢的持續(xù)變化負(fù)荷；2、各類發(fā)電機(jī)組在頻率調(diào)節(jié)中的作用

根據(jù)預(yù)先收集的機(jī)組、電網(wǎng)參數(shù)，負(fù)荷預(yù)測(cè)等，計(jì)算未來(lái)幾天的開停機(jī)計(jì)劃，以及規(guī)定時(shí)間間隔（如15min）各電機(jī)組的發(fā)電計(jì)劃和聯(lián)絡(luò)線功率交換計(jì)劃。目標(biāo)是在滿足系統(tǒng)安全和電能質(zhì)量條件下，每個(gè)時(shí)間間隔電力系統(tǒng)的總運(yùn)行成本最低。5.1.3自動(dòng)發(fā)電控制與電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行1、離線的經(jīng)濟(jì)調(diào)度2、在線的經(jīng)濟(jì)調(diào)度離線經(jīng)濟(jì)調(diào)度的不足：依據(jù)較長(zhǎng)時(shí)的負(fù)荷預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，預(yù)測(cè)結(jié)果不可能完全準(zhǔn)確；電力系統(tǒng)的運(yùn)行工況瞬息萬(wàn)變，發(fā)電機(jī)組的有功出力會(huì)因種種原因偏離所安排的發(fā)電計(jì)劃。故需要不斷地根據(jù)當(dāng)前電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行工況，以及對(duì)下一個(gè)時(shí)間間隔（5-15min）負(fù)荷的預(yù)測(cè)，對(duì)發(fā)電機(jī)組的有功功率進(jìn)行重新分配。在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度是對(duì)離線經(jīng)濟(jì)調(diào)度的補(bǔ)充和完善。解決途徑——自動(dòng)發(fā)電控制

在線經(jīng)濟(jì)調(diào)度需要每5-15min對(duì)機(jī)組出力進(jìn)行一次調(diào)整，這些要求是人工控制無(wú)法做到的，特別是在大型電力系統(tǒng)中更難實(shí)施，所以必須依靠自動(dòng)發(fā)電控制。自動(dòng)發(fā)電控制（AGC）一般包含兩部分功能：負(fù)荷頻率控制（LFC）通過(guò)控制發(fā)電機(jī)組的有功功率，使系統(tǒng)頻率保持在額定值，或按計(jì)劃值來(lái)維持區(qū)域間的聯(lián)絡(luò)線交換功率經(jīng)濟(jì)調(diào)度（ED）根據(jù)給定的負(fù)荷水平，安排最經(jīng)濟(jì)的發(fā)電調(diào)度方案5.2調(diào)頻與自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

5.2.1AGC功能結(jié)構(gòu)

不同控制區(qū)內(nèi)，具有各自自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)：非AGC機(jī)組：接受電網(wǎng)調(diào)度中心的發(fā)電計(jì)劃；AGC機(jī)組：接受電網(wǎng)調(diào)度中心的實(shí)時(shí)AGC信號(hào)；首先，調(diào)度中心根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)、聯(lián)絡(luò)線交換功率、機(jī)組可用出力安排機(jī)組發(fā)電計(jì)劃；其次，實(shí)際運(yùn)行時(shí)，AGC系統(tǒng)根據(jù)超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)、發(fā)電機(jī)組運(yùn)行工況、ACE等按照等微增率或購(gòu)電費(fèi)用最低的原則，計(jì)算機(jī)組下一時(shí)段的基點(diǎn)功率和AGC分配因子及最終各機(jī)組的AGC調(diào)節(jié)功率值，發(fā)送AGC機(jī)組。AGC物理結(jié)構(gòu)

AGC系統(tǒng)物理上有主站控制系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)和電廠控制系統(tǒng)等組成。主站發(fā)出的指令有網(wǎng)絡(luò)通信工作站或遠(yuǎn)程終端（RTU）通信工作站經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)送至電廠控制系統(tǒng)或機(jī)組控制器，對(duì)機(jī)組功率進(jìn)行控制。電廠相關(guān)信息、聯(lián)絡(luò)線功率等信息經(jīng)通信網(wǎng)上傳至主站，供主站分析計(jì)算用；

AGC系統(tǒng)應(yīng)用軟件功能1）負(fù)荷預(yù)測(cè)：分為短期和超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)：短期負(fù)荷預(yù)測(cè)克預(yù)測(cè)第二天至數(shù)日內(nèi)時(shí)間間隔的負(fù)荷，是編制發(fā)電計(jì)劃的基礎(chǔ)；超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)克預(yù)計(jì)未來(lái)數(shù)分鐘及數(shù)小時(shí)內(nèi)時(shí)間間隔的負(fù)荷，是調(diào)整發(fā)電計(jì)劃和改變AGC基點(diǎn)功率的依據(jù)。2）聯(lián)絡(luò)線交換功率計(jì)劃：提供給負(fù)荷頻率控制、機(jī)組組合、經(jīng)濟(jì)調(diào)度等軟件使用。3）機(jī)組組合：在滿足各種發(fā)電和輸電的限制條件下，確定優(yōu)化的發(fā)電機(jī)組啟停計(jì)劃及初步的發(fā)電計(jì)劃。4）經(jīng)濟(jì)調(diào)度：在運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組中經(jīng)濟(jì)地分配負(fù)荷，使發(fā)電成本最低。其中，通過(guò)經(jīng)濟(jì)調(diào)度計(jì)算直接修改AGC機(jī)組基點(diǎn)功率的控制方式稱為經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制（ＥＤＣ）。５）備用監(jiān)視：監(jiān)視整個(gè)電力系統(tǒng)發(fā)電備用容量；根據(jù)事故預(yù)想，檢查實(shí)際備用容量是否合乎標(biāo)準(zhǔn)。5.2.２AGC系統(tǒng)控制策略１、集中的頻率控制模式：在一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)中，由一個(gè)控制中心直接控制系統(tǒng)內(nèi)全部發(fā)電機(jī)組，實(shí)現(xiàn)功率平衡，其ＡＧＣ方式是集中的定頻率（ＦＦＣ：ＦｌａｔＦｒｅｎｑｕｅｎｃｙＣｏｎｔｒｏｌ）控制。實(shí)用在較小的獨(dú)立系統(tǒng)中。２、分層的頻率控制模式：在一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)中，有一個(gè)控制中心負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)頻率控制的協(xié)調(diào)，但系統(tǒng)內(nèi)的發(fā)電機(jī)組由數(shù)個(gè)分控制中心控制。在這種情況下，ＡＧＣ方式是分層的定頻率（ＦＦＣ）控制。1）通過(guò)法：控制中心計(jì)算所有參與ＡＧＣ調(diào)節(jié)的機(jī)組的控制指令，將指令發(fā)送給各分控制中心，然后由分控制中心將指令發(fā)送機(jī)組。2）等值機(jī)法：控制中心將每個(gè)分控制中心控制的參與出的對(duì)等值機(jī)組的控制指令發(fā)送給分控制中心。然后由各分控制中心進(jìn)行AGC計(jì)算，再進(jìn)行分配。3、分區(qū)控制模式：互聯(lián)系統(tǒng)有多個(gè)控制區(qū)時(shí)，控制區(qū)之間的聯(lián)絡(luò)線潮流需按計(jì)劃控制，在這種情況下，可分控制區(qū)進(jìn)行AGC控制?？刂茀^(qū)之間的協(xié)調(diào)方式可有多種方式。以下介紹兩種。1）定頻率-定聯(lián)絡(luò)線控制（FFC-FTC）一個(gè)控制區(qū)