电力系统自动化(4频率与有功调节)

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• “频率悬浮”的对策:设置后备级,其动作频率取 为希望恢复的频率值,其动作时延取电力系统频率 时间常数的2~3倍(15~25s)。
• 后备级的切除功率:(1)总功率:由最后一级启 动频率fN恢复到希望频率fh所需切除量;(2)各 级切除功率;也要分级切除,每级功率不大于第二 级频率f2恢复到希望频率fh所需切除量,或希望频 率fh恢复到额定频率fe所需切除量。(3)按延时 时间分级:各级启动频率相同,延时时间逐级延长, 时间级差5~10s。
=K L*
fh fe
k=1
• 两者之差即等于第i次需要切除的负荷量
Pie -Phe =PLi
PLi
=
PLe
-
i-1
k=1
PLk
K
L*
fi fe
-
PLe
-
i
k=1
PLk
K
L*
fh fe
=
PLe
-
i-1
k=1
PLk
K
L*
fi -fh fe
+PLi K L*
fh fe
PLi
=
PLe
四、电力系统频率与有功功率调节
本章要点
1、频率调整的意义和特点; 2、同步发电机组调速系统的基本工作原理; 3、电力系统负荷的功频特性与负荷调节效应; 4、电力系统自动调频方法(电源侧调频); 5、自动低频减载(负荷侧调频);
4.1 频率调整的意义和特点
• 频率是电能质量指标之一; • 频率偏移是电力系统有功功率不平衡的结果; (1)调频就是调速;(2)速度偏差是转矩不平衡的
4.4 电力系统自动调频方法
• 电力系统自动调频,是指改变发电机组功率定值 的二次调频;
• 调频电厂、调频机组的选择原则; • 调频控制是需要电力系统内多台机组同步调整的
系统级的控制,还需考虑机组间的有功功率合理 分配、电力系统稳定性、运行经济性; • 根据频率偏差确定有功功率调整量的方法,仍然 离不开自动控制理论,如PID等;
调速系统的外特性
• 外特性:频率与有功功率之间的关系 • 调差:外特性曲线的斜率:
=- f* 100%
P*
• 调速系统的(有功功率)调差,都是正调 差,不允许以零调差或负调差运行;
• 有功功率分配,按调差系数反比例分配。
调速器的失灵区
• 调速器的执行部件多是机械部件,因此(1)必然 存在因自由行程引起的不灵敏区(也称失灵区或 死区);(2)调速器反应过分灵敏将导致机械执 行部件频繁动作,加速磨损。因此,对死区偏小 的调速器还需人为添加死区,以提高机械部件使 用寿命;
节(一次调频); (2)10s~3min;计划外负荷,调整调速器的
功率给定(二次调频); (3) 3min以上;预测负荷+制定发电计划;
4.2 调速器的基本原理与特性
• 电源侧有功功率调整,是借助原动机调速 器来实现的。
• 调速器的任务: (1)调速、稳速; (2)有功功率分配; • 飞摆式调速器举例:
• AGC:建立在远动技术之上的系统级电源 侧有功功率闭环控制系统。可以远方开停 机、调节有功功率出力;
• 根据电力系统频率偏差和联络线功率偏差, 按一定调节准则计算出各调频机组的有功 出力定值,各调频机组根据所分配的给定 功率定值运行;
• 调节准则中可以包含经济运行要求、稳定 性要求等进行负荷的最佳分配。
结果;(3)调频就是调有功功率。 • 频率调节可在电源侧和/或负荷侧进行; (1)电源侧调节:投切机组、增减运行机组的有功; (2)负荷侧调节:切除负荷、抽水蓄能; • 频率是整个电力系统共有的频率; • 频率调节是一个系统级的自动控制,且与经济运行
密切相关;
电力系统频率波动规律与对策
• 电力系统频率的三种波动分量及其对策: (1)10s以下;随机小波动,由调速器自动调
fe PLe
电力系统的功频特性与频率调整
• 电力系统是由发电机组、输电网络和负荷组成的。 可将输电网络的有功损耗合并到负荷之中,等值 发电机组的功频特性曲线与等值负荷的功频特性 曲线的交点就是电力系统的功频运行点。
• 负荷波动对系统频率的影响,分三种情况进行分 析:
(1)调速器退出(或满载发电机组); (2)调速器投入; (3)调速器投入且调整其功率给定值; • 一次调频和二次调频的概念。
低频减载的基本问题
• 若分级切, (1)共分多少级; (2)每级切多少? (3)何时切完? (4)切除负荷的先后排序;
低频减载的基本问题
• 共分多少级?理论上,级数越多越好(接 近连续),实际受负荷大小、测控误差等 影响,一般分10~30级左右(国内多在10 级以内);
• 每级切多少?为尽可能减小停电面积,应 按最小切除功率原则计算每级的切除功率。 由各级启动频率恢复到期望频率所需切除 的功率,就是最小切除功率。
自动调频技术
• 自动调频涉及的技术问题有: (1)频差的获取:各调频电厂就地获取与调度
中心集中获取两种方式; (2)有功调整量的计算: P、I、PI、PID等; (3)有功调整量的分配:分配系数需考虑机组
状况和经济性、电力系统稳定性: (4)机组同步调节:集中式的自动发电控制是
电力系统调频技术的发展趋势,需要运动技 术支持;
• 电力系统整体调频准则:频率偏差为零; • 调频约束条件: (1)经济运行约束; (2)电力系统稳定性约束; (3)电钟准确性约束(频率偏差的积分为零);
调频方程
·调频方程(计算有功给定增量,类似于双闭环调节中
的外环调节):
(1)比例:
(2)积分:
(积差法)
(3)比例积分:
(改进积差法)
(4)虚有差:
电力系统低频减载
• 减载(减负荷),是负荷侧的调频措施; • 在电力系统事故情况下,当采取各种措施
之后仍然不能制止频率下降时,则由低频 减载装置自动切除一部分负荷来进行紧急 调频。 • 低频减载的基本问题: (1)何时开始切? (2)切多少? (3)一次性切除还是分多次逐步切除?
低频减载的基本问题
低频减载的基本问题
• 最小切除功率计算
计算思路:最小切除功率等于由启动频率恢复到
额定频率所需切除的功率减去由期望频率恢复到
额定频率所需切除的功率。
由启动频率恢复到 50Hz所需切除的功率: 由期望频率恢复到 50Hz所需切除的功率:
Pie
i-1
PLe - PLk
=K L*fi Biblioteka ek=1Phe i
• 首级频率49.1Hz,末级频率46~46.5Hz,若分N 级切除,则频率级差=(49.1-46.5)/N,当N取30 时,频率级差小于0.1Hz。
• 切除负荷的排序:先切除重要性相对较低的负荷, 再切除重要性相对较高的负荷。
低频减载的基本问题(续)
• “频率悬浮”现象及其对策:由于切除量的不确定性以 及最小切除量原则的影响,某级负荷切除后可能有以下 几种情况出现:
• 后备级和正常级可以是同一低频减载装置中同时工 作的两种动作模式,也可以由运行人员手动拉闸实 现。
低频减载的发展趋势
• 遗留问题: (1)实际功率缺额未知;(2)实际切除负
荷量不准确;(3)动作不及时;(4)负 荷切除点选择不灵活; • 网络化的集中控制。建立在远动技术之上 的实时反馈控制,可使负荷切除量更加准 确,动作更加及时; • 本章结束。
低频减载的基本问题
• 低频减载最大切除负荷量的计算:按最大有功缺 额来计算最大负荷切除量。
根据负荷调节效应系数的定义式,以及最大功率
缺额、负荷调节效应系数、希望的恢复频率、切
除前的总负荷功率等,可以计算出低频减载最大
切除负荷量:
K L*
P* f*
P PLe
f fe
(PHmax =
-PLmax)(PLe (fe -fH)
• 电力系统有功负荷随电力系统频率同向升降的特 性,有助于电力系统频率的稳定;
• 电力系统有功负荷随电力系统频率变化而变化, 反过来又对电力系统频率产生影响的这一特性, 称为电力系统有功负荷的频率调节效应,度量这 种调节能力的指标称为:电力系统有功负荷调节 效应系数。
电力系统有功负荷的频率调节效应系数
功率减小;(3)B区功率增加;(4)B区功率减 小;由分析结果可见,调频方程满足控制原则。
思考
• PI控制方程与虚有差控制方程的异同; • 分区控制思想与实现方法的举一反三(多
控制目标的控制方程); • 运行机组增减给定值,相当于平移外特性,
请问:投切机组相当于改变了外特性的什 么?
电力系统自动发电控制(AGC)
-
i-1
k=1
PLk
1-K L*
K L*
fh fe
fi -fh fe
有名制
1-
i-1
PLk*
K
L*
(fi*
-f
h*
)
PLi* = k=1
1-K L*f h*
标幺制
低频减载的基本问题(续)
• 何时切完?末级启动频率应不小于频率崩溃的临界 值,晚于该临界频率再切已无意义,末级频率一般 不低于46~46.5Hz,现在多为47.5~48Hz。根据 最大负荷切除量计算条件可知,末级动作后必将恢 复系统频率到期望频率。
PLe - PLk
=K L*
fh fe
k=1
• 第i-1级切除后,频率稳定值恰等于第i级的 动作值fi,其恢复到额定频率所需切除的有 功功率(或有功功率缺额)△Pie为:
Pie
i-1
PLe - PLk
=K L*
fi fe
k=1
• 当第i级动作切除负荷后,希望恢复到希望
频率fh,则有:
Phe
i
PLe - PLk
• 在额定频率附近,负荷的功频特性曲线近似为直 线,其斜率:
有名制:
标幺制:
• 称KL和KL*为负荷的频率调节效应系数。统计数 据表明:KL*大约在1~3之间变化,且每个系统 的KL*会随季节和昼夜发生变化。
• KL与KL*的换算:PL
K L*
PL* f*
=
PLe f
fe
= PL f
fe PLe
=K L
(1)何时开始切除?切除频率太晚则影响电能质量,甚至 危及系统安全;太早则无谓造成用户停电也不好。一般当 频率低于49.1Hz(早先为48~48.5Hz,还有逐渐升高的 趋势)启动切除负载。
(2)切多少?①按最严重事故情况下可能发生的最大有功 缺额来考虑最大负荷切除量,宁多勿少。理由:多了可以 少切,少了系统就垮了;②希望的恢复频率一般为 49.5Hz,小于额定50Hz;理由:恢复频率越低,要求切 除的负荷越少,停电面积越小。较低的恢复频率可以少切 负荷,此时以降低电能质量换取供电可靠性。但恢复频率 过低则系统不安全。
①频率回升到等于或大于额定频率-不希望但几无可能性; ②频率回升到希望频率与额定频率之间-最佳,可能性小; ③频率回升但未达到希望频率; ④频率保持不变; ⑤频率下降但不到下级动作频率; ⑥频率下降且低于下级动作频率; 对策: ①②停止切除; ⑥继续切除;③④⑤ 称为“频率悬浮”
低频减载的基本问题(续)
电力系统自动调频方法简介
• 分散控制和集中控制; • 频率调整是系统级的控制,采用集中式控
制比较有利;在远动技术(四遥)不发达 的条件下,才采用分散控制; • 有两种调频控制策略: (1)电力系统整体调频控制策略; (2)联合电力系统的分区调频(维持联络线 传输功率的调频)控制策略;
系统整体调频的控制策略
·(1)~(3)式中,有功调整量△P的参照点是产生 频率偏差之前的稳定运行功率,而(4)式中,虚有 差的有功增量参照点是浮动的,实质上仍然是比例积
分控制(形式上有差,实际上无差,即虚有差)。
分区控制的比例式控制策略
• 控制原则:有功功率按分区就地平衡,维持联络 线传输功率不变;
• 控制方程式: A区调频方程: f+kAPAB +kGAPGA =0 B区调频方程: f-kBPAB +kGBPGB =0 • 控制方程式分析:(1)A区功率增加;(2)A区
-PLmax)
fe
多数情况下,最大负荷切除量约占系统总容量的 30%。
低频减载的基本问题
(3)一次性切除还是分多次逐步切除? 分析:事故可大可小,按最严重事故最大功率缺 额考虑的最大负荷切除量,若不管大小事故一律 全部切除,显然不合理。理论上,应该按频率偏 差决定负荷切除量(如同调频方程所描述的那样, 切除量与频率偏差成正比),由于负荷具有不能 反复投切以及切除量不连续的特点(不像发电机 功率给定调整那样具有连续可逆的特点 ),所以 负荷切除是分级进行的。
• 具有死区的调速系统外特性曲线成为一条宽带直 线,导致机组间功率分配存在误差。
4.3 电力系统负荷的功频特性
• 电力系统负荷是由多种特性各异的负荷组 合在一起的综合负荷;
• 电力系统负荷的有功功率-频率特性可以描 述为:
电力系统有功负荷的频率调节效应
• 由电力系统负荷的功频特性方程知:功频特性曲 线是一条单调上升的曲线;
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