第9讲 电力系统频率及有功功率的自动调节与控制(2)
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ACE A PtA A f A ACEB PtB B f B
控 制 功 率
PGA K iA PtA A f A dt P K iB PtB B f B dt GB
调整结果在稳 态情况下满足 ACE A 0 ACEB 0
1 J 2 N 2
d J M dt
2WKN d 2WKN d* M * PGN N dt PGN dt
2WKN d M 2 N dt
考虑到机械角速 度变化不太快
2WKN d* d* TG PT * PL* PGN dt dt
page19
* * M * P*
长期电压稳定
Long term voltage stability
0.001
0.01
0.1
1
10
100
1000
Sec.
继电保护范围 2015-6-25
自动装置范围
自动化系统范围
人员操作范围
North China Electric Power University
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第四节 电力系统自动低频减载
•电力系统的频率反映了发电机组所发出的有功功率与负荷所需有 功功率之间的平衡状况。 •当电力系统发生了较大的事故时，系统出现了严重的功率缺额， 其缺额值超出了正常热备用可以调节的能力，这时即使令全系 统中运行的所有发电机都发出其设备可能提供的最大功率，仍 然不能满足负荷功率的需要，所引发的系统频率下降值远远超 出了系统安全运行所允许的范围。
1 f Ph KL
系统功率缺额 负荷的频率调节特性
50 Ph f K L* PLN
2015-6-25
系统功率缺额
page18
North China Electric Power University
2、电力系统频率的动态特性
研究电力系统频率的动态过程
（1）单机系统 系统出现有功缺额时，转子运动方程 转子动能 W KN
F (s)
1 R
Pc (s)
∑
GnT (s)
1 (1 sTn )(1 sTT )
........ fdt K Gi PGi 0 ...... fdt K P 0 Gn Gn
PT (s)
n n 1 PGi fdt K 1 1 Gi n n n 1 fdt P Gi K K Gs PGs 1 1 1 Gi
AGC有三种基本控制方式
1、恒定频率控制FFC（Flat Frequency Control）—按照频率 偏差进行调节，在频率偏差为零时调节结束。 •对联络线不加以控制 •适用于电厂间联系紧密的小型系统
2、恒定交换功率控制FTC（Flat Tie-line Control）—按照控制 调频机组保持交换功率恒定进行调节。 •对系统频率不加以控制 •只适用于两个系统间按照协议交换功率的情况。
3、自动发电控制AGC
自动发电控制AGC的基本目标：
1、使全系统的发电机输出功率和总负荷功率相匹配 2、维持系统频率为额定值，在正常稳态情况下，其频率偏差在 0.05～0.2Hz范围内。 3、控制地区电网间联络线的交换功率与计划值相等，实现各地 区有功功率就地平衡。 4、在安全运行前提下，所管辖系统范围内，机组间负荷实现经 济分配。 5、监视和调整备用容量，满足电力系统安全要求。
2015-6-25
North China Electric Power University
2、电力系统频率的动态特性
（2）机组并联运行： •考虑忽略各节点频率偏差 f i 的差异，把全系统的所有机组看作 一台等值机。 •电动机及其拖动机械负荷的转动惯量远小于发电机组的转动惯 量，可以忽略，这样并不会影响计算结果。
等值机的惯性 T d* P P X T* L* dt 时间常数
d* d* df * dt dt dt
Ph df Txf f dt K L
2015-6-25
North China Electric Power University
page20
2、电力系统频率的动态特性
主导发电机组调节系统动作
否
频率恢复 到额定值
协助调频机组调整功率
系统频率随之改变
Pi ai PL
是
2015-6-25
调节结束
page5
North China Electric Power University
2、同步时间法
同步时间法（积差调差）就是按频率偏差的积分值来进行调
节，因为频率偏差的积分反映了在一定时间段内同步时间对标准 时间的偏差。 fdt K G1 PG1 0
f 0 PtA PtB 0
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2015-6-25
North China Electric Power University
电力系统典型事故
•电力系统自动装臵就是针对危及系统安全运行的故障所采用
的自动化对策，他们的任务就是当系统发生某些故障时，按照预 定的控制准则迅速作出反应，采取必要的措施以避免事故扩大。
第三节 电力系统调频和自动发电控制
•现代电力系统调频的主要任务——维持系统频率在给定水平，考 虑机组负荷的经济分配和保持电钟的准确性 调峰厂——经济性较差的机组
带基本负荷发电厂——经济性较好 的高参数火电厂、热电厂、核电厂
调频厂——承担计划负荷与实际负荷的差值部分 在电网容量较大时，由多个电厂共同完成调频任务
A
B
计划跟踪环
机组分担 调节控制
负荷 C
电力系统
f
调速器 汽轮机
区域调度控制环
机组控制
PG
机组控制环
控制误差
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ACEi i f P Ti
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•调节结束时频率偏差为零。
North China Electric Power University
3、自动发电控制AGC
电力系统典型事故
事故2：在双回线路上输送的功率 PA 很大，当有一回线三相短 路而被切除， PA 超出了一回线路运行的暂态稳定极限。如果 不迅速减少输送功率，则可能由于系统稳定破坏而解列。造成 受端更为严重的功率缺额。
事故处理：
1、对于事故1，B系统迅速切除负荷 2、对于事故2，A电厂迅速减少输送功率
解决办法：针对引发系统性事故的紧急操作任务必须依靠
自动控制系统装臵来完成。
电磁暂态 Electromagnetic Switching Transient 暂态稳定 Transient stability（angle and voltage） 小扰动稳定 Small signal stability 系统运行 Power system operation
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1、主导发电机法
1、在调频电厂中有一台主导机组上装设无差调节器， 调节准则是： f 0 2、在其他机组上装设有功功率调整器，使这些机组 的功率随主导机组的功率按比例变化，协助主导发电 机调频工作， 调节准则是：
Pi ai PL
i 1,2,3.......
协助调频机组 的调节功率
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比例系数
主导发电机的 调节功率
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North China Electric Power University
1、主导发电机法
存在的问题—调节缓慢，适应于 中小电力系统 负荷变动
系统频率改变
PL
3、发生电压崩溃现象
励磁机、发电机转速下降 频率降低
电压水平下降
2015-6-25
加剧无功不足
电动势下降
page17
North China Electric Power University
1、电力系统频率的静态特性
•在电力系统出现较大的功率缺额时，如能在较低的频率维持运 行，主要是依靠负荷频率特性的调节作用。 •当频率降低时，负荷按照自身的频率特性自动地减少了从系统 中所吸收的功率，使之与发电机发出的功率尽可能的保持平衡。 此时，系统所减少的功率就是系统的功率缺额。
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3、自动发电控制AGC
AGC是建立在电网调度自动化能量管理系统与发电机组协调控 制系统（简称CCS）间闭环控制的一种先进技术手段。
负荷预测 发电计划 跟踪控制 发电计划 机组组合 水电计划 交换计划 区域控制误差
•为了保证电网安全和对重要用户的供电，必须采取措施，切 除部分负荷，以使系统频率恢复到可以安全运行的水平内。
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频率降低对电力系统的影响
•系统频率降低较大时，对系统运行极为不利，甚至会造成系统崩 溃的严重后果。 1、对汽轮机的影响：频率降低会导致汽轮机的叶片产生裂纹， 甚至叶片断裂。 2、发生频率崩溃现象 频率降低 发电厂出力降低 锅炉出力降低 火电厂厂用机械出力降低
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2、同步时间法
积分方法调节缓慢，不能保证频率的瞬时偏差在规定的范围内。 改进方法:将频率f 的瞬时偏差 f 和频率偏差积分 fdt 相结合, 构成频率积差调节方法.
fdt KGi P Gi 0
事故1：A电厂发生故障而切机，B系统突然减少了功率 PA 。 如果运行机组备用容量远小于 PA ，则会造成电网功率的严重 缺额，频率会大幅度下降。此时如果不及时切负荷，则会危及 系统安全，甚至整个系统崩溃。
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wenku.baidu.com
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3、自动发电控制
1、维持系统频率为额定值 主导发电机组法
电力 系统 自动 调频 的任 务
2、经济功率分配
同步时间法
3、系统潮流分布符合经济 安全原则
联合自动调频法
在电网调度的SCADA系统的基础上，在调度中心的监 控计算机中配臵AGC（自动发电控制）功能软件
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实现方法
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第九讲 电力系统频率及有功功 率的自动调节与控制（2）
主讲人：李岩松
North China Electric Power University
华北电力大学 电气与电子工程学院 liyansong811@126.com
第五章 电力系统频率及有功功率的自动调节与控制
2015-6-25
本章就电力系统的频率特 性和调频的有关问题展开讨论， 阐述了经济调度和自动调频的 问题。 page2 North China Electric Power University
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频率联络线功率偏差控制（TBC）
3、频率联络线功率偏差控制TBC（Tie-line load frequency Bias Control）— 既按照频率偏差又按照联络线交换功率进行 调节，维持各地区电力系统负荷波动的就地平衡。 •适用于大型电力系统或联合电力系统（常用方法） •定义本区域调节作用信号 为区域控制误差ACE
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电力系统典型事故
存在问题：如果由调度人员在很短的时间内正确判断事故并
且完成相应的上述操作，显然是不可能的。原因是远动信息传 输和操作命令的传达都需要一定的时间，如此长的时间势必会 失去及时处理事故的良机。
n PGi PGi K Gs K Gi 1
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f K Gi PGi ai K Gs fdt 0
每台机组分担的有功功率
P Gi ai KGs f dt
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控 制 功 率
PGA K iA PtA A f A dt P K iB PtB B f B dt GB
调整结果在稳 态情况下满足 ACE A 0 ACEB 0
1 J 2 N 2
d J M dt
2WKN d 2WKN d* M * PGN N dt PGN dt
2WKN d M 2 N dt
考虑到机械角速 度变化不太快
2WKN d* d* TG PT * PL* PGN dt dt
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* * M * P*
长期电压稳定
Long term voltage stability
0.001
0.01
0.1
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Sec.
继电保护范围 2015-6-25
自动装置范围
自动化系统范围
人员操作范围
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第四节 电力系统自动低频减载
•电力系统的频率反映了发电机组所发出的有功功率与负荷所需有 功功率之间的平衡状况。 •当电力系统发生了较大的事故时，系统出现了严重的功率缺额， 其缺额值超出了正常热备用可以调节的能力，这时即使令全系 统中运行的所有发电机都发出其设备可能提供的最大功率，仍 然不能满足负荷功率的需要，所引发的系统频率下降值远远超 出了系统安全运行所允许的范围。
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系统功率缺额 负荷的频率调节特性
50 Ph f K L* PLN
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系统功率缺额
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2、电力系统频率的动态特性
研究电力系统频率的动态过程
（1）单机系统 系统出现有功缺额时，转子运动方程 转子动能 W KN
F (s)
1 R
Pc (s)
∑
GnT (s)
1 (1 sTn )(1 sTT )
........ fdt K Gi PGi 0 ...... fdt K P 0 Gn Gn
PT (s)
n n 1 PGi fdt K 1 1 Gi n n n 1 fdt P Gi K K Gs PGs 1 1 1 Gi
AGC有三种基本控制方式
1、恒定频率控制FFC（Flat Frequency Control）—按照频率 偏差进行调节，在频率偏差为零时调节结束。 •对联络线不加以控制 •适用于电厂间联系紧密的小型系统
2、恒定交换功率控制FTC（Flat Tie-line Control）—按照控制 调频机组保持交换功率恒定进行调节。 •对系统频率不加以控制 •只适用于两个系统间按照协议交换功率的情况。
3、自动发电控制AGC
自动发电控制AGC的基本目标：
1、使全系统的发电机输出功率和总负荷功率相匹配 2、维持系统频率为额定值，在正常稳态情况下，其频率偏差在 0.05～0.2Hz范围内。 3、控制地区电网间联络线的交换功率与计划值相等，实现各地 区有功功率就地平衡。 4、在安全运行前提下，所管辖系统范围内，机组间负荷实现经 济分配。 5、监视和调整备用容量，满足电力系统安全要求。
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2、电力系统频率的动态特性
（2）机组并联运行： •考虑忽略各节点频率偏差 f i 的差异，把全系统的所有机组看作 一台等值机。 •电动机及其拖动机械负荷的转动惯量远小于发电机组的转动惯 量，可以忽略，这样并不会影响计算结果。
等值机的惯性 T d* P P X T* L* dt 时间常数
d* d* df * dt dt dt
Ph df Txf f dt K L
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2、电力系统频率的动态特性
主导发电机组调节系统动作
否
频率恢复 到额定值
协助调频机组调整功率
系统频率随之改变
Pi ai PL
是
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调节结束
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2、同步时间法
同步时间法（积差调差）就是按频率偏差的积分值来进行调
节，因为频率偏差的积分反映了在一定时间段内同步时间对标准 时间的偏差。 fdt K G1 PG1 0
f 0 PtA PtB 0
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电力系统典型事故
•电力系统自动装臵就是针对危及系统安全运行的故障所采用
的自动化对策，他们的任务就是当系统发生某些故障时，按照预 定的控制准则迅速作出反应，采取必要的措施以避免事故扩大。
第三节 电力系统调频和自动发电控制
•现代电力系统调频的主要任务——维持系统频率在给定水平，考 虑机组负荷的经济分配和保持电钟的准确性 调峰厂——经济性较差的机组
带基本负荷发电厂——经济性较好 的高参数火电厂、热电厂、核电厂
调频厂——承担计划负荷与实际负荷的差值部分 在电网容量较大时，由多个电厂共同完成调频任务
A
B
计划跟踪环
机组分担 调节控制
负荷 C
电力系统
f
调速器 汽轮机
区域调度控制环
机组控制
PG
机组控制环
控制误差
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•调节结束时频率偏差为零。
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3、自动发电控制AGC
电力系统典型事故
事故2：在双回线路上输送的功率 PA 很大，当有一回线三相短 路而被切除， PA 超出了一回线路运行的暂态稳定极限。如果 不迅速减少输送功率，则可能由于系统稳定破坏而解列。造成 受端更为严重的功率缺额。
事故处理：
1、对于事故1，B系统迅速切除负荷 2、对于事故2，A电厂迅速减少输送功率
解决办法：针对引发系统性事故的紧急操作任务必须依靠
自动控制系统装臵来完成。
电磁暂态 Electromagnetic Switching Transient 暂态稳定 Transient stability（angle and voltage） 小扰动稳定 Small signal stability 系统运行 Power system operation
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1、主导发电机法
1、在调频电厂中有一台主导机组上装设无差调节器， 调节准则是： f 0 2、在其他机组上装设有功功率调整器，使这些机组 的功率随主导机组的功率按比例变化，协助主导发电 机调频工作， 调节准则是：
Pi ai PL
i 1,2,3.......
协助调频机组 的调节功率
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比例系数
主导发电机的 调节功率
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1、主导发电机法
存在的问题—调节缓慢，适应于 中小电力系统 负荷变动
系统频率改变
PL
3、发生电压崩溃现象
励磁机、发电机转速下降 频率降低
电压水平下降
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加剧无功不足
电动势下降
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1、电力系统频率的静态特性
•在电力系统出现较大的功率缺额时，如能在较低的频率维持运 行，主要是依靠负荷频率特性的调节作用。 •当频率降低时，负荷按照自身的频率特性自动地减少了从系统 中所吸收的功率，使之与发电机发出的功率尽可能的保持平衡。 此时，系统所减少的功率就是系统的功率缺额。
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3、自动发电控制AGC
AGC是建立在电网调度自动化能量管理系统与发电机组协调控 制系统（简称CCS）间闭环控制的一种先进技术手段。
负荷预测 发电计划 跟踪控制 发电计划 机组组合 水电计划 交换计划 区域控制误差
•为了保证电网安全和对重要用户的供电，必须采取措施，切 除部分负荷，以使系统频率恢复到可以安全运行的水平内。
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频率降低对电力系统的影响
•系统频率降低较大时，对系统运行极为不利，甚至会造成系统崩 溃的严重后果。 1、对汽轮机的影响：频率降低会导致汽轮机的叶片产生裂纹， 甚至叶片断裂。 2、发生频率崩溃现象 频率降低 发电厂出力降低 锅炉出力降低 火电厂厂用机械出力降低
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2、同步时间法
积分方法调节缓慢，不能保证频率的瞬时偏差在规定的范围内。 改进方法:将频率f 的瞬时偏差 f 和频率偏差积分 fdt 相结合, 构成频率积差调节方法.
fdt KGi P Gi 0
事故1：A电厂发生故障而切机，B系统突然减少了功率 PA 。 如果运行机组备用容量远小于 PA ，则会造成电网功率的严重 缺额，频率会大幅度下降。此时如果不及时切负荷，则会危及 系统安全，甚至整个系统崩溃。
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3、自动发电控制
1、维持系统频率为额定值 主导发电机组法
电力 系统 自动 调频 的任 务
2、经济功率分配
同步时间法
3、系统潮流分布符合经济 安全原则
联合自动调频法
在电网调度的SCADA系统的基础上，在调度中心的监 控计算机中配臵AGC（自动发电控制）功能软件
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实现方法
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第九讲 电力系统频率及有功功 率的自动调节与控制（2）
主讲人：李岩松
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华北电力大学 电气与电子工程学院 liyansong811@126.com
第五章 电力系统频率及有功功率的自动调节与控制
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本章就电力系统的频率特 性和调频的有关问题展开讨论， 阐述了经济调度和自动调频的 问题。 page2 North China Electric Power University
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频率联络线功率偏差控制（TBC）
3、频率联络线功率偏差控制TBC（Tie-line load frequency Bias Control）— 既按照频率偏差又按照联络线交换功率进行 调节，维持各地区电力系统负荷波动的就地平衡。 •适用于大型电力系统或联合电力系统（常用方法） •定义本区域调节作用信号 为区域控制误差ACE
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电力系统典型事故
存在问题：如果由调度人员在很短的时间内正确判断事故并
且完成相应的上述操作，显然是不可能的。原因是远动信息传 输和操作命令的传达都需要一定的时间，如此长的时间势必会 失去及时处理事故的良机。
n PGi PGi K Gs K Gi 1
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每台机组分担的有功功率
P Gi ai KGs f dt
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