第五章 电力系统正常运行方式的调整与控制(夏道止)

(3)频率的累积误差和联络线交换能量控制
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2.区域控制误差（Area Control Error，ACE）
区域j
PTij
区域i
区域m
ACEi i P Ti Ki f
PLi
区域n
P Ti P Tij P Tspi
ji
广义的自动调频，其功能有：

恒定频率控制：保持系统频率等于或十分接近 额定值，取βi＝0，Ki＝1； 恒定净交换功率控制：保持系统内各区域或联 合系统内各子系统间的交换功率为给定值；取 βi＝1，Ki＝0； 联络线功率与频率偏差控制，取βi＝1； 22
15
3.
数学表达式
PL0 PG 0 K G K L f PL0 PG 0 KG K L K S f
如果PL0 PG 0 ，即发电机组如数增发了负荷功率的原始 0 增量，则 f ，即所谓的无差调节。 对于N台机，且由第s台机组担负二次调整的任务，则：
负荷备用：调整负荷波动或超计 划负荷增加，2～5％Pmax 事故备用：发电设备发生偶然事 故时，使电力用户不受严重影响， 维持系统正常供电所需的备用， 5～10％Pmax 检修备用：使系统中发电设备能 定期检修而设置，（视需要）； 国民经济备用：着眼未来
负荷预测的精度直接影响经济调度
9
三. 发电机组调速系 统和频率的一次调整
1. 发电机组的自动调速系统 关键在于利用杠杆的作 用调整汽轮机或水轮机的 导向叶片，使其开度增大， 增加进汽量或进水量。 P111 2. 发电机组有功功 率静态频率特性
P
PG
Pse
t
O
PG Pset KG ( f N f )
fN
10
f
3.
1.
1)
频率的一次调整 概念介绍
发电机的单位调节功率：发电 机组原动机或电源频率特性的 斜率。 P KG G Mw / Hz f P f K G* G N K G f N / PGN PGN f 标志着随频率的升降发电机组发出功 率减少或增加的多寡。 2) 发电机的调差系数（机组由空载到 满载时，转速变化与输出功率变化 的之比）：单位调节功率的倒数。
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六. 互联系统频率的调整
由几个地区系统互联为一个大系统的情况，对某一个
地区系统而言，负荷变化（增加） P 时，可能伴随着与 其他系统交换功率的变化 Pt ，则有
P Pt PG KG K D f
K S f
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若设A、B两系统互联，两系统负荷变化（增加） 分别为 PDA , PDB，引起互联系统的频率变化（降 低）f ，及联络线交换功率的变化Pt ，如下图：
第五章 电力系统正常运行方式 的调整和控制
1
第五章 电力系统正常运行方式的调整 和控制
1. 2. 3.
有功功率的最优分布 频率调整 无功功率与电压的调整
2
概述

电力系统是现代社会中最重
有功功率的最优分布包括：
要、最庞杂的工程系统之一。 有功功率负荷预计、有功功 如何保证正常、稳态运行时 率电源的最优组合、有功功 的电能质量和经济性问题， 率负荷在运行机组间的最优 是我们考虑的重点问题之一。 分配等。
二次调频是由平衡节点来承担。
三次调频即是经济调度的内容
电力系统经济调度：是电力系统 运行的重要内容之一，其主要任 务是在保证电能质量和供电安全 性的前提下，使系统的运行成本 降至最低。系统经济调度主要通 过制定优化的系统运行计划来实 现。短期运行计划就是指日或周 的系统发电计划，其直接服务于 系统的优化运行。系统的短期运 行计划问题是一个十分复杂的系 统优化问题，但由于其所带来的 显著经济效益，人们一直在积极 研究，提出了各种方法来解决这 个问题。
L* 0 1 * 2 * 3 *
1、频率调整的必要性

频率是电力系统运行的一个重要 的质量指标，直接影响着负荷的 正常运行。负荷要求频率的偏差 一般应控制在（±0.2~ ±0. 5） Hz的范围内。 一般而言，系统综合负荷的有功 功率与频率大致呈一次方关系。 要维持频率在正常的范围内，其 必要的条件是系统必须具有充裕 的可调有功电源。
A
Pt
B
系统A： PDA Pt PGA K Af 系统B： PDB Pt PGB K B f
在负荷增加 PDA , PDB 的影响下，两系统的频率和交换功 率的变化量为：
f
PDA PGA PDB PGB PA PB

f PG f N f0 f0 f N PGN 0 PGN
3) 发电机的单位调节功率与调 差系数的关系： 1 K G* 100 % P P 1 K G K G* GN 100 GN fN % fN
一般来说发电机的单位调节 功率是可以整定的： •汽轮发电机组 % =3~5 或 KG*=33.3~20 •水轮发电机组 % =2~4 或 KG*=50~25

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五. 调频厂的选择
调频厂须满足的条件：

调整的容量应足够大； 调整的速度应足够快； 调整范围内的经济性能应该好； 注意系统内及互联系统的协调问题。
通过分析各种电厂的特点，调频厂的选择原则为：

系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂； 当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调 频厂。

衡量电能质量的指标包括： 频率质量、电压质量和波形 质量，分别以频率偏移、电 压偏移和波形畸变率表示。
衡量运行经济性的主要指标
为：比耗量和线损率 3
第一节
电力系统中有功功率和频率的调整和控制
一.负荷的有功功率及其频率特性 1、日负荷曲线
P
P1（幅度小，周期短，一次调频） P2（幅度较大，周期较长，冲击性 负荷，二次调频）
1. 2. 3.
2、有功功率平衡和备用容量


对用户的影响 产品质量降低 生产率降低 系统的备用容量：系统电源容 对发电厂的影响 量大于发电负荷的部分。可分 汽轮机叶片谐振（低频） 为热备用和冷备用或负荷备用、 事故备用、检修备用和国民经 辅机功能下降（通风量， 济备用等。 磁通密度等） 发电厂负荷曲线＝总负荷＋网损＋厂用电 对系统的影响 水电0.1％～1％Pmax 可变 不可变 互联电力系统解列 火电：5％～8％ 发电机解列
PL´
2.
数学表达式： PL0 K G K L f
PL
PL0 / f K G K L K S KS：称为系统的单位调节功率，单 位Mw/Hz。表示原动机调速器和负 荷本身的调节效应共同作用下系统 频率下降或上升的多少。
f0' f0
f
K S
KS PLN fN
1.
1.
2.
第二种变动幅度较大，周期也 较长，属于这种负荷的主要有： 3. 电炉、压延机械、电气机车等 带有冲击性的负荷变动；
第三种变动基本上可以预计， 其变动幅度最大，周期也最长， 是由于生产、生活、气象等变 化引起的负荷变动。
2.
3.

5
一次调频是所有运行中的发电机组都
可参加的，取决于发电机组是否已经 满负荷发电。这类 发电厂称为负荷监 视厂。
6
2、负荷的频率特性
PL PLN
2 3 f f f a0 a1 a2 a3 fN fN fN

二. 频率调整的必要性和有功功率 平衡
如果分别取PLN和fN作为PL和f的基准 值 P a a f a f 2 a f 3
PL0 PGs 0 KG K L K S f
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4.

当系统负荷增加时，由以下三方面提供： 二次调频的发电机组增发的功率 PG ；
发电机组执行一次调频，按有差特性的调差系数分 配而增发的功率 KG f ； 由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率 K L f 。
K A KB KA KB
K A PDB PGB K B PDA PGA K A PB K B PA Pt A B K A KB KA KB
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七. 频率的二次、三次调整和自动发电控制
1.自动发电控制的一般要求
（1）负荷频率控制（Load Frequency Control， LFC） （2）经济调度控制（Economic Dispatching Control，EDC，或经济调度ED）


3.自动发电控制的实现（AGC） 完整的分配原则包括两部分：
一部分按照参与自动发电控制的各个机组的备用 容量大小或功率调整速率来进行分配；
区域i中各个机组j∈i的分配系数取为rij 备用容量大小 rij P Mij P Gij
P
P3（幅度最大，周期最长，由生活、 气象等引起，三次调频）
t
4

不同的周期的负荷有不同的变 化规律： 第一种变动幅度很小，周期又 很短，这种负荷变动有很大的 偶然性；

根据负荷变化，电力系统的有 功功率和频率调整大体上也可 分为： 一次调频：由发电机调速器进 行； 二次调频：由发电机调频器进 行； 三次调频：优化准则，即由调 度部门根据负荷曲线进行最优 分配，责成各发电厂按事先给 定的负荷发电。除平衡节点 （调频）外均属此类。（有功 功率日负荷曲线） 前两种是事后的，第三种是事 前的。
KS fN PLN
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3)
注意： 取功率的增大或频率的上升为正； 为保证调速系统本身运行的稳定，不能采用过大的 单位调节功率； 对于满载机组，不再参加调整。 对于系统有若干台机参加一次调频：
K S KG K L
具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其调差 系数即下降特性自然分配。Baidu Nhomakorabea13
%
fPGN f fN 100 0 100 f N PGN fN
11
2.
1.
频率的一次调整 简述：由于负荷突增，发电机组 功率不能及时变动而使机组减速， 系统频率下降，同时，发电机组 功率由于调速器的一次调整作用 而增大，负荷功率因其本身的调 节效应而减少，经过一个衰减的 振荡过程，达到新的平衡。
PLN PL
△f

f
fN
PL K L f
PL* K L* f*
PL KL Mw / Hz f P f K L* L N K L f N / PLN PLN f
负荷的单位调节功率：综合负荷的 静态频率特性的斜率。一般而言：
K L* 1.5
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频率不稳定给运行中的电气设 备带来的危害：
核电：4％～5％ 用户申报＋计划调整（经验型）
有功功率电源：可投入发电设 备的可发功率之和，不应小于 包括网损和厂用电在内的系统 （总）发电负荷。
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的效益，提高预测的精度就可以降低 备用容量，减少临时出力调整和避免 计划外开停机组，以利于电网运行的 经济性和安全性。 负荷预测分类： 安全监视过程中的超短期负荷 预测； 日调度计划日负荷预测； 注意：只有在备用容量充足的情况下， 周负荷预测； 4. 年负荷预测； 才谈得上经济分配 电力系统经济调度的第一个问题就 5. 规划电源和网络发展时需要用 1~20年的负荷预测值。 是研究用户的需求，即进行电力负荷预 测，按照调度计划的周期，可分为日负 荷预测，周负荷预测和年负荷预测。
OA OB BA PL0 OB BO K G f BA AB K L f PL0 AO OB BA K G f K L f K G K L f K S f
P P0' P0
PG O' B' A'
A B ΔPL0 O
例题
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四. 频率的二次调整
1.
当负荷变动幅度较大 （0.5%~1.5%），周期 较长（几分钟），仅靠 一次调频作用不能使频 率的变化保持在允许范 围内，这时需要籍调速 系统中的调频器动作， 以使发电机组的功频特 性平行移动，从而改变 发电机的有功功率以保 持系统频率不变或在允 许范围内。
2.
频率调整图