电力系统频率及有功功率的自动调节与控制

(2)积分调节 按频率偏移对时间的积分来控制调频器。
这种方式可实现无差调节，但负荷变动最初阶段，因控制信号不 大而延缓了调节过程。
(3)微分调节 按频率偏移对时间的微分来控制调频器。
在负荷变动最初阶段，增、减调节较快，但随着时间推移△f 趋 于稳定时，调节量也就趋于零，在稳态时它就不起作用。
电力系统自动化
t t1时：负荷增大f 0, fdt 0, Pc 0
只要f 0, fdt就会不断积累,调节不中止
直到f 0（, t tA）， fdt A 常数,调节结束
Pc
PA
Aቤተ መጻሕፍቲ ባይዱK
保持不变
t t2时：负荷减少f 0, fdt 0, Pc 0
直到f 0（, t tB）， fdt B 常数,调节结束
fN f
PGN
PG
f RPG 0
称为发电机组的静态调节方程
调差系数又称为调差率。
表明机组负荷改变时相的转速 (频率)的偏移，例如R*=0.05， 说明负荷改变1%，频率将偏移 0.05%；如负荷改变20%，则频 率偏移1%(0.5Hz)。
电力系统自动化
在计算功率与频率的关系时，常用发电机组的功率—频率静态特性 系数来表示。
认为是相等，各机组是同时进行调频的。
系统的调频方程式为
n
i 1
Pci
fdt
n
n i 1
1 Ki
fdt
Pci
i 1
n i 1
1 Ki
Kx
n i 1
Pci
每台调频机组分担的计划外负荷
4、优缺点
Pci
Kx Ki
n i 1
Pci
频率积差调节法的优点是能使系统频率维持额定；
K x
5) 调频与有功功率调节是不可分开的。
6)调频是一个要有整个系统来统筹调度与协调的问题，不允许任
何电厂有一点“各自为政”的趋向。
7)调频与运行费用的关系也十分密切。
8)力求使系统负荷在发电机组之间实现经济分配。
电力系统自动化
第一节 电力系统频率特性
电力系统频率是衡量电能质量的三大指标之一，频率反映了发电有功功 率和负荷之间的平衡关系，是电力系统运行的重要控制参数。
第五章 电力系统频率及有功功率的自动调节 与控制
1、电力系统频率特性（重点） 2、电力系统调频与自动发电控制（难点） 3、电力系统自动低频减载
一、概述 1)并列运行的每一台发电机组的转速与系统频率的关系
f pn 60
2)电力系统的频率是一个全系统一致的运行参数。
3)任一时刻，发供平衡。
4)负荷增加时系统出现功率缺额，机组转速下降，频率降低。
PL PG P (KG KL )f Kf
单位调节功率
K
KG
KL
PL f
表示在计及发电机组和负荷调节效应
时，引起频率单位变化的负荷变化量。
KG
PGN fN
KL
PLN fN
PL f
KG
PGN PLN
KL
PL f
K
kr KG
KL
PL f
kr PGN PLN —备用系数
当负荷增加后，依靠调速器动作实现频率一次调节，使电网频率
PL a0 a1 f a2 f2 a3 f3
0.35 0.4 0.96 0.1 0.962 0.15 0.963
0.35 0.384 0.092 0.133 0.959
PL % (1 0.959) 100 4.1
KL
PL % f %
4.1 4
1.025
电力系统自动化
PL
a 0 PLN
a1PLN
f fN
a 2PLN
f fN
2
a 3 PLN
f fN
3
a n PLN
f fN
n
电力系统自动化
PL
a 0 PLN
a1PLN
f fN
a 2PLN
f fN
2
a
3
PLN
f fN
3
a n PLN
f fN
n
PL* a0 a1f* a2f*2 a3f*3 anf*n
有所上升，频率值仍然偏离额定频率，如负荷变动较大，频率偏差
仍然会在允许偏差范围之外，这就要求采取二次调频。
电力系统自动化
第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节
调频与调频方程式 调频器的控制信号有比例、积分、微分三种基本形式。 (1)比例调节 按频率偏移的大小，控制调频器按比例地增、减机组功率。
Pc f 这种调频方式只能减小而不能消除系统频率偏移。
216
MW/Hz
即频率降低1Hz，系统负荷减少216MW
由此可知，KL的数值与系统的负荷大小有关。调度部门只要掌握 了KL*值后，就能很容易地求出KL的值，由此可知当系统负荷增加 时，频率偏移量与负荷功率调节量间的关系。
电力系统自动化
三、发电机组的功率—频率特性
调差系数 R f PG
f R* PG
【例3-2】 某电力系统总有功负荷为5500MW (包括电网的有功损耗)，
系统的频率为50Hz，若
K=L1 .8，求负荷频率调节效应系数 KL
KL
KL
PLN fN
1.8
5500 50
MW/Hz
198 MW/Hz
若系统的 KL值不变，负荷增长到6000MW时，则
KL
1.8
6000 50
MW/Hz
电力系统自动化
第三节 电力系统调频与自动发电控制
（三）积差调频法
1、调频方程式 积差调频法兼有无差调频法和有差调频法的优点。
积差调频法是根据系统频率偏差的累积值进行工作的。
单机组频率积差调节方程 fdt KPc 0 (f f fN )
2、调频过程
t 0时：f fN , fdt 0, Pc 0
n i 1
1
1 Ki
计划外负荷能在所有参加调频的机组间按一定的比例进行分配。
缺点是频率积差信号滞后于频率瞬时值的变化，调节过程缓慢。
电力系统自动化
第三节 电力系统调频与自动发电控制
三、自动发电控制(AGC/EDC功能) 1、电力系统的运行目标
电力系统正常运行状态下的基本目标 2、电力系统频率的调节过程 3、自动发电控制 (1)区域计划跟踪控制环
m PTi 1
m PGi 1
PL
d dt
m (Wki )
1
系统的频率的变化是由于发电机的负荷与原动机输入功率之间失去平衡所致， 因此调频与有功功率是不可分开的。
第一节 电力系统频率特性
频率降低较大时，对系统运行极为不利，甚至会造成严重后果。
（1）对汽轮机的影响，当频率低至45HZ时，个别的叶片可能发生共 振而引起断裂事故。 （2）发生频率崩溃现象。 （3）发生电压崩溃现象，系统运行的稳定性遭到破坏，最后导致系 统瓦解。
电力系统频率的偏移的允许范围（一般允许偏差不得超过正负0.2Hz，我国某些 电力系统以正负0.1Hz作为频率偏差合格范围的考核指标）
调节频率或调节发电机转速的基本方法是改变单位时间内进入原动机 的动力元素即蒸汽或者水。同时在调整系统频率时，还要力求使系统 负荷在安全运行约束条件下，实现经济运行、发电机组之间实现经济 分配。
电力系统自动化
四、调差特性与机组间有功功率分配的关系
n
P1 P2 PL P1 R2
KGf PG 0 P2 R1 多台发电机组并列运行
1 f
PGi
Ri
fN
PGiN
(i 1, 2, 3, , n)
其中 P N PGiN i 1
R
P N P n
GiN
R i1 i
f
R1P1 PG1N
电力系统自动化
第三节 电力系统调频与自动发电控制
3、机组间的有功功率分配
PL
n i 1
Pci
(1 K1
K n 1 )Pc1
f 0
Pci
1
K1
Ki1
K n 1
PL
Ki1 Kx
PL
优点： 各调频机组间的出力按照一定比例分配。
缺点： 各机组在调频过程中的作用有先有后，缺乏“同时性”，导致调
频容量不能充分利用，而且使整个调频过程变得较为缓慢。稳定特 性虽然比较好，动态特性是不理想。
统调频的目的。有差调频器的稳态工作特性
2、调频过程
发电机稳定在新的工作点2，该点 系统频率f2(低于f1)，发电机的功率 P2(大于P1)， △f2+R△P2=0重新得到 满足。运用稳态方程式可以准确地 分析调频过程及有差调频器的最终 特性。
电力系统自动化
第三节 电力系统调频与自动发电控制
（二）主导发电机法 1、调频方程式 为克服有差调频缺点，运用无差调频器，其调节方程：△f＝0 无差调频器虽具有频率偏差值为零，但无差调频器不能并联运行。 为此，可在一台主要的调频机组上使用无差调频器，而在其余的调 频机组上均只安装功率分配器，该调频方法称为主导发电机法。
(2) 与频率成正比的负荷，如切削机床、球磨机、压缩机和卷扬机 等。这类负荷占有较大比重。
(3) 与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的涡流损耗。这种 损耗在电网有功损耗中所占比重较小。
(4) 与频率的三次方成比例的负荷，如通风机、静水头阻力不大的 循环水泵等。
(5) 与频率更高次方成比例负荷，如静水头阻力很大的给水泵等。
Pc
PB
B K
保持不变
电力系统自动化
第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节
积差调节法的特点是调节过程只能在 结束， 常数， 此常数与计划外负荷成正比。
3、机组间的有功功率分配 多机组采用积差调频法调频时，可采用集中式、分散式两种形式。
电力系统自动化
第三节 电力系统调频与自动发电控制
调频方程组
由于系统中各点的频率是相同的，各机组
f 0(发电机1，主导发电机)
Pc2 K1Pc1(发电机2)
Pcn Kn1Pc1(发电机n)
2、调频过程 设负荷增量△PL，调频器动作前，△f≠0，无差调频器首先对机组 有功出力进行调整，随之出现了新的△Pc1值，其余调频机组对各自 的有功出力进行调节，即出现了“成组调频”的状态。一直要到 △Pc1不再出现新值时结束。
KG
1 R
PG f
KG
f
PG
0
KG
PG f
与KL不同的是KG可以人为调节整定，其大小——调整范围受机组 调速机构的限制。
不同类型的机组， KG 的取值范围不同，一般情况下： 汽轮发电机组，R*=0.04～0.06，KG*=25～16.7； 水轮发电机组，R*=0.02～0.04，KG*=50～25。
当系统频率为额定值时，PL* 1 f* 1 a0 a1 a2 a3 an 1
电力系统自动化
KL 负荷的频率调节效应系数。
KL
KL
fN PLN
KL值大小决定于负荷的性质，与各类负荷所占总负荷的比例有关
对于不同的系统，因负荷组成不同，KL值也不相同； 同一系统的KL值也会随季节及昼夜交替而发生变化。 实际系统中的KL值一般在1～3之间，它表明频率变化1%时，有 功负荷功率就相应变化1%～3%。 KL的具体数值通常由试验求得，也可根据负荷统计资料分析估算 确定。
R2P2 PG 2 N
RP P N
P
n
PGi
i 1
f
fN
n i 1
PGiN Ri
系统用等值发电机代替
P
1 R
f fN
P N
系统中负荷变化后， 每台发电机组所承担的功率
PGi
R P P N
PGiN Ri
电力系统自动化
五、电力系统的频率特性 一次调节
PG KGf P KLf
PL P PL KLf
为了保证调频任务的完成，系统中需要备有足够容量的调频机组来应付 计划外负荷的变动，而且还需具有调整速度以适应负荷的变化，当电网容 量较大，一个调频电厂不能满足调节需求时，则选择几个电厂共同完成调 频任务。
二、调频方法
第三节 电力系统调频与自动发电控制
（一）有差调频法 1、调频方程式 有差调频法指系统中的调频机组用有差调频器并联运行，达到系
二、电力系统负荷调节效应
1、当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变。 有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率—频率特性，是负 荷的静态频率特性，也称作负荷的调节效应。
2、电力系统中各种有功负荷与频率的关系 (1) 与频率变化无关的负荷，如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整流负 荷等。它们从系统中吸收有功功率而不受频率变化的影响。
电力系统自动化
f 48
【例3-1】 某电力系统中，与频率无关的负荷占35%，与频率一
次方成比例的负荷占40%，与频率二次方成比例的负荷占10%，与
频率三次方成比例的负荷占 15%。求系统频率由50Hz降到48Hz时，
负荷功率变化的百分数及其相应的KL 值。
解： 当f=48Hz时，
48 f 50 0.96
一、概 述
第三节 电力系统调频与自动发电控制
调频问题的实质上是电力系统在正常运行中，控制发电机的输 入功率使之与负荷所需功率之间的平衡问题。调频是二次调节， 是通过调整机组的输入功率实现的。机组功率改变时，它所需的 燃料费用也跟着改变，同时全电网的潮流分布，以至于系统中的 网损也都随之而变，现代电力系统调频的主要任务，不只是维持 系统频率在给定水平，同时还需考虑机组负荷的经济分配。