电力系统有功功率和频率控制概述

2018/10/20
电力系统有功功率和频率控制
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频率控制的基本概念



保证频率基本恒定是电力系统可靠运行的必要条件 （发电厂）； 系统的频率依赖于有功功率平衡； 频率是系统的共同因子，因此一个点上的有功功率供需变化通过频率的变化反映到整个系统中。 将供-需变化分配到各发电机的方法： 调速器（一次调节：速度调节） 控制中心的辅助控制分配发电功率（二次调节AGC） 互联系统联络线控制（频率及联络线交换功率控制 TBC）
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转子运动方程（单质量块旋转体）
Tj dω/dt = Tm – Te = Ta
dδ/dt = ω
其中， Ta 加速力矩 ω 转速 Tj 惯性时间常数
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发电机对负荷变化的响应---速度和功率关系 的传递函数
考虑从初始值的微小偏差
Δ Pm – ΔPe = ΔTm – ΔTe



按照整步功率大小（电气距离）分配； 按照惯性大小分配（平均减速度）； 按照调速器特性分配。
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功率缺额刚发生阶段频率下降

在功率缺额刚发生阶段，由于调速器动作延迟， 系统频率下降程度和速度主要取决于三个因素：

发电出力缺额数量； 负荷阻尼系数（负荷频率特性）； 所有发电机总转动惯量（惯性常数）。

频率下降曲线承指数下降函数； 对于孤立系统发生大功率缺额时，低频减载主 要依据该情况设计，使频率下降得以限制在可 接受的水平。
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给单独负荷供电的发电机工作原理
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一次调频中影响原动机控制（抑制）频率下降能 力的因素



发电机出力只能增加到所具备的旋转备用限制； 受热应力限制，汽轮机的带负荷速度在刚开始时可快 速承担大约10%的汽轮机额定输出，不会发生过热损 坏。随后可以每分钟大约2%慢速增加； 汽轮机阀门打开时，蒸汽流量增加导致压力下降，锅 炉增加燃料恢复压力需几分钟。对抑制频率下降作用 不大； 调速器有3-5秒延迟。 因此，用于频率控制的发电机备用仅限于所剩余发电 容量的一小部分。
负荷频率特性；


调速器死区及仿真计算的数值计算处理。
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二、电力系统一次调频的调速器特性

带调速器的发电机工作原理
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三峡
0
-0.1
F(HZ)
-0.2
（没有调速器时静态转速偏差由负荷频率特性决定）
Pm Δ
+ -

1 MS
t
Δ PL
D
Pm Δ
+ -

1 MS D
t
Δ PL
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f L(1- e ) K
K=1/D
其中，

t T
T=M/D
L 发电机功率缺额（标幺值）
f 频率下降（标幺值）
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负荷对频率偏差的响应

综合负荷对对频率的关系
ΔPe = ΔPl + D Δ ωr D=负荷阻尼系数，典型值D=1-2
D=2，表示1%频率变化引起2%负荷变化
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包括阻尼影响的研究系统频率对负荷变化的响应
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一、电力系统在有功功率缺额 扰源自文库下的频率变化特性


发电机工作原理 发电机对负荷变化的响应 负荷对频率偏差的响应
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功率缺额在各机组分配规律

电力系统功率缺额在各机组分配规律 （一次调节）三阶段：
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中国电力科学研究院
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讨论目的和内容

有功功率缺额扰动下的频率变化特性； 一次调频，原动机调速器特性； 二次调频，负荷频率控制（LFC）。
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引言



电力系统频率波动对用户、发电厂和整个电力系统都会产生许多 不良影响，因此，维持系统频率恒定是电力系统控制的一个重要 目标。 运行中需要不断随负荷变化相应调整系统中发电出力，使发电功 率和负荷平衡。 当负荷突然增加，从电网中吸取电能，使发电机的旋转动能转换 成电能，因此，系统频率下降。负荷的频率效应有利于阻止频率 下降趋势。另一方面，频率下降使发电机调速系统动作，实行频 率的一次调整和随后的二次调整，增加原动机的输入功率，使系 统频率恢复到正常水平。 对于一个大型互联系统，必须实现有功功率和频率的及时调整， 使整个系统的发电功率和负荷功率维持平衡，保证系统频率和联 络线交换功率维持恒定。
M
D
惯性常数（秒） 负荷阻尼系数
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东北
0
华北
华中
全国
-1
F(HZ)
-2
-3
-4
0
10
20 Time(sec.)
30
40
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模拟功率扰动后频率变化曲线 的困难

频率问题伴随有功角问题和电压问题 （电网/联网薄弱，电动机负荷模型）；

电厂类型； 电厂控制和运行方式（炉跟机/机跟炉）； 运行点（靠近阀门位置点或靠近负荷极限）。
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汽轮机和水轮发电机组对负荷阶跃变化的响应
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机炉控制系统对大负荷变化响应比较
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-0.4
-0.5 0 5 10 Time(sec.) 15
河南沁北电厂1200MW（单机600MW）
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电力系统有功功率和频率控制
汽轮机/水轮机-调速系统的响应速度

再热式和非再热式汽轮机及水轮机的静 态速度偏移可能是一致的，但暂态响应 可明显不同。机组响应特性取决于多种 因素：