自动调频方法和自动发电控制.ppt
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第四节 电力系统自动调频
•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 P
峰荷 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
基荷
调频厂——承担计划负荷与实t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
• 先假定系统中由一台发电机进行频率积差调节,调 节准则为
• KΔPR+∫Δƒdt=0 • 式中Δƒ =ƒ -ƒe—系统频率偏差； • ΔPR—调频机组的有功出力增量； • K—调频功率的比例系数。 • 积差的调节过程可用图3-42来说明。
f
Δf
fe
即调频机组有功出力不变。
0
∫Δƒdt
t
设t1时刻出现了计划外负荷增量，
• ③且P1＋∑αiP1＝Δ PL
• 时调节过程才结束。
• 这时系统中不参加调频的其余机组的功率维 持不变，计划外负荷的变动全部由调频机组 承担。
• 由于这种方法开始只适用于有G1调整，之 后要反复调整，直到满足调频规则要求，调 整过程缓慢。
• 且这种方法只适用于只有一个调频电厂的情 况。因此，只在中小型电力系统中应用。
(一)主导发电机法
• 在调频电厂中一台主导发电机上装设无差 调频器，其调节准则为Δf＝0,
• 在其他机组上装有功功率调整器，使这些 机组的功率随主导机组的功率按比例地变 化，协助主导发电机的调频工作。
• 它们的调节准则是 Pi＝αiP1(αi=2,3,...,n)。
• 在负荷发生变化时，调频电厂中主导发电 机组的调节系统首先动作，改变主导机组 的功率P1，力图维持系统频率恒定,Δf＝0
t
• 这时ΔPR维持维持ΔPR1值,即调频机
组保持t2时刻的有功出力不再增大。
t
• 设t3时出现了计划外负荷减少， Δ PR
缺额
• 在t3～t4时间段内,f>fe,Δƒ >0,
Δ PR1 Δ PR2
0
t1
t t3 t4 t4
t
2
图3-42 积差调频过程
f
fe Δ f
Δf
0
• 即调频机组有功出力减少,直∫Δƒdt
（3-107） （3-108）
• 一般认为系统中各点频率相同,是一全系统一致的参 数(实际上暂态过程中系统各点的频率有差别),所以
各机组的∫Δƒdt是相等的。 • 设系统计划外负荷为ΔPD，则
（3-109）
（3-110）
• 将式（3-110）代入（3-108）得每台调频 机组计划外承担的负荷为
（3-111）
• 由于主导机组的功率P1发生变化，所以协 助调频的机组也随之作相应的功率调整， 力图使它们的调节功率与主导机组间维持
给定的比例关系Pi＝αiP1。
• 在调节过程中,主导机组按系统频率不断地 调节,协助调频机组按Pi＝αiP1跟随主导机进 行调节,直到
• ①系统频率恢复到额定值Δf＝0 ，
• ②协助调频机组与主导机组调节功率符合给 定比例Pi＝αiP1
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 主导发电机组调节系统动作
否
频率恢复 到额定值
是
2019/4/25
协助调频机组调整功率
系统频率随之改变
Pi ai PL
调节结束
9/29
（二）积差调节法
• 积差调节法是根据系统频率偏差的累积值调节频 率的。
3、微分调节：按频率偏移对时间的微分控制调频器，在负荷变 动的最初阶段增减调节较快，但是随着频率偏差趋于稳定时， 调节量也就趋于零，在稳态时它不起作用。
综合比例、积分、微分信号 作为调频器的控制信号
改变功率设定值
2019/4/25 North China Electric Power University
• Δf+δi(ΔＰRi+αi∫βΔf dt)=0(i=1,2,…,n)
t
即调频机组增大有功出力, 频率下降到一个最低值后,逐
步回升,直至t2时刻为止。
ΔPR ΔPR1 ΔPR2
缺额
0
t1
t t3
t4 t
图3-42 2积差调频过程
• 在t2~t3时间段内,调频机组增加的 f
有功出力与计划外负荷增量相等， fe Δ f
Δf
f = fe 稳定运行，Δf=0，所以
0 ∫Δƒdt
2019/4/25 North China Electric Power University
1/29
一、电力系统自动调频方法
•控制调频器的信号有比例、积分、微分三种形式
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。这种方法只能减小但不能消除系统频率偏移。
2、积分调节：按频率偏移对时间的积分控制调频器，这种方法 可以实现无差调节，但是在负荷变动的最初阶段因控制信号不 大而延缓了调节过程。
2/29
• 为了维持系统频率在允许的偏差范围之内 • 要进行人工的或自动的频率二次调整。 • 自动调频不仅反应速度快、频率波动小,还顾及到其
它方面的要求,例如 • 实现有功负荷的经济分配、 • 保持系统联络线交换功率为定值和 • 满足系统安全经济运行的各种约束条件等。 • 所以现代电力系统普遍装设自动调频装置。
• 式（3-111）表明,调节过程结束后,各机组按一定 的比例分担了系统计划外负荷,使系统有功功率重 新平衡,实现了无差调节.
• 积差调节法的缺点是频率的积差信号滞后于频率 瞬时值的变化,因此调节过程缓慢。
• 为此，一般不单纯采用积差调节法，而是在积差 调节法的基础上增加频率瞬时偏差调节信号，得 到改进的积差调节方程式。
平衡,调节过程就要继续下去。
• 当调节过程结束时，Δƒ =0，而∫ΔƒdtFra Baidu bibliotek－KΔPR=常
数。此常数与计划外负荷成正比。 • 计划外负荷越大,系统频率偏差积分的积累值也越大,
则电钟的计时误差也越大。 • 为保持电钟的准确性,可在夜间低谷负荷进行补偿。 • 所以积差调节法又称同步时间法。
多台机组的积差调频： • 调节方程式为
t
至t4时刻,调频机组出力增量
又与计划外负荷变化相等,
t
f=fe稳定运行,Δf =0,调节过
Δ PR Δ PR1
缺额
盈余
程又一次结束。
Δ PR2
t4
t
0
t4
图3-t412 积差t调2频过t 3程
• 积差调节法的特点是调节过程只能在Δƒ=0时结束。 • 当Δƒ ≠0,∫Δƒdt就不断累积新值,式（3-103）就不
•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 P
峰荷 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
基荷
调频厂——承担计划负荷与实t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
• 先假定系统中由一台发电机进行频率积差调节,调 节准则为
• KΔPR+∫Δƒdt=0 • 式中Δƒ =ƒ -ƒe—系统频率偏差； • ΔPR—调频机组的有功出力增量； • K—调频功率的比例系数。 • 积差的调节过程可用图3-42来说明。
f
Δf
fe
即调频机组有功出力不变。
0
∫Δƒdt
t
设t1时刻出现了计划外负荷增量，
• ③且P1＋∑αiP1＝Δ PL
• 时调节过程才结束。
• 这时系统中不参加调频的其余机组的功率维 持不变，计划外负荷的变动全部由调频机组 承担。
• 由于这种方法开始只适用于有G1调整，之 后要反复调整，直到满足调频规则要求，调 整过程缓慢。
• 且这种方法只适用于只有一个调频电厂的情 况。因此，只在中小型电力系统中应用。
(一)主导发电机法
• 在调频电厂中一台主导发电机上装设无差 调频器，其调节准则为Δf＝0,
• 在其他机组上装有功功率调整器，使这些 机组的功率随主导机组的功率按比例地变 化，协助主导发电机的调频工作。
• 它们的调节准则是 Pi＝αiP1(αi=2,3,...,n)。
• 在负荷发生变化时，调频电厂中主导发电 机组的调节系统首先动作，改变主导机组 的功率P1，力图维持系统频率恒定,Δf＝0
t
• 这时ΔPR维持维持ΔPR1值,即调频机
组保持t2时刻的有功出力不再增大。
t
• 设t3时出现了计划外负荷减少， Δ PR
缺额
• 在t3～t4时间段内,f>fe,Δƒ >0,
Δ PR1 Δ PR2
0
t1
t t3 t4 t4
t
2
图3-42 积差调频过程
f
fe Δ f
Δf
0
• 即调频机组有功出力减少,直∫Δƒdt
（3-107） （3-108）
• 一般认为系统中各点频率相同,是一全系统一致的参 数(实际上暂态过程中系统各点的频率有差别),所以
各机组的∫Δƒdt是相等的。 • 设系统计划外负荷为ΔPD，则
（3-109）
（3-110）
• 将式（3-110）代入（3-108）得每台调频 机组计划外承担的负荷为
（3-111）
• 由于主导机组的功率P1发生变化，所以协 助调频的机组也随之作相应的功率调整， 力图使它们的调节功率与主导机组间维持
给定的比例关系Pi＝αiP1。
• 在调节过程中,主导机组按系统频率不断地 调节,协助调频机组按Pi＝αiP1跟随主导机进 行调节,直到
• ①系统频率恢复到额定值Δf＝0 ，
• ②协助调频机组与主导机组调节功率符合给 定比例Pi＝αiP1
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 主导发电机组调节系统动作
否
频率恢复 到额定值
是
2019/4/25
协助调频机组调整功率
系统频率随之改变
Pi ai PL
调节结束
9/29
（二）积差调节法
• 积差调节法是根据系统频率偏差的累积值调节频 率的。
3、微分调节：按频率偏移对时间的微分控制调频器，在负荷变 动的最初阶段增减调节较快，但是随着频率偏差趋于稳定时， 调节量也就趋于零，在稳态时它不起作用。
综合比例、积分、微分信号 作为调频器的控制信号
改变功率设定值
2019/4/25 North China Electric Power University
• Δf+δi(ΔＰRi+αi∫βΔf dt)=0(i=1,2,…,n)
t
即调频机组增大有功出力, 频率下降到一个最低值后,逐
步回升,直至t2时刻为止。
ΔPR ΔPR1 ΔPR2
缺额
0
t1
t t3
t4 t
图3-42 2积差调频过程
• 在t2~t3时间段内,调频机组增加的 f
有功出力与计划外负荷增量相等， fe Δ f
Δf
f = fe 稳定运行，Δf=0，所以
0 ∫Δƒdt
2019/4/25 North China Electric Power University
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一、电力系统自动调频方法
•控制调频器的信号有比例、积分、微分三种形式
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。这种方法只能减小但不能消除系统频率偏移。
2、积分调节：按频率偏移对时间的积分控制调频器，这种方法 可以实现无差调节，但是在负荷变动的最初阶段因控制信号不 大而延缓了调节过程。
2/29
• 为了维持系统频率在允许的偏差范围之内 • 要进行人工的或自动的频率二次调整。 • 自动调频不仅反应速度快、频率波动小,还顾及到其
它方面的要求,例如 • 实现有功负荷的经济分配、 • 保持系统联络线交换功率为定值和 • 满足系统安全经济运行的各种约束条件等。 • 所以现代电力系统普遍装设自动调频装置。
• 式（3-111）表明,调节过程结束后,各机组按一定 的比例分担了系统计划外负荷,使系统有功功率重 新平衡,实现了无差调节.
• 积差调节法的缺点是频率的积差信号滞后于频率 瞬时值的变化,因此调节过程缓慢。
• 为此，一般不单纯采用积差调节法，而是在积差 调节法的基础上增加频率瞬时偏差调节信号，得 到改进的积差调节方程式。
平衡,调节过程就要继续下去。
• 当调节过程结束时，Δƒ =0，而∫ΔƒdtFra Baidu bibliotek－KΔPR=常
数。此常数与计划外负荷成正比。 • 计划外负荷越大,系统频率偏差积分的积累值也越大,
则电钟的计时误差也越大。 • 为保持电钟的准确性,可在夜间低谷负荷进行补偿。 • 所以积差调节法又称同步时间法。
多台机组的积差调频： • 调节方程式为
t
至t4时刻,调频机组出力增量
又与计划外负荷变化相等,
t
f=fe稳定运行,Δf =0,调节过
Δ PR Δ PR1
缺额
盈余
程又一次结束。
Δ PR2
t4
t
0
t4
图3-t412 积差t调2频过t 3程
• 积差调节法的特点是调节过程只能在Δƒ=0时结束。 • 当Δƒ ≠0,∫Δƒdt就不断累积新值,式（3-103）就不