電力系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度與自動調(diào)頻

1、第三節(jié)電力系統(tǒng)的經(jīng)濟調(diào)度與自動調(diào)頻1)經(jīng)濟調(diào)度控制(EDC)的任務(wù)是使電力系統(tǒng)運行具有良好的經(jīng)濟性 2)有人稱EDC為三次經(jīng)濟調(diào)整。、等微增率分配負荷的基本概念1)微增率定義輸入耗量微增率與輸出功率微增率的比值。(a)鍋爐耗量特性(a)鍋爐耗量特性(b)汽輪機耗量特性(c)發(fā)電機耗量特性(d)鍋爐耗量微增率 (e)汽輪機耗量微增率 (f)發(fā)電機耗量微增率PP圖3-15三種典型的耗量特性及其微增率曲線由于汽輪機的微增率變化不大和發(fā)電機的效率接近1,所以整個機組的耗量特性和微增率可以認為如 圖3-15 (a)和圖3-15 (d)的形狀。耗量微增率隨輸出功率的增加而增大。2)等微增率法則運行的發(fā)電機

2、組按微增率相等的原則來分配負荷，這樣就可使系統(tǒng)總的燃料消耗(或費用)為最小，從而是最經(jīng)濟的。兩臺機組并聯(lián)運行為例：機組1為P ,微增率為b1機組2為P1 ,微增率為b2 且b b2總的負荷不變的前提下調(diào)整一下負荷分配：機組1的功率減小P,即功率變?yōu)閜；,微增率減小到b；,減小的燃料消耗P1、b、b1、P所圍的面積機組2增加相同的P ,其功率變?yōu)镻2,微增率增至b2,增加的燃料消耗p2、b2、b2 P2所圍的面積兩個面積的差即為減少的燃料消耗3)等微增率準則數(shù)學(xué)證明設(shè)有n臺機組，每臺機組承擔(dān)的負荷為pi, P2,，口，對應(yīng)的燃料消耗為F1，F(xiàn)2,Fn,則總的燃料消耗為 n FFii 1(3-29

3、)而總負荷功率Pl為 n PlPii 1(3-30)現(xiàn)在要使發(fā)電機組總的輸出在滿足負荷的條件下，總的燃料消耗為最小，即 使F Fmin。這時，可應(yīng)用拉格朗日乘子法則來求解取拉格朗日方程L F(3-31)式中 F總?cè)剂舷模焕窭嗜粘俗?；約束函數(shù)。這里功率平衡就是相應(yīng)的約束條件，即Pi P2Pn PL 0或Pi，P2,Pn n Pi Pl 0i 1(3-32)因此，使總?cè)剂舷淖钚〉臈l件是(3-31)式對功率的偏倒數(shù)為零。即 o ( i = 1 , 2 ,n)PiPiPi(3-33)L_F_PiPiL_F_PiPin一PiPl 0Pi i 1FPiPi或上Pi(3-34)設(shè)每臺機組都是獨立的，那

4、么每臺機組燃料消耗只與本身的輸出功率有關(guān)。 因此，上式可寫成FiPi(3-35)由此可得FlF2Fn-p- -P2下即bl b2bn(3-36)圖3-17多臺機組間按照等微增率分配負荷示意圖因此，發(fā)電廠內(nèi)并聯(lián)運行機組的經(jīng)濟調(diào)度準則為：各機組運行時微增率bi,b2,bn相等，并等于全廠的微增率。圖3-17為發(fā)電廠內(nèi)n臺機組按等微增率運行分配負荷時的示意圖。二、發(fā)電廠之間負荷的經(jīng)濟分配由于發(fā)電廠之間通過輸電線路相聯(lián)。所以考慮發(fā)電廠之間的負荷經(jīng)濟分配時，要計及線路功率損耗因素。設(shè)有n個發(fā)電廠，每個電廠承擔(dān)的負荷分別為Pi, P2,，Pn,相應(yīng)的燃料消耗為Fi, F2,，F(xiàn)n,則全系統(tǒng)總的燃料消耗為

5、nFi F2Fn Fi1(3-37)總的發(fā)電功率與總負荷Pl及線損Pe相平衡，即nPi Pl Pe 0i 1(3-38)同樣，應(yīng)用拉格朗日乘子法求解，取拉格朗日方程（3-31）式L FPiPiL FPiPi（3-39）或（3-40）式中Li線損修正系數(shù)， Li系統(tǒng)微增率；F bi電廠微增率。Pi1上 0Pi工1上PiPiPePi所以在考慮線損條件下，負荷經(jīng)濟分配的準則是每個電廠的微增率與相應(yīng)的線損 修正系數(shù)的乘積相等。為了求得各電廠的微增率bi，必須計算出線損Pe （一般事先根據(jù)運行工況而 選定的線損系數(shù)求得），然后算出電廠的線損微增率i,即i上，在和i已知后，就可求出bi,即 Pibi （1

6、 i）（3-41）由（3-41）式得bib2a1 _1 1 _21 n（3-42）調(diào)頻電廠按（3-42）式運行是最經(jīng)濟得負荷分配方案。三、自動發(fā)電控制（AGC/EDC功能）（一）概述電力系統(tǒng)中發(fā)電量的控制，一般分為三種情況：一是由同步發(fā)電機的調(diào)速器 實現(xiàn)的控制；二是由自動發(fā)電控制（簡稱 AGC ,即英文 Automatic Generation Control的縮寫）實現(xiàn)的控制；三是按照經(jīng)濟調(diào)度（簡稱 EDC,即英文Economic Dispatch Control）要求實現(xiàn)的控制。第一種情況通常叫做頻率的一次調(diào)整控制；第二種情況稱為頻率的二次調(diào)整 控制；而第三種則稱為頻率的三次調(diào)整。這三種調(diào)

7、整控制頻率的方式是有差別的。 由調(diào)速器實現(xiàn)調(diào)頻以控制發(fā)電機組的輸出功率，具響應(yīng)速度較快，可適應(yīng)小負荷短時間的波動；對周期在10s至多23min以內(nèi)而幅度變化較大的負荷，已經(jīng)不 能由調(diào)速器本身的調(diào)頻特性來進行調(diào)整控制，就需要由電力系統(tǒng)控制中心，根據(jù)系統(tǒng)的頻率以及與其他地區(qū)相連的輸電線上的功率的偏移程度，啟動AGC來進行控制負荷；對于周期在三分鐘以上的負荷波動，可以根據(jù)以往實測的負荷變化 情況（即所謂的負荷曲線）和預(yù)測幾分鐘后總負荷變化趨勢，由計算機算出發(fā)電 機組最經(jīng)濟的輸出功率，然后發(fā)出控制命令到各發(fā)電廠進行調(diào)整，即按經(jīng)濟調(diào)度(EDC)實現(xiàn)負荷分配控制。AGC是以控制調(diào)整發(fā)電機組輸出功率來適應(yīng)負

8、荷波動的反饋控制。電力系 統(tǒng)中功率的不平衡將導(dǎo)致頻率的偏移，所以電網(wǎng)的頻率可以作為控制發(fā)電機輸出 功率的一個信息。發(fā)電機組上的調(diào)速器能根據(jù)電力系統(tǒng)頻率變化自動地調(diào)節(jié)發(fā)電 機的輸出功率，所以在某種意義上講也具有自動發(fā)電控制的功能，但通常不稱為自動發(fā)電控制。這里指的AGC是一種控制性能比較完善和作用較好的發(fā)電機輸 出功率的自動控制。它利用電子計算機來實現(xiàn)控制功能，是一個小型的計算機閉 環(huán)控制系統(tǒng)，有時也稱為 AGC系統(tǒng)。(二)自動發(fā)電控制的基本原理最簡單的AGC系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3-18所示，它是具有一臺發(fā)電機組和聯(lián)絡(luò)線 的AGC系統(tǒng)。圖3-18單臺發(fā)電機組的 AGC系統(tǒng)圖中圖3-18單臺發(fā)電機組的

9、AGC系統(tǒng)值，fzd為系統(tǒng)頻率整定值，P為輸電 線路功率的實際值，f為系統(tǒng)頻率的 實際值，Bf為頻率修正系數(shù)，K(S)為 外部控制回路，用來根據(jù)電力系統(tǒng)頻 率偏差和輸電線路上的功率偏差來確 定輸出控制信號，Pc為系統(tǒng)要求調(diào)整 的控制信號功率，N(S)為內(nèi)部控制回路，用來控制調(diào)整調(diào)速器閥門開度，以達 到所需要的輸出功率對于具有多個聯(lián)絡(luò)點和發(fā)電機組的實際電力系統(tǒng)，則AGC將變?yōu)榘S多并聯(lián)發(fā)電機組控制回路的形式，如圖3-19所示，其內(nèi)部控制回路和外部控制回 路的基本結(jié)構(gòu)并未改變。Gi、G2、G3為發(fā)電機組；ACE稱為誤差信號信息，用來根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差以及輸電線路功率偏差來確定輸出控制信號；負荷分配

10、器根 據(jù)輸入的控制信號大小并且根據(jù)等微增率準則或其他原則來控制各臺發(fā)電機輸 出功率的大小。圖3-19多臺發(fā)電機的圖3-19多臺發(fā)電機的AGC系統(tǒng)使全系統(tǒng)的發(fā)電機輸出功率和總 負荷功率相匹配；將電力系統(tǒng)的頻率偏差調(diào)整控制 到零，保持系統(tǒng)頻率為額定值；控制區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的交換功率與 計劃值相等，以實現(xiàn)各個區(qū)域內(nèi)有功功 率和負荷功率的平衡；在區(qū)域網(wǎng)內(nèi)各發(fā)電廠之間進行負 荷的經(jīng)濟分配。自動發(fā)電控制系統(tǒng)包括兩大部分：(1)負荷分配器根據(jù)電力系統(tǒng)頻率和其他有關(guān)測量信號，按照一定的調(diào)節(jié)控制準則確定各發(fā) 電機組的最佳設(shè)定輸出功率。(2)發(fā)電機組控制器根據(jù)負荷分配器所確定的各發(fā)電機組最佳輸出功率，控制調(diào)速器的調(diào)節(jié)

11、特 性，使發(fā)電機組在電力系統(tǒng)額定頻率下所發(fā)出的實際功率與設(shè)定的輸出功率相一 致。自動發(fā)電控制系統(tǒng)中的負荷分配器是根據(jù)所測量的發(fā)電機實際輸出功率和 頻率偏差等信號按照一定的準則分配各臺發(fā)電機組輸出功率。決定各臺發(fā)電機組設(shè)定的功率Pci的負荷分配器，目前廣泛采用以“基點經(jīng)濟功率 P和“分配系數(shù)i”來表示每臺發(fā)電機組的輸出功率的方法， 即各臺發(fā)電機組的設(shè)定調(diào)整功率按以下公式分配：n(3-43)電 ACEPbi(3-43)i 1式中Pci 各臺發(fā)電機組的設(shè)定調(diào)整功率;Pbi 各臺發(fā)電機的基點經(jīng)濟功率；PGi 每臺發(fā)電機的實際輸出功率;i 分配系數(shù)。也就是說，系統(tǒng)各臺發(fā)電機組的設(shè)定功率，取決于系統(tǒng)發(fā)電機

12、組總的實際輸 出功率PGi和每臺發(fā)電機組的基點經(jīng)濟功率 Pbi ,以及系統(tǒng)頻率偏差和功率偏差(ACE)o偏差越大，各發(fā)電機組的設(shè)定調(diào)整功率的變動就越大。當(dāng)頻率偏差和 功率偏差趨于零時，AGC系統(tǒng)發(fā)電機組總的設(shè)定調(diào)整功率就與發(fā)電機總的實際輸出功率相等。分配到每臺發(fā)電機組的設(shè)定功率值則由分配系數(shù)i來決定。這種圖3-20具有一個并聯(lián)附加分配 回路的圖3-20具有一個并聯(lián)附加分配 回路的AGC控制系統(tǒng)示意圖其中Pbi和i的值可以在每次經(jīng)濟分配計算時加以修正。負荷分配方式每隔五分鐘修改一次PN和i值，以適應(yīng)經(jīng)濟調(diào)度的要求。有時為了增大加到發(fā)電機組上的誤差信號信息，可以使用一個或者多個附加的負荷分配回路，

13、如圖3-20所示。這樣的附加分配回品&可以用一個分配系數(shù)bi來表示，但它與按經(jīng)濟調(diào)度調(diào)整負荷的“分配系數(shù) i ”不同，它不受經(jīng)濟調(diào)度的約束，所以稱為調(diào)整分配 自動發(fā)電功率的分配方式為Pci PbiPPci PbiPGi i 1nACE Pbi i 1bi ACE(3-44)h ACE(3-45)nh ACE(3-45)PCiPbii Bii 1當(dāng)ACE信息為零時，系統(tǒng)負荷完全按經(jīng)濟調(diào)度的要求進行分配。例如系統(tǒng)中由于負荷變化時功率平衡遭到破壞，將產(chǎn)生 ACE信息，并且按（i bi）的系數(shù)來分配，而當(dāng)系統(tǒng)功率恢復(fù)平衡時，ACE信息消失，這時總的發(fā)電功率仍然以 經(jīng)濟調(diào)度為原則進行分配。所以它是一種比

14、較理想的分配方式。早期的AGC系統(tǒng)多采用模擬式的控制設(shè)備，近幾年來由于數(shù)字系統(tǒng)的靈活調(diào)度中心計算機數(shù)字遙測系統(tǒng)發(fā)電機調(diào)度中心計算機數(shù)字遙測系統(tǒng)發(fā)電機圖3-21計算機數(shù)字遙測遙控發(fā)電機組控制系統(tǒng)性和可靠性使模擬式的AGC系統(tǒng)逐漸被數(shù)字系統(tǒng)所取代。在設(shè)備上采用了數(shù)字 遙控裝置和電子計算機。將發(fā)電機控制回路和負荷分配回路的數(shù)據(jù)都設(shè)置在集中 調(diào)度用的計算機中，因而所需要的數(shù)據(jù)在計算機的存儲器中都可以直接得到。采 用計算機的數(shù)字遙測遙控形式的發(fā)電機組控制系統(tǒng) 如圖3-21所示。在現(xiàn)代數(shù)字電力系統(tǒng)（DPS）中，AGC的執(zhí)行，要求每隔24s測量一次聯(lián) 絡(luò)線功率、系統(tǒng)頻率和發(fā)電功率等數(shù)據(jù)，并通過遙測裝置送到A

15、GC的發(fā)電機控制回路和負荷分配回路，使這兩個回路的程序計算開始工作。然后計算出需要增 加或減少發(fā)電量的信息，再由遙控裝置將此信息發(fā)送到發(fā)電機組以完成對發(fā)電機 功率的控制和調(diào)整。AGC系統(tǒng)的任務(wù)是針對變化周期為10s至3min的負荷進行調(diào)整的?？刂普{(diào)整可以全部由計算機來承擔(dān)，一臺負責(zé)經(jīng)濟運行計算，另一臺負責(zé)將計算結(jié)果以 及控制信號送至各被控制發(fā)電廠。由于要解決周期為10s的負荷波動，因此AGC 所發(fā)出的指令循環(huán)周期必須小于10s,對計算機的運算速度提出了較高的要求。AGC的任務(wù)不僅可以維持電力系統(tǒng)的頻率在額定值上，而且可以維持和控制地區(qū)電網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線上的交換功率在一定的范圍內(nèi)，如 圖3-22所示。圖中包括一個較小的系統(tǒng) N （稱為子系統(tǒng)）和三個地區(qū)電力網(wǎng) A、B、Co N通過聯(lián)絡(luò)線與A、B、C相連。pa、pb、pc為聯(lián)絡(luò)線上的凈交換功率。N除滿足 地區(qū)間規(guī)定的凈交換功率PA