自動調(diào)頻方法和自動發(fā)電控制.ppt

1、North China Electric Power University,1/29,2020/8/11,第四節(jié) 電力系統(tǒng)自動調(diào)頻,現(xiàn)代電力系統(tǒng)調(diào)頻的主要任務(wù)維持系統(tǒng)頻率在給定水平，考慮機(jī)組負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配和保持電鐘的準(zhǔn)確性,帶基本負(fù)荷發(fā)電廠經(jīng)濟(jì)性較好的高參數(shù)火電廠、熱電廠、核電廠,調(diào)峰廠經(jīng)濟(jì)性較差的機(jī)組,調(diào)頻廠承擔(dān)計(jì)劃負(fù)荷與實(shí)際負(fù)荷的差值部分,在電網(wǎng)容量較大時(shí)，由多個(gè)電廠共同完成調(diào)頻任務(wù),North China Electric Power University,2/29,2020/8/11,控制調(diào)頻器的信號有比例、積分、微分三種形式,1、比例調(diào)節(jié)：按頻率偏移的大小，控制調(diào)頻器按比例地增、減機(jī)

2、組功率。這種方法只能減小但不能消除系統(tǒng)頻率偏移。,2、積分調(diào)節(jié)：按頻率偏移對時(shí)間的積分控制調(diào)頻器，這種方法可以實(shí)現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，但是在負(fù)荷變動的最初階段因控制信號不大而延緩了調(diào)節(jié)過程。,3、微分調(diào)節(jié)：按頻率偏移對時(shí)間的微分控制調(diào)頻器，在負(fù)荷變動的最初階段增減調(diào)節(jié)較快，但是隨著頻率偏差趨于穩(wěn)定時(shí)，調(diào)節(jié)量也就趨于零，在穩(wěn)態(tài)時(shí)它不起作用。,綜合比例、積分、微分信號作為調(diào)頻器的控制信號,改變功率設(shè)定值,一、電力系統(tǒng)自動調(diào)頻方法,為了維持系統(tǒng)頻率在允許的偏差范圍之內(nèi) 要進(jìn)行人工的或自動的頻率二次調(diào)整。 自動調(diào)頻不僅反應(yīng)速度快、頻率波動小,還顧及到其它方面的要求,例如 實(shí)現(xiàn)有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配、 保持系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線

3、交換功率為定值和 滿足系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的各種約束條件等。 所以現(xiàn)代電力系統(tǒng)普遍裝設(shè)自動調(diào)頻裝置。,(一)主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法,在調(diào)頻電廠中一臺主導(dǎo)發(fā)電機(jī)上裝設(shè)無差調(diào)頻器，其調(diào)節(jié)準(zhǔn)則為f0, 在其他機(jī)組上裝有功功率調(diào)整器，使這些機(jī)組的功率隨主導(dǎo)機(jī)組的功率按比例地變化，協(xié)助主導(dǎo)發(fā)電機(jī)的調(diào)頻工作。 它們的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則是 PiiP1(i=2,3,.,n)。,在負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，調(diào)頻電廠中主導(dǎo)發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)系統(tǒng)首先動作，改變主導(dǎo)機(jī)組的功率P1，力圖維持系統(tǒng)頻率恒定,f0 由于主導(dǎo)機(jī)組的功率P1發(fā)生變化，所以協(xié)助調(diào)頻的機(jī)組也隨之作相應(yīng)的功率調(diào)整，力圖使它們的調(diào)節(jié)功率與主導(dǎo)機(jī)組間維持給定的比例關(guān)系PiiP1。,在調(diào)節(jié)過程

4、中,主導(dǎo)機(jī)組按系統(tǒng)頻率不斷地調(diào)節(jié),協(xié)助調(diào)頻機(jī)組按PiiP1跟隨主導(dǎo)機(jī)進(jìn)行調(diào)節(jié),直到 系統(tǒng)頻率恢復(fù)到額定值f0 ， 協(xié)助調(diào)頻機(jī)組與主導(dǎo)機(jī)組調(diào)節(jié)功率符合給定比例PiiP1 且P1iP1PL 時(shí)調(diào)節(jié)過程才結(jié)束。,這時(shí)系統(tǒng)中不參加調(diào)頻的其余機(jī)組的功率維持不變，計(jì)劃外負(fù)荷的變動全部由調(diào)頻機(jī)組承擔(dān)。 由于這種方法開始只適用于有G1調(diào)整，之后要反復(fù)調(diào)整，直到滿足調(diào)頻規(guī)則要求，調(diào)整過程緩慢。 且這種方法只適用于只有一個(gè)調(diào)頻電廠的情況。因此，只在中小型電力系統(tǒng)中應(yīng)用。,9/29,2020/8/11,主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法,負(fù)荷變動,系統(tǒng)頻率改變,主導(dǎo)發(fā)電機(jī)組調(diào)節(jié)系統(tǒng)動作,協(xié)助調(diào)頻機(jī)組調(diào)整功率,系統(tǒng)頻率隨之改變,調(diào)節(jié)結(jié)束,

5、否,是,存在的問題調(diào)節(jié)緩慢，適應(yīng)于中小電力系統(tǒng),（二）積差調(diào)節(jié)法,積差調(diào)節(jié)法是根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差的累積值調(diào)節(jié)頻率的。 先假定系統(tǒng)中由一臺發(fā)電機(jī)進(jìn)行頻率積差調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)準(zhǔn)則為 KPR+dt=0 式中 = -e系統(tǒng)頻率偏差； PR調(diào)頻機(jī)組的有功出力增量； K調(diào)頻功率的比例系數(shù)。 積差的調(diào)節(jié)過程可用圖3-42來說明。,fe,f,f,0,t,t,t,t 2,dt,PR,PR2,PR1,缺額,圖3-42 積差調(diào)頻過程,即調(diào)頻機(jī)組增大有功出力,頻率下降到一個(gè)最低值后,逐步回升,直至t2時(shí)刻為止。,0,t3,t 1,t4,即調(diào)頻機(jī)組有功出力不變。 設(shè)t1時(shí)刻出現(xiàn)了計(jì)劃外負(fù)荷增量，,fe,f, f, f,0,t,

6、t,t,t 1 t 2,dt,PR,PR2,PR1,缺額,圖3-42 積差調(diào)頻過程,在t2t3時(shí)間段內(nèi),調(diào)頻機(jī)組增加的有功出力與計(jì)劃外負(fù)荷增量相等，f = fe 穩(wěn)定運(yùn)行，f=0，所以,這時(shí)PR維持維持PR1值,即調(diào)頻機(jī)組保持t2時(shí)刻的有功出力不再增大。 設(shè)t3時(shí)出現(xiàn)了計(jì)劃外負(fù)荷減少， 在t3t4時(shí)間段內(nèi),ffe, 0,t3 t4,0,t4,fe,f, f, f,0,t,t,t,0 t 1 t 2 t 3 t 4,dt,PR,PR2,PR1,缺額,盈余,圖3-42 積差調(diào)頻過程,即調(diào)頻機(jī)組有功出力減少,直至t4時(shí)刻,調(diào)頻機(jī)組出力增量又與計(jì)劃外負(fù)荷變化相等, f=fe穩(wěn)定運(yùn)行,f =0,調(diào)節(jié)過程

7、又一次結(jié)束。,t4,積差調(diào)節(jié)法的特點(diǎn)是調(diào)節(jié)過程只能在=0時(shí)結(jié)束。 當(dāng) 0,dt就不斷累積新值,式（3-103）就不平衡,調(diào)節(jié)過程就要繼續(xù)下去。 當(dāng)調(diào)節(jié)過程結(jié)束時(shí)， =0，而dt=KPR=常數(shù)。此常數(shù)與計(jì)劃外負(fù)荷成正比。 計(jì)劃外負(fù)荷越大,系統(tǒng)頻率偏差積分的積累值也越大,則電鐘的計(jì)時(shí)誤差也越大。 為保持電鐘的準(zhǔn)確性,可在夜間低谷負(fù)荷進(jìn)行補(bǔ)償。 所以積差調(diào)節(jié)法又稱同步時(shí)間法。,多臺機(jī)組的積差調(diào)頻：,調(diào)節(jié)方程式為,（3-107）,（3-108）,一般認(rèn)為系統(tǒng)中各點(diǎn)頻率相同,是一全系統(tǒng)一致的參數(shù)(實(shí)際上暫態(tài)過程中系統(tǒng)各點(diǎn)的頻率有差別),所以各機(jī)組的dt是相等的。 設(shè)系統(tǒng)計(jì)劃外負(fù)荷為PD，則,（3-109

8、）,（3-110）,式（3-111）表明,調(diào)節(jié)過程結(jié)束后,各機(jī)組按一定的比例分擔(dān)了系統(tǒng)計(jì)劃外負(fù)荷,使系統(tǒng)有功功率重新平衡,實(shí)現(xiàn)了無差調(diào)節(jié).,（3-111）,將式（3-110）代入（3-108）得每臺調(diào)頻機(jī)組計(jì)劃外承擔(dān)的負(fù)荷為,積差調(diào)節(jié)法的缺點(diǎn)是頻率的積差信號滯后于頻率瞬時(shí)值的變化,因此調(diào)節(jié)過程緩慢。 為此，一般不單純采用積差調(diào)節(jié)法，而是在積差調(diào)節(jié)法的基礎(chǔ)上增加頻率瞬時(shí)偏差調(diào)節(jié)信號，得到改進(jìn)的積差調(diào)節(jié)方程式。,f+i(Ri+if dt)=0(i=1,2,n),f+i(PRi+if dt)=0(i=1,2,n) f 系統(tǒng)頻率瞬時(shí)偏差,fff e； i 第i臺調(diào)頻機(jī)組的調(diào)差系數(shù)； i第i臺調(diào)頻機(jī)組的

9、有功功率分配系數(shù)， i1(i=1,2,n)； 系統(tǒng)功率與頻率的轉(zhuǎn)換系數(shù)。 上式可得：,計(jì)劃外負(fù)荷變動時(shí),產(chǎn)生f, 式中第一項(xiàng)與f成正比, f越大, PRi越大,f 項(xiàng)起加快調(diào)節(jié)過程作用。 第二項(xiàng)同(3-108),在調(diào)節(jié)過程中, f逐漸縮小,在調(diào)節(jié)過程結(jié)束時(shí), f =0, f必須為零,否則f dt就會不斷的變化,調(diào)節(jié)過程就不會結(jié)束。,每臺調(diào)頻機(jī)組承擔(dān)的有功出力變化量為 PRiif dt(i=1,2,n) 由式(3-113)得式（3-114）：,所以，式(3-113)表示調(diào)頻結(jié)束后將把系統(tǒng)增加的負(fù)荷PD按一定的比例(i)分配給各調(diào)頻機(jī)組。,（3-113）,積差調(diào)節(jié)法維持系統(tǒng)頻率的精度取決于各調(diào)頻機(jī)

10、組的頻差積分信號數(shù)值的一致性。 按照獲得頻差積分信號的不同，電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)積差調(diào)節(jié)法有兩種方式。,（二）積差調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法,一種是所謂的集中調(diào)頻方式， 即在系統(tǒng)調(diào)度中心設(shè)置一套高精度(可達(dá)10-710-9)的標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)生器,集中產(chǎn)生頻差積分信號f dt，確定各調(diào)頻發(fā)電廠應(yīng)承擔(dān)的負(fù)荷變化量, 然后通過遠(yuǎn)動裝置將此信號送至各調(diào)頻發(fā)電廠,各調(diào)頻發(fā)電廠再根據(jù)運(yùn)行方式分配給各調(diào)頻機(jī)組。 這種調(diào)頻方式的優(yōu)點(diǎn)是各調(diào)頻電廠的頻差積分信號是一致的，但需要有遠(yuǎn)動裝置。,集中調(diào)頻方式如圖3-43所示。,調(diào)頻器,另一種是在調(diào)頻廠就地產(chǎn)生頻差積分信號，不用遠(yuǎn)動裝置就可使計(jì)劃外負(fù)荷在所有調(diào)頻機(jī)組間按一定比例分配。 為了使各

11、調(diào)頻機(jī)組所在地測得的f 盡可能一致，避免頻率偏差積分值的差異而造成功率分配上的誤差， 所以對標(biāo)準(zhǔn)頻率的要求比較高，通常用石英晶體振蕩器經(jīng)分頻后得到。,電力系統(tǒng)調(diào)度自動化系統(tǒng)中，自動發(fā)電控制AGC是互聯(lián)電力系統(tǒng)運(yùn)行中一個(gè)基本的和重要的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制功能。 其目的是 使系統(tǒng)出力和系統(tǒng)負(fù)荷相適應(yīng)， 保持頻率額定和通過聯(lián)絡(luò)線的交換功率等于計(jì)劃值, 并盡可能實(shí)現(xiàn)機(jī)組(電廠)間負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配。,AGC（自動發(fā)電控制）,具體地說,自動發(fā)電控制有四個(gè)基本目標(biāo)： 使全系統(tǒng)的發(fā)電出力和負(fù)荷功率相匹配; 將電力系統(tǒng)的頻率偏差調(diào)節(jié)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(jì)劃值相等，實(shí)現(xiàn)各區(qū)域內(nèi)有功功

12、率的平衡; 在區(qū)域內(nèi)各發(fā)電廠間進(jìn)行負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配. 上述第一個(gè)目標(biāo)與所有發(fā)電機(jī)的調(diào)速器有關(guān),即與頻率的一次調(diào)整有關(guān)。第二和第三個(gè)目標(biāo)與頻率的二次調(diào)整有關(guān)，也稱為負(fù)荷頻率控制LFC。通常所說的AGC是指前三項(xiàng)目標(biāo),若包括第四項(xiàng)目標(biāo)時(shí),往往稱為AGCEDC(經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制).,North China Electric Power University,2020/8/11,AGC（自動發(fā)電控制）所完成的任務(wù),1、維持系統(tǒng)頻率為額定值,正常穩(wěn)態(tài)情況下,頻率偏差在0.05-0.2HZ,2、控制地區(qū)電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線的交換功率與計(jì)劃值相等，使有功功率就地平衡。,3、在安全運(yùn)行的前提下，在所管轄的范圍內(nèi)，機(jī)組間負(fù)荷

13、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配。,AGC所需的信息，如發(fā)電機(jī)組實(shí)發(fā)功率、線路潮流、節(jié)點(diǎn)電壓等，由各廠站遠(yuǎn)動裝置送到調(diào)度中心，形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫，AGC軟件按照預(yù)定的數(shù)學(xué)模型和調(diào)節(jié)準(zhǔn)則確定各調(diào)頻廠的調(diào)節(jié)量，通過下行通道把指令送到各廠站機(jī)組，形成個(gè)調(diào)頻機(jī)的調(diào)節(jié)指令。,圖5-38是機(jī)組控制回路，它的任務(wù)是使發(fā)電機(jī)負(fù)荷PG符合設(shè)定功率Pc。調(diào)度中心根據(jù)發(fā)電機(jī)實(shí)發(fā)功率和頻率偏差信號，通過符合分配程序，根據(jù)遙測信息計(jì)算出負(fù)荷設(shè)定值，再傳遞到相應(yīng)機(jī)組控制器，圖5-39，控制器根據(jù)信號的極性，使調(diào)速器控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，移動調(diào)速器的調(diào)節(jié)特性。,圖5-38發(fā)電機(jī)控制回路簡化框圖,PG,29/29,圖5-39自動調(diào)頻系統(tǒng)示意圖,自動發(fā)電控

14、制是一個(gè) 閉環(huán)反饋系統(tǒng), 主要包括 兩大部分 見圖3-44。,根據(jù)系統(tǒng)頻率和其它有關(guān)信號，按調(diào)節(jié)準(zhǔn)則確定各機(jī)組的設(shè)定有功出力PS1。,根據(jù)負(fù)荷分配器設(shè)定的有功出力PS1，使機(jī)組在額定頻率下的實(shí)發(fā)功率PG1與設(shè)定有功出力PS1相一致。,1)負(fù)荷分配器 根據(jù)系統(tǒng)頻率和其它有關(guān)信號，按一定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則確定各機(jī)組的設(shè)定有功出力。 2)機(jī)組控制器 根據(jù)負(fù)荷分配器設(shè)定的有功出力PS1，使機(jī)組在額定頻率下的實(shí)發(fā)功率PG1與設(shè)定有功出力PS1相一致。,自動發(fā)電控制系統(tǒng)中的負(fù)荷分配器是根據(jù)測得的發(fā)電機(jī)實(shí)時(shí)出力和頻率偏差等信號按一定的準(zhǔn)則分配各調(diào)頻機(jī)組應(yīng)調(diào)節(jié)的有功出力。 決定各機(jī)組設(shè)定功率Pci(各機(jī)組的調(diào)節(jié)功率)

15、最簡單的辦法是 Pci =ai (PGiBff ) 式中 Bf頻率偏差系數(shù)； ai分配系數(shù)，ai=1. 所以，系統(tǒng)調(diào)頻機(jī)組總的設(shè)定功率為 Pci =ai (PGi Bff )=PGi Bff,也就是說，系統(tǒng)機(jī)組總的設(shè)定功率取決于系統(tǒng)機(jī)組總的實(shí)發(fā)功率及系統(tǒng)的頻率偏差。 偏差越大，設(shè)定功率的變動越大。 當(dāng)頻率偏差趨近于零時(shí)，系統(tǒng)機(jī)組總的設(shè)定功率就與實(shí)發(fā)功率相等。 即f =0時(shí) Pci =PGi Bf =PGi 至于分配到每臺機(jī)組的設(shè)定值則由分配系數(shù)ai規(guī)定.,對于分區(qū)調(diào)頻的電力系統(tǒng),可取ACE(區(qū)域控制偏差)作為調(diào)節(jié)信息,根據(jù)分配系數(shù)ai(ai1)可確定各機(jī)組的設(shè)定有功出力PciaiPGi(PT+

16、Bff ) 按照固定分配系數(shù)的方法控制出力的缺點(diǎn)是： 各機(jī)組按固定的比例分配出力,一般不會按功率經(jīng)濟(jì)分配原則。 為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，可采取一種實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配的控制方法。,North China Electric Power University,35/29,2020/8/11,聯(lián)合自動調(diào)頻方法信息傳遞方式：,信息傳遞方式,1、由遠(yuǎn)動通道直接發(fā)給調(diào)頻機(jī)組(上行通道、下行通道)如圖5-40,2、利用電力系統(tǒng)計(jì)算機(jī)專用的廣域網(wǎng)（光纖網(wǎng)），調(diào)度中心計(jì)算機(jī)與調(diào)頻廠監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)交換信息。如圖1-6所示P10,圖5-40,信息傳遞方式1： 自動發(fā)電控制(AGC)是由自動裝置和計(jì)算機(jī)程序?qū)︻l率和有

17、功功率進(jìn)行二次調(diào)整實(shí)現(xiàn)的。 所需的信息(如頻率,發(fā)電機(jī)的實(shí)發(fā)功率,聯(lián)絡(luò)線的交換功率等)是通過SCADA系統(tǒng)經(jīng)過上行通道傳送到調(diào)度控制中心的。 然后，根據(jù)AGC的計(jì)算及軟件功能形成對各發(fā)電廠(或發(fā)電機(jī))的AGC命令，通過下行通道傳送到各調(diào)頻發(fā)電廠(或發(fā)電機(jī))。,調(diào)頻廠內(nèi)也可采用集散控制系統(tǒng)控制調(diào)頻機(jī)組的功率。,集散控制系統(tǒng)（Distributed control system）是以微處理器為基礎(chǔ)的對生產(chǎn)過程進(jìn)行集中監(jiān)視、操作、管理和分散控制的集中分散控制系統(tǒng)，簡稱DCS系統(tǒng)。 該系統(tǒng)將若干臺微機(jī)分散應(yīng)用于過程控制，全部信息通過通信網(wǎng)絡(luò)由上位管理計(jì)算機(jī)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化控制，整個(gè)裝置繼承了常規(guī)儀表分

18、散控制和計(jì)算機(jī)集中控制的優(yōu)點(diǎn)，克服了常規(guī)儀表功能單一，人-機(jī)聯(lián)系差以及單臺微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)危險(xiǎn)性高度集中的缺點(diǎn)，既實(shí)現(xiàn)了在管理、操作和顯示三方面集中，又實(shí)現(xiàn)了在功能、負(fù)荷和危險(xiǎn)性三方面的分散。,38/29,2020/8/11,三、聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻,(一)聯(lián)合電力系統(tǒng)的調(diào)頻方法有三種,1、恒定頻率控制FFC（Flat Frequency Control）按照頻率偏差f 進(jìn)行調(diào)節(jié)，在頻率偏差為零時(shí)調(diào)節(jié)結(jié)束。維持的是頻率，而對聯(lián)絡(luò)線交換功率不加以控制，,這是單一系統(tǒng)的觀點(diǎn)，適用于電廠間聯(lián)系緊密的小型系統(tǒng)。 2、恒定交換功率控制FTC（Flat Tie-line Control）按照控制調(diào)頻機(jī)組保持交換功率Pt恒定進(jìn)行調(diào)節(jié)。 對系統(tǒng)頻率不加以控制，只適用于兩個(gè)系統(tǒng)間按照協(xié)議交換功率的情況。 要求保持聯(lián)絡(luò)線上交換功率不變，頻率要求兩相鄰系統(tǒng)同時(shí)調(diào)整發(fā)電機(jī)功率來維持。,PtA,3、頻率聯(lián)絡(luò)線功率偏差控制TBC（Tie-line load frequency Bias Control） 既按照頻率偏差又按照聯(lián)絡(luò)線交換功率進(jìn)行調(diào)節(jié)，維持各地區(qū)電力系統(tǒng)負(fù)荷波動的就地平衡，這是多系統(tǒng)調(diào)頻觀點(diǎn)。 適用于大型電力系統(tǒng)或聯(lián)合電力