电力调自动化系统高级应用软件.pptx

《电力调自动化系统高级应用软件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电力调自动化系统高级应用软件.pptx（116页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 概述 网络拓扑 状态估计 负荷预测 调度员潮流 有功功率和频率调整、AGC/EDC 无功功率和电压调整、AVC 安全分析和稳定控制、ASC内容提要第1页/共116页PAS概述目标基本概念： 在线和离线 在线和实时数据来源： SCADA采集的实时量测数据 人工输入的静态数据 计划参数：未来时刻的“伪量测”第2页/共116页第一节 网络拓扑1.1 网络拓扑的基本功能基本功能：根据开关的开合状态（遥信信息）和电网一次接线图来确定网络的拓扑关系，即节点支路的连通关系，为其它高级应用做好准备。 为什么要进行网络拓扑？将网络物理模型转化为计算模型。物理模型：对网络的原始描述（节点模型）计算模型：面向网络

2、计算方程的模型。第3页/共116页第一节 网络拓扑1.1 网络拓扑的基本功能其它功能：电网解列，网络拓扑可以给出各子系统的拓扑结构用于标识电网元件的带电状态，进行网络着色，直观表示其连通性。由开关变位事件驱动或召唤启动。地位：是其它高级应用软件的基础，为其他高级应用软件提供了基础的结构信息。第4页/共116页1.2 网络拓扑的基本术语 网络元件：各种一次电气元件均为网络元件。 节点：网络元件之间的连接点。 逻辑支路：开关元件，开/合两种状态。零支路或无穷大支路。 保留元件：计算模型中所有非逻辑支路。图5-1 网络物理模型（节点模型）第5页/共116页1.2 网络拓扑的基本术语 零阻抗支路：阻抗

3、为0，用于隔离母线。 母线：闭合逻辑支路联系在一起的节点集合。 活岛和死岛：含源电气岛，称为活岛。不含源电气岛为死岛。 主母线：逻辑支路全部闭合时，所建立的母线编号。图5-1 网络物理模型（节点模型）第6页/共116页1.2 网络拓扑的基本术语 开 关 节 点 关 联表 ： 标 明 每 个 开关两端节点的表 节 点 开 关 关 联表 ： 标 明 节 点 相连开关的表 变 压 器 节 点 关联 表 ： 标 明 每 台变 压 器 各 端 节 点的表。 线 路 节 点 关 联表 ： 标 明 线 路 两端节点的表。第7页/共116页1.3 网络拓扑分析基本算法1、基本步骤 网络拓扑分析就是在厂站母线分

4、析的基础上，将所得的母线划分为不同电气岛的过程。（1）厂站母线分析 将厂站内的节点按电压等级和闭合开关划分为若干个母线的过程。（合并与分隔：所有的逻辑支路和节点都将归并入不同的母线）（2）系统网络分析 在厂站母线的基础上，按照联接支路（支路-节点关联表）划分为若干个电气岛的过程。（网络级的合并与分隔） 正常情况下，电力系统都处于未解列状态，属于同一个电气岛，网络拓扑分析完成的实际上是开环位置的判断。第8页/共116页1.3 网络拓扑分析基本算法2、基本算法 核心：堆栈原理，后进先出的搜索逻辑。n所有节点置为未搜索标志n从某一节点出发，将其置于堆栈第一层n进栈：扫描未搜索闭合开关（节点开关关联表

5、）及其对端节点（开关节点关联表）进下层堆栈。n退栈：无未搜索闭合开关或其对端未搜索节点，退一层堆栈。n退至第一层完成一个母线搜索。第9页/共116页1.3 网络拓扑分析基本算法3、系统网络分析 核心：类似厂站分析，将节点换成母线，开关换成元件。4、工程应用 要求：高速、可靠。 第10页/共116页第二节 电力系统状态估计 网络拓扑分析是高级应用软件的结构基础，状态估计则是高 级应用软件的数据基础。2.1 状态估计的必要性 数据不齐全：投资的限制，很多情况下不可能在所有厂站中都设置RTU。 数据不精确：数据采集和传输的各个环节都可能产生误差，而误差会逐步积累。 数据受干扰：干扰不可避免，有可能造

6、成数据的错误。 数据不和谐：数据相互之间不符合建立数学模型所依据的基尔霍夫定律。 “去粗存精”，“去伪存真”状态估计第11页/共116页状态估计定义 对电力系统的某一时间断面采集的遥测量和遥信量信息进行实时处理，目的是排除错误数据，提高数据的精确度，补充缺少的数据，从而得到表征电力系统运行状态的完整而准确的信息。 状态估计是EMS的基本功能第12页/共116页第二节 电力系统状态估计2.2 状态估计的功能 对生数据（SCADA实时断面数据）进行计算，以得到最接近于系统真实状态的最佳估计值。（获得可靠的已知数据） 对生数据中的不良数据进行检测和辨识。（搜索错误的坏数据） 推算齐全而精确的电力系统

7、运行参数。（估算可靠的未知或难于测量数据） 纠正可能的开关状态错误。 估计某些可疑或未知的设备参数。 确定合理的测点数量和合理的测点分布。 预测未来的趋势。 “生数据”“可靠数据库”第13页/共116页2.3 状态估计的基本原理（1）测量冗余度 例如：对直流电路中：U、I、P、R任意知道两个量可以判断出两外两个量。当若已知量有错，无法判断。 若已知3个量或4个量，可以判断是否有错，采用一定的算法，可以知道哪个量出错。这就是状态估计中的检错。 通常冗余度的要求： 冗余度 = 独立测量数/状态变量数 =（ 1.53.0）第14页/共116页 状态变量：表征电力系统特征所需最小数目的变量。对于电力系

8、统，一般取节点电压幅值和相角。 测量量：电力系统中，一般是母线注入功率、支路功率和母线电压幅值。 状态估计涉及三类数据： 真值：参数的真实值 测量值：采用表计测量出来的参数值 估计值：根据测量值的大小、测量值及其误差的随机性质，使用概率方法计算出来的值第15页/共116页（2）状态估计的步骤 假定数学模型：指的是假定没有结构误差、参数误差和不良数据的条件下，确定计算所用的数学方法。 典型方法：加权最小二乘法。 状态变量：电压幅值（V、）。 量测量：测量表计值（P、Q、V）和“伪测量” 状态估计计算：使“残差”最小。 残差：各测量值与计算的相应估计值之差。 检测：检查是否有不良数据混入或结构错误

9、。 识别：确定具体的不良数据。第16页/共116页第17页/共116页（3）不良数据检测 设定残差的门槛值。大于：量测值中有不良数据。小于：量测值中无不良数据。（4）不良数据的识别不良数据：逐个试探。特殊：遥信不良数据，将开关量与相应线路的量测量做对比，首先确定“疑点”，然后再将遥信量“取反”后逐个试探。第18页/共116页2.4 状态估计的数学模型和基本方法 （最小二乘法） 量测方程式： z = h(x) + 其中： z为测量值。 x为真值（一般为状态变量）。 为测量误差：正态分布。 h为测量函数（表征在假定无误差时，测 量值与待估计状态变量间的物理关系，如 基尔霍夫定律，具体如潮流方程）。

10、第19页/共116页最小二乘估计 进行n次测量，每次测量都可以表示为量测方程式。 用误差的二乘值表示误差的大小，求取使误差二乘值最小的参数估计值得方法称为最小二乘估计。niixzzJ12)(h()(第20页/共116页最小二乘估计步骤 求出误差的二乘值： 为待估计值，一般为状态变量。 求出最小二乘法估计的估计值niiixhzxJ12)() (0)(xdxdJx 第21页/共116页最小二乘估计（例1） 例：R10，若测得1.05A，9.8V。求U、I的估计值。 解：IRU+-81. 9981. 00)()*108 . 9()05. 1 ( )()( )()( )(*2*2*2*2*2*2*IR

11、UIdIIdJIIRIzIzUzIzIJUIUI得：由第22页/共116页最小二乘估计（例2）2. 电路图如下图所示，试根据最小二乘法估计出U、I的最佳估计值。a) R2=8。b) U，I，I1为测量点，测得的结果为U=16V，I=4.02A， I1=1.98A。第23页/共116页最小二乘估计（例2）2*112*2*)()()(IIIIUUJ1*,IIU0)98. 18(*2)02. 4(*20)98. 18(*2)16(*2UIIIJUIUUJ（1）列写残差目标函数： 其中：U，I，I1为估计值为测量值。（2）I1=I-U/R2=I-U/8（3）将残差方程对U，I求偏导，得到 （4）求解方

12、程即得到最佳估计值。第24页/共116页加权最小二乘估计 考虑仪表精度为测量误差的方差权重系数22121)()(iiqiniiiqiRxhzRxJ第25页/共116页加权最小二乘估计 例如，上例1中如果考虑电压表精度高，取权重为1/0.15，则 可以求得9 . 999. 0*IRUI2*2*)*108 . 9(15. 01)05. 1 ()(IIIJ第26页/共116页电力系统最小二乘估计模型 电力系统的量测方程：TmNNNTmTmTuuuuxxxzzzh, ,)(211122112121VXZVXZ第27页/共116页电力系统最小二乘估计为最佳估计值，求解：权重：残差：X0)( 100010

13、001)()()(222211XXJhhJmTRXZRXZX第28页/共116页2.5 状态估计的程序流程 第29页/共116页第三节 电力系统负荷预测 负荷预测定义 负荷预测的内容 重要性 分类及作用 负荷预测特点和相关影响因素 各阶段发展及相关方法介绍 前景探索及总结 第30页/共116页一、负荷预测定义天气经济电力负荷社会历史数据未来电力负荷预测第31页/共116页二、预测内容 电量预测（全社会电量、网供电量、各行业电量、各产业电量等） 电力预测（如最大负荷、最小负荷、峰谷差、负荷率、负荷曲线等）第32页/共116页三、重要性 如果负荷预测结果偏低，将会导致系统的规划装机容量、输电规划等

14、不足，无法满足社会的用电需求。而如果负荷预测结果偏高，则会导致一些发电、输电设备投入系统后的运行效率不高，造成投资浪费。第33页/共116页四、分类及作用 中长期负荷预测： 短期负荷预测 超短期负荷预测提供电源，电网规划的基础数据年月度检修计划，运行方式水库调度计划，电煤计划等日开停机计划和发电计划实时安全分析机组组合、经济调度的基础实时经济调度自动发电控制第34页/共116页五、负荷特点和影响因素 长期：基本上是单调递增 中期：周期性增长，各个年度的12个月具有相似规律国民经济发展情况、人口、产值单耗、产业结构调整，大用户生产计划，气象，电价政策等影响影响第35页/共116页 短期：在年、月

15、、周、日不同期限上均具有明显的周期性 超短期：与前几日同时段的瞬时变化规律比较类似假期，气象，电价实时温度变化影响影响第36页/共116页六、预测方法的发展过程一）系统负荷预测方法一）系统负荷预测方法 1 以线性回归方法为代表的传统统计预测方法阶段 2引入由Box-Jenkins提出著名的时间序列预测方法（包括AR、MA 以及ARMA ）阶段 3灰色预测方法以及组合预测方法 4 近期的以神经网络以及支持向量机为代表的智能预测方法阶段二）母线负荷预测方法二）母线负荷预测方法 负荷层次模型第37页/共116页 1、回归预测方法 根据历史负荷数据资料，依靠线性回归数学模型对未来的负荷进行预测 。通过

16、给定的一组或者多组自变量和因变量的历史数值 ，研究各自变量和因变量之间的关系 ，形成回归方程 。传统预测方法 最成熟，运用最广，影响力最大第38页/共116页第39页/共116页第40页/共116页线性回归法优缺点 方法简单 预测速度快局限： 由于其模型的线性方法决定其必然无法描述复杂的非线性因素对其的影响 并且其自变量所选取的主要因素需要依靠经验确定第41页/共116页2、时间序列预测方法 Box-Jenkins提出的时间序列模型被认为是最经典，最系统，最被广泛采用的一类短期负荷预测方法。 基本思想：首先假设所分析的时间序列是由某个随机过程产生的，然后用时间序列的原始数据建立一个描述该过程的

17、模型，并进行参数估计，此后运用所建立的模型，在已知时间序列在过去和现在的观测值的情况下，求得时间序列未来的预测值第42页/共116页 AR模型（Auto-Regressive Model自回归模型） 其中t 为随机干扰项 MA模型（Moving Average Model滑动平均模型）第43页/共116页 ARMA 模型（Auto-Regressive and Moving Average Model自回归滑动平均模型） ARIMA模型：对于非平稳性时间序列，可用累积式自回归滑动平均模型（ARIMA）通过差分进行平稳化处理，然后再应用ARMA模型第44页/共116页时间序列预测方法优缺点 所需

18、要的数据本身就是历史负荷序列本身数据方便收集与获取局限： 但同样也决定了时间序列方法难以考虑其余因素对负荷的影响，该方法同样无法考虑非线性因素对负荷的影响第45页/共116页3、现阶段常用预测方法 人工神经网络 支持向量机 粒子群算法 小波分析 混沌理论 遗传算法 模糊算法第46页/共116页人工神经网络 人工神经网络类似于一个“多输入多输出”的黑匣子，由一些能并行操作的简单单元组成，整个网络的功能是由单元之间的互连所决定的。 人工神经网络是通过“训练调整再训练再调整”的过程，使得一个特定的输入能够通过网络得到一个特定的输出，其实质是通过调整单元之间的相互影响参数。 利用人工神经网络进行负荷预

19、测，其过程是将影响负荷的各种历史数据和最终的负荷值分别作为网络的输入和输出，通过“训练调整”过程，使历史数据输入最终能够导致相应的负荷（目标值），然后，再将未来的相关数据输入，从而得到所要预测的结果。负荷日影响因素相近的一个已知负荷日，从而得到预测值。第47页/共116页人工神经网络（ANN）输入层输入层隐含层隐含层输出层输出层第48页/共116页ANN的训练过程利用误差修改各利用误差修改各个权值和阈值个权值和阈值信息前向传播信息前向传播误差误差误差反向传播误差反向传播N是否满足精度要求？是否满足精度要求？训练完成训练完成第49页/共116页确定网络结构第50页/共116页BP神经网络优缺点

20、人工神经网络具有信息的分布式存储和并行处理，具有自组织、自学习能力等独特优势。局限： 学习速度慢和存在局部极小点问题 BP网络用梯度法来训练权值，过分强调克服学习错误而泛化性能不强；隐含层数目难以确定；训练效率受初值影响大。 此外，神经网络的学习算法采用经验风险最小化原理，仅仅试图使经验风险最小化，并没有使期望风险最小化，训练过程在一定程度上也缺乏理论依据。第51页/共116页某地区系统负荷预测结果画面第52页/共116页常用预报方法：将量测到的或预报出来的上一级地区负荷近似地分配到各母线上。 简单模型：对每个母线给出一个分配系数（总和为1），用地区负荷乘此系数便可得到个母线上的负荷。 层次负

21、荷模型：负荷层次模型按区域分地区层、变电站层、馈线层和母线层，各层间有分配系数，且分配系数周期变化。层次的划分，主要看各层次的负荷曲线是否一致。另外，若负荷类型不一致，还应按负荷类型分层，分为系统负荷、类型负荷和母线负荷。 最终的母线负荷为综合考虑的结果。2、母线负荷的预测方法第53页/共116页第54页/共116页 调度员潮流又称在线潮流，计算的内容和计算方法与普通潮流计算没有差别，但技术要求不尽一致：数据有多种来源：实时、历史和未来的运行方式（伪量测）。数据可按要求整体变化。包括母线负荷、机组功率和枢纽母线电压。提供一系列操作选择。在单线图上直接操作潮流计算。能进行不收敛分析。记录操作信息

22、，可查询历史操作。（指在调度员潮流软件内部进行的操作）限值校核是其非常关键的内容。经常是定时启动或触发启动（开关遥信操作）。第四节 调度员潮流第55页/共116页 基本概念 频率和有功功率自动控制的必要性 电力系统的频率特性 电力系统频率调节原理 电力系统经济调度 AGC的概况 AGC的评价体系第五节 电力系统频率和有功的自动控制以及AGC/EDC第56页/共116页一、频率和有功功率自动控制的必要性 1 1、电力系统频率控制的必要性、电力系统频率控制的必要性A A 频率对电力用户的影响（1 1）电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化, ,这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变

23、化, ,转速不稳定会影响产品质量,甚至会出现次品和废品。（2 2）电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能, ,频率过低时有些设备甚至无法工作。这对一些重要工业和国防是不能允许的。（3 3）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低, ,导致其所带动机械的转速和出力降低, ,影响电力用户设备的正常运行。 第57页/共116页一、频率和有功功率自动控制的必要性 1 1、电力系统频率控制的必要性、电力系统频率控制的必要性 B 频率对电力系统的影响 （1 1）频率下降时, ,汽轮机叶片的振动会变大, ,轻则影响使用寿命, ,重则可能产生裂纹。对于额定频率为50Hz50Hz的

24、电力系统, ,当频率低到45Hz45Hz附近时, ,某些汽轮机的叶片可能因发生共振而断裂, ,造成重大事故。（次同步谐振，1970、1971年莫哈维电厂790MW机组的大轴损坏事故） 第58页/共116页一、频率和有功功率自动控制的必要性 1 1、电力系统频率控制的必要性、电力系统频率控制的必要性 B B 频率对电力系统的影响 （2 2）频率下降到47-48Hz47-48Hz时, ,火电厂由异步电动机驱动的辅机（如送风机、送煤机）的出力随之下降, ,从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种趋势如果不能及时制止, ,就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度。这种现象称为频率雪崩。出现频

25、率雪崩会造成大面积停电, ,甚至使整个系统瓦解。第59页/共116页一、频率和有功功率自动控制的必要性 1 1、电力系统频率控制的必要性、电力系统频率控制的必要性 B B 频率对电力系统的影响 （3 3）在核电厂中, ,反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时, ,冷却介质泵即自动跳开, ,使反应堆停止运行。第60页/共116页一、频率和有功功率自动控制的必要性 1 1、电力系统频率控制的必要性、电力系统频率控制的必要性 B B 频率对电力系统的影响 （4 4）电力系统频率下降时, ,异步电动机和变压器的励磁电流增加, ,使无功消耗增加, ,引起系统电压下降, ,频率下降还会

26、引起励磁机出力下降, ,并使发电机电势下降, ,导致全系统电压水平降低。如果电力系统原来的电压水平偏低, ,在频率下降到一定值时, ,可能出现所谓电压雪崩现象, ,出现电压雪崩也会造成大面积停电, ,甚至使系统瓦解。 第61页/共116页一、频率和有功功率自动控制的必要性 2 2、电力系统有功功率控制的主要作用、电力系统有功功率控制的主要作用 A A 维持电力系统频率在允许范围之内 电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。但是电力系统的负荷是时刻变化的,从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围

27、之内 ，就是要及时调节系统内并联运行机组的有功功率。 第62页/共116页一、频率和有功功率自动控制的必要性 2 2、电力系统有功功率控制的主要作用、电力系统有功功率控制的主要作用 B B 提高电力系统运行的经济性 系统总容量能够满足负荷需求，但没有确定哪些机组参与并联运行，并联运行的机组各应该发多少有功功率才是最为经济的。电力系统有功功率控制的任务之一就是要解决这个问题，这就是电力系统经济调度。第63页/共116页一、频率和有功功率自动控制的必要性 2 2、电力系统有功功率控制的主要作用、电力系统有功功率控制的主要作用 C C 保证联合电力系统的协调运行 电力系统的规模在不断地扩大,已经出现

28、了将几个区域电力系统联在一起组成的联合电力系统，有的联合电力系统实行分区域控制，要求不同区域系统间交换的电功率和电量按事先约定的协议进行。这时电力系统有功功率控制要对不同区域系统之间联络线上通过的功率和电量实行控制。 第64页/共116页二、电力系统的频率特性 1 1、发电机组和电力系统等效发电机组的、发电机组和电力系统等效发电机组的 功率频率静态特性功率频率静态特性 OPGPG2PG1ff1f212发电机组的功功率率- -频率静态特频率静态特性性如右图，当功率增加到其额定功率时，输出功率不随频率变化。第65页/共116页二、电力系统的频率特性 1 1、发电机组和电力系统等效发电机组的、发电机

29、组和电力系统等效发电机组的 功率频率静态特性功率频率静态特性 OPGPG2PG1ff1f212等效发电机组（电网中所有发电机组的等效机组）的功功率频率静态特率频率静态特性性如右图所示，它跟发电机组的功率频率静态特性相似第66页/共116页二、电力系统的频率特性 1 1、发电机组和电力系统等效发电机组的功率频、发电机组和电力系统等效发电机组的功率频率静态特性率静态特性 由此可见，发电机组和等效发电机组的功率频率静态特性都是向下倾斜的，其程度用调差系数调差系数表示，其倒数称为出力的频率调节效应系数频率调节效应系数：fPKfPKPfGGGGG11第67页/共116页二、电力系统的频率特性 1 1、发

30、电机组和电力系统等效发电机组的、发电机组和电力系统等效发电机组的 功率频率静态特性功率频率静态特性 OPGPG2PG1ff1f212调差系数是一个可以整定的参数, ,反映的是机组或系统对频率变化的敏感程度。PG3第68页/共116页二、电力系统的频率特性 2 2、电力系统综合负荷的静态频率特性、电力系统综合负荷的静态频率特性 电力系统综合负荷由各种各样的负荷组成。这些负荷吸取的有功功率有的与频率无关，有的与频率的一次方成正比，有的与频率的二次方成正比，有的与频率的更高次方成正比。第69页/共116页二、电力系统的频率特性 综合负荷与频率的关系可表示成： 1210*2*2*102210neLeL

31、LnnLneLeneLeeLeLeLaaaafffPPPfafafaaPffPaffPaffPaPaP第70页/共116页二、电力系统的频率特性 2 2、电力系统综合负荷的静态频率特性、电力系统综合负荷的静态频率特性 频率一般在额定频率附近，频率偏移也很小，因此可将负荷的静态频率特性近似为直线PLOfPL1f1负荷的静态频率特性曲线的斜率称为负荷的频率调节效应系负荷的频率调节效应系数数。第71页/共116页二、电力系统的频率特性 负荷的频率调节效应系数记为K KL L*fPKfPKLLLL第72页/共116页二、电力系统的频率特性 3 3、电力系统的频率特性、电力系统的频率特性 电力系统主要由

32、发电机、输电网络和负荷组成。如果把输电网络的损耗看成负荷的一部分，则电力系统是由两个环节组成的闭环系统。发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性的交点就是电力系统的频率的稳定运行点。第73页/共116页二、电力系统的频率特性 3 3、电力系统的频率特性、电力系统的频率特性OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2如图，当等效发电机运行在特性G1，综合负荷特性为L1时，系统运行在a点，系统频率为f1。第74页/共116页二、电力系统的频率特性 3 3、电力系统的频率特性、电力系统的频率特性OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2当系统负荷增加，综合负荷特性为L2时，如

33、果不改变发电机调速系统的设定值，等效发电机特性仍然为G1, 系统会运行在新的平衡点b点，系统频率为f2。第75页/共116页二、电力系统的频率特性 3 3、电力系统的频率特性、电力系统的频率特性 OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2如果当系统负荷增加，综合负荷特性变为L2时，改变发电机调速系统的设定值，等效发电机特性变为G2, 则系统运行在c点，系统频率回到f1。第76页/共116页三、电力系统频率的调节原理 1 1、电力系统频率的一次调整、电力系统频率的一次调整 OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2当系统负荷增加，综合负荷特性为L2时，若发电机调速系统的设

34、定值不变，等效发电机特性仍然为G1, 系统运行在b点，系统频率为f2。这种由发电机特性和负荷调节效应共同承担系统负荷变化，使系统运行在另一频率的频率调整称为频率的一次调频率的一次调整整。第77页/共116页三、电力系统频率调节原理 1 1、电力系统频率一次调整、电力系统频率一次调整 OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2 对于右图，频率一次调整的结果：发电机有功功率增加了PL2-PL1，负荷调节效应是负荷吸取的有功功率相对于原频率下的功率少吸收PL3-PL2，系统频率降低到f2。第78页/共116页三、电力系统频率调节原理 1 1、电力系统频率一次调整、电力系统频率一次调整 O

35、PPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2 对于右图，频率一次调整的结果： 当系统负荷减少时，频率的一次调整过程与上述相反。即系统频率升高，发电机有功功率减少，负荷调节效应使负荷吸取的有功功率相对于原频率下的功率有所增加。第79页/共116页三、电力系统频率调节原理 2 2、电力系统频率二次调整、电力系统频率二次调整 OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2 当系统负荷变化较大，频率的一次调整的结果使系统频率过高或过低时，需要改变发电机调速系统的设定值，使系统频率恢复到规定范围内。对于右图，等效发电机特性由G1变为G2, 系统频率回到f1。第80页/共116页三、电力系

36、统频率调节原理 2 2、电力系统频率二次调整、电力系统频率二次调整 OPPL3PL1ff1f2abcPL2L1L2G1G2频率二次调整的结果（相比一次调整）：发电机有功功率增加了PL3-PL2 ，负荷调节效应使得负荷功率多吸收了PL3-PL2，频率提高：f1-f2总的调整结果：发电机有功功率增加了PL3-PL1负荷功率增加了PL3-PL1。频率维持f1。第81页/共116页三、电力系统频率调节原理 2 2、电力系统频率二次调整、电力系统频率二次调整 当系统负荷变化较大，通过改变发电机调速系统的设定值使系统频率恢复到规定范围内的频率调整称为频频率的二次调整率的二次调整。 电力系统频率的二次调整任

37、务是由调频发电厂中的发电机组承担的。第82页/共116页三、电力系统频率调节原理 3 3、电力系统有功功率调整、电力系统有功功率调整 （频率的二次调整）（频率的二次调整）负荷总的变化情况 随机分量 脉冲分量 持续分量 在频率的二次调整之前，让我们先看看电力系统负荷的变化情况。 见下图第83页/共116页三、电力系统频率调节原理 3 3、电力系统有功功率调整（频率的二次调整）、电力系统有功功率调整（频率的二次调整） 由上图可见，总的负荷可分成二个部分： 随机分量 脉冲分量 持续分量一次调频一、二次调频发电计划加二次调频第84页/共116页三、电力系统频率调节原理 3 3、电力系统有功功率调整（频

38、率的二次调整）、电力系统有功功率调整（频率的二次调整） 负荷的持续分量，调度部门用日负荷曲线来描述。日负荷曲线示例如下：第85页/共116页三、电力系统频率调节原理 3 3、电力系统有功功率调整（频率的二次调整）、电力系统有功功率调整（频率的二次调整） 从以上日负荷曲线可看到，把负荷分成基荷和峰荷。相应地，调度部门把发电厂分为二类： 带基荷发电厂：出力基本不变（核电厂） 调峰发电厂：根据分时段的发电计划控制 调频发电厂：AGCAGC自动控制第86页/共116页三、电力系统频率调节原理 3 3、电力系统有功功率调整（频率的二次调整）、电力系统有功功率调整（频率的二次调整） 调度部门按日负荷曲线把

39、各时段发电计划下发到各类发电厂，预设的发电计划与实际负荷不可能完全一致，其差值称为计划外负荷。计划外负荷由调频厂承担。由此可见，调度部门使用发电计划来解决大部分有功功率平衡问题的，利用AGCAGC中的自动调频功能来解决无法预计的负荷变化。第87页/共116页4 4、自动调频系统、自动调频系统 自动调频系统是一个闭环反馈控制系统，主要由两大部分组成： 机组控制器。主要用来控制机组调速器的调节特性（通过调频器），使机组在额定频率下发出设定的出力。 负荷分配器。根据电力系统频率偏差以及与相邻电力系统交换功率的偏差信号，按一定准则计算出各机组的应发出力。（分为电厂级和系统级）第88页/共116页5 5

40、、自动调频方法、自动调频方法n最简单的功率分配 其中： Ks为系统的单位调节功率。 i为分配系数 Psi为机组的设定出力。积差调节法：根据系统频率偏差的累积值进行调节。第89页/共116页t1t2：t3t4： 积差调节方程：若系统只有单台发电机调频 其中： K为调频功率比例系数。第90页/共116页5 5、自动调频方法积差调节法、自动调频方法积差调节法 调节方程：多台发电机调频或者写成通用形式：第91页/共116页5 5、自动调频方法积差调节法、自动调频方法积差调节法因为f是全网统一的，所以fdt相等，而且PGi等于系统的计划外负荷PL，则有：代回到前方程，则可得到每台调频机组承担的负荷（负荷

41、分配）：第92页/共116页5 5、自动调频方法积差调节法、自动调频方法积差调节法 调节结束时，各调频机组发电出力增量按一定比例自动地分担了计划外负担，使系统有功功率重新平衡。 积差调节的缺点是积差信号滞后于系统频率的瞬间变化，调整过程缓慢。第93页/共116页6 6、调频电厂的选择、调频电厂的选择 足够的调整容量和调整范围 调频机组具有与负荷变化速度相适应的较快的调整速度。 机组具备实现自动调频的条件 在电网中的位置及其输送通道、输送能力 调整机组的有功功率时能够满足安全和经济运行的原则 调整过程中不能使中枢节点电压波动超出允许范围 对于联网系统，还要考虑调频引起的联络线上交换功率的波动是否

42、超出范围。 分为主调频厂、辅调频厂。（其他为非调频厂）第94页/共116页四、经济调度（三次调频） 1 1、概述 传统经济调度：最低发电成本或最少一次传统经济调度：最低发电成本或最少一次能源消耗能源消耗电力市场环境：购电费用最低为目标电力市场环境：购电费用最低为目标 传统经济调度的重要任务：进行有功功率电传统经济调度的重要任务：进行有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的最优分配。源的最优组合和有功功率负荷的最优分配。火电厂内机组的经济分配火电厂内机组的经济分配火电厂之间的经济分配火电厂之间的经济分配水火电厂有功功率负荷的经济分配水火电厂有功功率负荷的经济分配第95页/共116页2 2、火电厂内

43、各机组间的经济负荷分配燃料耗量特性燃料耗量特性B=f(P)燃料耗量微增特性：燃料耗量微增特性：dB/dP控制目的：全厂发出功率控制目的：全厂发出功率PD时，总的燃时，总的燃料消耗最小。料消耗最小。目标函数：目标函数： （总燃料耗量最少）（总燃料耗量最少）约束条件约束条件：（有功功率平衡）：（有功功率平衡）第96页/共116页求解方法：拉格朗日乘子法，引入求解方法：拉格朗日乘子法，引入将将C对对P和和求偏导，并令其等于零，得到：求偏导，并令其等于零，得到：等微增率准则2、火电厂内各机组间的经济负荷分配第97页/共116页四、经济调度 3 3、火电厂之间的经济负荷分配必须要考虑网损修正必须要考虑网

44、损修正目标函数：目标函数： （总燃料耗量最少）（总燃料耗量最少）约束条件约束条件：（有功功率平衡）：（有功功率平衡）类似处理，得到各机组之间分配条件：类似处理，得到各机组之间分配条件：第98页/共116页四、经济调度4 4、水火电厂之间的经济负荷分配水火联合经济调度 水电厂的作用：水电厂的作用： 尽可能多承担调峰调频任务，使火电厂尽可能多承担调峰调频任务，使火电厂减少出力且运行平稳降低煤耗减少出力且运行平稳降低煤耗 需要保持高水头运行，以提高效率需要保持高水头运行，以提高效率 特殊性：特殊性： 水电厂分为多年调节、年调节、日调节水电厂分为多年调节、年调节、日调节和径流式水电厂。和径流式水电厂。

45、 梯级水电厂之间的联系和制约。梯级水电厂之间的联系和制约。 同样水量在不同水头下的出力不同同样水量在不同水头下的出力不同第99页/共116页四、经济调度4 4、水火电厂之间的经济负荷分配水火联合经济调度 处理方法：引入水煤换算系数处理方法：引入水煤换算系数，将水量转换，将水量转换为煤耗，即将水电厂转换为火电厂处理，然后为煤耗，即将水电厂转换为火电厂处理，然后再利用拉格朗日乘子法。再利用拉格朗日乘子法。 显然，实际应用中，显然，实际应用中，应该是水头的函数，此应该是水头的函数，此时显然在优化时更为复杂。时显然在优化时更为复杂。 其本质是将水换成煤，水电厂等效为火电厂。其本质是将水换成煤，水电厂等

46、效为火电厂。第100页/共116页五 AGC总论（Automation Generation Control）能量管理系统中最重要、最基础的闭环系统。2003年6月，全国省级以上电网中，已有31家投入了AGC功能。第101页/共116页AGC的基本目标 使全系统的出力与负荷相匹配 将电力系统的频率偏差调节到0，保持系统频率为额定值 控制区域间联络线的交换功率与计划值相等，实现各区域内有功功率的平衡 在区域各个电厂间进行负荷的经济分配 第二个目标也称为LFC（负荷频率控制）第102页/共116页AGC的一般过程第103页/共116页AGC的区域控制误差（ACE） ACEi=b bidf+dPT,

47、I根据控制目的不同：典型控制方式 定频率偏差控制 定交换功率控制 定频定交换功率控制 第104页/共116页与AGC相关的发电机组运行方式 发电机的几种运行方式： 停机方式：故障或检修状态 备用方式：冷备用，热备用 手动方式：不受AGC自动控制 调度员直接控制方式：调度员远方控制机组 带基荷方式：AGC控制下，但是设定为基荷发电。 带基荷和调频方式：AGC的完全控制，根据ACE计算分配功率增量，随时增减出力。第105页/共116页与AGC相关的发电机组运行方式 运行方式转换：除了停机方式外，机组运行方式可由调度员遥控更改运行方式，使其转入调频状态。 出现下列情况，调频机组需要转为手动方式： 自

48、动调功装置开关跳闸，无法遥调出力。 机组遥测不正常。 机组控制机构异常。第106页/共116页AGCAGC的系统结构 采集的信息： 调频机组出力 系统频率偏差 联络线交换功率功率 AGC的工作过程 采集信息 功率分配 设定出力 远动传送 执行机构控制第107页/共116页AGC与其他应用软件的关系机组组合发电计划水电计划负荷预测AGC交换计划安全约束调度状态估计最优潮流计划限制潮流网损修正第108页/共116页六、AGCAGC性能评价指标 A1A1、A2A2标准介绍nA1A1：控制区域的ACEACE在任意1010分钟内必须至少过零一次。即：不允许任意连续十分钟达不到控制目标。nA2A2：控制区

49、域的ACEACE在任意1010分钟内的平均值必须控制在规定的范围L Ld d内。即：不允许任意连续1010分钟平均控制效果超标。 NERC（北美电力系统可靠性协会）要求控制合格率在90以上。第109页/共116页六、AGCAGC性能评价指标 A1A1、A2A2标准缺陷n没有体现对频率质量的要求。n增加了机组的无谓调节。n在事故情况下，互连的控制区域在未修改交换计划前，难以作出较大的支援。第110页/共116页六、AGCAGC性能评价指标 CPS1CPS1、CPS2CPS2标准21minmin)10/(BFEAVEACEAVEn 1min 1min内ACEACE平均值，2s2s采样一次n 1mi

50、n1min内频率偏差平均值，1s1s采样一次nB B为控制区域设定的频率偏差系数，有符号，单位10MW/HZ10MW/HZn 为互联电网对全年1min1min中频率平均偏差的均方根控制目标值。ACEAVEEminminAVEF21第111页/共116页六、AGCAGC性能评价指标 minminAVEACEAVEFEn000，该区域在1min1min中过程中高频超送或低频少送。第112页/共116页六、AGCAGC性能评价指标 CPS1、CPS2指标的统计公式%100)2(1CFCPSKKnK KCPS1CPS1=200%=200%，即K KCFCF=0K200%KCPS1CPS1=100%=1