电力系统有功功率与频率调整优秀课件.ppt

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1、电力系统有功功率与频率调整第1页，本讲稿共31页第一节第一节 电力系统有功功率和频率的电力系统有功功率和频率的调整与控制调整与控制第二节第二节 电力系统无功功率和电压电力系统无功功率和电压的调整与控制的调整与控制第2页，本讲稿共31页第一节第一节 电力系统有功功率和电力系统有功功率和频率的调整与控制频率的调整与控制本节需要掌握的主要知识点本节需要掌握的主要知识点1.1.负荷的功频特性负荷的功频特性2.2.发电机的功频特性发电机的功频特性3.3.系统的功频特性系统的功频特性4.4.频率的一次调整过程频率的一次调整过程5.5.频率的二次调整过程频率的二次调整过程6.6.AGCAGC与区域控制误差与

2、区域控制误差第3页，本讲稿共31页第一节第一节 电力系统有功功率电力系统有功功率和频率的调整与控制和频率的调整与控制第一部分第一部分提出问题，定性分析提出问题，定性分析（启发式教案，同学参与讨论）（启发式教案，同学参与讨论）（启发式教案，同学参与讨论）（启发式教案，同学参与讨论）第二部分第二部分理论及定量分析理论及定量分析（按教材内容进行）（按教材内容进行）第4页，本讲稿共31页1 1、电力系统正常运行下，相关情况如何？、电力系统正常运行下，相关情况如何？G GP P P PL L L LPPPPP P P PG G G G功率平衡：功率平衡：功率平衡：功率平衡：P P P PG G G G=

3、P+PP+PP+PP+PL L L L机组转速：机组转速：机组转速：机组转速：=N N N N,f,f,f,f=f=f=f=fN N N N=50Hz=50Hz=50Hz=50Hz答案：答案：电源发出的功率与网络损耗及用户的负荷相平电源发出的功率与网络损耗及用户的负荷相平衡，系统中的机组同步运行，系统频率维持在额定频衡，系统中的机组同步运行，系统频率维持在额定频率率50Hz。第5页，本讲稿共31页2 2、机理分析、机理分析功率平衡：功率平衡：功率平衡：功率平衡：P P P PM M M M=P=P=P=PG G G G(忽略损耗）忽略损耗）忽略损耗）忽略损耗）同步运行：同步运行：同步运行：同步

4、运行：=N N N N,f,f,f,f=f=f=f=fN N N N=50Hz=50Hz=50Hz=50HzP P P PMMMMP P P PG G G G水库水能水能水能水能水水水水轮轮轮轮机机机机转转转转子子子子 机械能机械能机械能机械能发发发发电电电电机机机机电能电能电能电能P P P PL L L L第6页，本讲稿共31页3 3、负荷变化怎么办？（、负荷变化怎么办？（P PL L增加增加）能量始终平衡能量始终平衡能量始终平衡能量始终平衡P P P PM M M MP P P PG G G G水水水水轮轮轮轮机机机机 发发发发电电电电机机机机P P P PL L L LP P P PL

5、 L L LP P P PG G G GP P P PM M M M输入的水能没有变！增加的能量从哪来？输入的水能没有变！增加的能量从哪来？输入的水能没有变！增加的能量从哪来？输入的水能没有变！增加的能量从哪来？答案：答案：答案：答案：转子释放机械能，弥补负荷的增加。转子释放机械能，弥补负荷的增加。转子释放机械能，弥补负荷的增加。转子释放机械能，弥补负荷的增加。转子速度降低，系统频率下降！转子速度降低，系统频率下降！转子速度降低，系统频率下降！转子速度降低，系统频率下降！系统的频率指标不能满足电能质量要求！怎么办？系统的频率指标不能满足电能质量要求！怎么办？系统的频率指标不能满足电能质量要求！

6、怎么办？系统的频率指标不能满足电能质量要求！怎么办？第7页，本讲稿共31页4 4、负荷变化，导致系统频率变化，、负荷变化，导致系统频率变化，不满足电能质量要求！怎么办？不满足电能质量要求！怎么办？P P P PM M M MP P P PG G G G水水水水轮轮轮轮机机机机发发发发电电电电机机机机P P P PL L L L调调调调速速速速器器器器开开开开度度度度 N N N N +-调速器：感受到转速的变化，说明系统负荷发生调速器：感受到转速的变化，说明系统负荷发生调速器：感受到转速的变化，说明系统负荷发生调速器：感受到转速的变化，说明系统负荷发生改变，需要调整水能输入，以满足负荷的要求。

7、改变，需要调整水能输入，以满足负荷的要求。改变，需要调整水能输入，以满足负荷的要求。改变，需要调整水能输入，以满足负荷的要求。转速转速转速转速 也将向靠近也将向靠近 N N变化。变化。但转速但转速 能通过调节，使能通过调节，使=N N N N吗？吗？第8页，本讲稿共31页5 5、调速器动作，、调速器动作，能通过调节，使能通过调节，使=N N吗吗？如果能，会发生什么现象？如果能，会发生什么现象？P P P PP P P PG1G1G1G1P P P PG2G2G2G2f f f ff f f fN N N N能能:调调速速器器静静态态特特性性为为无无差差调调节节，水水电电站站内内部部机机组组的的

8、工工作作点点会会出出现现飘飘飘飘移移移移现现现现象象象象，工工作作点点不不能能唯唯一一确确定，机组不能稳定运行。定，机组不能稳定运行。怎么办？怎么办？P P P PG G G G=P=P=P=PG1G1G1G1+P+P+P+PG2G2G2G2G G G G1 1 1 1G G G G2 2 2 2P P P PG G G GP P P PG1G1G1G1P P P PG2G2G2G2P P P PL L L LP P P P第9页，本讲稿共31页答答案案：不不能能。调调速速器器静静态态特特性性必必须须为为有有差差调调节节，工工作作点点才才能能唯唯一一确确定定，机组才能稳定运行。机组才能稳定运行

9、。f f f fP P P PG1G1G1G1P P P PG2G2G2G2f f f fN N N Nf f f fP P P PG2G2G2G2P P P PG1G1G1G1P P P PP P P P结论：一次调频。结论：一次调频。结论：一次调频。结论：一次调频。系统负荷发生变化，系统中的所有机组都会释放其系统负荷发生变化，系统中的所有机组都会释放其系统负荷发生变化，系统中的所有机组都会释放其系统负荷发生变化，系统中的所有机组都会释放其转子的动能来满足负荷的变化，导致转速变化，进而使得系统的频率发转子的动能来满足负荷的变化，导致转速变化，进而使得系统的频率发转子的动能来满足负荷的变化，导

10、致转速变化，进而使得系统的频率发转子的动能来满足负荷的变化，导致转速变化，进而使得系统的频率发生变化。机组调速器感受到转速变化后，调节输入的水量或汽量，使得生变化。机组调速器感受到转速变化后，调节输入的水量或汽量，使得生变化。机组调速器感受到转速变化后，调节输入的水量或汽量，使得生变化。机组调速器感受到转速变化后，调节输入的水量或汽量，使得转速逐步恢复，系统频率向额定值靠近。但是，由于调速器的有差调节转速逐步恢复，系统频率向额定值靠近。但是，由于调速器的有差调节转速逐步恢复，系统频率向额定值靠近。但是，由于调速器的有差调节转速逐步恢复，系统频率向额定值靠近。但是，由于调速器的有差调节特性，特性

11、，特性，特性，系统频率不能回到额定值。这是电力系统的固有特性或自然系统频率不能回到额定值。这是电力系统的固有特性或自然系统频率不能回到额定值。这是电力系统的固有特性或自然系统频率不能回到额定值。这是电力系统的固有特性或自然特性。特性。特性。特性。变化前：变化前：变化前：变化前：P P P PG0G0G0G0=P=P=P=PG1G1G1G1+P+P+P+PG2G2G2G2一次调频后：一次调频后：一次调频后：一次调频后：P P P PG0G0G0G0 =P P P PG1G1G1G1+P P P PG2G2G2G2第10页，本讲稿共31页结论：二次调频。结论：二次调频。结论：二次调频。结论：二次调

12、频。在一次调频的基础上，人工或自动调节调频机组的在一次调频的基础上，人工或自动调节调频机组的在一次调频的基础上，人工或自动调节调频机组的在一次调频的基础上，人工或自动调节调频机组的出力，使其完全承担负荷的变化，其他非调频机组的出力都回到负荷变出力，使其完全承担负荷的变化，其他非调频机组的出力都回到负荷变出力，使其完全承担负荷的变化，其他非调频机组的出力都回到负荷变出力，使其完全承担负荷的变化，其他非调频机组的出力都回到负荷变化以前的值，系统频率恢复到了额定值。化以前的值，系统频率恢复到了额定值。化以前的值，系统频率恢复到了额定值。化以前的值，系统频率恢复到了额定值。6 6、负荷变化，系统一次调

13、频，频率不、负荷变化，系统一次调频，频率不能回到额定值！能回到额定值！怎么办？怎么办？P P P PG1G1G1G11 1 1 1）变化前：）变化前：）变化前：）变化前：P P P PG0G0G0G0=P=P=P=PG1G1G1G1+P+P+P+PG2G2G2G23 3 3 3）二次调频后：）二次调频后：）二次调频后：）二次调频后：P P P PG0G0G0G0 =P P P PG1G1G1G1+PPPPG2G2G2G2f f f fP P P PG1G1G1G1P P P PG2G2G2G2f f f fN N N Nf f f fP P P PG2G2G2G2P P P PG1G1G1G1

14、P P P PP P P P2 2 2 2）一次调频后：）一次调频后：）一次调频后：）一次调频后：P P P PG0G0G0G0 =P P P PG1G1G1G1+P P P PG2G2G2G2第11页，本讲稿共31页第二部分第二部分理论及定量分析理论及定量分析（按教材内容进行）（按教材内容进行）第一节第一节 电力系统有功功率和电力系统有功功率和频率的调整和控制频率的调整和控制第12页，本讲稿共31页一、负荷的有功功率及其频率特性一、负荷的有功功率及其频率特性1 1、日负荷曲线、日负荷曲线 实际负荷实际负荷=预测负荷预测负荷+随机负荷随机负荷04812162024048121620240481

15、216202404812162024t(h)t(h)t(h)t(h)P(MW)P(MW)P(MW)P(MW)预测负荷预测负荷预测负荷预测负荷实际负荷实际负荷实际负荷实际负荷第13页，本讲稿共31页2 2、负荷的频率特性、负荷的频率特性 基准值：基准值：关关关关键键键键点点点点：一一个个用用电电设设备备消消耗耗功功率率的的大大小小与与频频率率有有关关。当当系系统统频频率率发发生生偏偏移移时时，设设备备消消耗耗负负荷荷会会发发生生改改变变，改改变变量量的的大大小小通通过过负负荷的频率调节效应系数荷的频率调节效应系数K KL L来反映。来反映。第14页，本讲稿共31页2 2、负荷的频率特性、负荷的频

16、率特性 f fP PL Lf fN NP PLNLN印印象象：负负荷荷消消耗耗的的有有功功功功率率随随系系统统频频率的增加而增加。率的增加而增加。第15页，本讲稿共31页1 1、频率调整的必要性、频率调整的必要性（1 1）保证电能质量，满足负荷要求；）保证电能质量，满足负荷要求；（2 2）维持系统稳定运行。）维持系统稳定运行。二、频率调整的必要性和有功功率平二、频率调整的必要性和有功功率平衡衡2 2、有功功率和备用容量、有功功率和备用容量（1 1）负荷备用；）负荷备用；（2 2）事故备用；）事故备用；（3 3）检修备用；）检修备用；（4 4）国民经济备用。）国民经济备用。第16页，本讲稿共31

17、页三、发电机组的调速系统和频率的三、发电机组的调速系统和频率的一一次调整次调整l l功率平衡时功率平衡时功率平衡时功率平衡时,P,P,P,Pe e e e=P=P=P=Pm m m m,=0 0 0 0=N N N Nl lP P P Pe e e e发发发发生生生生变变变变化化化化,功功功功率率率率平平平平衡衡衡衡被被被被打打打打破破破破,变变变变化化化化,释释释释放放放放转转转转子动能使系统能量守衡。系统频率发生变化。子动能使系统能量守衡。系统频率发生变化。子动能使系统能量守衡。系统频率发生变化。子动能使系统能量守衡。系统频率发生变化。l l调调调调速速速速器器器器测测测测量量量量到到到到

18、转转转转速速速速的的的的变变变变化化化化，调调调调整整整整机机机机组组组组的的的的进进进进水水水水量量量量或或或或进进进进汽汽汽汽量量量量，改改改改变变变变P P P Pm m m m，使使使使转转转转速速速速向向向向N N N N靠靠靠靠近近近近,但但但但不不不不能能能能调调调调整整整整到到到到等等等等于于于于N N N N,因因因因为为为为调调调调速速速速器器器器的的的的调调调调节节节节特特特特性性性性为为为为有有有有差调节。差调节。差调节。差调节。1、调速器的、调速器的调整过程调整过程第17页，本讲稿共31页2、发电机发电机(调速器调速器)的功频特性的功频特性 发电机的功频调节系数发电机

19、的功频调节系数 P P P PG G G GP P P Psetsetsetset=P=P=P=PG0G0G0G0f f f fN N N Nf f f fA A A AA A A A f f f f发电机的功频特性发电机的功频特性 第18页，本讲稿共31页3、频率的一次调整、频率的一次调整l一一次次调调整整过过程程(自自然然调调整整过过程程，系系统统的的固固有有特特性性):):系系统统的的负负荷荷发发生生变变化化时时，系系统统中中所所有有机机组组均均释释放放转转子子动动能能来来平平衡衡系系统统负负荷荷的的变变化化，导导致致系系统统频频率率变变化化，紧紧接接着着各各机机组组调调速速器器感感受受

20、到到转转速速变变化化而而调调整整机机组组出出力力，使使系系统统频频率率有有所所恢恢复复,由由于于是是有差调节，系统频率不能恢复到有差调节，系统频率不能恢复到f fN N。第19页，本讲稿共31页4 4、系统的功频调节、系统的功频调节1）负荷频率调节）负荷频率调节2）发电机频率调节）发电机频率调节3）系统频率调节）系统频率调节KS系统的功频调节系数，系统的功频调节系数，KS越大，频率波动越小。越大，频率波动越小。第20页，本讲稿共31页4）n台机组时，系统的台机组时，系统的KG计算计算仅仅m台机组参加调频台机组参加调频第21页，本讲稿共31页1 1、频率的二次调整、频率的二次调整 由由于于一一次

21、次调调整整是是有有差差调调节节，f f不不能能恢恢复复到到f fN N。系系统统中中设设置置调调频频机机组组，由由其其调调频频器器动动作作，增增发发功功率率P PL0L0，完完全全承承担担系系统统负负荷荷的的变变化化，使使系系统统频频率率恢恢复复到到f fN N。二二次次调调整。负荷频率控制整。负荷频率控制LFCLFC（Load Frequency Control)Load Frequency Control)。AGC(Automatic Generation Control)：二二次次调调整整和和三次调整。三次调整。四、频率的二次、三次调整及自动四、频率的二次、三次调整及自动发电控制发电控制

22、AGC第22页，本讲稿共31页f f f fN N N NP P P PG0G0G0G0=P=P=P=PL0L0L0L0f f f fA A A AB B B BC C C CP P P Pf f f fA A A A 二次调整二次调整一次调整一次调整负荷增加负荷增加P PL0L0=AB=AB第23页，本讲稿共31页K K K KA A A A=K=K=K=KGAGAGAGA+K+K+K+KDADADADAP PGAGAP PLALAK K K KB BP PGBGBP PLBLBP Pabababab联络线上的流通功率问题联络线上的流通功率问题除除了了频频率率需需要要控控制制,联联络络线线功

23、功率率也也要控制要控制.第24页，本讲稿共31页2 2、区域控制误差、区域控制误差(Area Control Error)ACE区域区域区域区域j j j j区域区域区域区域i i i i区域区域区域区域m m m m区域区域区域区域n n n nP PTijTijP PLiLi第25页，本讲稿共31页AGCAGC的控制方式：的控制方式：1)1)恒定频率控制恒定频率控制 i i=0,K=0,Ki i=1,ACE=1,ACEi i=f f2)2)恒定净交换功率控制恒定净交换功率控制 i i=1,K=1,Ki i=0,ACE=0,ACEi i=P PTiTi3)3)联络线功率和频率偏差控制联络线功

24、率和频率偏差控制 i i=1,ACE=1,ACEi i=P PTiTi+K+Ki if f 若若K Ki i=K=Ksisi，则则-K-Ki if f为为区区域域i i内内与与f f相相对对应应的的负负荷荷增增量量，-P PTiTi为为其其它它区区域域向向区区域域i i输输送送的的净净功功率率增增量量，则则-P PTiTi-K-Ki if f实际上是区域实际上是区域i i中总的负荷增量中总的负荷增量P PLiLi。第26页，本讲稿共31页若，若，-ACEi=-P PTiTi-K-Ki if=0f=0：区域区域i i的负荷增量为的负荷增量为P PLiLi+P PTiTi,且且P PLiLi+P

25、PTiTi=-K=-Ki if f，P PLiLi=-=-P PTiTi-K-Ki if f 若，若，-P PTiTi-K-Ki if=0f=0，则，则P PLiLi=0=0。若，若，-ACEi=-P PTiTi-K-Ki if0f0，则则P PLiLi=-P PTiTi-K-Ki if0f0，说说明明本本区区域域负负荷荷增加。增加。若，若，-ACEi=-P PTiTi-K-Ki if0f0，则则P PLiLi=-P PTiTi-K-Ki if0f0，说说明明本本区区域域负负荷荷减小。减小。第27页，本讲稿共31页l不管系统中的负荷如何变化，区域不管系统中的负荷如何变化，区域i控制控制目标为目

26、标为ACEi=0 0，即，即P PLiLi=0=0，实际上只负，实际上只负责本区域内部机组出力与有功负荷之间责本区域内部机组出力与有功负荷之间的平衡，整个系统中各区域均这样调节，的平衡，整个系统中各区域均这样调节，最后系统的频率会恢复到最后系统的频率会恢复到f fN N。第28页，本讲稿共31页总结总结l负荷的功频特性负荷的功频特性l发电机的功频特性发电机的功频特性l系统的功频特性系统的功频特性l频率的一次调整过程频率的一次调整过程l频率的二次调整过程频率的二次调整过程lAGC与区域控制误差与区域控制误差第29页，本讲稿共31页例题例题l例例3-1 l例例3-4l例例3-9第30页，本讲稿共31页The end!第31页，本讲稿共31页