自动调频方法和自动发电控制.ppt

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1、North China Electric Power University1/292023/4/20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、核电厂调峰厂经济性较差的机组调频厂承担计划负荷与实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North China Electric Power University2/292023/4/20控制调频器的信号有比例、积分、微分三种形式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

2、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。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一、电力系统自动调频方法一、电力系统自动调频方法为了维持系统为了维持系统频率频率在在允许允许的偏差范围之内的偏差范围之内要进行要进行人工人工的或的或自动自动的频率的频率二次调整二次调整。自动调频不仅自

3、动调频不仅反应速度快、频率波动小反应速度快、频率波动小,还顾及到其还顾及到其它方面的要求它方面的要求,例如例如实现实现有功负荷的有功负荷的经济分配经济分配、保持系统保持系统联络线交换联络线交换功率为定值功率为定值和和满足系统满足系统安全经济运行的安全经济运行的各种约束条件各种约束条件等。等。所以现代电力系统所以现代电力系统普遍装设自动调频装置普遍装设自动调频装置。(一一)主导发电机法主导发电机法在调频电厂中一台在调频电厂中一台主导发电机主导发电机上装设上装设无差无差调频器调频器，其，其调节准则调节准则为为f0,在其他机组上装在其他机组上装有功功率调整器有功功率调整器，使这些，使这些机组的功率随

4、机组的功率随主导机组主导机组的功率的功率按比例按比例地变地变化，化，协助协助主导发电机的调频工作。主导发电机的调频工作。它们的它们的调节准则调节准则是是 PiiP1(i=2,3,.,n)。在在负荷发生变化时负荷发生变化时，调频电厂中，调频电厂中主导发电主导发电机组机组的调节系统的调节系统首先动作首先动作，改变改变主导机组主导机组的的功率功率P1，力图维持系统频率恒定力图维持系统频率恒定,f0由于主导机组的功率由于主导机组的功率P1发生变化，所以发生变化，所以协助协助调频的机组调频的机组也随之作相应的也随之作相应的功率调整功率调整，力力图图使它们的调节功率与主导机组间维持给使它们的调节功率与主导

5、机组间维持给定的定的比例关系比例关系PiiP1。在调节过程中在调节过程中,主导机组主导机组按系统频率不断地按系统频率不断地调节调节,协助调频机组按协助调频机组按PiiP1跟随跟随主导机主导机进进行调节行调节,直到直到系统频率恢复到额定值系统频率恢复到额定值f0，协助调频机组协助调频机组与与主导机组主导机组调节功率符合给调节功率符合给定比例定比例PiiP1且且P1iP1P PL L时调节过程才结束。时调节过程才结束。这时系统中这时系统中不参加调频的其余机组不参加调频的其余机组的的功率维功率维持不变持不变，计划外负荷的变动全部由调频机组计划外负荷的变动全部由调频机组承担。承担。由于这种方法开始只适

6、用于有由于这种方法开始只适用于有G1调整，之调整，之后要反复调整，直到满足调频规则要求，调后要反复调整，直到满足调频规则要求，调整过程整过程缓慢缓慢。且这种方法只适用于且这种方法只适用于只有一个调频电厂只有一个调频电厂的情的情况。因此，只在况。因此，只在中小型电力系统中小型电力系统中应用。中应用。9/292023/4/20主导发电机法负荷变动系统频率改变主导发电机组调节系统动作协助调频机组调整功率系统频率随之改变频率恢复到额定值调节结束否是存在的问题调节缓慢，适应于中小电力系统（二）积差调节法（二）积差调节法积差调节法积差调节法是根据系统是根据系统频率偏差频率偏差的的累积值累积值调节频调节频率

7、的。率的。先假定系统中由先假定系统中由一台发电机一台发电机进行频率积差调节进行频率积差调节,调调节准则节准则为为KPR+dt=0 式中式中=-e系统频率偏差；系统频率偏差；PR调频机组的有功出力增量；调频机组的有功出力增量；K调频功率的比例系数。调频功率的比例系数。积差的调节过程可用图积差的调节过程可用图3-42来说明。来说明。feff0t tt tt tt 2dtPRPR2PR1缺额缺额图图3-42 3-42 积差调频过程积差调频过程 即调频机组增大有功出力即调频机组增大有功出力,频频率下降到一个最低值后率下降到一个最低值后,逐步逐步回升回升,直至直至t2时刻时刻为止。为止。0t3t 1t4

8、即调频机组有功出力不变。即调频机组有功出力不变。设设t1时刻出现了计划外负荷增量，时刻出现了计划外负荷增量，fef f f f0 0t tt tt tt 1 t 2dtPPR RPPR2R2PPR1R1缺额缺额图图3-42 3-42 积差调频过程积差调频过程在在t2t3时间段内时间段内,调频机组增加的调频机组增加的有功出力与计划外负荷增量相等，有功出力与计划外负荷增量相等，f=fe 稳定运行，稳定运行，f=0，所以，所以这时这时PR维持维持维持维持PR1值值,即调频机即调频机组保持组保持t2时刻的时刻的有功出力不再增大有功出力不再增大。设设t3时时出现了计划外负荷减少，出现了计划外负荷减少，在

9、在t3t4时间段内时间段内,ffe,0,t3 t40 0t4fef f f0 0t tt tt t0 t 1 t 2 t 3 t 4 dtPPR RPPR2R2PPR1R1缺额缺额盈余盈余图图3-42 3-42 积差调频过程积差调频过程即调频机组有功出力减少即调频机组有功出力减少,直直至至t4时刻时刻,调频机组出力增量调频机组出力增量又与计划外负荷变化相等又与计划外负荷变化相等,f=fe稳定运行稳定运行,f=0,调节过调节过程又一次结束。程又一次结束。t4积差调节法的积差调节法的特点特点是是调节过程调节过程只能在只能在=0时结束时结束。当当 0,dt就不断累积新值就不断累积新值,式（式（3-1

10、03）就不平）就不平衡衡,调节过程就要继续下去。调节过程就要继续下去。当调节过程当调节过程结束结束时，时，=0，而，而dt=KPR=常常数。此常数与计划外负荷成正比数。此常数与计划外负荷成正比。计划外负荷计划外负荷越大越大,系统系统频率偏差积分频率偏差积分的的积累值积累值也也越大越大,则则电钟的计时误差也越大。电钟的计时误差也越大。为保持电钟的准确性为保持电钟的准确性,可在可在夜间低谷负荷夜间低谷负荷进行进行补偿补偿。所以所以积差调节积差调节法又称法又称同步时间法同步时间法。多台机组的积差调频：多台机组的积差调频：调节方程式为调节方程式为（3-107）（3-108）一般认为系统中一般认为系统中

11、各点频率相同各点频率相同,是一全系统一致的参是一全系统一致的参数数(实际上暂态过程中系统各点的频率有差别实际上暂态过程中系统各点的频率有差别),所以所以各机组的各机组的dt是相等是相等的。的。设系统计划外负荷为设系统计划外负荷为PD，则，则（3-109）（3-110）式（式（3-111）表明表明,调节过程结束后调节过程结束后,各机组各机组按一定按一定的比例的比例分担了分担了系统计划外负荷系统计划外负荷,使使系统有功功率系统有功功率重重新平衡新平衡,实现了实现了无差调节无差调节.（3-111）将式（将式（3-110）代入（）代入（3-108）得）得每台调频机每台调频机组组计划外承担的负荷计划外承

12、担的负荷为为积差调节法的积差调节法的缺点缺点是频率的积差信号是频率的积差信号滞后于滞后于频率频率瞬时值的变化瞬时值的变化,因此因此调节过程缓慢调节过程缓慢。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调节法的基础上增加频率瞬时偏差调节信号频率瞬时偏差调节信号，得，得到到改进的积差调节方程式改进的积差调节方程式。f+i(Ri+if dt)=0(i=1,2,n)f+i(PRi+if dt)=0(i=1,2,n)f 系统频率系统频率瞬时偏差瞬时偏差,fff e；i 第第i台调频机组的台调频机组的调差系数调差系数；i第第i台调频机组的有功功率台

13、调频机组的有功功率分配系数分配系数，i1(i=1,2,n)；系统功率与频率的系统功率与频率的转换系数转换系数。上式可得：上式可得：计划外负荷变动时计划外负荷变动时,产生产生f,式中式中第一项第一项与与f成正比成正比,f越大越大,PRi越大越大,f 项项起起加快调节过程加快调节过程作用。作用。第二项同第二项同(3-108),在调节过程中在调节过程中,f逐渐缩小逐渐缩小,在调在调节过程节过程结束时结束时,f=0,f必须为零必须为零,否则否则f dt就会不断的变化就会不断的变化,调节过调节过程就不会结束程就不会结束。每台每台调频调频机机组组承担的有功出力承担的有功出力变变化量化量为为PRiif dt

14、(i=1,2,n)由式由式(3-113)得式（得式（3-114）：）：所以，所以，式式(3-113)表示表示调频结调频结束后将把系束后将把系统统增加的增加的负负荷荷PD按一定的比例按一定的比例(i)分配分配给给各各调频调频机机组组。（3-113）积差调节法维持系统频率的积差调节法维持系统频率的精度精度取决于各取决于各调频机组的调频机组的频差积分信号数值频差积分信号数值的的一致性一致性。按照按照获得频差积分信号获得频差积分信号的不同，电力系统的不同，电力系统实现实现积差调节法积差调节法有有两种方式两种方式。（二）积差调节的实现方法（二）积差调节的实现方法一种是所谓的一种是所谓的集中调频方式集中调

15、频方式，即在系统即在系统调度中心调度中心设置一套高精度设置一套高精度(可达可达10-710-9)的的标准频率发生器标准频率发生器,集中产生集中产生频差积分信号频差积分信号f dt，确定各调频发电厂应承担的负荷变化量，确定各调频发电厂应承担的负荷变化量,然后通过然后通过远动装置将远动装置将此此信号信号送至送至各调频发电厂各调频发电厂,各各调频发电厂再根据调频发电厂再根据运行方式运行方式分配给各分配给各调频机组调频机组。这种调频方式的这种调频方式的优点优点是是各调频电厂各调频电厂的的频差积分信频差积分信号是一致号是一致的，的，但需要有但需要有远动装置远动装置。集中调频方式如图集中调频方式如图3-4

16、3所示。所示。调频器调频器另一种是在调频厂另一种是在调频厂就地产生就地产生频差积分信频差积分信号，号，不用远动装置不用远动装置就可使计划外负荷在所就可使计划外负荷在所有调频机组间按一定比例分配。有调频机组间按一定比例分配。为了使为了使各调频机组各调频机组所在地测得的所在地测得的f 尽可能尽可能一致一致，避免避免频率偏差积分值的差异而造成频率偏差积分值的差异而造成功率分配上的误差功率分配上的误差，所以所以对标准频率的要求比较高对标准频率的要求比较高，通常用，通常用石石英晶体振荡器英晶体振荡器经经分频后分频后得到。得到。电电力系力系统调统调度自度自动动化系化系统统中，中，自自动发电动发电控制控制A

17、GC是是互互联电联电力系力系统统运行中一个基本的和重要的运行中一个基本的和重要的计计算机算机实实时时控制控制功能。功能。其其目的目的是是使系使系统统出力出力和和系系统负统负荷荷相适相适应应，保持保持频频率率额额定定和和通通过联络线过联络线的交的交换换功率功率等于等于计计划划值值,并并尽可能尽可能实现实现机机组组(电电厂厂)间负间负荷的荷的经济经济分配分配。AGC（自动发电控制）（自动发电控制）具体地具体地说说,自自动发电动发电控制控制有有四个基本目四个基本目标标：使使全系全系统统的的发电发电出力出力和和负负荷功率荷功率相匹配相匹配;将将电电力系力系统统的的频频率偏差率偏差调节调节到零到零,保持

18、系保持系统统频频率率为额为额定定值值;控制区域控制区域间间联络线联络线的的交交换换功率功率与与计计划划值值相等相等，实现实现各区域各区域内内有功功率的平衡有功功率的平衡;在在区域内区域内各各发电发电厂厂间间进进行行负负荷荷的的经济经济分配分配.上述上述第一个目第一个目标标与所有与所有发电发电机的机的调调速器速器有关有关,即与即与频频率的率的一次一次调调整整有关。有关。第二第二和和第三个目第三个目标标与与频频率的率的二次二次调调整整有关，也称有关，也称为为负负荷荷频频率控制率控制LFC。通常所。通常所说说的的AGC是指是指前三前三项项目目标标,若包若包括第四括第四项项目目标时标时,往往称往往称为

19、为AGCEDC(经济调经济调度控制度控制).North China Electric Power University2023/4/20AGC（自动发电控制）所完成的任务（自动发电控制）所完成的任务1Z2、控制地区电网间联络线的交换功率与计划值相、控制地区电网间联络线的交换功率与计划值相等，使有功功率就地平衡。等，使有功功率就地平衡。3、在安全运行的前提下，在所管辖的范围内，机、在安全运行的前提下，在所管辖的范围内，机组间负荷实现经济分配。组间负荷实现经济分配。AGC所需的信息，如所需的信息，如发电发电机机组实发组实发功率、功率、线线路潮路潮流、流、节节点点电压电压等，由各厂站等，由各厂站远动

20、远动装置送到装置送到调调度中心，度中心，形成形成实时实时数据数据库库，AGC软软件按照件按照预预定的定的数学模型数学模型和和调节调节准准则则确定各确定各调频调频厂的厂的调节调节量，通量，通过过下行通道下行通道把指令送到各厂站机把指令送到各厂站机组组，形成个，形成个调频调频机的机的调节调节指令。指令。图5-38是机组控制回路，它的任务是使发电机负荷PG符合设定功率Pc。调度中心根据发电机实发功率和频率偏差信号，通过符合分配程序，根据遥测信息计算出负荷设定值，再传递到相应机组控制器，图5-39，控制器根据信号的极性，使调速器控制电机正反转，移动调速器的调节特性。图5-38发电机控制回路简化框图PG

21、29/2912图5-39自动调频系统示意图自动发电控制自动发电控制是是一个一个闭环反馈系统闭环反馈系统,主要主要包括包括两大部分两大部分 见图见图3-44。PS1+-PG1PS2+-PG2PS3+-PG3电力系统电力系统fPT机组控制器机组控制器误差信误差信号计算号计算负荷负荷分配器分配器根据系根据系统频统频率和其它有关信号，按率和其它有关信号，按调节调节准准则则确定确定各各机机组组的的设设定有功出力定有功出力PS1。根据根据负负荷分配器荷分配器设设定的有功出力定的有功出力PS1，使机，使机组组在在额额定定频频率下的率下的实发实发功率功率PG1与与设设定有功出力定有功出力PS1相一致相一致。1

22、)负负荷分配器荷分配器 根据系根据系统统频频率率和和其它有关信号其它有关信号，按一定的，按一定的调节调节准准则则确定确定各机各机组组的的设设定有功出力。定有功出力。2)机机组组控制器控制器 根据根据负负荷分配器荷分配器设设定的有功出力定的有功出力PS1，使机，使机组组在在额额定定频频率下的率下的实发实发功率功率PG1与与设设定有功定有功出力出力PS1相一致相一致。自自动发电动发电控制系控制系统统中的中的负负荷分配器荷分配器是根据是根据测测得的得的发发电电机机实时实时出力出力和和频频率偏差率偏差等信号等信号按一定的准按一定的准则则分配分配各各调频调频机机组组应调节应调节的的有功出力有功出力。决定

23、各机决定各机组设组设定功率定功率Pci(各机组的调节功率各机组的调节功率)最最简简单单的的办办法法是是 Pci=ai(PGiBff)式中式中 Bf频频率偏差系数；率偏差系数；ai分配系数，分配系数，ai=1.所以，系所以，系统调频统调频机机组总组总的的设设定功率定功率为为Pci=ai(PGi Bff)=PGi Bff 也就是也就是说说，系，系统统机机组组总总的的设设定功率定功率取决于系取决于系统统机机组组总总的的实发实发功率功率及及系系统统的的频频率率偏差偏差。偏差偏差越大越大，设设定功率定功率的的变动变动越大越大。当当频频率偏差率偏差趋趋近于零近于零时时，系，系统统机机组总组总的的设设定功率

24、就定功率就与与实发实发功率功率相等相等。即即f=0时时 Pci=PGi Bf=PGi 至于分配到每台机至于分配到每台机组组的的设设定定值值则则由由分配系数分配系数ai规规定定.对对于分区于分区调频调频的的电电力系力系统统,可取可取ACE(区域控制偏差区域控制偏差)作作为调节为调节信息信息,根据分配系数根据分配系数ai(ai1)可确定各机可确定各机组组的的设设定有功出力定有功出力PciaiPGi(PT+Bff)按照固定分配系数的方法控制出力的按照固定分配系数的方法控制出力的缺点缺点是：是：各机各机组组按按固定的比例固定的比例分配出力分配出力,一般不会按一般不会按功率功率经济经济分配原分配原则则。

25、为为了克服了克服这这个缺点，可采取一种个缺点，可采取一种实现经济实现经济分配的控制分配的控制方法方法。North China Electric Power University35/292023/4/20联合自动调频方法联合自动调频方法信息传递方式：信息传递方式：信息传递方式1、由远动通道直接发给调频机组(上行通道、下行通道)如图5-402、利用电力系统计算机专用的广域网（光纤网），调度中心计算机与调频厂监控计算机之间通过计算机网络交换信息。如图1-6所示P102图5-40信息传递方式信息传递方式1：自自动发电动发电控制控制(AGC)是由是由自自动动装置装置和和计计算机程序算机程序对对频频率和

26、有功功率率和有功功率进进行行二次二次调调整整实现实现的。的。所需的所需的信息信息(如如频频率率,发电发电机的机的实发实发功率功率,联络线联络线的的交交换换功率功率等等)是通是通过过SCADA系系统统经过经过上行通道上行通道传传送到送到调调度控制中心度控制中心的。的。然后，根据然后，根据AGC的的计计算算及及软软件功能件功能形成形成对对各各发电发电厂厂(或或发电发电机机)的的AGC命令命令，通，通过过下行通道下行通道传传送到各送到各调调频发电频发电厂厂(或或发电发电机机)。调频厂内也可采用集散控制系统控制调频机组的功率。调频厂内也可采用集散控制系统控制调频机组的功率。集散控制系统（集散控制系统（

27、Distributed control system）是以微处）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称散控制的集中分散控制系统，简称DCS系统。系统。该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过该系统将若干台微机分散应用于过程控制，全部信息通过通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个通信网络由上位管理计算机监控，实现最优化控制，整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制的优点，克服了常规仪表功能单一，人克服了常规仪表功能单一，

28、人-机联系差以及单台微型计机联系差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、算机控制系统危险性高度集中的缺点，既实现了在管理、操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性操作和显示三方面集中，又实现了在功能、负荷和危险性三方面的分散。三方面的分散。38/292023/4/20三、联合电力系统的调频三、联合电力系统的调频(一一)联合电力系统的调频方法有联合电力系统的调频方法有三种三种1、恒定频率控制恒定频率控制FFC（Flat Frequency Control）按照频率按照频率偏差偏差f 进行调节，在频率偏差为进行调节，在频率偏差为零时调节结束。零时调节结束。维持的

29、是频率维持的是频率，而，而对联络线交换功率不加以控制，对联络线交换功率不加以控制，这是单一系统的观点，适用于电厂间联系紧密的小型系统。这是单一系统的观点，适用于电厂间联系紧密的小型系统。2、恒定交换功率控制恒定交换功率控制FTC（Flat Tie-line Control）按照控制按照控制调频机组保持交换功率调频机组保持交换功率Pt恒定进行调节。恒定进行调节。对系统频率不加以控制，只适用于两个系统间对系统频率不加以控制，只适用于两个系统间按照协议按照协议交换功交换功率的情况。率的情况。要求保持联络线上交换功率不变，频率要求两相邻系统同时调要求保持联络线上交换功率不变，频率要求两相邻系统同时调整

30、发电机功率来维持。整发电机功率来维持。PtA3、频率联络线功率偏差控制频率联络线功率偏差控制TBC（Tie-line load frequency Bias Control）既按照既按照频率偏差频率偏差又又按照联络线按照联络线交换功率交换功率进行调节，维持各地区电力系进行调节，维持各地区电力系统统负荷波动的就地平衡，这是多系统调频观点负荷波动的就地平衡，这是多系统调频观点。适用于大型电力系统或联合电力系统（常用方法）适用于大型电力系统或联合电力系统（常用方法）PtA40/29控控制制功功率率任意区域负荷变动调整结果任意区域负荷变动调整结果在稳态情况下满足：在稳态情况下满足：PtA（二）频率联络

31、线功率偏差控制（二）频率联络线功率偏差控制（TBC）TBC方式，不仅要消除方式，不仅要消除频率偏差频率偏差f=0，又要消除联络线又要消除联络线交交换功率偏差换功率偏差Pt=0，即每个控制区域负责本区域的功率调，即每个控制区域负责本区域的功率调整，把整，把本区域调节作用信号为本区域调节作用信号为区域控制误差区域控制误差ACEKiA、KiB-积积分增益，常数分增益，常数A、B-频频率偏置参数率偏置参数(或称或称频频率修正系数率修正系数)负号表示什么？负号表示什么？只有只有如果如果A系系统统采用了采用了TBC调节调节，而，而B系系统统采用有差采用有差调调频频或无二次或无二次调频调频，就会出，就会出现

32、频现频率偏差率偏差f和和联络线联络线交交换换功率偏差功率偏差Pt。设设A系系统统有二次有二次调频调频，B系系统统只有一次只有一次调频调频，系，系统统负负荷增量分荷增量分别为别为PLA、PLB,联络线联络线交交换换功率增量功率增量为为PtA。(三三)频率联络线功率偏差控制频率联络线功率偏差控制(TBC)有差有差考虑稳态情况考虑稳态情况PtAPT=PG42/29B系统有一次调节，为有差调节PtA二次调节功率为PT或PG，PT=PG=KnKTPc一次调节的功率为PT或PG，PT=PG=f/R当系统有二次调频时，调节功率为二者之和，对两系统有43/29A系统采用系统采用TBC（频率及联络线功率调节）最终会使（频率及联络线功率调节）最终会使A系统自动调频的二次调节功率系统自动调频的二次调节功率PGA=PLA（A系统的负荷系统的负荷增量），增量），A系统维持了功率的就地平衡，系统维持了功率的就地平衡，A系统实现了有功功系统实现了有功功率的就地平衡。整个系统频率和线路功率变化只与率的就地平衡。整个系统频率和线路功率变化只与B系统负荷系统负荷增量增量PLB有关。有关。B系统无系统无TBC，整个联合系统对，整个联合系统对B系统负荷波动仍然如只系统负荷波动仍然如只有一次有差调频似的。有一次有差调频似的。得得得得代入代入(5-103)(5-103)