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1、North China Electric Power University,1/29,2023/10/18,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 University,2/29,2023/10/18,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，控制调频器按比例地增、
2、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,为了维持系统频率在允许的偏差范围之内要进行人工的或自动的频率二次调整。自动调频不仅反应速度快、频率波动小,还顾及到其它方面的要求,例如实现有功负荷的经济分配、保持系统联络线交换
3、功率为定值和满足系统安全经济运行的各种约束条件等。所以现代电力系统普遍装设自动调频装置。,(一)主导发电机法,在调频电厂中一台主导发电机上装设无差调频器，其调节准则为f0,在其他机组上装有功功率调整器，使这些机组的功率随主导机组的功率按比例地变化，协助主导发电机的调频工作。它们的调节准则是 PiiP1(i=2,3,.,n)。,在负荷发生变化时，调频电厂中主导发电机组的调节系统首先动作，改变主导机组的功率P1，力图维持系统频率恒定,f0由于主导机组的功率P1发生变化，所以协助调频的机组也随之作相应的功率调整，力图使它们的调节功率与主导机组间维持给定的比例关系PiiP1。,在调节过程中,主导机组按
4、系统频率不断地调节,协助调频机组按PiiP1跟随主导机进行调节,直到系统频率恢复到额定值f0，协助调频机组与主导机组调节功率符合给定比例PiiP1且P1iP1PL时调节过程才结束。,这时系统中不参加调频的其余机组的功率维持不变，计划外负荷的变动全部由调频机组承担。由于这种方法开始只适用于有G1调整，之后要反复调整，直到满足调频规则要求，调整过程缓慢。且这种方法只适用于只有一个调频电厂的情况。因此，只在中小型电力系统中应用。,9/29,2023/10/18,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,调节结束,否,是,存在的问题调节缓慢
5、，适应于中小电力系统,（二）积差调节法,积差调节法是根据系统频率偏差的累积值调节频率的。先假定系统中由一台发电机进行频率积差调节,调节准则为KPR+dt=0 式中=-e系统频率偏差；PR调频机组的有功出力增量；K调频功率的比例系数。积差的调节过程可用图3-42来说明。,fe,f,f,0,t,t,t,t 2,dt,PR,PR2,PR1,缺额,图3-42 积差调频过程,即调频机组增大有功出力,频率下降到一个最低值后,逐步回升,直至t2时刻为止。,0,t3,t 1,t4,即调频机组有功出力不变。设t1时刻出现了计划外负荷增量，,fe,f,f,f,0,t,t,t,t 1 t 2,dt,PR,PR2,P
6、R1,缺额,图3-42 积差调频过程,在t2t3时间段内,调频机组增加的有功出力与计划外负荷增量相等，f=fe 稳定运行，f=0，所以,这时PR维持维持PR1值,即调频机组保持t2时刻的有功出力不再增大。设t3时出现了计划外负荷减少，在t3t4时间段内,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,缺额,盈余,图3-42 积差调频过程,即调频机组有功出力减少,直至t4时刻,调频机组出力增量又与计划外负荷变化相等,f=fe稳定运行,f=0,调节过程又一次结束。,t4,积差调节法的特点是调节过程只能在=0时结束。
7、当 0,dt就不断累积新值,式（3-103）就不平衡,调节过程就要继续下去。当调节过程结束时，=0，而dt=KPR=常数。此常数与计划外负荷成正比。计划外负荷越大,系统频率偏差积分的积累值也越大,则电钟的计时误差也越大。为保持电钟的准确性,可在夜间低谷负荷进行补偿。所以积差调节法又称同步时间法。,多台机组的积差调频：,调节方程式为,（3-107）,（3-108）,一般认为系统中各点频率相同,是一全系统一致的参数(实际上暂态过程中系统各点的频率有差别),所以各机组的dt是相等的。设系统计划外负荷为PD，则,（3-109）,（3-110）,式（3-111）表明,调节过程结束后,各机组按一定的比例分
8、担了系统计划外负荷,使系统有功功率重新平衡,实现了无差调节.,（3-111）,将式（3-110）代入（3-108）得每台调频机组计划外承担的负荷为,积差调节法的缺点是频率的积差信号滞后于频率瞬时值的变化,因此调节过程缓慢。为此，一般不单纯采用积差调节法，而是在积差调节法的基础上增加频率瞬时偏差调节信号，得到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 系统频率瞬时偏差,fff e；i 第i台调频机组的调差系数；i第i台调频机组的有功功率分配系数，i1(i=1,2,n)；系统功率与频率的转换系数。上式可得：,计划外
9、负荷变动时,产生f,式中第一项与f成正比,f越大,PRi越大,f 项起加快调节过程作用。第二项同(3-108),在调节过程中,f逐渐缩小,在调节过程结束时,f=0,f必须为零,否则f dt就会不断的变化,调节过程就不会结束。,每台调频机组承担的有功出力变化量为PRiif dt(i=1,2,n)由式(3-113)得式（3-114）：,所以，式(3-113)表示调频结束后将把系统增加的负荷PD按一定的比例(i)分配给各调频机组。,（3-113）,积差调节法维持系统频率的精度取决于各调频机组的频差积分信号数值的一致性。按照获得频差积分信号的不同，电力系统实现积差调节法有两种方式。,（二）积差调节的实
10、现方法,一种是所谓的集中调频方式，即在系统调度中心设置一套高精度(可达10-710-9)的标准频率发生器,集中产生频差积分信号f dt，确定各调频发电厂应承担的负荷变化量,然后通过远动装置将此信号送至各调频发电厂,各调频发电厂再根据运行方式分配给各调频机组。这种调频方式的优点是各调频电厂的频差积分信号是一致的，但需要有远动装置。,集中调频方式如图3-43所示。,调频器,另一种是在调频厂就地产生频差积分信号，不用远动装置就可使计划外负荷在所有调频机组间按一定比例分配。为了使各调频机组所在地测得的f 尽可能一致，避免频率偏差积分值的差异而造成功率分配上的误差，所以对标准频率的要求比较高，通常用石英
11、晶体振荡器经分频后得到。,电力系统调度自动化系统中，自动发电控制AGC是互联电力系统运行中一个基本的和重要的计算机实时控制功能。其目的是使系统出力和系统负荷相适应，保持频率额定和通过联络线的交换功率等于计划值,并尽可能实现机组(电厂)间负荷的经济分配。,AGC（自动发电控制）,具体地说,自动发电控制有四个基本目标：使全系统的发电出力和负荷功率相匹配;将电力系统的频率偏差调节到零,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;在区域内各发电厂间进行负荷的经济分配.上述第一个目标与所有发电机的调速器有关,即与频率的一次调整有关。第二和第三个目标与频率的二
12、次调整有关，也称为负荷频率控制LFC。通常所说的AGC是指前三项目标,若包括第四项目标时,往往称为AGCEDC(经济调度控制).,North China Electric Power University,2023/10/18,AGC（自动发电控制）所完成的任务,1Z,2、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。,3、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。,AGC所需的信息，如发电机组实发功率、线路潮流、节点电压等，由各厂站远动装置送到调度中心，形成实时数据库，AGC软件按照预定的数学模型和调节准则确定各调频厂的调节量，通过下行通道把指令送到各厂
13、站机组，形成个调频机的调节指令。,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,29/29,图5-39自动调频系统示意图,自动发电控制是一个闭环反馈系统,主要包括两大部分 见图3-44。,根据系统频率和其它有关信号，按调节准则确定各机组的设定有功出力PS1。,根据负荷分配器设定的有功出力PS1，使机组在额定频率下的实发功率PG1与设定有功
14、出力PS1相一致。,1)负荷分配器 根据系统频率和其它有关信号，按一定的调节准则确定各机组的设定有功出力。2)机组控制器 根据负荷分配器设定的有功出力PS1，使机组在额定频率下的实发功率PG1与设定有功出力PS1相一致。,自动发电控制系统中的负荷分配器是根据测得的发电机实时出力和频率偏差等信号按一定的准则分配各调频机组应调节的有功出力。决定各机组设定功率Pci(各机组的调节功率)最简单的办法是 Pci=ai(PGiBff)式中 Bf频率偏差系数；ai分配系数，ai=1.所以，系统调频机组总的设定功率为Pci=ai(PGi Bff)=PGi Bff,也就是说，系统机组总的设定功率取决于系统机组总
15、的实发功率及系统的频率偏差。偏差越大，设定功率的变动越大。当频率偏差趋近于零时，系统机组总的设定功率就与实发功率相等。即f=0时 Pci=PGi Bf=PGi 至于分配到每台机组的设定值则由分配系数ai规定.,对于分区调频的电力系统,可取ACE(区域控制偏差)作为调节信息,根据分配系数ai(ai1)可确定各机组的设定有功出力PciaiPGi(PT+Bff)按照固定分配系数的方法控制出力的缺点是：各机组按固定的比例分配出力,一般不会按功率经济分配原则。为了克服这个缺点，可采取一种实现经济分配的控制方法。,North China Electric Power University,35/29,20
16、23/10/18,联合自动调频方法信息传递方式：,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5-40,2、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P10,图5-40,信息传递方式1：自动发电控制(AGC)是由自动装置和计算机程序对频率和有功功率进行二次调整实现的。所需的信息(如频率,发电机的实发功率,联络线的交换功率等)是通过SCADA系统经过上行通道传送到调度控制中心的。然后，根据AGC的计算及软件功能形成对各发电厂(或发电机)的AGC命令，通过下行通道传送到各调频发电厂(或发电机)。,调
17、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（Distributed control system）是以微处理器为基础的对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制的集中分散控制系统，简称DCS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，克服了常规仪表功能单一，人-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、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。,38/29,2023/10/18,三、联合电力系统的调频,(一)联合
18、电力系统的调频方法有三种,1、恒定频率控制FFC（Flat Frequency Control）按照频率偏差f 进行调节，在频率偏差为零时调节结束。维持的是频率，而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。2、恒定交换功率控制FTC（Flat Tie-line Control）按照控制调频机组保持交换功率Pt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按照协议交换功率的情况。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整发电机功率来维持。,PtA,3、频率联络线功率偏差控制TBC（Tie-line load frequency Bia
19、s Control）既按照频率偏差又按照联络线交换功率进行调节，维持各地区电力系统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）,PtA,40/29,控制功率,任意区域负荷变动调整结果在稳态情况下满足：,PtA,（二）频率联络线功率偏差控制（TBC）,TBC方式，不仅要消除频率偏差f=0，又要消除联络线交换功率偏差Pt=0，即每个控制区域负责本区域的功率调整，把本区域调节作用信号为区域控制误差ACE,KiA、KiB-积分增益，常数A、B-频率偏置参数(或称频率修正系数)负号表示什么？,只有,如果A系统采用了TBC调节，而B系统采用有差调频或无二次调频，就会
20、出现频率偏差f和联络线交换功率偏差Pt。设A系统有二次调频，B系统只有一次调频，系统负荷增量分别为PLA、PLB,联络线交换功率增量为PtA。,(三)频率联络线功率偏差控制(TBC)有差,考虑稳态情况,PtA,PT=PG,42/29,B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,43/29,A系统采用TBC（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PGA=PLA（A系统的负荷增量），A系统维持了功率的就地平衡，A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B系统负荷增量PLB有关。,B系统无TBC，整个联合系统对B系统负荷波动仍然如只有一次有差调频似的。,得,得,代入(5-103),(5-103),
