《《精编》电力系统工程基础--控制篇》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《精编》电力系统工程基础--控制篇（135页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电力系统工程基础 控制篇 主要内容 第15章电力系统的运行与控制第16章电力系统电能质量与可靠性 第15章电力系统的运行与控制 15 1电力系统运行的安全性15 2电力系统的有功与频率控制15 3电力系统的电压控制15 4电力系统的优化调度15 5电力系统运行的自动化 15 1电力系统运行的安全性 15 1电力系统运行的安全性 15 1 1电力系统运行安全性的定义电力系统运行的安全性是指应付各种可能的扰动以保持电力系统连续运行的能力 具体而言 电力系统的正常运行必须满足两个条件 约束 有功 无功功率的平衡 等式约束 电能质量和设备的运行状态 即频率 电压 元件电流 机组功率 功角等 不应超出允
2、许要求的范围 不等式约束 应付的手段 电力系统的运行调度与调节 保护 控制 用户侧管理等 15 1 2电力系统安全性的防御 电力系统运行的监测任务 向调度控制中心提供实时运行的相关信息 主要包括母线电压 线路电流 有功 无功 断路器 隔离开关的状态 系统频率 机组功率 变压器分接头位置等 作用 依据收集的信息 判断系统的运行状态 为调度人员及时作出相关的控制决策提供辅助手段 手段 数据采集与监视控制系统 supervisorycontrolanddataacquisition SCADA 完成电力系统的状态估计 stateestimation SE 预想事故评估 staticsecuritya
3、ssessment dynamicsecurityassessment SA DSA 等 预想事故评估预想事故评估 在完成电力系统状态估计的基础上 对预想的事故集 contingencies 进行分析 电力系统的运行状态分类正常状态 安全正常状态 不安全正常状态紧急状态崩溃状态恢复状态 电力系统运行状态的转化过程 安全状态 不安全状态 正常状态 紧急状态 恢复状态 崩溃状态 紧急控制 校正控制 恢复控制 供电恢复 预防控制 预想事故 正常状态 分为安全 不安全正常状态预防控制 使系统从不安全正常状态转移到安全正常状态的控制 紧急状态 满足第一个条件 不满足第二个条件 静态情况下 表现为过载或电
4、压越限 允许时间较长 通过校正控制使系统返回正常状态 对于稳定性破坏性质的 功角不断增大 频率或电压不断下降 允许时间较短 通过紧急控制 如切机 解列 切负荷使系统进入恢复状态 恢复状态 第一个条件不满足 第二个条件满足 启动机组 系统并列等 使系统重新进入正常状态 15 1 3电力系统的安全准则 为了实现电力系统的安全 稳定运行 电力系统运行各部门 规划 计划 设计 建设 生产运行和科研试验等 都有自己的安全准则安全准则随技术 经济水平的发展而不断修正 电力系统安全稳定导则 81年版 DL755 2001 电力系统技术导则 SD131 84 电力系统设计技术规程 SDJ161 85 15 2
5、电力系统的有功与频率控制 全系统的有功平衡运行中 PG PD PL规划设计 PN PG PR系统电源容量 PN 可投入发电设备的可用功率之和系统的备用容量 PR 系统电源容量大于发电负荷的部分设置备用的目的 系统的最大负荷不确定 发输电设备的故障不确定 机组必须定期检修 15 2 1有功功率平衡与备用 备用容量的分类 按投入时间 工作方式 分热备用 运转中的发电设备可能发的最大功率与发电负荷之差 旋转备用 冷备用 未运转的 但能随时启动的发电设备可能发的最大功率 不含检修中的设备 按用途分负荷备用 适应负荷短时波动 一日内计划的负荷增加 一般为最大负荷的2 5 事故备用 适应发电设备发生偶然事
6、故时的备用 一般为最大负荷的5 10 分冷 热备用 检修备用 满足检修需要而设置的备用 有时不设 国民经济 发展 备用 计及负荷超计划增长而设置的备用 一般为最大负荷的3 5 15 2 2有功功率负荷变动及控制 三类负荷变化1 周期短 10s 幅度小 偶然性极大 2 周期较长 10s 3min 幅度较大 如电炉 压延机械 电力机车等带有冲击性的负荷变动 3 周期长 3min 幅度大 主要是由生产 生活 气象等变化引起的负荷变动 基本上可预测 并由负荷曲线反映 电网频率f是发电机转速 的体现 当发电机PM与PE 有功损耗 平衡时 和f不变 负荷随机变化 PE随机变化 不可能严格保证任何时刻额定频
7、率 频率偏移不可避免 需要合理规定允许的偏移范围 我国目前 50Hz 0 2 0 5 Hz 发达国家 0 1Hz 控制方式控制原则为有功功率的平衡 实质上调整发电机输出功率频率的一次调整 调速器频率的二次调整 调频器频率的三次调整 依负荷曲线 在发电厂 机组间经济合理地分配 近似直线族 一次 二次调频 发电机的单位调节功率 发电机组原动机或电源频率特性的斜率 标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡 发电机组功频静态特性 f f0 fN 0 PGN PG 1 2 3 发电机调差系数 单位调节功率的倒数 发电机的单位调节功率与调差系数的关系 发电机的单位调节功率是可以整定的 汽轮发电机
8、组 3 5或KG 33 3 20水轮发电机组 2 4或KG 50 25 f f0 fN 0 PGN PG 1 2 3 负荷的频率静特性 有功功率需求与频率的关系 与频率变化无关的负荷 如照明设备 电阻炉与频率变化的一次方成正比 如切削设备 往复式水泵 压延设备 等与频率变化的二次方成正比 如变压器的涡流损耗 等与频率变化的三次方成正比 如通风机 静水头阻力不大的循环水泵 等与频率变化的高次方成正比 如静水头阻力很大的循环水泵 等 a0 a1 a2 a3 1 当f fN时 PD PDN主要成份为前2种 在额定值附近为一直线 族 负荷的单位调节功率 综合负荷静态频率特性的斜率 f fN 0 PLN
9、 PL 1 2 3 负荷的单位调节功率是不能整定的 KL 1 5 值得注意的是 电力系统的静态频率特性 发电机和负荷 之所以认为是线性的 其前提是频率围绕额定值变化很小的范围 频率的一次调整 基础 有功平衡几何图解 负荷增加 频率降低初始负荷增量 PL0系统频率变化 f f 0 f0 0负荷调节效应 PL KL f 0负荷实际增量 PL0 PL PL0 KL f发电机功率增量 PG KG f依据有功平衡 有 PL0 PL PG f f0 f 0 0 P0 P P 0 PL P L PG A B Q A B Q PG PL PL0 PL0 PG PL KG KL f KS fKS为系统的单位调节
10、功率标志了系统负荷增加或减少时 在原动机调速器和负荷本身调节效应的共同作用下系统频率下降或上升的多寡 其可以确定在频率允许偏移范围内系统能承受的负荷的变化量 系统负荷 f 发电机输出 负荷由其本身调节效应减少功率消耗 达到新的平衡状态P 0 f 0 而不是P0 PL0 频率的一次调整为有差调节 KS数值越大 负荷增减引起的频率的变化就越小 频率也就越稳定 负荷的单位调节功率不可调 要调节KS需要控制 调节发电机的单位调节功率或调速器的调差系数 系统进行频率的一次调频的前提是系统有备用容量 即PGN PLN 如果机组满载 则KG 0 例如 系统中有n台发电机 当n台发电机全部参加调整时 当n台机
11、组仅有m台参加调整时 需要注意的是 KS KG KL PL0 PG PL KG KL f KG PGN fN KL PLN fN f两边同时除以PLN 得 PL0 KG KL f PGN PLN备用系数 PL0太大时 仅靠一次调频不能使 f在一定的范围内 可知 并联运行机组所调节的有功功率与频率变化和机组额定容量成正比 与机组调差系数成反比 并联机组有功功率的分配 能否将KS整定的很大 或调差系数很小 以保证频率质量 如果KS很大 在多机系统中 负荷变化量在个发电机组之间的分配无法固定 使得各发电机组的调速系统不能稳定工作 频率的二次调整 负荷初始增量 PL0频率变化 f f 0 f0负荷调节
12、效应 PL KL f 线段 负荷实际增量 PL0 PL发电机一次调整功率增量 PG KG f 线段 发电机二次调整功率增量 PGQ 线段 f f0 f 0 0 P0 P P 0 PG A B Q A B Q PGQ PLQ A C C B Q P 0 f 0 f f P G PL P L 依据有功平衡 有 PL0 PL PG PGQ PL0 PGQ KG KL f f PL0 PGQ KS若 PL0 PGQ f如何变化 若 PL0 PGQ f如何变化 无差调节 调频厂须满足的条件调整的容量和范围应足够大 调整的速度应足够快 调整范围内的经济性能应该好 注意系统内及互联系统的协调问题 根据各种电
13、厂的特点 调频厂的选择原则系统中有水电厂时 选择水电厂做调频厂 当水电厂不能做调频厂时 选择中温中压火电厂做调频厂 互联电网的频率调整 若设A B两系统互联 KA和KB分别为互联前A B两系统的单位调节功率 两系统负荷变化 增加 分别为 PDA和 PDB 引起互联系统的频率变化 降低 f 及联络线交换功率的变化 Pt 假设两系统中都设有进行二次调整的电厂 它们的功率增量分别为 PGA和 PGB 设联络线上的交换功率由A向B流动时为正值 系统A 系统B 在负荷增加 PDA PDB的影响下 两系统的频率和交换功率的变化量为 频率的三次调整 负荷曲线的编制与负荷预报负荷预计 历史实测数据 天气预报
14、统计分析方法误差不超过2 3 按预计的负荷曲线 有功功率日负荷曲线 安排系统中各发电厂预计可投入的发电设备和发电容量发电计划 机组组合 unitcommitment UC 经济调度 economicdispatch ED 最优化潮流 optimalpowerflow OPF 与潮流计算的联系 在潮流计算中 除平衡节点以外其他节点的注入有功功率之所以可以给定 就是由于系统中绝大部分发电厂是按照经济性原则进行优化调度的 平衡节点 一般取系统中担负调频任务的发电厂母线 实际运行中这类厂有多个 构成自动发电控制 automaticgenerationcontrol AGC 15 2 3自动发电控制 自
15、动发电控制自动发电控制是将一次 二次调整按照电力系统整体设计的自动负荷 频率控制系统 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 控制方式 区域控制误差 ACEi bidf dPT i定频率控制 FFC fixedfrequencycontrol 以偏离额定频率为准则 实现频率的无差特性定联络线功率控制 FTC fixedtie lineactivepowercontrol 以偏离区域间联络线功率计划值为准则 实现联络线功率计划值的无差特性联络线频率偏差
16、控制 TBC tie linefrequencybiascontrol 使每个区域的负荷和发电恢复平衡 即 频率在给定值 邻近区域的纯功率交换为给定值 AGC的一般过程 AGC对机组功率的分配包括两个部分 按经济调度原则分配计划负荷和计划外负荷 送出基点功率值 将消除区域控制误差所需要的调节功率PR分配给机组按照一定的时间间隔 如5min AGC机组由三次调整整定其基态 从广义角度 电力系统一次 二次 三次频率调整联合 统一的自动功能就是电力系统的AGC 其中 一次调整时自然的 二次调整与三次调整紧密相关 将电力系统安全 可靠 经济进行统筹考虑 15 3电力系统的电压控制 电力系统的电压偏移 大电压偏移对现代生产和生活的影响电力设备设计 额定电压下才有好的技术经济性能异步电动机 电压低 定子电流显著增大 温升 加速绝缘老化 烧电机 电压高 破坏绝缘电热设备 电压低 大大降低发热量照明设备 电压低 发光不足 电压高 影响寿命家用电器 如电视机 电压低 图像不稳定 电压高 影响显像管寿命 电子设备 精密仪器 对电压极其敏感 要求极高 电压质量已成为现代企业投资环境的重要因素电力系统用户 要
