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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
2、压、元件电流、机组功率、功角等）不应超出允许要求的范围（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（supervisory control and data acquisition，SCADA），完成电力系统的状态估计（state esti
3、mation，SE），预想事故评估（static security assessment / dynamic security assessment，SA/DSA）等。,8,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根据电力系统运行必须满足的两个条件，将电力系统运行状态划分如下： 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
4、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，如架设输电线路、新建发电厂等。 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
5、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、DL 755-2001 电力系统技术导则 SD 131-84 电力系统设计技术规程SDJ161-85,15.2 电力系统的有功与频率控制,全系统的有功平衡 各类发电厂发出的有功功率的总和，在任何时刻都应同系统的总负荷相平衡。 但系统中的电源总容量必须大于系统的最大负荷，即要有备用。 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
6、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25%； 事故备用：适应发电设备发生偶然事故时的备用，一般为最大负荷的510%，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35%。,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（10s3min） 、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（3m
7、in）、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(0.20.5)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
8、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： 汽轮发电机组： % =35 或 KG* =33.320 水轮发电机组： % =24 或 KG* =5025,f,f0,fN,0,PGN,PG,1,2,3,负荷的频率静特性,负荷有功功率与频率的关系： 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
9、，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,PL,1,2,3,标志了随频率的升降负荷消耗功率增加或减少的多少。其标幺值在数值上等于额定条件下负荷的频率调节效应，即一定频率下负荷随频率的变化率：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
10、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 = f0 f0 0 负荷调节效应: PL = KL f PGQ ，f 如何变化？ 若PLQ =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
11、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+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（unit commitment
12、，UC）经济调度（economic dispatch，ED）最优化潮流（optimal power flow，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（automatic generation control，AGC）。,15.2.3 自动发电控制,自动发电控制 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,
