培訓(xùn)時(shí)間：2025年9月26日培訓(xùn)講師：XXX電力系統(tǒng)頻率和有功功率的自動(dòng)控制培訓(xùn)課件

培訓(xùn)期間基本要求:準(zhǔn)時(shí)培訓(xùn)期間保持手機(jī)靜音彼此尊重每個(gè)人的發(fā)言都很有價(jià)值積極參與盡情投入！第四章電力系統(tǒng)頻率和有功功率的自動(dòng)控制第一節(jié)概述第二節(jié)電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻方法第三節(jié)水電廠(chǎng)自動(dòng)發(fā)電控制第四節(jié)電力系統(tǒng)頻率異常的控制第一節(jié)概述1）電力系統(tǒng)的功率平衡與頻率穩(wěn)定電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定與否，取決于系統(tǒng)的有功功率是否平衡：

若系統(tǒng)總的發(fā)電功率=用戶(hù)總的耗用功率（包括線(xiàn)路耗損），則系統(tǒng)的頻率維持在額定值；若系統(tǒng)總的發(fā)電功率大于（或小于）用戶(hù)總耗用功率，則系統(tǒng)的頻率大于（或小于）額定值；并網(wǎng)運(yùn)行發(fā)電機(jī)組的功率控制，就是維持電力系統(tǒng)功率的平衡，使系統(tǒng)的頻率偏差在容許的范圍內(nèi)。2）電力系統(tǒng)的日負(fù)荷電力調(diào)度中心根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料來(lái)制定系統(tǒng)日負(fù)荷曲線(xiàn)，如圖所示。圖中，實(shí)線(xiàn)為計(jì)劃負(fù)荷，虛線(xiàn)為實(shí)際負(fù)荷，其差值為計(jì)劃外負(fù)荷。P(MW)t（小時(shí)）481216202410001500200025003000基荷峰荷3）調(diào)頻機(jī)組與調(diào)頻電站

由于計(jì)劃外負(fù)荷是無(wú)規(guī)律，因此必須要求系統(tǒng)中劃出一部分機(jī)組甚至幾個(gè)水電站執(zhí)行調(diào)頻任務(wù)，使系統(tǒng)的總發(fā)電功率隨時(shí)跟蹤用戶(hù)的總耗用功率，這些機(jī)組或電站稱(chēng)為調(diào)頻機(jī)組或調(diào)頻電站。

調(diào)頻容量：

取決于系統(tǒng)在10分鐘內(nèi)最大負(fù)荷上升的速度和系統(tǒng)頻率的允許偏差值，一般約為系統(tǒng)最大負(fù)荷的8%-10%。

對(duì)調(diào)頻機(jī)組功率控制的要求是：

維持系統(tǒng)頻率在50±0.2Hz/s；能夠在調(diào)頻機(jī)組和電站間實(shí)現(xiàn)有功功率的優(yōu)化分配；能夠防止輸電線(xiàn)路過(guò)負(fù)荷運(yùn)行；保證電鐘的準(zhǔn)確性；保證有一部分機(jī)組有旋轉(zhuǎn)備用容量。4）電力系統(tǒng)負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)

當(dāng)系統(tǒng)頻率變化時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)荷也要隨著改變，即

這種有功負(fù)荷隨頻率而改變的特性叫做負(fù)荷的功率—頻率特性，是負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性，也稱(chēng)作負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)。負(fù)荷的功率—頻率特性表達(dá)式：式中—額定頻率

—系統(tǒng)頻率為f時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)荷

—系統(tǒng)頻率為額定值時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)荷

—為上述各類(lèi)負(fù)荷占的比例系數(shù)將上式除以

，則得標(biāo)么值形式，即

通常與頻率變化三次方以上成正比的負(fù)荷很少，如忽略其影響，并將上式對(duì)頻率微分，得

稱(chēng)為負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)，取決于頻率的性質(zhì)及各負(fù)荷所占比例。負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)第二節(jié)電力系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)頻方法一、電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)節(jié)1、發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)同步發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)差系數(shù)R負(fù)號(hào)表示發(fā)電機(jī)輸出功率的變化和頻率的變化符號(hào)相反。調(diào)差系數(shù)R的標(biāo)幺值表示為上式又稱(chēng)為發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)節(jié)方程。在計(jì)算功率與頻率的關(guān)系時(shí)，常常采用調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)，KG*——發(fā)電機(jī)的功率-頻率特性系數(shù)，或原動(dòng)機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率。一般發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)或單位調(diào)節(jié)功率，可采用下列數(shù)值：對(duì)汽輪發(fā)電機(jī)組R*=(4-6)%或KG*=16.6-25

；對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組R*=(2-4)%或KG*=25-50

；2、調(diào)差特性與機(jī)組間有功功率分配的關(guān)系

曲線(xiàn)①代表1號(hào)發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)特性。曲線(xiàn)②代表2號(hào)發(fā)電機(jī)組的調(diào)節(jié)特性。系統(tǒng)頻率為fe：線(xiàn)段CB的長(zhǎng)度所示系統(tǒng)總負(fù)荷ΣPL。

1號(hào)機(jī)承擔(dān)的負(fù)荷為P1，2號(hào)機(jī)承擔(dān)的負(fù)荷為P2，于是有P1+P2=ΣPL系統(tǒng)頻率穩(wěn)定在f1：1號(hào)機(jī)組的負(fù)荷增加了ΔP1

2號(hào)機(jī)組的負(fù)荷增加了ΔP2

兩臺(tái)機(jī)組增量之和等于ΔPL

可得此式表明：在發(fā)電機(jī)組間的功率分配與機(jī)組的調(diào)差系數(shù)成反比。

3、調(diào)節(jié)特性的失靈區(qū)由于測(cè)量元件的不靈敏性，對(duì)微小的轉(zhuǎn)速變化不能反應(yīng)，調(diào)速器具有一定的失靈區(qū)，因而調(diào)節(jié)特性實(shí)際上是一條具有一定寬度的帶子。不靈敏區(qū)的寬度可以用失靈度ε來(lái)描述，即

式中ΔfW—調(diào)速器的最大頻率呆滯有失靈區(qū)產(chǎn)生的分配功率上的誤差為（用標(biāo)幺值表示）：1）ΔPW*與失靈度ε成正比，而與調(diào)差系數(shù)R*成反比。過(guò)小的調(diào)差系數(shù)將會(huì)引起較大的功率分配誤差，所以R*不能太小。2）如果不靈敏區(qū)太小或完全沒(méi)有，那么當(dāng)系統(tǒng)頻率發(fā)生微小波動(dòng)時(shí)，調(diào)速器也要調(diào)節(jié)，這樣會(huì)使閥門(mén)的調(diào)節(jié)過(guò)分頻繁。

4、電力系統(tǒng)的頻率特性

發(fā)電機(jī)組的功率—頻率特性與負(fù)荷的功率、頻率特性曲線(xiàn)的交點(diǎn)就是電力系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定運(yùn)行點(diǎn)。PG=F（f）a點(diǎn)：fe，PL

b點(diǎn)：負(fù)荷增加ΔPL，負(fù)荷靜態(tài)頻率特性變?yōu)镻L1，無(wú)調(diào)速器，頻率穩(wěn)定值下降到f3，取用功率仍然為原來(lái)的PL值

c點(diǎn)：調(diào)速器一次調(diào)節(jié)，增加機(jī)組的輸入功率PT。頻率穩(wěn)定在f2d點(diǎn)：調(diào)頻器二次調(diào)節(jié)，增加機(jī)組的輸入功率PT。頻率穩(wěn)定在fe

5、利用調(diào)速器進(jìn)行一次調(diào)頻當(dāng)系統(tǒng)中有n臺(tái)機(jī)組參加調(diào)頻式中Δf—系統(tǒng)的頻率增量

Ri

—第i臺(tái)機(jī)組的調(diào)差特性

ΔPCi—第i臺(tái)機(jī)組的有功功率增量（調(diào)頻功率)

設(shè)系統(tǒng)的負(fù)荷增量（即計(jì)劃外的負(fù)荷）為ΔPL，則調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束時(shí)，必有

上式也可以寫(xiě)為其中是系統(tǒng)的等值調(diào)節(jié)系數(shù)

則每臺(tái)調(diào)頻機(jī)組所承擔(dān)的計(jì)劃外負(fù)荷為：優(yōu)缺點(diǎn)：各機(jī)組同時(shí)參加調(diào)頻，沒(méi)有先后之分；計(jì)劃外負(fù)荷在調(diào)頻機(jī)組間是按一定的比例分配的；頻率穩(wěn)定值的偏差較大；二、電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)節(jié)積差調(diào)頻法（同步時(shí)間法）和自動(dòng)發(fā)電控制1、積差調(diào)頻法：積差調(diào)頻法（或稱(chēng)同步時(shí)間法）是根據(jù)系統(tǒng)頻率偏差的累積值進(jìn)行工作的。單機(jī)積差調(diào)節(jié)的調(diào)頻方程式為：

式中K-調(diào)頻功率比例系數(shù)2調(diào)頻原理系統(tǒng)調(diào)頻方程優(yōu)點(diǎn)：頻率積差調(diào)節(jié)法的優(yōu)點(diǎn)是能使系統(tǒng)頻率維持額定。計(jì)劃外的負(fù)荷能在所有參加調(diào)頻的機(jī)組間按一定的比例進(jìn)行分配。缺點(diǎn):

頻率積差信號(hào)滯后于頻率瞬時(shí)值的變化，因此調(diào)節(jié)過(guò)程緩慢。改進(jìn)積差調(diào)頻法調(diào)頻方程式：在頻率積差調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上增加頻率瞬時(shí)偏差的信息式中ΔPci—第i機(jī)組承擔(dān)的功率調(diào)節(jié)量

Ri

—第i臺(tái)機(jī)組的調(diào)差系數(shù)

—第i臺(tái)機(jī)組的調(diào)節(jié)功率的分配系數(shù)，

K—功率頻率換算系數(shù)

說(shuō)明：（1）調(diào)節(jié)結(jié)束，Δf必須為零，否則，積分項(xiàng)就會(huì)不斷變化，調(diào)節(jié)就不會(huì)結(jié)束，調(diào)節(jié)過(guò)程結(jié)束后每臺(tái)機(jī)組負(fù)荷變化:（2）總計(jì)劃外負(fù)荷：（3）功率分配原則按一定比例進(jìn)行分配，若分配系數(shù)按等流量微增率原則設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻機(jī)組間負(fù)荷的最優(yōu)分配。調(diào)頻過(guò)程：

當(dāng)系統(tǒng)頻率變化時(shí)，按Δf啟動(dòng)的調(diào)速器會(huì)比按積差工作的調(diào)頻器先進(jìn)行大幅度的調(diào)整.到頻差累積到一定值時(shí)，調(diào)頻器會(huì)取代調(diào)速器的工作特性，使頻率穩(wěn)定在fe.

調(diào)速器的作用為一次調(diào)頻，積差調(diào)頻為二次調(diào)頻.2、自動(dòng)發(fā)電控制：自動(dòng)發(fā)電控制（AGC)是電力系統(tǒng)能量管理系統(tǒng)(EMS)中最重要的控制功能。

EMS包含：

自動(dòng)穩(wěn)定控制(ASC)、自動(dòng)發(fā)電控制（AGC)、自動(dòng)電壓控制(AVC)三大控制系統(tǒng)。AGC：

電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動(dòng)控制系統(tǒng)稱(chēng)為自動(dòng)發(fā)電控制（AGC)，亦稱(chēng)負(fù)荷與頻率控制（LFC)；

由自動(dòng)裝置和計(jì)算機(jī)程序?qū)︻l率和有功功率進(jìn)行二次調(diào)整實(shí)現(xiàn)。

自動(dòng)發(fā)電控制示意圖AGC控制器：負(fù)荷分配器：根據(jù)系統(tǒng)頻率和其它有關(guān)信號(hào)，按一定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則確定各機(jī)組的有功出力設(shè)定值；機(jī)組控制器：據(jù)負(fù)荷分配器設(shè)定的有功出力，使機(jī)組在額定頻率下的實(shí)發(fā)功率與設(shè)定有功出力相一致。工作原理調(diào)度中心根據(jù)實(shí)測(cè)的發(fā)電機(jī)組實(shí)際功率和頻率偏差信號(hào)，按一定的調(diào)節(jié)準(zhǔn)則確定各調(diào)頻廠(chǎng)（或機(jī)組）的功率設(shè)定值PS,并通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)下行通道將該功率指令信號(hào)傳遞到相應(yīng)機(jī)組的控制器?？刂破鞲鶕?jù)功率設(shè)定值Ps和實(shí)發(fā)功率值PG之差信號(hào)，采用PID控制規(guī)律控制機(jī)組，最終使機(jī)組實(shí)發(fā)功率與設(shè)定值相一致。機(jī)組調(diào)節(jié)功率表達(dá)式：系統(tǒng)調(diào)頻機(jī)組總調(diào)節(jié)功率：調(diào)度中心傳遞給調(diào)頻電廠(chǎng)的兩種指令：1、調(diào)節(jié)指令直接下達(dá)給各調(diào)頻機(jī)組，即經(jīng)濟(jì)功率分配計(jì)算由調(diào)度中心完成。常用于汽輪發(fā)電機(jī)組。2、調(diào)度中心下達(dá)全廠(chǎng)總調(diào)度量，廠(chǎng)內(nèi)機(jī)組間的經(jīng)濟(jì)功率分配由發(fā)電廠(chǎng)AGC完成。常見(jiàn)于水電調(diào)頻廠(chǎng)。通訊方式：調(diào)度中心與電廠(chǎng)遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)（Telecontrol）通信。遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)包括：遠(yuǎn)方終端RTU（RemoteTerminalUnit)，測(cè)量用變送器、模擬量和狀態(tài)量、脈沖量二次回路級(jí)控制與調(diào)節(jié)執(zhí)行元件。通訊：有線(xiàn)方式（載波、光纖等）、無(wú)線(xiàn)方式（微波、衛(wèi)星通信等）。第三節(jié)、水電廠(chǎng)自動(dòng)發(fā)電控制一、水電機(jī)組有功功率調(diào)節(jié)方式電網(wǎng)調(diào)度控制方式:網(wǎng)調(diào)給定全廠(chǎng)總有功和網(wǎng)調(diào)單機(jī)控制方式電廠(chǎng)控制方式：全廠(chǎng)給定總有功和負(fù)荷曲線(xiàn)方式。系統(tǒng)頻率正常時(shí)，電廠(chǎng)AGC按給定總有功運(yùn)行(即不參與調(diào)頻），按有功偏差信號(hào)調(diào)節(jié)有功。調(diào)節(jié)方程組為：其中：Pi為第i臺(tái)機(jī)組有功功率；Pset按日負(fù)荷曲線(xiàn)應(yīng)發(fā)有功功率；Qi為第i臺(tái)機(jī)組引用流量。但是，在特殊情況下，當(dāng)系統(tǒng)頻率差超過(guò)了允許水平時(shí)，為了系統(tǒng)能安全穩(wěn)定運(yùn)行，希望調(diào)功機(jī)組也能對(duì)系統(tǒng)頻率作出響應(yīng)，其所帶負(fù)荷與頻率的關(guān)系如圖所示。PsetPffnΔfmΔfm

為此，須在調(diào)功機(jī)組的功率控制裝置中設(shè)置人工不靈敏區(qū)±Δfm。

當(dāng)頻率偏差│Δf│<Δfm時(shí)，不參與調(diào)頻，仍按計(jì)劃運(yùn)行；

而當(dāng)頻率偏差│Δf│>Δfm時(shí)，則調(diào)節(jié)機(jī)組的出力，對(duì)頻率變化作出響應(yīng)。電廠(chǎng)AGC的運(yùn)行限制：1、機(jī)組無(wú)事故、LCU無(wú)故障，機(jī)組才可參加電廠(chǎng)AGC運(yùn)行；2、機(jī)組調(diào)相運(yùn)行，機(jī)組自動(dòng)退出AGC；3、無(wú)機(jī)組參加AGC時(shí)全廠(chǎng)AGC自動(dòng)退出。二、水電廠(chǎng)機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行

1、負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配

最經(jīng)濟(jì)的負(fù)荷分配方式是按等微增率法則分配負(fù)荷?微增率是指輸入耗量微增量與輸出功率微增量的比值，對(duì)應(yīng)于某一輸出功率時(shí)的微增率就是：耗量特性曲線(xiàn)上對(duì)應(yīng)于該功率點(diǎn)切線(xiàn)的斜率，即式中b—耗量微增率（或簡(jiǎn)稱(chēng)微增率）

—輸入耗量微增率；

—輸出功率微增量。等微增率法則，就是運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組按微增率相等的原則來(lái)分配負(fù)荷，這樣就可使系統(tǒng)總的燃料消耗（或費(fèi)用）為最小。

設(shè)有n臺(tái)機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組承擔(dān)的負(fù)荷為P1，P2，…,Pn，對(duì)應(yīng)的燃料消耗為F1，F(xiàn)2，…，F(xiàn)n，則總的燃料消耗為

而總負(fù)荷功率PL為

用拉格朗日乘子法則來(lái)求解取拉格朗日方程式中-總?cè)剂舷模?/p>

-拉格朗日乘子；

-約束函數(shù)。這里功率平衡就是相應(yīng)的約束條件，即使總?cè)剂舷淖钚〉臈l件是上式對(duì)功率的偏導(dǎo)數(shù)為零，即

因PL是常數(shù)，同時(shí)各機(jī)組的輸出功率又是相互無(wú)關(guān)的，所以

設(shè)每臺(tái)機(jī)組都是獨(dú)立的，那么每臺(tái)機(jī)組燃料消耗只與本身的輸出功率有關(guān)。因此，上式可寫(xiě)成

因此，發(fā)電廠(chǎng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的經(jīng)濟(jì)調(diào)度準(zhǔn)則為：

各機(jī)組運(yùn)行時(shí)微增率b1,b2,?,bn相等，并等于全廠(chǎng)的微增率λ。2、AGC在有功功率分配時(shí)應(yīng)考慮問(wèn)題（1）水頭及機(jī)組臺(tái)數(shù)的影響當(dāng)水頭高于計(jì)算水頭時(shí)，機(jī)組出力受發(fā)電機(jī)出力限制線(xiàn)影響；當(dāng)水頭低于計(jì)算水頭時(shí)，機(jī)組出力受水輪機(jī)5%出力限制線(xiàn)或空蝕等因素影響。故，AGC分配的有功功率須滿(mǎn)足：（2）機(jī)組不能運(yùn)行在振動(dòng)區(qū)和空蝕區(qū)躲避振動(dòng)區(qū)策略

：PiAGC

＞（Piup+Pidown）/2，則：PiAGC

=

Piup；

PiAGC

＜（Piup+Pidown）/2，則：PiAGC

=

Pidown；

式中：

Piup

—

第i機(jī)組振動(dòng)區(qū)上限；

Pidown

—

第i機(jī)組振動(dòng)區(qū)下限。（3）盡可能減少調(diào)節(jié)次數(shù)和開(kāi)停機(jī)次數(shù)應(yīng)盡量減少機(jī)組磨損，水電廠(chǎng)AGC可設(shè)置功率死區(qū)。當(dāng)全廠(chǎng)有功設(shè)定值高于死區(qū)值時(shí)，AGC重新分配或調(diào)整參加AGC機(jī)組負(fù)荷。否則，負(fù)荷分配不變。小負(fù)荷變化由1~2臺(tái)機(jī)組承當(dāng)。增負(fù)荷策略

程序首先進(jìn)行選擇調(diào)功機(jī)組，選擇上次分配目標(biāo)功率最小機(jī)組增有功：

i=min（PiAGC’），

i=1、2、3

，若i值不唯一時(shí)，按1#、2#、3#順序排列。

當(dāng)該機(jī)組由于振動(dòng)區(qū)或最大負(fù)荷限制或最大步長(zhǎng)限制不能增有功時(shí)，選擇下一臺(tái)機(jī)組增有功，直至分配完目標(biāo)功率，具體步驟如下：（1）判斷機(jī)組可調(diào)容量

:（Pimax-PiAGC’）-δP

≥0

（2）判斷最大步長(zhǎng)限制:

δP

-δPmax≥0

（3）根據(jù)前面兩個(gè)公式的判斷后進(jìn)行負(fù)荷分配

（Pimax-PiAGC’）≥δP且δP≥δPmax，PiAGC=

PiAGC’+δPmax；

（Pimax-PiAGC’）≥δP且δP≤δPmax，PiAGC=

PiAGC’+δP；

（Pimax-PiAGC’）≤δP，PiAGC=

Pimax

式中：

PiAGC

—第i機(jī)組AGC控制負(fù)荷；

PiAGC’

—上一次運(yùn)行周期第i機(jī)組AGC控制負(fù)荷；

Pimax

—第i機(jī)組最大負(fù)荷限制；

δP

—

AGC控制負(fù)荷偏差；

δPmax

—

AGC控制負(fù)荷最大步長(zhǎng)；減負(fù)荷策略程序首先進(jìn)行選擇調(diào)功機(jī)組，選擇上次分配目標(biāo)功率最大的機(jī)組減有功：i=max（PiAGC’）

i=1、2、3

若i值不唯一時(shí)，按3#、2#、1#順序排列。當(dāng)該機(jī)組由于振動(dòng)區(qū)或最小負(fù)荷限制或最大步長(zhǎng)限制不能減有功時(shí)，選擇下一臺(tái)機(jī)組減有功，直至分配完目標(biāo)功率，具體步驟如下：（1）判斷機(jī)組可調(diào)容量

（Pi