...wd......wd......wd...電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定論摘要:電力系統(tǒng)頻率調整是電力系統(tǒng)中維持有功功率供需平衡的主要措施，其基本目的是保證電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。電力系統(tǒng)頻率調整的主要方法是調整發(fā)電功率和進展負荷管理。一次調頻是指當電力系統(tǒng)頻率偏離目標頻率時，發(fā)電機組通過調速系統(tǒng)的自動反響，調整有功出力以維持電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。二次調頻也稱為自動發(fā)電控制，是指發(fā)電機組提供足夠的可調整容量及一定的調節(jié)速率，在允許的調節(jié)偏差下實時跟蹤頻率，以滿足系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的要求。三次調頻就是協(xié)調各發(fā)電廠之間的負荷經濟分配，從而到達電網的經濟、穩(wěn)定運行。關鍵詞:電力系統(tǒng),一次調頻,二次調頻,三次調頻,綜述引言“頻率〞概念源于針對周期性變化的事物的經典物理學定義，由于電力系統(tǒng)中許多物理變量具有(準)周期性特征,故這一概念在電業(yè)技術中得到廣泛的應用。電力系統(tǒng)頻率一方面作為衡量電能質量的指標,需加以動態(tài)監(jiān)測;另一方面作為實施安全穩(wěn)定控制的重要狀態(tài)反響量,要求能實時重構。因此,電力系統(tǒng)頻率控制是電力系統(tǒng)運行的一項重要內容，系統(tǒng)頻率的變化對用戶、發(fā)電機組和電力系統(tǒng)本身都有著重大影響，當今電力系統(tǒng)安全運行的目標之一便是將頻率變化控制在較小的范圍內。一次調頻是指當電力系統(tǒng)頻率偏離目標頻率時，發(fā)電機組通過調速系統(tǒng)的自動反響，調整有功出力以維持電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定。一次調頻的特點是響應速度快，但是只能做到有差控制。二次調頻也稱為自動發(fā)電控制〔AGC〕，是指發(fā)電機組提供足夠的可調整容量及一定的調節(jié)速率，在允許的調節(jié)偏差下實時跟蹤頻率，以滿足系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的要求。二次調頻可以做到頻率的無差調節(jié)，且能夠對聯(lián)絡線功率進展監(jiān)視和調整。三次調頻就是協(xié)調各發(fā)電廠之間的負荷經濟分配，從而到達電網的經濟、穩(wěn)定運行。其實質是完成在線經濟調度，其目的是在滿足電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定和系統(tǒng)安全的前提下合理利用能源和設備，以最低的發(fā)電成本或費用獲得更多的、優(yōu)質的電能。本文在平時課堂上的認真學習和課下的資料查閱下詳細介紹了電力系統(tǒng)的各次調頻概念以及相關實際應用，側重于一次和二次調頻以供參考研究學習。1.一次調頻1.1概念一次調頻是指由發(fā)電機調速系統(tǒng)頻率靜態(tài)特性而增減發(fā)電機的出力所起到的調頻作用。機組一次調頻的投入是穩(wěn)定系統(tǒng)頻率的一項重要技術措施，對于實現電網發(fā)電自動調度、提高電能質量、維持電網安全穩(wěn)定運行能夠起到重要作用。一次調頻即利用系統(tǒng)固有的負荷頻率特性以及發(fā)電機調速器的作用，阻止系統(tǒng)頻率偏離標準的調節(jié)方式。當系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時，系統(tǒng)中所有發(fā)電機的轉速隨即發(fā)生變化，如轉速的變化超出發(fā)電機組規(guī)定的不靈敏區(qū)，該發(fā)電機組的調速器就會動作，改變其原動機的閥門位置，調整原動機的功率，力求改善原動機功率或負荷功率的不平衡狀態(tài)。一次調頻功能是維護電網穩(wěn)定的重要手段。1.2調頻過程由于負荷突增，發(fā)電機組功率不能及時變動而使機組減速，系統(tǒng)頻率下降，同時，發(fā)電機組功率由于調速器的一次調整作用而增大，負荷功率因其本身的調節(jié)效應而減少，經過一個衰減的振蕩過程，到達新的平衡。數學表達式：KS：稱為系統(tǒng)的單位調節(jié)功率，單位Mw/Hz。表示原動機調速器和負荷本身的調節(jié)效應共同作用下系統(tǒng)頻率下降或上升的多少。注意：〔1〕取功率的增大或頻率的上升為正；〔2〕為保證調速系統(tǒng)本身運行的穩(wěn)定，不能采用過大的單位調節(jié)功率；〔3〕對于滿載機組，不再參加調整。對于系統(tǒng)有假設干臺機參加一次調頻：具有一次調頻的各機組間負荷的分配，按其調差系數即下降特性自然分配。1.3特性分析由于電網周波是隨時間動態(tài)變化的隨機變量，含有不同的頻率成分，因此電網的一次調頻是一個隨機過程。整個系統(tǒng)負荷可看作由如下3種具有不同變化規(guī)律的變動負荷所組成：(1)變化幅度較小，變化周期較短，一般為10s以內的隨機負荷分量；(2)變化幅度較大，變化周期較長，一般為10s到3min的負荷分量,屬于這類負荷的主要有電爐、軋鋼機械等；(3)變化緩慢的持續(xù)變動負荷,引起負荷變化的主要原因是工廠的作息制度，人們的生活規(guī)律等。一次調頻所調節(jié)的正是疊加在長周期變化分量上的隨機分量,這就決定了電網一次調頻的隨機性。通常所采用的一次調頻對策是建設在靜態(tài)范疇內的，所謂靜態(tài)范疇的一次調頻特性是把電網中的各臺機組負荷分配規(guī)律簡單的歸結成不等率的反比例關系，在系統(tǒng)規(guī)模不大時，電力系統(tǒng)的調峰和調頻問題的研究可以從靜態(tài)的角度來考慮。從20世紀80年代開場，一直都把電廠的負荷靜態(tài)經濟分配、安全調度、靜態(tài)潮流作為考慮的重點，而對時間方向上的各類動態(tài)信息關心不夠。隨著系統(tǒng)規(guī)模和負荷的迅速開展,電網的調峰和調頻出現了許多新的問題，靜態(tài)的分析方法已經不能滿足實際生產的需要，比方在考察汽輪發(fā)電機組對周波變化的一次調頻響應時，不僅要看周波的變化幅度，還要看周波的變化速度，這些都涉及到不同機組對不同頻率的負荷擾動適應能力的差異(如再熱機組與非再熱機組)，而這一點用靜態(tài)特性的概念是無法描述的。另外，汽輪機調節(jié)對周波變化的各頻率分量的響應也是不同的(如設計有高壓調節(jié)閥動態(tài)過開能力與沒有此能力的再熱機組)。因此，這都需要從動態(tài)的角度重新考慮一次調頻策略的問題。1.4控制策略分析一次調頻的功能是將電網頻差因子轉換成負荷增量信號后，一方面將其疊加于汽輪機調節(jié)閥控制指令，以改變調節(jié)閥開度，并利用鍋爐蓄熱快速增減機組負荷，以滿足電網頻率要求；另一方面改變鍋爐負荷指令，將主蒸汽壓力維持在安全范圍內。一次調頻包含汽輪機側的數字式電液控制系統(tǒng)(DEH)一次調頻和機組協(xié)調控制(UCC)一次調頻。DEH一次調頻具有響應速度快的特點，但因是有差調節(jié)，調頻目標負荷與實際負荷存在一定偏差。UCC一次調頻能夠實現機組能量平衡，但不能快速響應電網頻率變化。因此，UCC和DEH的聯(lián)合一次調頻是滿足電網一次調頻要求的最正確方式。DEH通常包括轉速／功率回路、調節(jié)級壓力回路和閥門管理程序。DEH一次調頻的頻差因子通常疊加在功率信號上，如果DEH功率回路和調節(jié)級壓力回路未投人運行，則一次調頻的頻差因子直接疊加到閥門管理程序中，以便迅速轉變?yōu)槠啓C調節(jié)閥開度。圖1所示為DEH一次調頻系統(tǒng)。圖1DEH一次調頻控制系統(tǒng)UCC包括鍋爐主控和汽輪機主控，UCC一次調頻的頻差因子可以疊加在鍋爐主控和汽輪機主控回路中。由于汽輪機主控通過DEH控制汽輪機調節(jié)閥，這樣會出現DEH和汽輪機主控一次調頻的頻差因子重復疊加的現象，因此通常采取鍋爐主控疊加一次調頻的頻差因子而汽輪機主控保持不變的控制方式，或采用切換開關以防止DEH或汽輪機主控一次調頻的頻差因子重復疊加。圖2所示為UCC一次調頻系統(tǒng)。圖2UCC一次調頻控制系統(tǒng)1.5優(yōu)化控制策略1.5.1負荷速率限制因素為確保機組參與一次調頻時，將頻率變化引起的負荷變化控制在機組安全運行允許范圍內，機組在高負荷工況下，系統(tǒng)頻率降低時，響應后的機組負荷不應高于機組正常運行的最大出力；機組在低負荷工況下，系統(tǒng)頻率升高時，響應后的機組負荷不應低于機組最低穩(wěn)燃負荷，以防止：(1)機組在高負荷下運行(一般已到達額定參數)時出現電網頻率下降，因一次調頻導致機組過負荷；(2)機組在低負荷運行時出現電網頻率上升，因一次調頻導致機組低于穩(wěn)燃負荷運行、燃燒不穩(wěn)定等危及機組及電網安全運行的事故發(fā)生。為了保證主蒸汽壓力在一定范圍之內，一次調頻負荷增量的變化應受到速率限制。1.5.2策略優(yōu)化首先是單閥控制的優(yōu)化。機組在單閥控制方式下進展一次調頻時，DEH處于開環(huán)控制狀態(tài)，調頻效果取決于調節(jié)閥流量特性。投產初期，由于汽輪機組普遍存在蒸汽流量與調節(jié)閥開度不完全對應的現象，因此需通過外部修正保證一次調頻效果。在不影響UCC一次調頻根基上，對DEH一次調頻的頻差因子按調頻實際效果進展系數修正：先選取幾個具有代表性的額定工況，將調頻幅度與設定值的比值作為修正系數，再確定整條一次調頻修正曲線，得到最終的一次調頻的頻差因子。其次是順序閥控制的優(yōu)化。機組在順序閥控制方式下，根據流量指令逐個或多個開啟調節(jié)閥，在不影響UCC一次調頻根基上，可以選取幾個具有代表性的額定流量工況和多閥流量切換點，將調頻幅度與設定值的比值作為修正系數，得到最終的調頻因子，再確定DEH側一次調頻修正曲線。2二次調頻2.1概念二次調頻是指當電力系統(tǒng)負荷或發(fā)電出力發(fā)生較大變化時，一次調頻不能恢復頻率至規(guī)定范圍時采用的調頻方式。二次調頻也稱為自動發(fā)電控制〔AGC〕，是指發(fā)電機組提供足夠的可調整容量及一定的調節(jié)速率，在允許的調節(jié)偏差下實時跟蹤頻率，以滿足系統(tǒng)頻率穩(wěn)定的要求。2.1.1實現方法二次調頻的實現方法有以下兩種：〔1〕電網調頻由中心調度所調度員根據負荷潮流及電網頻率，給各廠下達負荷調整命令，由各發(fā)電單位進展調整，實現全網的二次調頻。〔2〕采用自動控制系統(tǒng)〔AGC〕，由計算機〔電腦調度員〕對各廠機組進展遙控，來實現調頻全過程，參與該系統(tǒng)的各機組必須具有幾路協(xié)調控制系統(tǒng)。2.1.2調頻分類二次調頻分為手動調頻及自動調頻:〔1〕手動調頻:在調頻廠,由運行人員根據系統(tǒng)頻率的變動來調節(jié)發(fā)電機的出力,使頻率保持在規(guī)定范圍內,手動調頻的特點是反映速度慢,在調整幅度較大時,往往不能滿足頻率質量的要求,同時值班人員操作頻繁,勞動強度大。

〔2〕自動調頻:這是現代電力系統(tǒng)采用的調頻方式,自動調頻是通過裝在發(fā)電廠和調度中心的自動裝置隨系統(tǒng)頻率的變化自動增減發(fā)電機的發(fā)電出力,保持系統(tǒng)頻率在較小的范圍內波動,自動調頻是電力系統(tǒng)調度自動化的組成局部,它具有完成調頻、系統(tǒng)間聯(lián)絡線交換功率控制、和經濟調度等綜合功能。2.1.3調頻特點二次調頻是由發(fā)電機的同步器來實現的。和自發(fā)的有調速器參與的一次調頻不同的是二次調頻是在人工或自動裝置的控制下利用同步器平行移動機組的頻率調整靜態(tài)特性也就是就是改變表達式P=a+bf中的a的大小來實現分配機組有功功率的任務,這就是我們所通常說的“頻率調整〞。二次調頻不能改變系統(tǒng)的調差系數,但是二次調頻增加了系統(tǒng)有功出力的變動范圍,在同樣的頻率變動下,讓系統(tǒng)的負荷總變化量加大了。反過來在有功變化量一樣的時候,通過平移特性曲線，使得系統(tǒng)的頻率變化范圍變小。另外二次調頻如果調整的有功增減量完全能抵擋負荷的增減量,這時候可以實現頻率變化量等于零,這就是無差調節(jié)的概念。而這種情況一次調頻是沒法完成的。在并聯(lián)運行的電力系統(tǒng)中,參與頻率調整的發(fā)電機組特別多,但是只有少數機組參與二次調頻,而所有的裝有調速器的機組都會參與一次調頻。復雜電力系統(tǒng)中二次調頻都是由調度規(guī)定的主調頻廠來進展的,這些電廠一般都投入了電網自動發(fā)電控制系統(tǒng)AGC,按照“等微增率準則〞來合理分配有功功率。2.2調頻過程當系統(tǒng)負荷增加時，如不進展二次調整，二次調頻后：圖3頻率的二次調整由圖3可知，系統(tǒng)負荷增量由三局部組成：由于調速器的調整作用而增大的發(fā)電機組功率：〔一次調頻〕由于調頻器的調整作用而增大的發(fā)電機組功率：〔二次調頻〕由于負荷負荷本身的調節(jié)作用而減少的負荷功率：〔△f為負值〕當時，即二次調頻增發(fā)的功率與系統(tǒng)的負荷增量相等時，則，頻率將始終不變，亦即實現了無差調節(jié)。假設系統(tǒng)中有n臺機組．且由第n臺機組擔負二次調整任務，即只有一臺機組進展二次調整、n臺機組進展一次調整，則有：經對比可見，由于n臺機組的單位調節(jié)功率KGN遠大于一臺機組的單位調節(jié)功率KG，因此，在同樣的功率盈虧下，系統(tǒng)的頻率變化要比僅有一臺機組時小得多。需要指出的是電力系統(tǒng)中各發(fā)電機均裝有調速器，因此每臺機組都參與一次調頻〔除機組滿載〕；而二次調頻只有極少數的發(fā)電廠〔調頻廠〕參與。調頻廠應滿足的條件：〔1〕調整的速度應足夠快；〔2〕調整的容量應足夠大；〔3〕調整范圍內的經濟性能應該好；同時要注意系統(tǒng)內及互聯(lián)系統(tǒng)的協(xié)調問題。調頻廠的選擇原則：〔1〕系統(tǒng)中有水電廠時，選擇水電廠做調頻廠；〔2〕當水電廠不能做調頻廠時，選擇中溫中壓火電廠做調頻廠。3三次調頻三次調頻就是協(xié)調各發(fā)電廠之間的負荷經濟分配，從而到達電網的經濟、穩(wěn)定運行！其實質是完成在線經濟調度，其目的是在滿足電力系統(tǒng)頻率穩(wěn)定和系統(tǒng)安全的前提下合理利用能源和設備，以最低的發(fā)電成本或費用獲得更多的、優(yōu)質的電能。4結語文中所述的一次調頻、二次調頻和三次調頻都是為了保證電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定。一次調頻通常是自發(fā)的，當系統(tǒng)輸出有功小于負荷需求有功時，系統(tǒng)頻率會降低，因為系統(tǒng)中有大量的電動機負荷，這類負荷會隨著頻率的降低而降低負荷消耗，當頻率降到一定程度后，負荷需求下降到等于系統(tǒng)輸出有功的值，系統(tǒng)供需平衡，頻率穩(wěn)定在一個值，但已經偏離50Hz了。所以一次調頻是系統(tǒng)特性的自發(fā)動作，現在也有發(fā)電廠的調速器參與到一次調頻，當頻率較大