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
紧急控制
恢复控制 恢复状态
崩溃状态
供电恢复
偶然扰动状态转移 安全控制状态转移
▪ 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，表现为过载或电压越限，允许时间较长，通 过校正控制使系统返回正常状态；
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。
– 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、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
f fNf0 f0fN
PG
PG
PGN0 PGN
%f PGN 100 f0fN100
PGN
fNPG
fN
– 发电机的单位调节功率与调差系数的关系：
K G 1fN P G N % 1 0 0 , K G *1 % 1 0 0
0
– 发电机的单位调节功率是可以整定的：
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
500MW
机机组组11
25500MW
700MW
250MW
机机组组22
1200MW
– 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
– 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
▪ 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
正常状态
安全状态
预想事故
预防控制
不安全状态
校正控制 紧急状态
设备的故障不确定；机组必须定期检修
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%；
– 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 estimation，SE），预想事故评估（static security assessment / dynamic security assessment，SA/DSA）等。
– 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。3 NhomakorabeaPG
2 1
PGN
KG
PG f
MW / Hz
KG*
PG fN PGN f
KG fN
/ PGN
0
fN f0 f
– 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。
– 发电机调差系数：单位调节功率的倒数。
15.2.1 有功功率平衡与备用
▪ 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
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ω的体现，当发电机PM与PE（+ 有功损耗）平衡时，ω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±(0.2~0.5)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
发电机组功频静态特性