|
通過對電力系統(tǒng)各種負荷分量變化規(guī)律的分析，有利于采取不同的措施，來控制原動機功率和發(fā)電機電磁功率之間的不平衡，達到控制系統(tǒng)頻率的目的。一、 頻率的一次調(diào)節(jié) 電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)節(jié)是指利用系統(tǒng)固有的負荷頻率特性，以及發(fā)電機的調(diào)速器的作用，來阻止系統(tǒng)頻率偏離標準的調(diào)節(jié)方式。 系統(tǒng)負荷阻尼常數(shù)D常用標么值來表示，其典型值為1~2。D=2意味著1%的頻率變化會引起系統(tǒng)負荷2%的變化。 （2）發(fā)電機的頻率一次調(diào)節(jié)作用 當電力系統(tǒng)頻率發(fā)生變化時，系統(tǒng)中所有的發(fā)電機的轉(zhuǎn)速即發(fā)生變化，如轉(zhuǎn)速的變化超出發(fā)電機組規(guī)定的不靈敏區(qū)，該發(fā)電機的調(diào)速器就會動作，改變其原動機的閥門位置，調(diào)整原動機的功率，以求改善原動機功率或負荷功率的不平衡狀況，即當系統(tǒng)頻率下降時，發(fā)電機的蒸汽閥門或進水閥門的開度就會增大，增加原動機的功率；當系統(tǒng)頻率上升時，發(fā)電機的蒸汽閥門或進水閥門的開度就會減小，減少原動機的功率。發(fā)電機調(diào)速器的這種特性稱為機組的調(diào)差特性，它用調(diào)差率R來表示： 式中：No表示無載靜態(tài)轉(zhuǎn)速（主閥在無載位置） N表示滿載靜態(tài)轉(zhuǎn)速（主閥全開） NR表示額定轉(zhuǎn)速 調(diào)差率R的實際涵義是，如R=5%，則系統(tǒng)頻率變化5%，將引起主閥位置變化100%。 （3）具有頻率一次調(diào)節(jié)作用的電力系統(tǒng)模型 電力系統(tǒng)綜合的一次調(diào)節(jié)特性是系統(tǒng)內(nèi)所有發(fā)電機和負荷的一次調(diào)節(jié)特性之總和，具有一次調(diào)節(jié)作用的電力系統(tǒng)模型如圖1所示： 圖1 具有一次調(diào)節(jié)作用的電力系統(tǒng)傳遞函數(shù)方框圖 從圖1可以看出，由于具有一次調(diào)節(jié)作用的電力系統(tǒng)中存在發(fā)電機的轉(zhuǎn)速（即系統(tǒng)頻率）的負反饋調(diào)整環(huán)節(jié)，將起到穩(wěn)定系統(tǒng)頻率的作用。 （1）一次調(diào)節(jié)對系統(tǒng)頻率變化的響應(yīng)快，根據(jù)IEEE的統(tǒng)計，電力系統(tǒng)綜合的一次調(diào)節(jié)特性時間常數(shù)一般在10秒左右。 （1） 由于發(fā)電機的一次調(diào)節(jié)僅作用于原動機的閥門位置，而未作用于火力發(fā)電機組的燃燒系統(tǒng)。當閥門開度增大時，是鍋爐中的蓄熱暫時改變了原動機的功率，由于燃燒系統(tǒng)中的化學能量沒有發(fā)生變化，隨著蓄熱量的減少，原動機的功率又會回到原來的水平。因而，火力發(fā)電機組一次調(diào)節(jié)的作用時間是短暫的。不同類型的火力發(fā)電機組，由于蓄熱量的不同，一次調(diào)節(jié)的作用時間為0.5到2分鐘不等。 （2） 發(fā)電機的一次調(diào)節(jié)采用的調(diào)整方法是有差特性法，其優(yōu)點是所有機組的調(diào)整只與一個參變量有關(guān)（即與系統(tǒng)頻率有關(guān)），機組之間互相影響小。但是，它不能實現(xiàn)對系統(tǒng)頻率的無差調(diào)整。 根據(jù)電力系統(tǒng)頻率一次調(diào)節(jié)的特點可知，一次調(diào)節(jié)在頻率控制中的作用是：（1） 自動平衡第一種負荷分量，即那些快速的、幅值較小的負荷隨機波動。（2） 對異常情況下的負荷突變，起緩沖作用。 圖2顯示了北美西部互聯(lián)電力系統(tǒng)在一臺1040Mw發(fā)電機跳閘時，在一次調(diào)節(jié)的作用下，系統(tǒng)頻率變化的情況。 頻率一次調(diào)節(jié)是控制系統(tǒng)頻率的一種重要方式，但由于它的作用衰減性和調(diào)整的有差性，不能單獨依靠一次調(diào)節(jié)來控制系統(tǒng)頻率。要實現(xiàn)頻率的無差調(diào)整，必須依靠頻率的二次調(diào)節(jié)。 圖2 北美西部互聯(lián)電力系統(tǒng)1040Mw發(fā)電機跳閘時頻率變化曲線 二、 頻率的二次調(diào)節(jié)（AGC） 圖3 頻率二次調(diào)節(jié)模型框圖 （1） 頻率的二次調(diào)節(jié)(不論是分散的，還是集中的調(diào)整方式)，采用的調(diào)整方式對系統(tǒng)頻率是無差的。 （2） 在協(xié)調(diào)控制的火力發(fā)電機組中，由于受能量轉(zhuǎn)換過程的時間限制，頻率二次調(diào)節(jié)對系統(tǒng)負荷變化的響應(yīng)比一次調(diào)節(jié)慢得多，它的響應(yīng)時間一般需要1~2分鐘。 （3） 頻率的二次調(diào)節(jié)對機組功率往往采用比例分配，使發(fā)電機組偏離經(jīng)濟運行點。 （1） 根據(jù)電力系統(tǒng)頻率二次調(diào)節(jié)的這些特點可知，由于二次調(diào)節(jié)的響應(yīng)時間較慢，因而不能調(diào)整那些快速的負荷隨機波動，但它能有效地調(diào)整分鐘級及更長周期的負荷波動。 （2） 頻率二次調(diào)節(jié)的另一主要作用是實現(xiàn)頻率的無差調(diào)整。 1. 由于響應(yīng)時間的不同，頻率二次調(diào)節(jié)不能代替頻率一次調(diào)節(jié)的作用；而頻率二次調(diào)節(jié)的作用開始發(fā)揮的時間，與頻率一次調(diào)節(jié)的作用開始逐步失去的時間基本相當，因此，兩者在時間上配合好，對系統(tǒng)發(fā)生較大擾動時快速恢復(fù)系統(tǒng)頻率相當重要（見圖2-7）。 2. 頻率二次調(diào)節(jié)帶來的使發(fā)電機組偏離經(jīng)濟運行點的問題，需由頻率的三次調(diào)節(jié)（負荷經(jīng)濟分配）來解決；同時，集中的計算機控制也為頻率的三次調(diào)節(jié)提供了有效的閉環(huán)控制手段。 圖2-7發(fā)電機跳閘時，頻率一、二次調(diào)節(jié)作用的發(fā)揮情況 三、 頻率的三次調(diào)節(jié)（負荷經(jīng)濟分配） 電力系統(tǒng)頻率三次調(diào)節(jié)的任務(wù)是經(jīng)濟、高效地實施功率和負荷的平衡。頻率三次調(diào)節(jié)要解決的問題是： 1. 以最低的開、停機成本（費用）安排機組組合，以適應(yīng)日負荷的大幅度變化。 2. 在機組之間經(jīng)濟地分配負荷，使得發(fā)電成本（費用）最低。在地域廣闊的電力系統(tǒng)中，需考慮發(fā)電成本（發(fā)電費用）和網(wǎng)損（輸電費用）之和最低。 3. 為預(yù)防電力系統(tǒng)故障時對負荷的影響，在機組之間合理地分配備用容量。 4. 在互聯(lián)電力系統(tǒng)中，通過調(diào)整控制區(qū)之間的交換功率，在控制區(qū)之間經(jīng)濟地分配負荷。 （二） 頻率三次調(diào)節(jié)的特點 1. 頻率三次調(diào)節(jié)與頻率一、二次調(diào)節(jié)不同，不僅要對實際負荷的變化作出反應(yīng)，更主要的是要根據(jù)預(yù)計的負荷變化，對發(fā)電功率作出安排。 2. 頻率三次調(diào)節(jié)不僅要解決功率和負荷的平衡問題，還要考慮成本或費用的問題，需控制的參變量更多，需要的數(shù)據(jù)更多，算法也更復(fù)雜，因此其執(zhí)行周期不可能很短。 自動發(fā)電控制的執(zhí)行依賴于發(fā)電機組對其控制指令的響應(yīng)，而發(fā)電機組的響應(yīng)特性與許多因素有關(guān)，如： 1. 發(fā)電機組的類型。如：蒸汽發(fā)電機組、燃汽輪機、核電機組、水電機組。 2. 發(fā)電機組類型的細分。如：汽包爐還是直流爐的蒸汽發(fā)電機組、沸水堆還是壓水堆的核電機組、單循環(huán)還是聯(lián)合循環(huán)的燃汽輪機、低水頭還是高水頭的水電機組。 3. 發(fā)電機組的控制類型。如：汽機跟隨、鍋爐跟隨、協(xié)調(diào)控制；再如：滑壓控制、定壓控制。 4. 發(fā)電機組的運行點。如：閥門的位置、磨煤機的啟停等。 1. 燃煤火力發(fā)電機組 大多數(shù)汽包爐的蒸汽發(fā)電機組采用汽機跟隨或鍋爐跟隨的控制方式，鍋爐跟隨控制方式的這類發(fā)電機組一般能30%的變化范圍內(nèi)，以每分鐘3%的速率響應(yīng)AGC指令。 直流爐的蒸汽發(fā)電機組一般都采用協(xié)調(diào)控制方式，它能協(xié)調(diào)控制燃料、汽溫、汽壓、閥門位置的變化，以免對機組部件產(chǎn)生不希望有的應(yīng)力。這類發(fā)電機組能在10分鐘內(nèi)改變20%的發(fā)電功率。 2. 核電機組 沸水堆核電機組在它們可調(diào)的范圍內(nèi)，能以每分鐘3%的速率響應(yīng)AGC指令；而較大范圍地改變發(fā)電功率則需通過調(diào)整反應(yīng)堆核內(nèi)的控制棒來實現(xiàn)。 壓水堆核電機組調(diào)整發(fā)電功率需調(diào)整反應(yīng)堆核內(nèi)的控制棒，而較大范圍地改變發(fā)電功率則需通過改變初循環(huán)中硼酸濃度來實現(xiàn)。 在一些核電比例較高的電力系統(tǒng)中（如法國），核電機組也參與AGC運行，但由于不論發(fā)電功率怎么變化，核燃料的使用期限是不變的。因此，從經(jīng)濟的角度講，核電機組應(yīng)保持滿功率發(fā)電。 3. 燃氣輪機 單循環(huán)的燃氣輪機具有較高的響應(yīng)速率，根據(jù)IEEE的統(tǒng)計資料，單循環(huán)燃汽輪機最大瞬間響應(yīng)平均為容量的52%，其后續(xù)響應(yīng)速率平均為每秒0.8%，但由于其發(fā)電成本較高，一般用來帶尖峰負荷，或用作緊急事故備用，較少參與AGC運行。 聯(lián)合循環(huán)燃汽輪機的發(fā)電成本低于單循環(huán)機組，它排出的氣體用于產(chǎn)生蒸汽來驅(qū)動汽輪機，聯(lián)合循環(huán)燃汽輪機的響應(yīng)速率低于單循環(huán)機組，常參與AGC運行。 4. 水電機組 水電機組的發(fā)電功率變化范圍大，響應(yīng)速率高，根據(jù)IEEE的統(tǒng)計資料，絕大部分的水電機組的響應(yīng)速率在每秒1~2%之間，但為減小長水管中水錘的損害，高水頭的水電機組應(yīng)適當降低響應(yīng)速率。 根據(jù)對各類發(fā)電機組響應(yīng)特性的分析，在不考慮經(jīng)濟因素的情況下，可以得出結(jié)論： 1. 水電機組和燃汽輪機的發(fā)電功率變化范圍大，響應(yīng)速率高，且易于改變調(diào)節(jié)方向，宜參與對變化周期在10秒到數(shù)分鐘之間的負荷分量的調(diào)節(jié)。 2. 蒸汽發(fā)電機組和核電機組的響應(yīng)速率低，且不易改變調(diào)節(jié)方向，宜參與跟蹤變化緩慢的持續(xù)變動負荷。 |
|
|
