電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析-第五章

1、電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析,第五章 電力系統(tǒng)的有功功率平衡與頻率調(diào)整 （電力系統(tǒng)的有功功率平衡 ）主講 周任軍,一、電力系統(tǒng)頻率變化的影響1、對(duì)用戶(hù)的影響 （1）異步電機(jī)轉(zhuǎn)速：紡織工業(yè)、造紙工業(yè) （2）異步電機(jī)功率下降 （3）電子設(shè)備的準(zhǔn)確度2、對(duì)發(fā)電廠(chǎng)和電力系統(tǒng)的影響 （1）對(duì)發(fā)電廠(chǎng)廠(chǎng)用機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的影響 （2）對(duì)汽輪機(jī)葉片的影響 （3）對(duì)異步電機(jī)及變壓器勵(lì)磁的影響，增加無(wú)功消耗。,二、電力系統(tǒng)運(yùn)行頻

2、率與有功功率平衡的關(guān)系 要保持電力系統(tǒng)在某一頻率下運(yùn)行，就必須保證在該頻率下電力系統(tǒng)的有功率功率平衡；有功不足，頻率下降；有功過(guò)剩，頻率升高。,三、頻率變化原因及分類(lèi)1、負(fù)荷波動(dòng)分類(lèi)P1—一類(lèi)負(fù)荷波動(dòng) 周期短；幅值?。挥捎秒娫O(shè)備 的投入和退出引起；不可預(yù)測(cè)。P2—二類(lèi)負(fù)荷波動(dòng) 周期較長(zhǎng)，幅值較大；由大容 量用電設(shè)備的投入和退出引起， 不可預(yù)測(cè)。P3——

3、三類(lèi)負(fù)荷波動(dòng) 周期最長(zhǎng)，幅值最大；由生產(chǎn) 生活規(guī)律和氣象條件變化引起；可 以預(yù)測(cè)。,2、頻率變化原因 負(fù)荷變化破壞電力系統(tǒng)的有功率平衡關(guān)系。3、電力系統(tǒng)頻率的調(diào)整方法及頻率調(diào)整分類(lèi)① 頻率調(diào)整方法 根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)整有功電源（發(fā)電機(jī)）出力。② 頻率調(diào)整分類(lèi) 一次調(diào)整—針對(duì)第一類(lèi)負(fù)荷變動(dòng)進(jìn)行的調(diào)整，由于這類(lèi)負(fù)荷的變動(dòng)周期很短、幅值較小，又具有很強(qiáng)的偶然性，所以只能靠自動(dòng)裝置（調(diào)速

4、器）來(lái)實(shí)現(xiàn)。 二次調(diào)整—針對(duì)第二類(lèi)負(fù)荷變動(dòng)進(jìn)行的調(diào)整，由調(diào)頻器改變調(diào)頻電廠(chǎng)的機(jī)組出力來(lái)實(shí)現(xiàn)。,三次調(diào)整—針對(duì)第三類(lèi)負(fù)荷變動(dòng)進(jìn)行的調(diào)整，由于此類(lèi)負(fù)荷基本上可以預(yù)測(cè)，所以通常都是根據(jù)預(yù)測(cè)的負(fù)荷曲線(xiàn)按最優(yōu)分配原則在系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)（發(fā)電廠(chǎng)）之間進(jìn)行分配。所以三次調(diào)整又稱(chēng)為負(fù)荷的最優(yōu)分配，由人工完成。,四、電力系統(tǒng)有功率平衡及備用容量1、電力系統(tǒng)的負(fù)荷與電源容量◆ 綜合負(fù)荷=系統(tǒng)中所有負(fù)荷之和；◆ 供電負(fù)荷=綜合負(fù)荷+網(wǎng)

5、損；◆ 發(fā)電負(fù)荷=供電負(fù)荷+廠(chǎng)用負(fù)荷；◆ 系統(tǒng)額定容量=系統(tǒng)裝機(jī)額定容量之和；◆ 系統(tǒng)電源容量=系統(tǒng)中可運(yùn)行機(jī)組的可發(fā)容量之和。2、有功功率平衡與系統(tǒng)備用容量①有功功率平衡： （額定頻率下）②系統(tǒng)備用容量：定義：系統(tǒng)備用容量=系統(tǒng)電源容量-發(fā)電負(fù)荷≈ （15～20）%,作用： 在系統(tǒng)出現(xiàn)第一類(lèi)、第二類(lèi)負(fù)荷的波動(dòng)、負(fù)荷的超計(jì)劃增長(zhǎng)、事故導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行和設(shè)備檢修導(dǎo)致的設(shè)備退出

6、運(yùn)行情況下，保證電力系統(tǒng)在要求頻率水平下的功率平衡，以保證供電可靠性和電能質(zhì)量。,分類(lèi)： 按用途： 負(fù)荷備用—針對(duì)一類(lèi)、二類(lèi)負(fù)荷波動(dòng)和預(yù)測(cè)外負(fù)荷設(shè)置（2%~5%）。 事故備用—針對(duì)事故導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備退出設(shè)置（5%~10%，且不小于系統(tǒng)最大一臺(tái)機(jī)組的額定容量）。 檢修備用—針對(duì)發(fā)電設(shè)備檢修退出運(yùn)

7、行設(shè)置（視情況）。 國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用—針對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的超計(jì)劃增長(zhǎng)設(shè)置（3%~5%） 按形式： 熱備用—系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)組所具有的備用容量； 冷備用—系統(tǒng)中可運(yùn)行而未運(yùn)行機(jī)組的可發(fā)容量。,發(fā)電負(fù)荷 負(fù)荷備用 （熱備用） 運(yùn)行機(jī)組可發(fā)容量事故備用 （熱備用） 可運(yùn)行機(jī)

8、 （冷備用） 組的可發(fā)檢修備用 （冷備用） 容量國(guó)名經(jīng)濟(jì)備用（冷備用）,五、有功電源的合理組合1、有功負(fù)荷最優(yōu)分配的內(nèi)容① 有功電源的最優(yōu)組合（冷備用分布） ◆ 最優(yōu)組合順序 ◆ 最優(yōu)組合數(shù)量 ◆

9、最優(yōu)開(kāi)停機(jī)時(shí)間② 有功負(fù)荷最優(yōu)分配（熱備用分布）2、有功電源的合理組合順序1）各類(lèi)發(fā)電廠(chǎng)的特點(diǎn)① 凝汽式火力發(fā)電廠(chǎng) 礦物能源、環(huán)境污染、燃料及運(yùn)輸費(fèi)用。,高溫高壓：運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較好、出力可調(diào)范圍小、不易頻繁 開(kāi)停機(jī)、不易承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷。 中溫中壓：運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較差、出力調(diào)節(jié)范圍較大、不易頻 繁

10、開(kāi)停機(jī)、不易承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷。② 熱電廠(chǎng) 礦物能源、環(huán)境污染、燃料及運(yùn)輸費(fèi)用、供熱情況下發(fā)電時(shí)效率高，但存在強(qiáng)迫功率、不易頻繁開(kāi)停機(jī)、不易承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷。③ 核電廠(chǎng) 礦物能源、環(huán)境不良影響小、建設(shè)投資大、周期長(zhǎng)、發(fā)電成本低、不易承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷、不易頻繁開(kāi)停機(jī)。,④ 水電廠(chǎng) 可再生能源、環(huán)境不良影響小、開(kāi)停機(jī)時(shí)間短、調(diào)節(jié)速度快、開(kāi)停機(jī)及調(diào)節(jié)出力時(shí)經(jīng)濟(jì)性好、建設(shè)周期長(zhǎng)，投資大、出

11、力受水頭影響。 徑流式水電站：強(qiáng)迫功率、無(wú)調(diào)節(jié)能力； 具有調(diào)節(jié)庫(kù)容的水電站：存在強(qiáng)迫功率、技術(shù)最小出力小，調(diào)節(jié)范圍大。,2）各類(lèi)發(fā)電廠(chǎng)合理組合順序,電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析,第五章 電力系統(tǒng)的有功功率平衡與頻率調(diào)整 （電力系統(tǒng)有功負(fù)荷的最優(yōu)分配—頻率的三次調(diào)整）主講 周任軍,一、有功負(fù)荷的最優(yōu)分配1、目的 滿(mǎn)足負(fù)荷需求，經(jīng)濟(jì)合理分配各發(fā)電機(jī)組有功出力，使系統(tǒng)總的能源消耗（燃料費(fèi)用、市場(chǎng)調(diào)度總

12、費(fèi)用）最少。2、發(fā)電機(jī)的耗量特性① 耗量特性 火電廠(chǎng)： 水電廠(chǎng)：,汽輪發(fā)電機(jī)組耗量特性曲線(xiàn) 水輪發(fā)電機(jī)組耗量特性曲線(xiàn)② 比耗量 火力發(fā)電機(jī)組： 水力發(fā)電機(jī)組： 反映發(fā)電機(jī)在該運(yùn)行狀態(tài)下平均效率的高低。,③ 耗量微增率 火力發(fā)電機(jī)組： 水力發(fā)電機(jī)組： 反映發(fā)電機(jī)組在該運(yùn)

13、行狀態(tài)下，出力增加或減少單位值時(shí)，能源消耗增加或減少的多少。,3、有功負(fù)荷的最優(yōu)分配（火電廠(chǎng)、不計(jì)能源消耗受限）① 目標(biāo)函數(shù)② 約束條件 等約束條件： （或 潮流方程 ） 不等約束條件：,,,,,,,③ 簡(jiǎn)單最優(yōu)分配 ◆不計(jì)不等約束、不計(jì)網(wǎng)損影響情況下，根據(jù)拉格朗日乘數(shù)法有： C*取得極值條件，即原函數(shù)在滿(mǎn)足等約束條件下取得極值條件為：

14、 （1） （2） 即：

15、 （3）等耗量微 增率準(zhǔn)則 （4）,--—等耗量微增率準(zhǔn)則,◆

16、計(jì)及有功不等約束時(shí)，有功負(fù)荷的最優(yōu)分配 先不考慮不等約束條件，按等耗量微增率準(zhǔn)則對(duì)負(fù)荷進(jìn)行分配； 對(duì)于分配功率超過(guò)上限的機(jī)組取上限，低于下限的機(jī)組取下限； 從總負(fù)荷中減去按上限或下限發(fā)電機(jī)組的出力，將剩余的負(fù)荷在剩余機(jī)組中再按等耗量微增率準(zhǔn)則進(jìn)行分配?！?節(jié)點(diǎn)電壓及無(wú)功不等約束條件的考慮 不能違背； 與有功負(fù)荷最優(yōu)分配無(wú)直接關(guān)系； 有功負(fù)荷最

17、優(yōu)分配后，在潮流計(jì)算中考慮。,◆ 考慮網(wǎng)損時(shí)，有功負(fù)荷的最優(yōu)分配 目標(biāo)函數(shù)不變： 等約束條件： 拉格朗日函數(shù)： 取得極值條件：,最優(yōu)分配原則： ★將各發(fā)電機(jī)的耗量微增率用相應(yīng)的網(wǎng)損修正系數(shù)修正后，在滿(mǎn)足等約束條件下，按等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則分配。4、例題1,二、能源消耗受限制（既有火電廠(chǎng)，又有水電 廠(chǎng)）時(shí)，有功負(fù)荷的最優(yōu)分配（一水一火）1、目標(biāo)

18、在整個(gè)運(yùn)行時(shí)間段內(nèi)滿(mǎn)足用戶(hù)的電力需求，合理分配水火電廠(chǎng)的負(fù)荷，使總?cè)剂舷牧孔钌佟?、最優(yōu)分配原則 目標(biāo)函數(shù)： 等約束條件：,,,,拉格朗日函數(shù)：取得極值條件：,最優(yōu)分配原則： 即在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)，在滿(mǎn)足功率平衡的情況下，按 分配，并使總的水量消耗等于規(guī)定值。,,,,3、 的物理意義及計(jì)算① 物理意義

19、 就發(fā)電而言，每噸標(biāo)準(zhǔn)煤相當(dāng)于 立方米水，稱(chēng)為水煤換算系數(shù)。,,,,,,,,② 與允許耗水量 的關(guān)系 越大，水輪發(fā)電機(jī)分配得到的出力 越小，耗水量 越小。反之，允許的耗水量越大 ，則 的取值應(yīng)越小。,,③ 的確定 采用迭代法，步驟如下： （1）給定出 ,按最優(yōu)

20、分配原則求 （2）將 與允許耗水量 進(jìn)行比較，若 ， 則重取 ；若 ，則重取 。 再按所取 循環(huán)計(jì)算，直到 ，則 即為所求。,例題2,三、多個(gè)火電廠(chǎng)和多個(gè)水電廠(chǎng)的負(fù)荷分配

21、 給定 與已知 比較 …… 直到 與 相等，則最后一次 求得的 就是最優(yōu)分 配。,一種概念?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)中優(yōu)化調(diào)度方法……,例,目標(biāo)函數(shù)：

22、等式約束條件：不等式約束:,總費(fèi)用,火電費(fèi)用,水電費(fèi)用,……,,優(yōu)化模型及求解,電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析,第五章 電力系統(tǒng)的有功功率平衡與頻率調(diào)整3主講 周任軍,負(fù)荷的變化將引起頻率的相應(yīng)變化，電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整大體上分一次、二次、三次調(diào)整。 頻率的一次調(diào)整（或稱(chēng)為一次調(diào)頻）指由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行的，是對(duì)一次負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移作調(diào)整。 頻率的二次調(diào)整（或稱(chēng)為二次調(diào)頻）指由發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻

23、器進(jìn)行的，是對(duì)二次負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移作調(diào)整。 頻率的三次調(diào)整（或稱(chēng)為三次調(diào)頻）是對(duì)三次負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移作調(diào)整。將在有功功率平衡的基礎(chǔ)上，按照最優(yōu)化的原則在各發(fā)電廠(chǎng)之間進(jìn)行分配。,一、電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷的有功靜態(tài)頻率特性1、負(fù)荷有功功率靜態(tài)頻率特性,,當(dāng)頻率偏離額定值不大時(shí)，負(fù)荷有功－頻率靜態(tài)特性用一條近似直線(xiàn)來(lái)表示。,KL*(KL)由系統(tǒng)負(fù)荷性質(zhì)決定，無(wú)法調(diào)整。通常,,負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)或稱(chēng)為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)、

24、負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率，表示負(fù)荷隨頻率的變化程度。,2、發(fā)電機(jī)有功功率—靜態(tài)頻率特性① 調(diào)速器工作原理,1 轉(zhuǎn)速測(cè)量元件—離心飛擺及其附件；2 放大元件—錯(cuò)油門(mén)(或稱(chēng)配壓閥)；3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)—油動(dòng)機(jī)(或稱(chēng)接力器)；4 轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)或稱(chēng)同步器(調(diào)頻器),FLASH,② 調(diào)頻器工作原理,③ 發(fā)電機(jī)有功功率—靜態(tài)頻率特性◆ 無(wú)調(diào)速器時(shí)◆ 有調(diào)速器時(shí),◆ 有調(diào)頻器時(shí),④ 發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)、單位調(diào)節(jié)功率,◆調(diào)差系數(shù):某臺(tái)機(jī)組負(fù)

25、荷改變時(shí)相應(yīng)的頻率偏移若2為額定運(yùn)行點(diǎn)，1為空載運(yùn)行點(diǎn)：,,◆單位調(diào)節(jié)功率,調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)，表示頻率變化時(shí)發(fā)電機(jī)組輸出功率的變化量。,發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率與調(diào)差系數(shù)的關(guān)系：一般來(lái)說(shuō)發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率是可以整定的：汽輪發(fā)電機(jī)組 =3~5或 =33.3~20水輪發(fā)電機(jī)組 =2~4或 =50~25,二、電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整1、工作過(guò)程2、

26、電力系統(tǒng)的有功功率 —靜態(tài)頻率特性 發(fā)電機(jī)功率增量 稱(chēng)為電力系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率。,系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率定義：,,,標(biāo)幺值表示 系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率,kr=PGN/PLN為備用系數(shù),等式兩端同除以PLN/fN,,3、多機(jī)系統(tǒng)中等值發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率 結(jié)論：參與一次調(diào)整的發(fā)電機(jī)數(shù)量越多，等值發(fā)電機(jī)的單

27、位調(diào)節(jié)功率越大，從而系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率越大。4、一次調(diào)整的特點(diǎn) ◆不能實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)，因而在負(fù)荷變化較大的情況下（如第二類(lèi)負(fù)荷變化）不能保證系統(tǒng)頻率在要求的范圍； ◆參與一次調(diào)整的發(fā)電機(jī)數(shù)量越多，同樣負(fù)荷變化情況下，系統(tǒng)頻率波動(dòng)越小。,5、一次調(diào)整的計(jì)算 ① 計(jì)算系統(tǒng)等值發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率 ② 計(jì)算系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率 ③ 計(jì)算電力系統(tǒng)的頻率偏移

28、④ 計(jì)算各發(fā)電機(jī)增發(fā)的功率（需要時(shí)）,注：取功率的增大或頻率的上升為正；為保證調(diào)速系統(tǒng)本身運(yùn)行的穩(wěn)定，不能采用過(guò)大的單位調(diào)節(jié)功率；對(duì)于滿(mǎn)載機(jī)組，不再參加調(diào)整。 對(duì)于系統(tǒng)有若干臺(tái)機(jī)參加一次調(diào)頻： 具有一次調(diào)頻的各機(jī)組間負(fù)荷的分配，按其調(diào)差系數(shù)即下降特性自然分配。,三、電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整,負(fù)荷變動(dòng)幅度較大 （0.5%~1.5%），周期較長(zhǎng)（幾分鐘）僅靠一次調(diào)頻作用不能使頻率的變化保持在允許范圍內(nèi)需要

29、調(diào)頻器動(dòng)作可以實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié),1、調(diào)整過(guò)程2、計(jì)算分析若 則3、系統(tǒng)負(fù)荷變化的提供：二次調(diào)頻的發(fā)電機(jī)組增發(fā)的功率 ；發(fā)電機(jī)組執(zhí)行一次調(diào)頻，按有差特性的調(diào)差系數(shù)分配而增發(fā)的功率 ；由系統(tǒng)的負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)所減少的負(fù)荷功率,四、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率調(diào)整,,,聯(lián)絡(luò)線(xiàn)功率,,,例4－6例4－7,聯(lián)合電力系統(tǒng)的接線(xiàn)圖及參數(shù)如下，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的功率傳輸限制為300MW，頻率偏移超出 才進(jìn)

30、行二次調(diào)頻，當(dāng)子系統(tǒng)A出現(xiàn)功率缺額200MW時(shí)，如系統(tǒng)A不參加一次調(diào)頻，聯(lián)絡(luò)線(xiàn)的功率是否越限？,例題（一、二次調(diào)頻）,解： ① 系統(tǒng)A不參加一次調(diào)頻，不進(jìn)行二次調(diào)頻時(shí)的頻率偏移,調(diào)頻器不動(dòng)作,不進(jìn)行頻率的二次調(diào)整。 ② 聯(lián)絡(luò)線(xiàn)上的功率變化,③ 聯(lián)絡(luò)線(xiàn)傳輸功率校驗(yàn),聯(lián)絡(luò)線(xiàn)傳輸功率未超越其傳輸極限功率。,四、調(diào)頻電廠(chǎng)選擇1、二次調(diào)頻過(guò)程中的負(fù)荷轉(zhuǎn)移

31、 為調(diào)整過(guò)程穩(wěn)定和保證調(diào)整不破壞系統(tǒng)負(fù)荷的最優(yōu)分配，系統(tǒng)只設(shè)置一個(gè)調(diào)頻電廠(chǎng)。 結(jié)論：二次調(diào)整結(jié)束后，負(fù)荷變化絕大部分為調(diào)速機(jī)組所承擔(dān)。,2、對(duì)調(diào)頻電廠(chǎng)的要求 ◆ 調(diào)頻電廠(chǎng)應(yīng)有足夠的調(diào)節(jié)容量； 調(diào)頻廠(chǎng)的調(diào)節(jié)容量可由下式確定。式中： ◆ 調(diào)整速度快，調(diào)整過(guò)程經(jīng)濟(jì)性和安全性要好； ◆ 不增加調(diào)整過(guò)程中系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線(xiàn)工