電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析1417講.ppt

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析,第十四講 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)度總費(fèi)用）最少。 2、發(fā)電機(jī)的耗量特性 耗量特性 火電廠： 水電廠：,汽輪發(fā)電機(jī)組耗量特性曲線 水輪發(fā)電機(jī)組耗量特性曲線 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。, 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)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、不計(jì)能源消耗受限） 目標(biāo)函數(shù) 約束條件 等約束條件： （或 潮流方程 ） 不等約束條件：, 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)在滿足等約束條件下取得極值 條件為： （1） （2） 即： （3）等耗量微 增率準(zhǔn)則 （4）,-等耗量微增率準(zhǔn)則, 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，又有水電 廠）時(shí)，有功負(fù)荷的最優(yōu)分配（一水一火） 1、目標(biāo) 在整個(gè)運(yùn)行時(shí)間段內(nèi)滿足用戶的電力需求，合理分配水火電 廠的負(fù)荷，使總?cè)剂舷牧孔钌佟?2、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 物理意義 就發(fā)電而言，每噸標(biāo)準(zhǔn)煤相當(dāng)于 立方米水，稱為水煤 換算系數(shù)。, 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。, 的確定 采用迭代法，步驟如下： （1）給定出 ,按最優(yōu)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)火電廠和多個(gè)水電廠的負(fù)荷分配 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。,這里只是一種概念?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)中優(yōu)化調(diào)度方法,例,目標(biāo)函數(shù)： 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,第十五講 電力系統(tǒng)的有功功率平衡 與頻率調(diào)整 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（或稱為二次調(diào)頻）指由發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻器進(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)或稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)、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 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(或稱配壓閥)； 3 執(zhí)行機(jī)構(gòu)油動(dòng)機(jī)(或稱接力器)； 4 轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)或稱同步器(調(diào)頻器),FLASH, 調(diào)頻器工作原理, 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), 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)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 =35或 =33.320 水輪發(fā)電機(jī)組 =24或 =5025,二、電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整 1、工作過(guò)程 2、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 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 計(jì)算系統(tǒng)等值發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率 計(jì)算系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率 計(jì)算電力系統(tǒng)的頻率偏移 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)線功率,例46 例47,電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析,第十六講 電力系統(tǒng)的有功功率平衡與頻率調(diào)整 (調(diào)頻電廠的選擇） 電力系統(tǒng)的無(wú)功功率與電壓調(diào)整 （電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡） 主講 馬士英,調(diào)頻電廠的選擇,一、二次調(diào)頻過(guò)程中的負(fù)荷轉(zhuǎn)移 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。 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)。,二、對(duì)調(diào)頻電廠的要求 1、調(diào)頻電廠應(yīng)有足夠的調(diào)節(jié)容量 調(diào)頻廠的調(diào)節(jié)容量可由下式確定。 式中： 2、調(diào)整速度快，調(diào)整過(guò)程經(jīng)濟(jì)性和安全性要好 3、不增加調(diào)整過(guò)程中系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線工作困難,三、調(diào)頻廠選擇 枯水季節(jié)：由具有調(diào)節(jié)庫(kù)容的大型水電廠擔(dān)任； 洪水季節(jié)：由中溫中壓火力發(fā)電廠擔(dān)任。 當(dāng)一個(gè)電廠的調(diào)節(jié)容量不能滿足要求時(shí)，可以在系統(tǒng)中設(shè) 置一個(gè)或幾個(gè)輔助調(diào)頻廠，但輔助調(diào)頻廠只能在主調(diào)頻廠滿發(fā) 后仍不能滿足要求時(shí)才參加二次調(diào)整，且任何時(shí)候都應(yīng)只有一 個(gè)電廠參與二次調(diào)整，以保證調(diào)節(jié)過(guò)程的穩(wěn)定性。,電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡,一、電壓調(diào)整的必要性 1、電壓波動(dòng)的影響 電壓過(guò)低的影響 發(fā)電機(jī)有功出力下降； 電壓過(guò)低時(shí)（如低于95%UN)， 電流將增大（如增大到105%IN） 時(shí)，為 防止定子繞組過(guò)熱，必須 降低發(fā)電機(jī)有功出力。 降低變壓器傳輸?shù)墓β剩?電壓降低電流增大，為防止變 壓器線圈過(guò)熱，必須降低變壓器的 傳輸功率。, 異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，定子、轉(zhuǎn)子繞組發(fā)熱； 電爐等電阻性設(shè)備功率急劇下降； 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性變差，甚至可能導(dǎo)致“系統(tǒng)電壓崩潰”。 電壓過(guò)高的影響 影響電氣設(shè)備的絕緣； 電動(dòng)機(jī)、變壓器的鐵心飽和，鐵損增大，溫度升高，壽 命縮短； 白熾燈使用壽命縮短 。,2、電力系統(tǒng)電壓的特點(diǎn) 電力系統(tǒng)的頻率 只有一個(gè)，50Hz； 系統(tǒng)中各點(diǎn)電壓： 等級(jí)（額定）不同， 運(yùn)行水平不同， 不可能維持所有設(shè)備 電壓都在額定值。,3、對(duì)電力系統(tǒng)電壓的要求 電壓偏移的最大允許范圍 例如: 35kV及以上供電電壓正負(fù)偏移的絕對(duì)值之和不超過(guò)10%;10kV及以下在7%以內(nèi)等。,10.5kV,10.5kV,121kV,38.5kV,110kV,11kV,35kV,109kV,38.1kV,35.6kV,9.9kV,120kV,112kV,二、電力系統(tǒng)的無(wú)功靜態(tài)電壓特性 1、負(fù)荷的無(wú)功功率和電網(wǎng)無(wú)功損耗的靜態(tài)電壓特性 異步電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率,jX,受載系數(shù):實(shí)際負(fù)載和額定負(fù)載之比.,在額定電壓附近，電動(dòng)機(jī)的無(wú)功功率隨電壓的升降而增減, 電力變壓器的無(wú)功損耗,假定一臺(tái)變壓器的空載電流I0%=2.5，短路電壓US%=10.5，在額定滿載下運(yùn)行時(shí)，無(wú)功功率的消耗將達(dá)額定容量的13%。如果從電源到用戶需要經(jīng)過(guò)好幾級(jí)變壓，則變壓器中無(wú)功功率損耗的數(shù)值是相當(dāng)可觀的。, 輸電線路的無(wú)功損耗,一般情況下，35kV及以下系統(tǒng)消耗無(wú)功功率；110kV及以上系統(tǒng)，輕載或空載時(shí)，成為無(wú)功電源，傳輸功率較大時(shí)，消耗無(wú)功功率。,線路的電壓降落,輸配電線路的有功損耗 PL,變壓器的有功損耗 PT PT0,PTk變壓器短路損耗(kW) PT0變壓器空載損耗(kW) 變壓器額定容量(kVA) 變壓器額定電壓(kV),其中，變壓器電阻, 電力系統(tǒng)的無(wú)功消耗,2、無(wú)功電源靜態(tài)電壓特性 同步發(fā)電機(jī) 調(diào)整發(fā)電機(jī)勵(lì) 磁電流，可以調(diào)整發(fā) 電機(jī)無(wú)功出力； 發(fā)電機(jī)無(wú)功功 率調(diào)整范圍為：, 調(diào)相機(jī) 調(diào)相機(jī)相當(dāng)于空載運(yùn)行的同步發(fā)電機(jī)。,過(guò)激運(yùn)行發(fā)電機(jī)輸出感性無(wú)功功率，為無(wú)功電源；欠激運(yùn)行發(fā)電機(jī)吸收 感性無(wú)功功率，為無(wú)功負(fù)荷。, 并聯(lián)電力電容器 吸收容性無(wú)功，輸出感性無(wú)功。, 靜止補(bǔ)償器,靜止補(bǔ)償器由靜電電容器與電抗器并聯(lián)組成。電容器可發(fā)出無(wú)功功率，電抗器可吸收無(wú)功功率，兩者結(jié)合起來(lái)，再配以適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié)裝置，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無(wú)功功率。,(a)可控電抗器型； (b)可控硅投切電容器型； (c) 自飽和電抗器型；,無(wú)功靜態(tài)電壓特性,電容器、調(diào)相機(jī)和靜止補(bǔ)償器的比較,電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析,第十七講 電力系統(tǒng)的無(wú)功功率與 電壓調(diào)整 （電力系統(tǒng)無(wú)功功率的最優(yōu)分布） 主講 馬士英,一、電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡與電壓水平 1、電力系統(tǒng)的無(wú)功消耗的靜態(tài)電壓特性,2、 系統(tǒng)無(wú)功電源綜合靜態(tài)電壓特性 原因：系統(tǒng)中無(wú)功補(bǔ)償裝置電容器占多數(shù)。,3、電力系統(tǒng)的無(wú)功功率平衡,4、電力系統(tǒng)電壓水平與無(wú)功功率平衡的關(guān)系 要保持電力系統(tǒng) 在額定電壓水平下運(yùn)行， 就必須保證在額定電壓 水平下的無(wú)功功率平衡； 無(wú)功不足，系統(tǒng) 在一個(gè)低于額定電壓的 水平下達(dá)到平衡； 無(wú)功過(guò)剩，系統(tǒng) 在一個(gè)高于額定電壓的 水平下達(dá)到平衡；,二、無(wú)功備用容量 為應(yīng)付計(jì)劃外的無(wú)功負(fù)荷、無(wú)功負(fù)荷波動(dòng)，電力系統(tǒng)無(wú)功 電源除滿足預(yù)測(cè)最大無(wú)功負(fù)荷需求外，還應(yīng)當(dāng)留有一定的備用 容量，否則當(dāng)負(fù)荷增大時(shí)系統(tǒng)電壓水平將得不到保障。 無(wú)功備用容量通常取最大無(wú)功負(fù)荷的7%8%。,三、無(wú)功功率最優(yōu)分布 1、最優(yōu)分布的內(nèi)容 無(wú)功電源的最優(yōu)分布 電力系統(tǒng)的無(wú)功電源是按滿足系統(tǒng)最大無(wú)功負(fù)荷需求，并留 有一定備用容量配置的，當(dāng)實(shí)際無(wú)功負(fù)荷小于最大無(wú)功負(fù)荷 時(shí)，如何安排各無(wú)功電源的出力呢？這就是無(wú)功電源的最優(yōu)分 布問(wèn)題。 無(wú)功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償 電力系統(tǒng)無(wú)功電源容量可滿足系統(tǒng)最大負(fù)荷需求的情況下， 是否還需要增加無(wú)功補(bǔ)償裝置呢？如果需要增加，則增加的無(wú) 功補(bǔ)償裝置應(yīng)放在何處呢？這就是無(wú)功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償問(wèn)題。,四、用戶自然功率因數(shù)的提高 1、提高用戶自然功率因數(shù)的目的 無(wú)功電源的最優(yōu)分配目的是在滿足電力系統(tǒng)無(wú)功需求的情 況下，對(duì)系統(tǒng)中所擁有的無(wú)功電源的出力進(jìn)行分配，使系統(tǒng)總 的有功損耗最?。粺o(wú)功負(fù)荷的最優(yōu)補(bǔ)償目的也是通過(guò)對(duì)無(wú)功負(fù) 荷的補(bǔ)償使電網(wǎng)的有功損耗減小，并取得最好的經(jīng)濟(jì)效益。 前者不可避免的需要通過(guò)電網(wǎng)進(jìn)行無(wú)功功的輸送，從而不 可避免地增大電網(wǎng)的有功損耗；后者需要增加無(wú)功補(bǔ)償裝置， 增加投資。 如果能在不增加無(wú)功補(bǔ)償裝置不增加投資）的前提下，減 少系統(tǒng)的無(wú)功負(fù)荷，就可以減少電網(wǎng)中傳輸?shù)臒o(wú)功功率，從而 減少電網(wǎng)的有功損耗。提高用戶自然功率因數(shù)就是此目的。,2、提高用戶自然功率因數(shù)的方法 適當(dāng)選擇與負(fù)載相適應(yīng)的電動(dòng)機(jī)容量，避免出現(xiàn)“大馬拉 小車”的情況發(fā)生 ； 限制電動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行； 經(jīng)濟(jì)上合理的情況下，以同步電動(dòng)機(jī)代替異步電動(dòng)機(jī)； 改繞線式異步電動(dòng)機(jī)為同步電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。,五、電力系統(tǒng)無(wú)功電源的最優(yōu)分布 1、最優(yōu)分布的目標(biāo)函數(shù)及約束條件 目標(biāo)函數(shù), 約束條件 等約束條件： 不等約束條件： 無(wú)功電源最優(yōu)分配準(zhǔn)則（不計(jì)不等約束條件） 拉格朗日函數(shù)：,取得極值條件： ,在不計(jì)不等約束條件的情況下，無(wú)功功率電源的最優(yōu)分配原則為在滿足無(wú)功功率平衡的條件下，按等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則分布。, 無(wú)功電源最優(yōu)分配準(zhǔn)則（不計(jì)不等約束條件）,當(dāng)按等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則分布時(shí)，當(dāng)某一節(jié)點(diǎn)的無(wú)功功率超過(guò)上限時(shí)取上限；低于下限時(shí)取下限。而剩余的無(wú)功負(fù)荷則在剩余的節(jié)點(diǎn)在按按等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則分布。