第五章-電力系統(tǒng)有功功率的平衡和頻率調(diào)整PPT課件

第五章電力系統(tǒng)有功功率的平衡和頻率調(diào)整 第一節(jié)電力系統(tǒng)中有功功率的平衡第二節(jié)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整 第一節(jié)電力系統(tǒng)中有功功率的平衡 一 頻率變化對(duì)用戶和發(fā)電廠及系統(tǒng)本身的影響系統(tǒng)頻率的變化將引起工業(yè)用戶的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化 這將影響產(chǎn)品的質(zhì)量 當(dāng)頻率降低 使電動(dòng)機(jī)有功功率降低 將影響所有的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的出力 頻率的不穩(wěn)定 將會(huì)影響電子設(shè)備的準(zhǔn)確性 系統(tǒng)頻率的變化 對(duì)發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)本身也十分有害 發(fā)電廠的廠用機(jī)械多使用異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng) 系統(tǒng)頻率降低使電動(dòng)機(jī)出力降低 若頻率降低過多 將使電動(dòng)機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn) 會(huì)引起嚴(yán)重后果 1 有功功率的變動(dòng)及其調(diào)整電力系統(tǒng)有功功率負(fù)荷 以下簡(jiǎn)稱負(fù)荷 時(shí)刻都在作不規(guī)則變化 如右圖所示 對(duì)系統(tǒng)實(shí)際負(fù)荷變化曲線的分析表明 系統(tǒng)負(fù)荷可以看作是由三種具有不同變化規(guī)律的變動(dòng)負(fù)荷所組成 第一種視變化幅度很小 變化周期短 負(fù)荷變動(dòng)有很大的偶然性 第二種是變化幅度大 變化周期較長(zhǎng) 第三種是變化緩慢的持續(xù)變動(dòng)負(fù)荷 二 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡和備用容量 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)整三種 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 2 有功功率平衡和備用容量電力系統(tǒng)中 在任何時(shí)候 所有發(fā)電廠發(fā)出的有功功率的總和 而包括所有用戶的有功功率 所有發(fā)電廠廠用電有功負(fù)荷和網(wǎng)絡(luò)的有功損耗 即 為保證可靠供電和良好的電能質(zhì)量 電力系統(tǒng)的有功功率平衡額定運(yùn)行參數(shù)下確定 而且 還應(yīng)具有一定的備用容量 也就是在系統(tǒng)最大負(fù)荷情況下 系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電負(fù)荷的部分稱系統(tǒng)的備用容量 系統(tǒng)備用容量一般分負(fù)荷備用 事故備用 檢修備用和國民經(jīng)濟(jì)備用等 1 負(fù)荷備用 是指調(diào)整系統(tǒng)中短時(shí)的負(fù)荷波動(dòng)并擔(dān)負(fù)計(jì)劃外的負(fù)荷增加而設(shè)置的備用 負(fù)荷備用容量的大小應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的大小 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)并考慮系統(tǒng)中各類用電的比重確定 一般為最大負(fù)荷的2 一5 大系統(tǒng)采用較小數(shù)值 小系統(tǒng)采用較大數(shù)值 2 事故備用 是使電力用戶在發(fā)電設(shè)備發(fā)生偶然性事故時(shí)不受嚴(yán)重影響 維持系統(tǒng)正常供電所需的備用 事故備用容量的大小應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)容量 發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù) 單位機(jī)組容量 機(jī)組的事故概率 系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)等確定 般約為最大負(fù)荷的5 一10 但不得小于系統(tǒng)中最大機(jī)組的容量 3 檢修備用 為保證系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備進(jìn)行定期檢修時(shí) 不致影響供電而在系統(tǒng)中留有的備用容量 所以發(fā)電設(shè)備運(yùn)行一段時(shí)間以后 都必須進(jìn)行檢修 檢修分大修和小修 一般大修時(shí)分批分期安排在一年中最小負(fù)荷季節(jié)進(jìn)行 小修則利用節(jié)假日進(jìn)行 以盡量減少因檢修停機(jī)所需的備用容量 4 國民經(jīng)濟(jì)備用 是考慮到工農(nóng)業(yè)用戶的超計(jì)劃生產(chǎn) 新用戶的出現(xiàn)等而設(shè)置的備用容量 其值根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)情況而確定 一般約為系統(tǒng)最大負(fù)荷的3 5 負(fù)荷備用 事故備用 檢修備用 國民經(jīng)濟(jì)備用歸納起來以熱備用和冷備用的形式存在于系統(tǒng)中 而不難想見 熱備用中至少應(yīng)包括全部負(fù)荷備用和一部分事故備用 電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠主要有以下三類水力發(fā)電廠火力發(fā)電廠原子能發(fā)電廠 核電廠 各類發(fā)電廠由于其設(shè)備容量 機(jī)械特性 使用的動(dòng)力資源等不同 而有著不同的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特性 必須結(jié)合它們的特點(diǎn) 合理地組織這些發(fā)電廠的運(yùn)行方式 恰當(dāng)安排它們?cè)陔娏ο到y(tǒng)日負(fù)荷曲線和年負(fù)荷曲線中的位置 以提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性 三 各類發(fā)電廠的特點(diǎn)及合理組合 1 火力發(fā)電廠的主要特點(diǎn) 1 要支付燃料及運(yùn)輸費(fèi)用 不受自然條件的影響 2 有功出力最小限制 啟停時(shí)間長(zhǎng)且啟停費(fèi)用高 3 效率與蒸汽參數(shù)有關(guān) 高溫高壓設(shè)備效率最高 低溫低壓設(shè)備效率最低 4 熱電廠總效率較高 但與熱負(fù)荷相應(yīng)的輸出功率是不可調(diào)節(jié)的強(qiáng)迫功率 一 各類發(fā)電廠的特點(diǎn) 2 水力發(fā)電廠的特點(diǎn) 1 必須釋放水量 強(qiáng)迫功率 2 出力調(diào)節(jié)范圍比火電機(jī)組大 啟停費(fèi)用低 且操作簡(jiǎn)單 3 不需燃料費(fèi) 但一次投資大 抽水蓄能 水電廠的運(yùn)行依水庫調(diào)節(jié)性能的不同在不同程度上受自然條件的影響 3 原子能發(fā)電廠的特點(diǎn) 1 最小技術(shù)負(fù)荷小 為額定負(fù)荷10 15 2 啟停費(fèi)用高 負(fù)荷急劇變化時(shí) 調(diào)節(jié)費(fèi)用高 啟停及急劇調(diào)節(jié)時(shí) 易于損壞設(shè)備 3 一次投資大 運(yùn)行費(fèi)用小 原則 1 充分利用水源 2 降低火電機(jī)組的單位煤耗 發(fā)揮高效機(jī)組的作用 3 盡量降低火力發(fā)電成本 根據(jù)上述原則 在夏季豐水期和冬季枯水期各類電廠在日負(fù)荷曲線中的安排示意圖 見圖5 2 二 各類發(fā)電廠的合理組合 圖5 2各類發(fā)電廠組合順序示意圖 a 枯水季節(jié) b 豐水季節(jié) 夏季豐水期 水量充足 水電廠應(yīng)帶基本負(fù)荷以避免棄水 節(jié)約燃煤 在此期間 可抓緊時(shí)間進(jìn)行火電廠設(shè)備的檢修 冬季枯水期 來水較少 應(yīng)由凝汽式火電廠承擔(dān)基本負(fù)荷 水電廠則承擔(dān)尖峰負(fù)荷 1 耗量特性電力系統(tǒng)中有功功率負(fù)荷合理分配的目標(biāo)是 在滿足一定約束條件的前提下 盡可能節(jié)約消耗的能源 1 耗量微增率 單位時(shí)間內(nèi)輸入能量微增量與輸出功率微增量的比值 為耗量特性曲線上某一點(diǎn)切線的斜率 2 比耗量 單位時(shí)間內(nèi)輸入能量與輸出功率之比 為耗量特性曲線上某一點(diǎn)縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)的比值 3 發(fā)電設(shè)備的效率 為比耗量的倒數(shù) 四 有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配 效率曲線和微增率曲線 耗量特性 2 目標(biāo)函數(shù)和約束條件明確了有功功率負(fù)荷的大小和耗量特性 在系統(tǒng)中有一定的備用容量時(shí) 就可以考慮這些負(fù)荷在已運(yùn)行發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間的最優(yōu)分配問題 在數(shù)學(xué)上 其性質(zhì)是在一定的約束條件下 使某一函數(shù)為最優(yōu) 而這些約束條件和目標(biāo)函數(shù)都是各種變量 狀態(tài)變量 控制變量 擾動(dòng)變量的非線性函數(shù) 可表達(dá)為在滿足等約束條件 和不等式約束條件 的前提下 使目標(biāo)函數(shù) 為最優(yōu) 有功負(fù)荷的最優(yōu)分配的目的在于 在供應(yīng)同樣大小負(fù)荷有功功率的前提下 單位時(shí)間內(nèi)的能源消耗最少 這目標(biāo)函數(shù)應(yīng)該是總耗量 原則上 這總耗量應(yīng)與所有變量有關(guān) 但通常認(rèn)為 它只是各發(fā)電設(shè)備所發(fā)有功功率的函數(shù) 即目標(biāo)函數(shù)可寫作 等式約束條件 有功功率必須保持平衡的條件 對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn) 對(duì)于整個(gè)系統(tǒng) 若不計(jì)網(wǎng)損 不等式約束條件 為系統(tǒng)的運(yùn)行限制 變量 各發(fā)電設(shè)備輸出有功功率 3 最優(yōu)分配負(fù)荷時(shí)的等耗量微增率準(zhǔn)則根據(jù)給定的目標(biāo)函數(shù)和等式約束條件建立一個(gè)新的 不受約束的目標(biāo)函數(shù) 拉格朗日函數(shù) 對(duì)拉格朗日函數(shù)求導(dǎo) 得到最小值時(shí)應(yīng)有的三個(gè)條件 求解 1 得到 這就是著名的等耗量微增率準(zhǔn)則 表示為使總耗量最小 應(yīng)按相等的耗量微增率在發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間分配負(fù)荷 第二節(jié)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整 一 電力系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率 頻率靜態(tài)特性當(dāng)頻率變化時(shí) 電力系統(tǒng)中的有功功率負(fù)荷也將發(fā)生變化 當(dāng)電力系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí) 系統(tǒng)中有功負(fù)荷隨頻率的變化特性稱為負(fù)荷的有功功率 頻率靜態(tài)特性 電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷的有功功率與頻率的關(guān)系用數(shù)學(xué)式表示為式中 為電力系統(tǒng)頻率為時(shí) 整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)荷 為電力系統(tǒng)頻率為額定值時(shí) 整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)荷 為上述有功負(fù)荷占的百分?jǐn)?shù) 二 發(fā)電機(jī)組的有功功率 頻率靜態(tài)特性 1 自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng) 如右圖所示 調(diào)速系統(tǒng)由四個(gè)部分組成 1為轉(zhuǎn)速測(cè)量元件 飛擺 2為放大元件 錯(cuò)油門 3為執(zhí)行機(jī)構(gòu) 油動(dòng)機(jī) 4為轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu) 調(diào)頻器 概念介紹發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率 發(fā)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)或電源頻率特性的斜率 標(biāo)志著隨頻率的升降發(fā)電機(jī)組發(fā)出功率減少或增加的多寡 2 發(fā)電機(jī)組的有功功率 頻率靜態(tài)特性 發(fā)電機(jī)是調(diào)差系數(shù) 單位調(diào)節(jié)功率的倒數(shù) 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 一般來說發(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 負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率 綜合負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性的斜率 一般而言 簡(jiǎn)述 由于負(fù)荷突增 發(fā)電機(jī)組功率不能及時(shí)變動(dòng)而使機(jī)組減速 系統(tǒng)頻率下降 同時(shí) 發(fā)電機(jī)組功率由于調(diào)速器的一次調(diào)整作用而增大 負(fù)荷功率因其本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少 經(jīng)過一個(gè)衰減的振蕩過程 達(dá)到新的平衡 數(shù)學(xué)表達(dá)式 KS 稱為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率 單位Mw Hz 表示原動(dòng)機(jī)調(diào)速器和負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作用下系統(tǒng)頻率下降或上升的多少 三 頻率的一次調(diào)整 注意 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 四 頻率的二次調(diào)整 當(dāng)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) 這時(shí)需要籍調(diào)速系統(tǒng)中的調(diào)頻器動(dòng)作 以使發(fā)電機(jī)組的功頻特性平行移動(dòng) 從而改變發(fā)電機(jī)的有功功率以保持系統(tǒng)頻率不變或在允許范圍內(nèi) 數(shù)學(xué)表達(dá)式如果 即發(fā)電機(jī)組如數(shù)增發(fā)了負(fù)荷功率的原始增量 則 即所謂的無差調(diào)節(jié) 對(duì)于N臺(tái)機(jī) 則 當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí) 由以下三方面提供 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 頻率調(diào)整圖 五 調(diào)頻廠的選擇 調(diào)頻廠須滿足的條件 調(diào)整的容量應(yīng)足夠大 調(diào)整的速度應(yīng)足夠快 調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性能應(yīng)該好 注意系統(tǒng)內(nèi)及互聯(lián)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題 通過分析各種電廠的特點(diǎn) 調(diào)頻廠的選擇原則為 系統(tǒng)中有水