電力系統(tǒng)有有功功率平衡和頻率調(diào)整ppt課件

1、第五章第五章 電力系統(tǒng)有功功率的平衡和頻率的調(diào)整電力系統(tǒng)有功功率的平衡和頻率的調(diào)整 系統(tǒng)的頻率由系統(tǒng)中的有功功率分配有關(guān)，本章主要內(nèi)容：系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分布和頻率的調(diào)整。 第一節(jié) 電力系統(tǒng)中的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)中的有功功率的平衡一、頻率變化對(duì)用戶(hù)和發(fā)電廠及系統(tǒng)本身的影響頻率變化的原因： 頻率變化 電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化 產(chǎn)品質(zhì)量 電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)電廠的給水泵停運(yùn)，鍋爐停爐等等由有功負(fù)荷變化引起的我國(guó)頻率范圍：50 0.2Hz發(fā)達(dá)國(guó)家如澳大利亞）：50 0.1Hz華東電網(wǎng)已達(dá)到： 50 0.1Hz二、電力系統(tǒng)中有功功率的平衡和備用容量1、有功功率負(fù)荷的變動(dòng)及其調(diào)整 一

2、、變化幅度很小、變化周期較短，負(fù)荷變動(dòng)有很大的偶然性。 二、變化幅度較大、變化周期較長(zhǎng)，如電爐。電氣機(jī)床。三、變化緩慢的持續(xù)變動(dòng)負(fù)荷，如由生產(chǎn)、生活、氣象變化引起的負(fù)荷變動(dòng)。 電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的第一個(gè)問(wèn)題就是研究用戶(hù)的需求，即進(jìn)行電力負(fù)荷預(yù)測(cè)，按照調(diào)度計(jì)劃的周期，可分為日負(fù)荷預(yù)測(cè)，周負(fù)荷預(yù)測(cè)和年負(fù)荷預(yù)測(cè)。不同的周期的負(fù)荷有不同的變化規(guī)律：負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度直接影響經(jīng)濟(jì)調(diào)度的效益，提高預(yù)測(cè)的精度就可以降低備用容量，減少臨時(shí)出力調(diào)整和避免計(jì)劃外開(kāi)停機(jī)組，以利于電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。 n根據(jù)負(fù)荷變化，電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整大體上也可分為：n一次調(diào)頻：由發(fā)電機(jī)調(diào)速器進(jìn)行；n二次調(diào)頻：由發(fā)電機(jī)調(diào)頻

3、器進(jìn)行；n三次調(diào)頻：由調(diào)度部門(mén)根據(jù)負(fù)荷曲線(xiàn)進(jìn)行最優(yōu)分配。n前兩種是事后的，第三種是事前的。n一次調(diào)頻是所有運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組都可參加的，取決于發(fā)電機(jī)組是否已經(jīng)滿(mǎn)負(fù)荷發(fā)電。這類(lèi) 發(fā)電廠稱(chēng)為負(fù)荷監(jiān)視廠。n二次調(diào)頻是由平衡節(jié)點(diǎn)來(lái)承擔(dān)。 n系統(tǒng)的備用容量：系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電系統(tǒng)的備用容量：系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電負(fù)荷的部分，可分為熱備用和冷備用或負(fù)負(fù)荷的部分，可分為熱備用和冷備用或負(fù)荷備用、事故備用、檢修備用和國(guó)民經(jīng)濟(jì)荷備用、事故備用、檢修備用和國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用等。備用等。2、有功功率平衡和備用容量cSDLGPPPPP網(wǎng)絡(luò)的有功損耗發(fā)電廠廠用有功負(fù)荷用戶(hù)的有功負(fù)荷系統(tǒng)的總負(fù)荷總和發(fā)電廠發(fā)出的有功功率CPPPP

4、PSDLGn負(fù)荷備用：為滿(mǎn)足系統(tǒng)中短時(shí)的負(fù)荷波動(dòng)和一負(fù)荷備用：為滿(mǎn)足系統(tǒng)中短時(shí)的負(fù)荷波動(dòng)和一天中計(jì)劃外的負(fù)荷增加而留有的備用容量。一天中計(jì)劃外的負(fù)荷增加而留有的備用容量。一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的25n國(guó)名經(jīng)濟(jì)備用：考慮到工農(nóng)業(yè)用戶(hù)超計(jì)劃生產(chǎn)，國(guó)名經(jīng)濟(jì)備用：考慮到工農(nóng)業(yè)用戶(hù)超計(jì)劃生產(chǎn)，新用戶(hù)的出現(xiàn)等而設(shè)置的備用容量。一般為系新用戶(hù)的出現(xiàn)等而設(shè)置的備用容量。一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的統(tǒng)最大負(fù)荷的35n事故備用：為使電力用戶(hù)在發(fā)電設(shè)備發(fā)生偶然事事故備用：為使電力用戶(hù)在發(fā)電設(shè)備發(fā)生偶然事故時(shí)不受?chē)?yán)重影響，能夠維持系統(tǒng)正常供電所需故時(shí)不受?chē)?yán)重影響，能夠維持系統(tǒng)正常供電所需的備用容量。一般為系統(tǒng)最

5、大負(fù)荷的的備用容量。一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的510n檢修備用：為保證系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備進(jìn)行定期檢檢修備用：為保證系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備進(jìn)行定期檢修時(shí)，不影響供電而在系統(tǒng)中留有的備用容量。修時(shí)，不影響供電而在系統(tǒng)中留有的備用容量。3、各類(lèi)發(fā)電廠的特點(diǎn)及合理組合 水電廠、火電廠、核電廠 （一） 各類(lèi)電廠的特點(diǎn)自學(xué)） （二） 各類(lèi)發(fā)電廠的合理組合 有功功率的最優(yōu)分配，包括有功功率電源的最優(yōu)組合和有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配。4、有功功率的最優(yōu)分配有功功率電源的最優(yōu)組合：是指系統(tǒng)中發(fā)電設(shè) 備或發(fā)電廠的合理組合。通常所說(shuō)的機(jī)組的合理開(kāi)停，大體上包括三個(gè)部分：機(jī)組的最優(yōu)組合順序機(jī)組的最優(yōu)組合數(shù)量機(jī)組的最優(yōu)開(kāi)停時(shí)間(1).有

6、功功率電源的最優(yōu)組合n最優(yōu)化：是指人們?cè)谏a(chǎn)過(guò)程或生活中為某個(gè)最優(yōu)化：是指人們?cè)谏a(chǎn)過(guò)程或生活中為某個(gè)目的而選擇的一個(gè)目的而選擇的一個(gè)“最好方案或一組最好方案或一組“得力得力措施以取得措施以取得“最正確效果這樣一個(gè)宏觀過(guò)最正確效果這樣一個(gè)宏觀過(guò)程。程。n有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配：是指系統(tǒng)的有功功有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配：是指系統(tǒng)的有功功率負(fù)荷在各個(gè)正在運(yùn)行的發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之率負(fù)荷在各個(gè)正在運(yùn)行的發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間的合理分配。其核心是按等耗量微增率準(zhǔn)則間的合理分配。其核心是按等耗量微增率準(zhǔn)則進(jìn)行分配。進(jìn)行分配。n電力系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行：是電力系統(tǒng)分析的一個(gè)重電力系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行：是電力系統(tǒng)分析的一個(gè)重要分

7、支，它所研究的問(wèn)題主要是在保證用戶(hù)用要分支，它所研究的問(wèn)題主要是在保證用戶(hù)用電需求負(fù)荷的前提下，如何優(yōu)化地調(diào)度系電需求負(fù)荷的前提下，如何優(yōu)化地調(diào)度系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)組或發(fā)電廠的運(yùn)行工況，從而使統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)組或發(fā)電廠的運(yùn)行工況，從而使系統(tǒng)發(fā)電所需的總費(fèi)用或所消耗的總?cè)剂虾牧肯到y(tǒng)發(fā)電所需的總費(fèi)用或所消耗的總?cè)剂虾牧窟_(dá)到最小這樣決策問(wèn)題。達(dá)到最小這樣決策問(wèn)題。 (2).有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配有功功率負(fù)荷合理分配的目標(biāo) 在滿(mǎn)足一定約束條件的前提下，盡可能節(jié)約消耗的能源。1).耗量特性PGF，W0PWF)(比耗量1發(fā)電設(shè)備的效率PWFd)(d耗量微增率PGF，W0FPPFmPG0m,變化比耗量和耗量微增率的

8、 合理組合發(fā)電設(shè)備的方法之一就是按照最小比耗量由小到大的順序，隨負(fù)荷的由小到大增加，逐套投入發(fā)電設(shè)備；或負(fù)荷的由大到小，逐套退出發(fā)電設(shè)備。2) 目標(biāo)函數(shù)和約束條件 在一定約束條件下，使某一目標(biāo)函數(shù)為最優(yōu)。約束條件和目標(biāo)函數(shù)都是狀態(tài)變量x、控制變量u、擾動(dòng)變量d的非線(xiàn)性函數(shù)。0）、（等約束條件duxf0g）、（不等約束條件dux）最優(yōu)、（目標(biāo)函數(shù)duxCC 有功負(fù)荷最優(yōu)分配的目的：在供應(yīng)同樣大小的有功功率的前提下，單位時(shí)間內(nèi)的能源消耗最少。注：對(duì)于純火電系統(tǒng)， 發(fā)電廠的燃料費(fèi)用主要與發(fā)電機(jī)輸出的有功功率有關(guān)，與輸出的無(wú)功功率及電壓等運(yùn)行參數(shù)關(guān)系較小 。 目標(biāo)函數(shù)：系統(tǒng)發(fā)電所需的總費(fèi)用或所消耗的總

9、燃料耗量niGiiGnnGGPFPFPFPFF12211)()(.)()(能源時(shí)單位時(shí)間內(nèi)所消耗的功率表示發(fā)電設(shè)備發(fā)出有功GiGiiPPF)(等約束條件：有功功率必須保持平衡0sincos1ijijijijnjjiLiGiBGUUPP對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)011PPPniLiniGi對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)011niLiniGiPP不計(jì)網(wǎng)損不等約束條件：為系統(tǒng)的運(yùn)行限制各節(jié)點(diǎn)發(fā)電設(shè)備有功功率 ,無(wú)功功率 和電壓大小不能超過(guò)限額。 maxminmaxminmaxminiiiGiGiGiGiGiGiUUUQQQPPPGiPGiQ 一般用拉格朗日乘數(shù)法。 現(xiàn)用兩個(gè)發(fā)電廠之間的經(jīng)濟(jì)調(diào)度來(lái)說(shuō)明問(wèn)題，略去網(wǎng)絡(luò)損耗。建立數(shù)學(xué)模型

10、。 210122cosminiiGiiGiitaPaPaFf02121iLiiGiPPmax22min2max11min1max22min2max11min1max22min2max11min1,UUUUUUQQQQQQPPPPPPGGGGGGGGGGGG3) 最優(yōu)分配負(fù)荷時(shí)的等耗量微增率準(zhǔn)則n根據(jù)給定的目標(biāo)函數(shù)和等約束條件建立一個(gè)新的、不受約束的目標(biāo)函數(shù)拉格朗日函數(shù)。n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：n （1）21212211*LLGGGGPPPPPFPFC拉格朗日乘子212121222111,00LLGGGGGGGGPPPPPPfdPPdFdPPdFn求解1得到：n 這就是

11、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。n對(duì)不等式約束進(jìn)行處理n對(duì)于有功功率限制，當(dāng)計(jì)算完后發(fā)現(xiàn)某發(fā)電設(shè)備越限，則該發(fā)電設(shè)備取其限制，不參加最優(yōu)分配計(jì)算，而其他發(fā)電設(shè)備重新進(jìn)行最優(yōu)分配計(jì)算。n無(wú)功功率和電壓限制和有功功率負(fù)荷的分配沒(méi)有直接關(guān)系，可暫時(shí)不計(jì)，當(dāng)有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配完成后計(jì)算潮流分布在考慮。21推廣：n21.例題分解出：聯(lián)立：分有根據(jù)耗量微增率準(zhǔn)則：分解：2MW105 MW3154203009. 06008. 083009. 06008. 081221212122221111PPPPPPPdPdFPdPdF分越限，取其下限，

12、即4MW300120420MW120211PPP2.已知兩臺(tái)機(jī)組并聯(lián)共同向一負(fù)荷供電，它們的耗量特性分別為F1a18P10.004P12 t/h，F(xiàn)2a26P20.0045P22 t/h ，120MWP1400MW，120MWP2400MW，求當(dāng)負(fù)荷功率PL420MW時(shí)，負(fù)荷的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)分配。概述頻率是電力系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)重要的質(zhì)量指標(biāo)，直接影響著負(fù)荷的正常運(yùn)行。負(fù)荷要求頻率的偏差一般應(yīng)控制在（0.2 0. 5Hz的范圍內(nèi)。要維持頻率在正常的范圍內(nèi)，其必要的條件是系統(tǒng)必須具有充裕的可調(diào)有功電源。第二節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率不穩(wěn)定給運(yùn)行中的電氣設(shè)備帶來(lái)的危害：n對(duì)用戶(hù)的影響n(yōu)產(chǎn)品質(zhì)量降低n生產(chǎn)率降

13、低 n對(duì)發(fā)電廠的影響n(yōu) 汽輪機(jī)葉片諧振n輔機(jī)功能下降n 對(duì)系統(tǒng)的影響n(yōu)互聯(lián)電力系統(tǒng)解列n發(fā)電機(jī)解列一、電力系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率頻率的靜態(tài)特性二、發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜態(tài)特性三、頻率的一次調(diào)整四、頻率的二次調(diào)整一、電力系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率頻率的靜態(tài)特性 當(dāng)電力系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中的有功負(fù)荷隨頻率變化特性稱(chēng)為負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性。332210)()()(NLNNLNNLNLNLffPaffPaffPaPaP荷時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)頻率為電力系統(tǒng)頻率為額定荷時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的有功負(fù)為電力系統(tǒng)頻率為NffLNLPPfPL0PLNfNtgKL)/(HzMWfPtgKLLfPffPPKLNNLNLL效

14、應(yīng)系數(shù)：有功負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)、LLKK31LK二、發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜態(tài)特性（一自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng) 發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)節(jié)是由原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。（二發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜態(tài)特性fPG0PGNfNtgKGf0)/(HzMWtgfPKGG概念介紹：GNNGGNGNGGPfKfPffPPK率、發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功1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(倒數(shù)關(guān)系)：100%0NNfff100%1*GNGNGBKfPK2、機(jī)組的調(diào)差系數(shù)%100%000NGNNGNNGNfPffPffPfPG0PGNfNtgKGf0的偏移頻率相應(yīng)轉(zhuǎn)速荷改變時(shí)可定量表明一臺(tái)機(jī)組負(fù))(%fPKGG一般來(lái)說(shuō)發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率是

15、可以整定的：汽輪發(fā)電機(jī)組 =35%或 33.520 水輪發(fā)電機(jī)組 = 24%或 5025%*GK%*GK三、頻率的一次調(diào)整 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(guò)一個(gè)衰減的振蕩過(guò)程，達(dá)到新的平衡。SLGLLGLKKKfPfKKABBOAOP/00KS：稱(chēng)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。)/()/(0NLLSffPPKfP0P00Lpf0f0p0PLpLoAoBBAKS：系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率 可以求取

16、在允許范圍內(nèi)電力系統(tǒng)能夠承受多大的負(fù)荷增減。KS越大，電力系統(tǒng)承受負(fù)荷變化越大。LGSKKK例題1：電力系統(tǒng)總負(fù)荷為3000MW， 1.5，正常運(yùn)行時(shí)f50Hz，假定此時(shí)系統(tǒng)全部發(fā)電機(jī)均滿(mǎn)載，若因故障失去300MW的出力，求系統(tǒng)f降到什么數(shù)值？ LKHzfHzfKPfPLLL67.4633. 35033. 350067. 0067. 05 . 11 . 01 . 03000300例題2：某一容量為100MW的發(fā)電機(jī)，調(diào)差系數(shù)為4，當(dāng)系統(tǒng)頻率為50Hz的時(shí)候，發(fā)電機(jī)的出力為60MW，若系統(tǒng)的頻率下降到49.5Hz時(shí)，發(fā)電機(jī)的出力時(shí)多少？ ）（發(fā)電機(jī)出力：MW852560)(25) 5 .4950

17、(50MWfKPGG)/(505010004. 01%HzMWfPKNGNG四、頻率的二次調(diào)整 1、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)。B2、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。0GPOC fKCBG fKBALBSLGGLLGGLKKKfPPfKKPP00 00 00fK

18、fKPBACBOCPLGGL率電力系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功:SKBB00GLPP0 f假如 ，那么 ，就實(shí)現(xiàn)了所謂的無(wú)差調(diào)節(jié) 二次調(diào)整時(shí)，電力系統(tǒng)的負(fù)荷增量基本上要由主調(diào)頻機(jī)組承擔(dān)，如果一臺(tái)主調(diào)頻機(jī)組不足以承擔(dān)電力系統(tǒng)負(fù)荷變化時(shí)，必須增選一些機(jī)組參加二次調(diào)頻。五、互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整 由幾個(gè)地區(qū)系統(tǒng)互聯(lián)為一個(gè)大系統(tǒng)的情況，對(duì)某一個(gè)地區(qū)系統(tǒng)而言，負(fù)荷變化增加） 時(shí)，可能伴隨著與其他系統(tǒng)交換功率的變化PtP 若設(shè)A、B兩系統(tǒng)互聯(lián)，且兩個(gè)系統(tǒng)都能進(jìn)行二次調(diào)頻，兩系統(tǒng)負(fù)荷變化量分別為為 ，兩系統(tǒng)由二次調(diào)頻而使發(fā)電機(jī)增發(fā)的功率增量為 ， 分別為兩個(gè)系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率。聯(lián)絡(luò)線(xiàn)交換功率 由a向b時(shí)為正值,引起互聯(lián)系統(tǒng)的頻率變化為L(zhǎng)BLAPP,abPfKPPPAGAabLA：系統(tǒng)ALAGAAPPKLBGBBPPKABPABGBGAPP,BAKK 、fKPPPBGBabLB)(B：系統(tǒng) 率缺額表示兩個(gè)電力系統(tǒng)的功、BABABABAGBLBGALA