發(fā)電廠5第五章

1、2022年3月5日星期六n頻率偏移產(chǎn)生的頻率偏移產(chǎn)生的原因原因、影響影響、以及允許的以及允許的頻率偏離量頻率偏離量？n保持頻率偏移量不超過保持頻率偏移量不超過一定范圍的條件一定范圍的條件n（如何保持有功功率的平衡如何保持有功功率的平衡）n電力系統(tǒng)的電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率調(diào)整n有功功率的有功功率的最優(yōu)分配最優(yōu)分配2022年3月5日星期六頻率變化的原因頻率變化的原因?頻率變化對負(fù)荷的影響(1)異步機(jī)異步機(jī) (2)電子設(shè)備電子設(shè)備 (3)電鐘電鐘頻率變化對電力系統(tǒng)的影響(1) 水泵、風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)水泵、風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)(2) 汽輪機(jī)的葉片汽輪機(jī)的葉片(3) 變壓器的勵磁變壓器的勵磁頻率允許偏移的范圍：50

2、Hz(0.20.5)Hz 系統(tǒng)中負(fù)系統(tǒng)中負(fù)荷的變荷的變化化你答對了嗎你答對了嗎?2022年3月5日星期六 運(yùn)行中：運(yùn)行中： u備用容量備用容量: 1.按作用形式分按作用形式分CSDLGPPPPP負(fù)荷備用(2-5%Plmax)檢修備用(可能不安排)事故備用(5-10% Plmax或系統(tǒng)中最 大一臺單機(jī)容量）國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展備用(3-5%Plmax ）2022年3月5日星期六2、按存在形式分為、按存在形式分為兩者差一個網(wǎng)損兩者差一個網(wǎng)損兩者差一個廠用電兩者差一個廠用電 熱備用:運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)電設(shè)備可能發(fā)的最大 功率與發(fā)電負(fù)荷之差(旋轉(zhuǎn)備 用)冷備用:未運(yùn)轉(zhuǎn)的、但能隨時啟動的發(fā) 發(fā)電設(shè)備可以發(fā)的最大功率 (不

3、含檢修中的設(shè)備)n負(fù)荷的分類負(fù)荷的分類: 1.用電負(fù)荷 2.供電負(fù)荷 3.發(fā)電負(fù)荷2022年3月5日星期六有功功率負(fù)荷變動曲線有功功率負(fù)荷變動曲線2022年3月5日星期六變動有很大的偶然性變動有很大的偶然性 屬于這一種的主要有電爐、壓延機(jī)械、屬于這一種的主要有電爐、壓延機(jī)械、電氣機(jī)車等帶有沖擊性的負(fù)荷電氣機(jī)車等帶有沖擊性的負(fù)荷 這一種是由于生產(chǎn)、生活、氣象等變這一種是由于生產(chǎn)、生活、氣象等變化引起的負(fù)荷變動化引起的負(fù)荷變動 2022年3月5日星期六n據(jù)此據(jù)此,頻率調(diào)整頻率調(diào)整一次調(diào)整一次調(diào)整:由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行的由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行的 對第一種負(fù)荷變動引起的頻對第一種負(fù)荷變動引起的頻率偏

4、移的調(diào)整率偏移的調(diào)整 二次調(diào)整二次調(diào)整:由發(fā)電機(jī)的調(diào)頻器進(jìn)行的、由發(fā)電機(jī)的調(diào)頻器進(jìn)行的、 對第二種負(fù)荷變動引起的對第二種負(fù)荷變動引起的頻率偏移的調(diào)整頻率偏移的調(diào)整 三次調(diào)整三次調(diào)整:按最優(yōu)化準(zhǔn)則分配第三種有按最優(yōu)化準(zhǔn)則分配第三種有 規(guī)律變動的負(fù)荷，即責(zé)成各發(fā)電廠規(guī)律變動的負(fù)荷，即責(zé)成各發(fā)電廠 按事先給定的發(fā)電荷曲線發(fā)電。按事先給定的發(fā)電荷曲線發(fā)電。2022年3月5日星期六有功功率的最優(yōu)分配有功功率的最優(yōu)分配:l有功功率電源的最優(yōu)組合有功功率電源的最優(yōu)組合 即指系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠的合理組合即指系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠的合理組合,也就也就是所謂的機(jī)組合理開停是所謂的機(jī)組合理開停.l有功功率負(fù)荷的

5、最優(yōu)分配有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配 即指系統(tǒng)的有功功率負(fù)荷在各個正在運(yùn)行的發(fā)電即指系統(tǒng)的有功功率負(fù)荷在各個正在運(yùn)行的發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間的合理分配設(shè)備或發(fā)電廠之間的合理分配.最常用的是按等耗量最常用的是按等耗量微增率準(zhǔn)則分配微增率準(zhǔn)則分配.2022年3月5日星期六2022年3月5日星期六(1)火電廠特點(diǎn)：火電廠特點(diǎn)：l 需燃料及運(yùn)輸費(fèi)用，但不受自然條件影響需燃料及運(yùn)輸費(fèi)用，但不受自然條件影響l效率與蒸汽參數(shù)有關(guān)效率與蒸汽參數(shù)有關(guān) l受鍋爐、汽輪機(jī)最小技術(shù)負(fù)荷限制，有功出力調(diào)整受鍋爐、汽輪機(jī)最小技術(shù)負(fù)荷限制，有功出力調(diào)整范圍較窄，增減速度慢，參數(shù)越高范圍越窄范圍較窄，增減速度慢，參數(shù)越高范圍越窄(高

6、溫高溫高壓高壓30%，中溫中壓，中溫中壓75%) l機(jī)組投入退出，承擔(dān)急劇負(fù)荷響應(yīng)時間長，多耗能機(jī)組投入退出，承擔(dān)急劇負(fù)荷響應(yīng)時間長，多耗能量，易損壞設(shè)備量，易損壞設(shè)備l熱電廠抽汽供熱，效率高，但技術(shù)最小負(fù)荷取決于熱電廠抽汽供熱，效率高，但技術(shù)最小負(fù)荷取決于熱負(fù)荷，為強(qiáng)迫功率熱負(fù)荷，為強(qiáng)迫功率2022年3月5日星期六2022年3月5日星期六(2)水電廠特點(diǎn)：水電廠特點(diǎn)：l不要燃料費(fèi)，水力可梯級開發(fā)，連續(xù)使用，但受自不要燃料費(fèi)，水力可梯級開發(fā)，連續(xù)使用，但受自然條件影響。然條件影響。l出力調(diào)節(jié)范圍大，出力調(diào)節(jié)范圍大，50%以上以上, 增減負(fù)荷速度快，操增減負(fù)荷速度快，操作容易，可承擔(dān)急劇變化的負(fù)

7、荷作容易，可承擔(dān)急劇變化的負(fù)荷l決定發(fā)電量的除水量外還有水位差決定發(fā)電量的除水量外還有水位差 保證出力保證出力l抽水蓄能機(jī)組（天荒坪抽水蓄能機(jī)組（天荒坪630萬千瓦）萬千瓦）l必須與火電配合必須與火電配合 l維持航運(yùn)、灌溉、需一定水量，對應(yīng)強(qiáng)迫功率維持航運(yùn)、灌溉、需一定水量，對應(yīng)強(qiáng)迫功率2022年3月5日星期六2022年3月5日星期六(3) 核電廠特點(diǎn)：核電廠特點(diǎn)：l可調(diào)容量大，退、投、增、減負(fù)荷消耗能量、時間，可調(diào)容量大，退、投、增、減負(fù)荷消耗能量、時間，易損壞設(shè)備易損壞設(shè)備l一次投資大，運(yùn)行費(fèi)低，盡量利用承擔(dān)基本負(fù)荷一次投資大，運(yùn)行費(fèi)低，盡量利用承擔(dān)基本負(fù)荷n應(yīng)指出應(yīng)指出: 枯水季節(jié)枯水季

8、節(jié)往往由系統(tǒng)中的往往由系統(tǒng)中的大型水電廠大型水電廠承擔(dān)承擔(dān)調(diào)頻調(diào)頻任務(wù)任務(wù);洪水季節(jié)洪水季節(jié)這任務(wù)就轉(zhuǎn)移給這任務(wù)就轉(zhuǎn)移給中溫中壓火電廠中溫中壓火電廠.抽抽水蓄能電廠水蓄能電廠在其發(fā)電期間也可在其發(fā)電期間也可參加調(diào)頻參加調(diào)頻.但但低溫低壓低溫低壓火電廠火電廠則因容量不足則因容量不足,設(shè)備陳舊設(shè)備陳舊,不能擔(dān)負(fù)調(diào)頻任務(wù)不能擔(dān)負(fù)調(diào)頻任務(wù).2022年3月5日星期六l各類發(fā)電廠組合順序示意圖各類發(fā)電廠組合順序示意圖枯水季節(jié)枯水季節(jié):2022年3月5日星期六洪水季節(jié)洪水季節(jié):2022年3月5日星期六1. 耗量特性耗量特性: 發(fā)電設(shè)備單位時間內(nèi)發(fā)電設(shè)備單位時間內(nèi)消耗的能源與發(fā)出的有功消耗的能源與發(fā)出的有功功

9、率的關(guān)系。如圖所示功率的關(guān)系。如圖所示:l 比耗量比耗量: 單位時間內(nèi)輸單位時間內(nèi)輸入能量與輸出功率之間的入能量與輸出功率之間的比值比值. l耗量微增率耗量微增率: 耗量耗量特性特性曲線曲線上某點(diǎn)切線的斜率上某點(diǎn)切線的斜率 dPdFPF/PFu/2022年3月5日星期六2. 目標(biāo)函數(shù)和約束條件目標(biāo)函數(shù)和約束條件l目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù) 有功負(fù)荷最優(yōu)分配的目的：在供應(yīng)同樣大小負(fù)荷有有功負(fù)荷最優(yōu)分配的目的：在供應(yīng)同樣大小負(fù)荷有功功率的前提下，單位時間內(nèi)的能源消耗最少。這里功功率的前提下，單位時間內(nèi)的能源消耗最少。這里的的目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)就應(yīng)該是就應(yīng)該是總耗量最少總耗量最少。即為。即為 )()()()(1

10、2211GiniiGnnGGPFPFPFPFF)(GiiPF011PPPniiLiniiGiP為網(wǎng)絡(luò)總損耗為網(wǎng)絡(luò)總損耗以以 表示某發(fā)電設(shè)備發(fā)出有功功率時單位表示某發(fā)電設(shè)備發(fā)出有功功率時單位時間內(nèi)所需消耗的能源。時間內(nèi)所需消耗的能源。n 等式約束條件等式約束條件2022年3月5日星期六不計網(wǎng)絡(luò)損耗時，上式可改寫為不計網(wǎng)絡(luò)損耗時，上式可改寫為: l不等式條件不等式條件 各節(jié)點(diǎn)發(fā)電設(shè)備各節(jié)點(diǎn)發(fā)電設(shè)備有功功率有功功率、無功功率無功功率和和電壓電壓大小大小不得逾越的限額不得逾越的限額:011niiLiniiGiPPmaxminGGiGPPPmaxminGGiGQQQmaxminiiiUUU2022年3月

11、5日星期六l可建立如下拉格朗日函數(shù)可建立如下拉格朗日函數(shù): 0)()(1111111GGGGdPPdFPFPL0)()(2222222GGGGdPPdFPFPL0)()(nGnGnnGnnGndPPdFPFPL式中式中 為拉格朗日乘數(shù)為拉格朗日乘數(shù))()()(2211GnnGGPFPFPFL)(21LGnGGPPPP2022年3月5日星期六 l以兩臺機(jī)為例以兩臺機(jī)為例 目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù): 等式約束條件等式約束條件: 12n)()(2211GGPFPFF021LGGPPP等耗量微增率準(zhǔn)則等耗量微增率準(zhǔn)則 所以可得所以可得:它表示為使總耗量最小，應(yīng)按相等的耗量微增率在它表示為使總耗量最小，應(yīng)按相等

12、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。發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間分配負(fù)荷。2022年3月5日星期六根據(jù)等耗量微增率準(zhǔn)則得根據(jù)等耗量微增率準(zhǔn)則得: 進(jìn)而可以求得進(jìn)而可以求得.l對不等式約束條件的考慮對不等式約束條件的考慮: 有功功率越限有功功率越限,則按限額發(fā)電則按限額發(fā)電,剩余功率在剩余功率在其他機(jī)組間重新按等耗量微增率原則分配其他機(jī)組間重新按等耗量微增率原則分配.212022年3月5日星期六實(shí)踐中實(shí)踐中:由于能源消耗受限制由于能源消耗受限制 有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配 其在火力發(fā)電廠與 水力發(fā)電廠之間的最優(yōu)分配問題 消耗的水量受水庫調(diào)度的約束消耗的水量受水庫調(diào)度的約束 20

13、22年3月5日星期六 上式中用小的時間段這和來表示積分效果，表示上式中用小的時間段這和來表示積分效果，表示火電廠的燃料，表示水電廠消耗的水量。火電廠的燃料，表示水電廠消耗的水量。 0)(2122KtPWktkkkHk水電的約束條件水電的約束條件), 2 , 1(0)(111tkdPPdFkkTkTkktkkKLkLkHkTkktkkkTktPPPPtPFL12121111)()(21222)(KtPWktkkkHkl為了簡化分析，將負(fù)荷的分配局限于一個為了簡化分析，將負(fù)荷的分配局限于一個 火電一個水力發(fā)電設(shè)備之間，并略去網(wǎng)損?；痣娨粋€水力發(fā)電設(shè)備之間，并略去網(wǎng)損。同理由同理由:新的拉格朗日函數(shù)

14、新的拉格朗日函數(shù) :2022年3月5日星期六 得得: 若時間段取的很短若時間段取的很短,則可將式中的下標(biāo)則可將式中的下標(biāo)“k”可略可略去，可改寫為：去，可改寫為：n由上可知，只要將水力發(fā)電廠的水耗量乘以某一由上可知，只要將水力發(fā)電廠的水耗量乘以某一個待定的拉格朗日乘數(shù)，就可將等耗量微增率準(zhǔn)則個待定的拉格朗日乘數(shù)，就可將等耗量微增率準(zhǔn)則應(yīng)用到火力發(fā)電廠與水力發(fā)電廠之間負(fù)荷的最優(yōu)分應(yīng)用到火力發(fā)電廠與水力發(fā)電廠之間負(fù)荷的最優(yōu)分配。配。 ), 2 , 1(0)(2222tkdPPdWkkHkHk), 2 , 1()()(2222111tkdPPdWdPPdFkkHkHkkTkTk2222111)()(

15、HHTTdPPdWdPPdF122TT 即即水煤轉(zhuǎn)換系數(shù)水煤轉(zhuǎn)換系數(shù)2022年3月5日星期六l等式約束條件修正為：等式約束條件修正為： LLGPPP)()(1111liiLimiiLiniiGiniiGiiPPPPFL0)1 ()(11111GLGGGPPdPPdFPL0)1 ()(GiLGiGiiGiPPdPPdFPL2022年3月5日星期六LGiPP)11()()11()(1111GiLGiGiiGLGGPPdPPdFPPdPPdF2022年3月5日星期六一、頻率調(diào)整的必要性一、頻率調(diào)整的必要性所有用電設(shè)備都是按系統(tǒng)額定頻率設(shè)計的，電力系所有用電設(shè)備都是按系統(tǒng)額定頻率設(shè)計的，電力系統(tǒng)的頻率

16、變動對用戶、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)本身都會統(tǒng)的頻率變動對用戶、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)本身都會產(chǎn)生不利影響產(chǎn)生不利影響;頻率過低時，甚至?xí)拐麄€系統(tǒng)瓦解，造成大面積頻率過低時，甚至?xí)拐麄€系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電停電;因此必須保持頻率在額定值上下，且偏移不超過一因此必須保持頻率在額定值上下，且偏移不超過一定范圍。定范圍。2022年3月5日星期六二、自動調(diào)速系統(tǒng)二、自動調(diào)速系統(tǒng)2022年3月5日星期六二、自動調(diào)速系統(tǒng)二、自動調(diào)速系統(tǒng)2022年3月5日星期六三、電源有功功率靜態(tài)頻率特性三、電源有功功率靜態(tài)頻率特性原動機(jī)未配置自動調(diào)速系統(tǒng)時，其機(jī)械功原動機(jī)未配置自動調(diào)速系統(tǒng)時，其機(jī)械功率與頻率的關(guān)系：率與頻率的關(guān)

17、系：原動機(jī)配置自動調(diào)速系統(tǒng)后：原動機(jī)配置自動調(diào)速系統(tǒng)后：原動機(jī)的機(jī)械功率原動機(jī)的機(jī)械功率靜態(tài)頻率特性靜態(tài)頻率特性221fcfcpm2022年3月5日星期六 簡化之：簡化之：四、發(fā)電機(jī)的頻率特性四、發(fā)電機(jī)的頻率特性 如上圖，發(fā)電機(jī)頻率特性的斜率為如上圖，發(fā)電機(jī)頻率特性的斜率為 00ffPfPKNGNGG2022年3月5日星期六00GGNGNPPfKff 發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率（單位發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率（單位MW/HZ）該單位調(diào)節(jié)功率和機(jī)組的該單位調(diào)節(jié)功率和機(jī)組的調(diào)差系數(shù)調(diào)差系數(shù)有互為倒數(shù)的關(guān)系。有互為倒數(shù)的關(guān)系。機(jī)組的調(diào)差系數(shù)： GNNGNNGGPffPffPfK00012022年3月5日星期六單

18、位調(diào)節(jié)功率的標(biāo)么值為單位調(diào)節(jié)功率的標(biāo)么值為:100%10NNGNNGNGNGGfffPfKffPPKn調(diào)差系數(shù)調(diào)差系數(shù) 或與之對應(yīng)的發(fā)電機(jī)的或與之對應(yīng)的發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)單位調(diào)節(jié)功率功率是是可以整定可以整定.所以電力系統(tǒng)頻率的所以電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)一次調(diào)整整問題主要就與問題主要就與調(diào)差系數(shù)調(diào)差系數(shù)或與之對應(yīng)的發(fā)電機(jī)或與之對應(yīng)的發(fā)電機(jī)的的單位調(diào)節(jié)功率單位調(diào)節(jié)功率有關(guān)。有關(guān)。2022年3月5日星期六五、負(fù)荷的頻率特性五、負(fù)荷的頻率特性負(fù)荷從電網(wǎng)中取用有功功率負(fù)荷從電網(wǎng)中取用有功功率 與電網(wǎng)頻率的關(guān)系如圖與電網(wǎng)頻率的關(guān)系如圖:LLKPf 其標(biāo)么值為：其標(biāo)么值為：5.1NLNLLffPPK負(fù)荷的靜態(tài)頻

19、率特性 負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率MW/Hz(單位單位 )不能整定不能整定2022年3月5日星期六初始運(yùn)行點(diǎn)初始運(yùn)行點(diǎn)O，當(dāng)負(fù)荷增加，當(dāng)負(fù)荷增加則則: LOPOA0LLPPABOBBAOBOA)(00ffKfKPOBGGGfKPABLL-fKKPLGLO)(/LOGLSPfKKK SK系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率系數(shù)系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率系數(shù)2022年3月5日星期六n 一次調(diào)頻為一次調(diào)頻為有差調(diào)頻有差調(diào)頻。n n臺發(fā)電機(jī)：臺發(fā)電機(jī)：n臺都參加一次調(diào)整：臺都參加一次調(diào)整： 只有只有m臺參加一次調(diào)整：臺參加一次調(diào)整：GnGGGGKKKKK.321GK0GKGmGGGmGKKKKK.321n 當(dāng)發(fā)電機(jī)當(dāng)發(fā)電機(jī)滿載滿載時，

20、負(fù)荷功率增大，則時，負(fù)荷功率增大，則 相當(dāng)于為相當(dāng)于為0, 但當(dāng)負(fù)荷功率減小時，但當(dāng)負(fù)荷功率減小時， ，所以仍可以參加調(diào)頻。，所以仍可以參加調(diào)頻。2022年3月5日星期六初始運(yùn)行點(diǎn)初始運(yùn)行點(diǎn)O ，當(dāng)負(fù)荷增加，當(dāng)負(fù)荷增加LOPOA0LLPPBACBOCOA)(0 0ffKfKBCGG)(0 0ffKfKABLLGOPOC()GOGLLOPfKPK二次調(diào)整增發(fā)的功率二次調(diào)整增發(fā)的功率 系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率SK頻率的二次調(diào)整頻率的二次調(diào)整2022年3月5日星期六n n臺機(jī)組：第臺機(jī)組：第n臺參加二次調(diào)頻臺參加二次調(diào)頻 ， n臺全部參加一次調(diào)頻臺全部參加一次調(diào)頻:fKKPPLnGGnL

21、O)(0GOLOPPLOPn無差調(diào)頻無差調(diào)頻: 若若 , 即發(fā)電機(jī)如數(shù)增即發(fā)電機(jī)如數(shù)增發(fā)了負(fù)荷功率的原始增量發(fā)了負(fù)荷功率的原始增量 ,亦即實(shí)現(xiàn)了所謂的無亦即實(shí)現(xiàn)了所謂的無差調(diào)節(jié)差調(diào)節(jié).如上圖虛線所示如上圖虛線所示.n注意注意:以上公式中以功率增大和頻率上升為正。以上公式中以功率增大和頻率上升為正。2022年3月5日星期六l多機(jī)系統(tǒng)在負(fù)荷變化時，帶調(diào)速器的機(jī)組，只要有多機(jī)系統(tǒng)在負(fù)荷變化時，帶調(diào)速器的機(jī)組，只要有可調(diào)容量，都參加一次調(diào)整?？烧{(diào)容量，都參加一次調(diào)整。l二次調(diào)整由少數(shù)機(jī)組二次調(diào)整由少數(shù)機(jī)組(廠廠)承擔(dān)承擔(dān)主調(diào)頻機(jī)組主調(diào)頻機(jī)組(廠廠)，負(fù)荷增量主要由它們承擔(dān)，可依次分為第一、第負(fù)荷增量主要由它們承