電力系統(tǒng)分析 第五章 電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整與控制 ppt

1、1電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析Power System Analysis （五）（五） 主講人：孫醒濤2第五章電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整和控制第五章電力系統(tǒng)正常運行方式的調(diào)整和控制1、電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制、電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制 電力系統(tǒng)負荷及電源的頻率靜態(tài)特性電力系統(tǒng)負荷及電源的頻率靜態(tài)特性 頻率的一、二次調(diào)整，互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率的一、二次調(diào)整，互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整2、電力系統(tǒng)的無功功率與電壓的調(diào)整和控制、電力系統(tǒng)的無功功率與電壓的調(diào)整和控制 無功負荷及負荷的靜態(tài)電壓特性；無功負荷及負荷的靜態(tài)電壓特性； 同步發(fā)電機和無功補償設備的功率特性；同步發(fā)電機和無功補償設備

2、的功率特性； 電壓調(diào)整的必要性和電壓質(zhì)量要求；電壓調(diào)整的必要性和電壓質(zhì)量要求； 電壓調(diào)整和控制方法電壓調(diào)整和控制方法3、電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化、電力系統(tǒng)運行方式的優(yōu)化 火力發(fā)電廠間的有功功率經(jīng)濟分配火力發(fā)電廠間的有功功率經(jīng)濟分配 水、火電廠間的有功功率經(jīng)濟分配水、火電廠間的有功功率經(jīng)濟分配31.1.電力系統(tǒng)頻率變化的影響電力系統(tǒng)頻率變化的影響 對用戶的影響對用戶的影響（1 1）異步電機轉(zhuǎn)速：紡織工業(yè)、造紙工業(yè)）異步電機轉(zhuǎn)速：紡織工業(yè)、造紙工業(yè)（2 2）異步電機功率下降）異步電機功率下降（3 3）電子設備的準確度）電子設備的準確度 對發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的影響對發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的影響（1 1）對發(fā)電

3、廠廠用機械設備運行的影響）對發(fā)電廠廠用機械設備運行的影響（2 2）對汽輪機葉片的影響）對汽輪機葉片的影響（3 3）對異步電機及變壓器勵磁的影響，增加無）對異步電機及變壓器勵磁的影響，增加無 功消耗。功消耗。5.15.1電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制制42 2 頻率與有功平衡的關系頻率與有功平衡的關系 頻率頻率由發(fā)電機轉(zhuǎn)速決定由發(fā)電機轉(zhuǎn)速決定 轉(zhuǎn)速與其軸上的轉(zhuǎn)矩平衡有關轉(zhuǎn)速與其軸上的轉(zhuǎn)矩平衡有關 轉(zhuǎn)矩平衡與功率平衡轉(zhuǎn)矩平衡與功率平衡ETETPPMM 5.1 5.1 電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制負荷變化負荷變化M

4、MT T：由于慣性大變化慢：由于慣性大變化慢M ME E：有功負荷變化快：有功負荷變化快產(chǎn)生瞬時不平衡產(chǎn)生瞬時不平衡轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩不平衡不平衡 發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化 頻率變化頻率變化( (+ +0.2HZ0.2HZ + +0.5HZ)0.5HZ)53有功功率負荷的 變化及其調(diào)整5.15.1電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制6 系統(tǒng)負荷可以看作由以下三種具有不同變化規(guī)律的變動系統(tǒng)負荷可以看作由以下三種具有不同變化規(guī)律的變動 負荷組成：負荷組成：（1 1）變動周期小于）變動周期小于10s10s，變化幅度小，變化幅度小: :小操作、線路搖擺等小操作、線路搖擺等

5、（3 3）變動周期最大，變化幅度最大：氣象、生產(chǎn)、生活規(guī)律）變動周期最大，變化幅度最大：氣象、生產(chǎn)、生活規(guī)律（2）變動周期在（變動周期在（10s10s，180s180s），變化幅度較大：大電機、電），變化幅度較大：大電機、電 爐啟停爐啟停調(diào)速器調(diào)速器頻率的一次調(diào)整頻率的一次調(diào)整調(diào)頻器調(diào)頻器頻率的二次調(diào)整頻率的二次調(diào)整根據(jù)預測負根據(jù)預測負荷，在各機荷，在各機組間進行最組間進行最優(yōu)負荷分配優(yōu)負荷分配電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行調(diào)度（發(fā)電計劃）電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行調(diào)度（發(fā)電計劃）75.15.1電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制備用容量：備用容量：15%15%20%20% 作

6、用：作用：為了保證供電可靠性及電為了保證供電可靠性及電能質(zhì)量合格，系統(tǒng)電源容量應大能質(zhì)量合格，系統(tǒng)電源容量應大于發(fā)電負荷。于發(fā)電負荷。定義：定義：備用容量備用容量 系統(tǒng)可用系統(tǒng)可用電源容量電源容量 發(fā)電負荷發(fā)電負荷 有功功率平衡：有功功率平衡：,GiLiLossPPP8760t(h)P(MW)發(fā)電負荷發(fā)電負荷備用容備用容量量新增容新增容量量4、有功功率電源和備用容量、有功功率電源和備用容量系統(tǒng)電源容量系統(tǒng)電源容量：可投入：可投入發(fā)電設備的可發(fā)功率之和發(fā)電設備的可發(fā)功率之和8按作用分：按作用分：(1)負荷備用：滿足負荷波動、計劃外負荷備用：滿足負荷波動、計劃外的負荷增量的負荷增量2%5%(2)事

7、故備用：發(fā)電機因故退出運行而事故備用：發(fā)電機因故退出運行而預留的容量預留的容量5%10%(3)檢修備用：發(fā)電機計劃檢修檢修備用：發(fā)電機計劃檢修4%5%(4)國民經(jīng)濟備用：滿足工農(nóng)業(yè)超計劃國民經(jīng)濟備用：滿足工農(nóng)業(yè)超計劃增長增長3%5%按其存在形式分：按其存在形式分：(1)熱備用熱備用(2)冷備用冷備用備用容量的分類備用容量的分類91 1、定義：、定義：負荷負荷與用戶的生產(chǎn)狀態(tài)有關與用戶的生產(chǎn)狀態(tài)有關與頻率無關與頻率無關照明、電爐等照明、電爐等與接入點系統(tǒng)電壓有關與接入點系統(tǒng)電壓有關與系統(tǒng)頻率有關與系統(tǒng)頻率有關僅考慮頻率因素僅考慮頻率因素假設不變假設不變2 2、負荷性質(zhì)：、負荷性質(zhì)：與頻率的一次方

8、成正比與頻率的一次方成正比球磨機、卷揚機等球磨機、卷揚機等與頻率的二次方成正比與頻率的二次方成正比變壓器的渦流損耗等變壓器的渦流損耗等與頻率的三次方成正比與頻率的三次方成正比通風機、循環(huán)水泵等通風機、循環(huán)水泵等與頻率的高次方成正比與頻率的高次方成正比靜水頭阻力大的給水泵靜水頭阻力大的給水泵5.15.1電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制一、負荷的有功功率頻率靜態(tài)特性一、負荷的有功功率頻率靜態(tài)特性10230123LLNLNLNLNNNNfffPa Pa Pa Pa Pfff13210 aaaa012323 LPaa fa fa fNLNfP以和為基準值的標幺值

9、表達式5.15.1電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制制1-實際曲線實際曲線 2-近似直線近似直線負荷的靜態(tài)頻率特性負荷的靜態(tài)頻率特性11負荷的有功功率頻率靜態(tài)特性負荷的有功功率頻率靜態(tài)特性簡化表達簡化表達當頻率偏離額定值不大時當頻率偏離額定值不大時，負荷有功頻率靜態(tài)特性用一，負荷有功頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來表示。條近似直線來表示。LLPKtgf /LLNLLNPPPKfff 負荷的單位調(diào)節(jié)功率負荷的單位調(diào)節(jié)功率，表示負荷隨頻率的變化表示負荷隨頻率的變化程度。程度。5 . 1* LK12二、二、 發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性

10、 調(diào)速器的工作原理調(diào)速器的工作原理1 為轉(zhuǎn)速測量元件為轉(zhuǎn)速測量元件離心飛擺及其附件；離心飛擺及其附件；2 滑環(huán)；滑環(huán)；3 滑閥；滑閥；4 油動機油動機5 進汽閥進汽閥6 油動機活塞油動機活塞13()()errsetGGsetUPPKff綜合誤差信號：綜合誤差信號：14二、二、 發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性()GsetGsetPPKff機組的頻率特性機組的頻率特性：在自動調(diào)速系統(tǒng)作用下，：在自動調(diào)速系統(tǒng)作用下，發(fā)電機組輸出的有功功率和頻率之間的穩(wěn)發(fā)電機組輸出的有功功率和頻率之間的穩(wěn)定關系。定關系。152、概念介紹、概念介紹1)1)發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率發(fā)電機的單位調(diào)

11、節(jié)功率：發(fā)電機組原動機或電源頻：發(fā)電機組原動機或電源頻率特性的斜率。率特性的斜率。 標志著隨頻率的升降發(fā)電機組發(fā)出功率減少或增標志著隨頻率的升降發(fā)電機組發(fā)出功率減少或增加的多寡。加的多寡。GNNGGNNGGGGPfKfPfPKHzMWfPK/ *二、二、 發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性5.15.1電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制制165.15.1電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制2)發(fā)電機的調(diào)差系數(shù)：發(fā)電機的調(diào)差系數(shù)：單位調(diào)節(jié)功率的倒數(shù)。單位調(diào)節(jié)功率的倒數(shù)。00*0*1 01%100100

12、100NNGGGNGNGNNGNGNNfffffKPPPfPffKfPf 二、二、 發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性175.15.1電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制制3)發(fā)電機的發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率單位調(diào)節(jié)功率與與調(diào)差系數(shù)調(diào)差系數(shù)的關系：的關系：一般來說發(fā)電機的一般來說發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率是可以整定單位調(diào)節(jié)功率是可以整定的：的：汽輪發(fā)電機組汽輪發(fā)電機組 =35或或 =33.320水輪發(fā)電機組水輪發(fā)電機組 =24或或 =5025NGNNGNGGGfPfPKKK100%11100%1* % *GK% *GK二、二、 發(fā)電機組的有功功

13、率頻率靜態(tài)特性發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性18fPOP0PLf0PGPL PL0AP0Bf0O B A 三、三、 頻率的一次調(diào)整頻率的一次調(diào)整5.15.1電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制1)簡述：由于負荷突增，簡述：由于負荷突增，發(fā)電機組功率不能及發(fā)電機組功率不能及時變動而使機組減速，時變動而使機組減速，系統(tǒng)頻率下降，同時，系統(tǒng)頻率下降，同時，發(fā)電機組功率由于調(diào)發(fā)電機組功率由于調(diào)速器的一次調(diào)整作用速器的一次調(diào)整作用而增大，負荷功率因而增大，負荷功率因其本身的調(diào)節(jié)效應而其本身的調(diào)節(jié)效應而減少，經(jīng)過一個衰減減少，經(jīng)過一個衰減的振蕩過程，達到新的振蕩過程，達

14、到新的平衡。的平衡。190oofff 0LsGLPKKKf 系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率：計及發(fā)電機和負荷的調(diào)節(jié)效：計及發(fā)電機和負荷的調(diào)節(jié)效應時，引起頻率單位變化時的負荷變化量。應時，引起頻率單位變化時的負荷變化量。fPOP0PLf0PGPL PL0AP0Bf0O B A 00LGLLGLGLSOAOBBAPOBB OKfBAA BKfPAOOBBAKfKfKKfKf 203)注意：注意：取功率的增大或頻率的上升為正；取功率的增大或頻率的上升為正；為保證調(diào)速系統(tǒng)本身運行的穩(wěn)定，不能采用過大的為保證調(diào)速系統(tǒng)本身運行的穩(wěn)定，不能采用過大的單位調(diào)節(jié)功率；單位調(diào)節(jié)功率；對于滿載機組，不再參加調(diào)

15、整。對于滿載機組，不再參加調(diào)整。 對于系統(tǒng)有若干臺機參加一次調(diào)頻：對于系統(tǒng)有若干臺機參加一次調(diào)頻： 具有一次調(diào)頻的各機組間負荷的分配，按其調(diào)差系具有一次調(diào)頻的各機組間負荷的分配，按其調(diào)差系數(shù)即下降特性自然分配。數(shù)即下降特性自然分配。 LGSKKK三、三、 頻率的一次調(diào)整頻率的一次調(diào)整5.15.1電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制21頻率的二次調(diào)整頻率的二次調(diào)整：通過操作調(diào)頻器，使發(fā)電機組的頻率特：通過操作調(diào)頻器，使發(fā)電機組的頻率特性平行的移動，從而使負荷變化引起的頻率偏移在允許的波性平行的移動，從而使負荷變化引起的頻率偏移在允許的波動范圍內(nèi)。動范圍內(nèi)。四、

16、頻率的二次調(diào)整四、頻率的二次調(diào)整1. 頻率調(diào)整圖頻率調(diào)整圖222. 當系統(tǒng)負荷增加時，由以下三方面提供：當系統(tǒng)負荷增加時，由以下三方面提供：二次調(diào)頻的發(fā)電機組增發(fā)的功率二次調(diào)頻的發(fā)電機組增發(fā)的功率 ；發(fā)電機組執(zhí)行一次調(diào)頻，按有差特性的調(diào)差系數(shù)分配發(fā)電機組執(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)的功率而增發(fā)的功率 ；由系統(tǒng)的負荷頻率調(diào)節(jié)效應所減少的負荷功率由系統(tǒng)的負荷頻率調(diào)節(jié)效應所減少的負荷功率 。GP fKG fKL 5.15.1電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制四、頻率的二次調(diào)整四、頻率的二次調(diào)整233. 數(shù)學表達式數(shù)學表達式 如果如果 ，即發(fā)電機組

17、如數(shù)增發(fā)了負荷功率的原始增量，即發(fā)電機組如數(shù)增發(fā)了負荷功率的原始增量，則則 ，即所謂的，即所謂的無差調(diào)節(jié)無差調(diào)節(jié)。 對于對于N臺機，且由第臺機，且由第s臺機組擔負二次調(diào)整的任務，則：臺機組擔負二次調(diào)整的任務，則：0000LGGLLGGLSPPKKfPPKKKf 00GLPP 0 fSLGGsLKKKfPP 005.15.1電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制四、頻率的二次調(diào)整四、頻率的二次調(diào)整244.主調(diào)頻廠的選擇主調(diào)頻廠的選擇調(diào)頻廠：調(diào)頻廠：負有二次調(diào)頻任務的電廠，分為主調(diào)負有二次調(diào)頻任務的電廠，分為主調(diào)頻廠和輔助頻廠和輔助 調(diào)頻廠。調(diào)頻廠。調(diào)頻廠應滿足的

18、條件：調(diào)頻廠應滿足的條件：1 1）足夠的調(diào)整容量）足夠的調(diào)整容量2 2）較快的調(diào)整速度）較快的調(diào)整速度3 3）調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟性較好）調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟性較好25調(diào)整容量調(diào)整容量: : 水電廠水電廠 火電廠火電廠中溫中壓電廠（中溫中壓電廠（7575） 高溫高壓電廠（高溫高壓電廠（3030） 調(diào)整速度：調(diào)整速度： 水電廠水電廠 火電廠火電廠調(diào)頻廠選擇：調(diào)頻廠選擇： 首選：水電廠首選：水電廠 其次：中溫中壓電廠其次：中溫中壓電廠5.15.1電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制四、頻率的二次調(diào)整四、頻率的二次調(diào)整26AAGAABDAfKPPP BBGBABDBfKP

19、PP KPPKKPPPPfGDBAGBGADBDA )()(BAGADABGBDBAABKKPPKPPKP )()(DBGBBPPKAGADAKPP ABP 5.15.1電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制電力系統(tǒng)中有功功率和頻率的調(diào)整和控制五、互連系統(tǒng)頻率的調(diào)整五、互連系統(tǒng)頻率的調(diào)整27BAGADABGBDBAABKKPPKPPKP )()(聯(lián)絡線功率聯(lián)絡線功率BGBDBAGADAKPPKPP 0 ABPBAGADBDBBAGADABDBAABKKPPKPKKPPKPKP )()(B系統(tǒng)不參系統(tǒng)不參加二次調(diào)整加二次調(diào)整28五 調(diào)頻廠的選擇調(diào)頻廠的選擇 調(diào)頻廠：調(diào)頻廠：負有二次調(diào)頻任務的電廠，

20、分為主負有二次調(diào)頻任務的電廠，分為主調(diào)頻廠和輔助調(diào)頻廠。調(diào)頻廠和輔助調(diào)頻廠。 調(diào)頻廠應滿足的條件：調(diào)頻廠應滿足的條件： 1）足夠的調(diào)整容量）足夠的調(diào)整容量 2）較快的調(diào)整速度）較快的調(diào)整速度 3）調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟性較好）調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟性較好29六 自動發(fā)電控制 國內(nèi)外自動發(fā)電控制的研究與應用情況 對頻率控制的要求 自動發(fā)電控制是保證頻率質(zhì)量的重要技術手段 （1）傳統(tǒng)的頻率調(diào)節(jié)很難使頻率滿足要求； （2）負荷波動使發(fā)電功率與負荷難以平衡； （3）單機容量增大使單臺機故障帶來的損失增大，人工調(diào)節(jié)需較長時間。 自動發(fā)電控制是實現(xiàn)在線經(jīng)濟分配的必備手段30 5.2 電力系統(tǒng)的無功功率與電壓的調(diào)整和控

21、制本節(jié)主要內(nèi)容：本節(jié)主要內(nèi)容：1 1、無功負荷及負荷的靜態(tài)電壓特性；無功負荷及負荷的靜態(tài)電壓特性； 4、電壓調(diào)整和控制方法電壓調(diào)整和控制方法2、同步發(fā)電機和無功補償設備的功率特性；、同步發(fā)電機和無功補償設備的功率特性； 3、電壓調(diào)整的必要性和電壓質(zhì)量要求；電壓調(diào)整的必要性和電壓質(zhì)量要求；31 頻率調(diào)整和電壓調(diào)整的相同和不同之處頻率調(diào)整和電壓調(diào)整的相同和不同之處調(diào)頻調(diào)頻頻率唯一頻率唯一集中調(diào)整集中調(diào)整只能調(diào)原動機功率只能調(diào)原動機功率調(diào)壓調(diào)壓電壓水平各點不同電壓水平各點不同調(diào)整分散調(diào)整分散 手段多樣（有多種無功電源）手段多樣（有多種無功電源）由上可以看出：維持電壓穩(wěn)定，應該盡量減少無由上可以看出：

22、維持電壓穩(wěn)定，應該盡量減少無功的傳輸，采取功的傳輸，采取就地平衡就地平衡。 分析無功功率和電壓分布之間的關系分析無功功率和電壓分布之間的關系無功損耗無功損耗 有功損耗有功損耗; ;UQXPRU 電壓降受無功功率的影響較大電壓降受無功功率的影響較大; ;無功功率的流動從無功功率的流動從UhUL電壓是衡量電壓是衡量電能質(zhì)量電能質(zhì)量的重要指標。的重要指標。 電力系統(tǒng)的電力系統(tǒng)的運行電壓水平運行電壓水平取決于取決于無功功率的平衡無功功率的平衡。系統(tǒng)中各種無功電源的無功出力應能滿足系統(tǒng)負荷系統(tǒng)中各種無功電源的無功出力應能滿足系統(tǒng)負荷和網(wǎng)絡損耗和網(wǎng)絡損耗在額定電壓下在額定電壓下對無功功率的需求，否則對無功

23、功率的需求，否則電壓就會偏離額定值。電壓就會偏離額定值。 1無功功率負荷無功功率負荷 22MmmUQQQI XX 一、無功負荷及負荷的靜態(tài)電壓特性異步電動機異步電動機圖圖6-1 6-1 異步電動機的簡化等值電路異步電動機的簡化等值電路 jX電壓下降電壓下降, ,轉(zhuǎn)差轉(zhuǎn)差增大增大, ,定子電流定子電流增大增大. . 圖圖6-2 6-2 異步電動機的無功功率與端電壓的關系異步電動機的無功功率與端電壓的關系 受載系數(shù)受載系數(shù): :實際負載和額定負載之比實際負載和額定負載之比. .在額定電壓附近，電動在額定電壓附近，電動機的無功功率隨電壓的機的無功功率隨電壓的升降而增減升降而增減2變壓器的無功損耗變壓

24、器的無功損耗220220%100100LTTTTkNNNSQQQU BXUIUSUSSU 假定一臺變壓器的空載電流假定一臺變壓器的空載電流I I0 0%=2.5%=2.5，短路電壓，短路電壓U Uk k%=10.5%=10.5，在額定滿載下運行時，無功功率的消耗將達額定容量的在額定滿載下運行時，無功功率的消耗將達額定容量的13%13%。如果從電源到用戶需要經(jīng)過好幾級變壓，則變壓器中無功如果從電源到用戶需要經(jīng)過好幾級變壓，則變壓器中無功功率損耗的數(shù)值是相當可觀的。功率損耗的數(shù)值是相當可觀的。3輸電線路的無功損輸電線路的無功損耗耗圖圖6-3 輸電線路的輸電線路的型等值電路型等值電路 2222112

25、22212LPQPQQXXUU 2212()2BBQUU 線路的無功總損耗為線路的無功總損耗為22221112212LBPQUUQQXBU 一般情況下，一般情況下，35kV35kV及以下系統(tǒng)消耗無功功率；及以下系統(tǒng)消耗無功功率；110kV110kV及以上系統(tǒng)，輕載或空載時，成為無功電源，及以上系統(tǒng)，輕載或空載時，成為無功電源，傳輸功率較大時，消耗無功功率。傳輸功率較大時，消耗無功功率。二、無功功率電源電力系統(tǒng)的無功功率電源有電力系統(tǒng)的無功功率電源有發(fā)電機發(fā)電機、同步調(diào)相機同步調(diào)相機、靜靜電電容器電電容器及及靜止補償器靜止補償器，后三種裝置又稱為，后三種裝置又稱為無功補償無功補償裝置裝置。1.

26、發(fā)電機發(fā)電機發(fā)電機在發(fā)電機在額定狀態(tài)下額定狀態(tài)下運行時，可發(fā)出無功功率：運行時，可發(fā)出無功功率： NGNNGNGNtgPSQ sin發(fā)電機在發(fā)電機在非額定功率因數(shù)下非額定功率因數(shù)下運行時可能發(fā)出的無功運行時可能發(fā)出的無功功率。功率。圖圖1 1 發(fā)電機的發(fā)電機的P-QP-Q極限極限 （1 1）當發(fā)電機低于額定功率因數(shù)運行時當發(fā)電機低于額定功率因數(shù)運行時，能增加，能增加輸出的無功功率，但發(fā)電機的視在功率因取決于輸出的無功功率，但發(fā)電機的視在功率因取決于勵磁電流不超過額定值的條件，將低于其額定值。勵磁電流不超過額定值的條件，將低于其額定值。（2 2）當發(fā)電機高于額定功率因數(shù)運行時當發(fā)電機高于額定功率

27、因數(shù)運行時，勵磁電，勵磁電流不再是限制條件，原動機的機械功率又成了限流不再是限制條件，原動機的機械功率又成了限制條件。制條件。（3 3）發(fā)電機只有在額定電壓、額定電流和額定功）發(fā)電機只有在額定電壓、額定電流和額定功率因數(shù)（即運行點率因數(shù)（即運行點C C）下運行時視在功率才能達到）下運行時視在功率才能達到額定值，使其容量得到最充分的利用。額定值，使其容量得到最充分的利用。2. 2. 同步調(diào)相機同步調(diào)相機同步調(diào)相機同步調(diào)相機相當于空載運行的同步電動機相當于空載運行的同步電動機。在在過勵磁過勵磁運行時，它向系統(tǒng)供給感性無功功率而起無功運行時，它向系統(tǒng)供給感性無功功率而起無功電源的作用，能提高系統(tǒng)電壓

28、；電源的作用，能提高系統(tǒng)電壓；在在欠勵磁欠勵磁運行時（欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的運行時（欠勵磁最大容量只有過勵磁容量的（50% 50% 65%65%）) )，它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負，它從系統(tǒng)吸取感性無功功率而起無功負荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。荷作用，可降低系統(tǒng)電壓。它能根據(jù)裝設地點電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸取）它能根據(jù)裝設地點電壓的數(shù)值平滑改變輸出（或吸?。┑臒o功功率，進行電壓調(diào)節(jié)。因而的無功功率，進行電壓調(diào)節(jié)。因而調(diào)節(jié)性能較好調(diào)節(jié)性能較好。 缺點：缺點：同步調(diào)相機是旋轉(zhuǎn)機械，運行維護比較復雜；同步調(diào)相機是旋轉(zhuǎn)機械，運行維護比較復雜；有功功率損耗有功功率損耗較大，在滿負荷時約為

29、額定容量較大，在滿負荷時約為額定容量的的(1.5(1.5 5)%5)%，容量越小，百分值越大；，容量越小，百分值越大；小容量的調(diào)相機每小容量的調(diào)相機每kVAkVA容量的容量的投資費用投資費用也較大。也較大。故同步調(diào)相機宜大容量集中使用，容量小于故同步調(diào)相機宜大容量集中使用，容量小于5MVA5MVA的一般不裝設。的一般不裝設。同步調(diào)相機常安裝在樞紐變電所同步調(diào)相機常安裝在樞紐變電所 。 靜電電容器可按靜電電容器可按三角形三角形和和星形接法星形接法連接在變電所連接在變電所母線上。它供給的無功功率母線上。它供給的無功功率Q QC C值與所在節(jié)點電壓的值與所在節(jié)點電壓的平方成正比，即平方成正比，即 缺

30、點：缺點：電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差。電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差。 優(yōu)點：優(yōu)點：靜電電容器的裝設容量可大可小，既可集靜電電容器的裝設容量可大可小，既可集中使用，又可以分散安裝。且電容器每單位容量的中使用，又可以分散安裝。且電容器每單位容量的投資費用較小，運行時功率損耗亦較小，維護也較投資費用較小，運行時功率損耗亦較小，維護也較方便。方便。QC=U 2/XC3. 靜電電容器靜電電容器靜止補償器由靜止補償器由靜電電容器靜電電容器與與電抗器電抗器并聯(lián)組成并聯(lián)組成電容器電容器可發(fā)出無功功率，可發(fā)出無功功率，電抗器電抗器可吸收無功功率，可吸收無功功率，兩者結(jié)合起來，再配以適當?shù)膬烧呓Y(jié)合起來，再配

31、以適當?shù)恼{(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)裝置，就能夠平，就能夠平滑地改變輸出（或吸收）的無功功率?；馗淖冚敵觯ɑ蛭眨┑臒o功功率。4. 靜止補償器靜止補償器三、無功功率平衡三、無功功率平衡電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求：系統(tǒng)中的無：系統(tǒng)中的無功電源可以發(fā)出的無功功率應該大于或至少等于功電源可以發(fā)出的無功功率應該大于或至少等于負荷所需的無功功率和網(wǎng)絡中的無功損耗。負荷所需的無功功率和網(wǎng)絡中的無功損耗。 GCLDresLTLBQQQQQQQQ Q Qresres00表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用；備用；Q Qresres00.95)0.95

32、)或?qū)Ь€截面小的線或?qū)Ь€截面小的線路，由于路，由于PR/VPR/V分量的比重大，串聯(lián)補償?shù)恼{(diào)分量的比重大，串聯(lián)補償?shù)恼{(diào)壓效果就很小。壓效果就很小。 補償所需的容抗值補償所需的容抗值X XC C和被補償線路原來的感抗和被補償線路原來的感抗值值X XL L之比之比kc=XC/XL稱為稱為補償度補償度。在配電網(wǎng)絡中以調(diào)壓為目的的串聯(lián)。在配電網(wǎng)絡中以調(diào)壓為目的的串聯(lián)電容補償，其補償度常接近于電容補償，其補償度常接近于1 1或大于或大于1 1。電力線路采用串聯(lián)電容補償，也帶來一些特殊問電力線路采用串聯(lián)電容補償，也帶來一些特殊問題，因此題，因此作為改善電壓質(zhì)量的措施作為改善電壓質(zhì)量的措施，串聯(lián)電容器串聯(lián)電

33、容器只用于只用于110kV110kV以下電壓等級、長度特別大或有沖以下電壓等級、長度特別大或有沖擊負荷的架空分支線路上擊負荷的架空分支線路上。 10kV10kV及以下電壓的及以下電壓的架空線路，由于架空線路，由于R RL L/ /X XL L很大，所以使用串聯(lián)電容補很大，所以使用串聯(lián)電容補償是不經(jīng)濟和不合理的。償是不經(jīng)濟和不合理的。 220kV220kV以上電壓等級的遠距離輸電線路中采以上電壓等級的遠距離輸電線路中采用串聯(lián)電容補償，其作用在于提高運行穩(wěn)定性和用串聯(lián)電容補償，其作用在于提高運行穩(wěn)定性和輸電能力。輸電能力。 915.35.3電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配u

34、電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)優(yōu)化優(yōu)化運行運行問題問題：在系統(tǒng)負荷已知的情況下，如何分配在系統(tǒng)負荷已知的情況下，如何分配發(fā)電機和補償設備的有功和無功功率，使得所有設備不發(fā)生過載、發(fā)電機和補償設備的有功和無功功率，使得所有設備不發(fā)生過載、全部母線電壓都符合要求，且系統(tǒng)的運行最經(jīng)濟。全部母線電壓都符合要求，且系統(tǒng)的運行最經(jīng)濟。u優(yōu)化問題的數(shù)學描述優(yōu)化問題的數(shù)學描述是：求解問題的變量，在滿足等式和不是：求解問題的變量，在滿足等式和不等式約束的條件下，使目標函數(shù)最小。等式約束的條件下，使目標函數(shù)最小。min(). .()0()0fstu,xg u,xh u,x目標函數(shù)：目標函數(shù)：全系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性全系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性

35、；約束條件：約束條件：滿足全部負荷所需功率要求（等式約束）；滿足全部負荷所需功率要求（等式約束）； 設備不發(fā)生過載和電壓滿足要求（不等式約束）；設備不發(fā)生過載和電壓滿足要求（不等式約束）；92一、火電廠間有功負荷的經(jīng)濟分配一、火電廠間有功負荷的經(jīng)濟分配經(jīng)典的經(jīng)濟調(diào)度經(jīng)典的經(jīng)濟調(diào)度在決定在決定系統(tǒng)總有功負荷和網(wǎng)絡損耗系統(tǒng)總有功負荷和網(wǎng)絡損耗 在發(fā)電機間的經(jīng)濟分配在發(fā)電機間的經(jīng)濟分配時，時，只只計及計及發(fā)電機組發(fā)電機組有功出力的限制有功出力的限制，而不考慮其他安全約束、電壓要求等，其，而不考慮其他安全約束、電壓要求等，其目標目標是使全系統(tǒng)是使全系統(tǒng)總的燃料消耗量最少總的燃料消耗量最少。 1火力發(fā)電

36、機組的燃料消耗特性（火力發(fā)電機組的燃料消耗特性（耗量特性）耗量特性）火力發(fā)電機組的燃料消火力發(fā)電機組的燃料消耗特性耗特性 火力發(fā)電機組的火力發(fā)電機組的耗量特性耗量特性 ：在穩(wěn)態(tài)運行情：在穩(wěn)態(tài)運行情況下，火力發(fā)電機組在單位時間內(nèi)所況下，火力發(fā)電機組在單位時間內(nèi)所消耗消耗的燃料與發(fā)電機發(fā)出有功功率之間的關系的燃料與發(fā)電機發(fā)出有功功率之間的關系稱為耗量特性稱為耗量特性。（縱坐標為。（縱坐標為t標準煤標準煤/h） 最大出力 最小出力 計算中耗量特性常用計算中耗量特性常用3次或次或2次多項次多項式函數(shù)近似地表示式函數(shù)近似地表示 23()iGiiiGiiGiiGiF Pab Pc Pd P2()iGiii

37、GiiGiF Pab Pc P932不計網(wǎng)絡損耗變化的有功功率經(jīng)濟分配不計網(wǎng)絡損耗變化的有功功率經(jīng)濟分配11minmaxmin(). .0,1,2,giGiigGiLnliGiGiGiF PstPPPPPPig假定條件：假定條件：系統(tǒng)總有功損耗與發(fā)電機之間的有功功率分配無關系統(tǒng)總有功損耗與發(fā)電機之間的有功功率分配無關,即即系系統(tǒng)的總有功功率損耗是一個常數(shù)統(tǒng)的總有功功率損耗是一個常數(shù)，確定各個發(fā)電機的有功輸出，達，確定各個發(fā)電機的有功輸出，達到全系統(tǒng)總的燃料消耗量最小的目標。到全系統(tǒng)總的燃料消耗量最小的目標。 求解方法求解方法：采用先略去不等式約束，然：采用先略去不等式約束，然后再計及其影響。略

38、去不等式約束后，后再計及其影響。略去不等式約束后，上述模型轉(zhuǎn)化成一個簡單的條件極值問上述模型轉(zhuǎn)化成一個簡單的條件極值問題，應用求條件極值的拉格朗日乘數(shù)法，題，應用求條件極值的拉格朗日乘數(shù)法，將條件極值問題轉(zhuǎn)換為將條件極值問題轉(zhuǎn)換為拉格朗日函數(shù)拉格朗日函數(shù)的的無條件極值問題。無條件極值問題。11()()ggiGiGiLnliiLF PPPP拉格朗日乘子拉格朗日乘子 拉格朗日函數(shù)中的拉格朗日函數(shù)中的獨立變獨立變量量：各機組的有功出力各機組的有功出力PGi和和拉格朗日乘子拉格朗日乘子。942不計網(wǎng)絡損耗變化的有功功率經(jīng)濟分配不計網(wǎng)絡損耗變化的有功功率經(jīng)濟分配11()()ggiGiGiLnliiLF

39、PPPP拉格朗日函數(shù)拉格朗日函數(shù) 拉格朗日函數(shù)拉格朗日函數(shù)取極值的必要條件取極值的必要條件 0(1,2, )0GiLigPL1()0(1,2, )0iGiGigGiLnlidF PigdPPPP()(1,2, )iGiGidF PigdP上式左邊是機組上式左邊是機組i的耗量特性在的耗量特性在PGi點的斜率，稱為點的斜率，稱為煤耗微增率煤耗微增率。等微增率準則等微增率準則：機組間有功功率獲得最佳經(jīng)濟分配的必要條件是機組間有功功率獲得最佳經(jīng)濟分配的必要條件是各機組的煤耗微增率相等各機組的煤耗微增率相等 。95不等式約束的處理不等式約束的處理 功率上下限約束功率上下限約束 先不考慮該約束條件進行經(jīng)濟

40、分配計算，若發(fā)現(xiàn)越先不考慮該約束條件進行經(jīng)濟分配計算，若發(fā)現(xiàn)越限，越限的發(fā)電廠按極限分配負荷，其余發(fā)電廠再限，越限的發(fā)電廠按極限分配負荷，其余發(fā)電廠再按經(jīng)濟分配。按經(jīng)濟分配。 節(jié)點電壓及無功功率約束節(jié)點電壓及無功功率約束 在經(jīng)濟功率分配后的潮流計算中處理。在經(jīng)濟功率分配后的潮流計算中處理。maxGiGiminGiPPP maxGiGiminGiQQQ maxiiminiVVV 9623()iGiiiGiiGiiGiF Pab Pc Pd P不計網(wǎng)絡損耗的有功功率經(jīng)濟分配計算不計網(wǎng)絡損耗的有功功率經(jīng)濟分配計算步驟：步驟：1()0(1,2, )0iGiGigGiLnlidF PigdPPPP(5-

41、8)2111112222222122302302300GGGGggGggGgGGGgLnlbc Pd Pbc Pd Pbc Pd PPPPPP第第1步步 輸入系統(tǒng)總有功負荷和損耗、各發(fā)電機組出力的上下限和耗輸入系統(tǒng)總有功負荷和損耗、各發(fā)電機組出力的上下限和耗量特性中的系數(shù)。量特性中的系數(shù)。 第第2步步用用牛頓法牛頓法迭代求解式迭代求解式(5-8)，得出在等煤耗微增率下各機組的，得出在等煤耗微增率下各機組的有功出力。有功出力。第第3步步 檢查各機組的出力是否滿足式中不等式約束條件。如果所有檢查各機組的出力是否滿足式中不等式約束條件。如果所有機組都滿足，則得出結(jié)果，計算停止；否則，繼續(xù)進行下一步。

42、機組都滿足，則得出結(jié)果，計算停止；否則，繼續(xù)進行下一步。第第4步步 對于不滿足不等式約束條件的機組，首先，在式對于不滿足不等式約束條件的機組，首先，在式(5-8)中中去掉去掉與越限機組與越限機組 對應的方程式對應的方程式；并按下述規(guī)則確定其發(fā)電量，；并按下述規(guī)則確定其發(fā)電量，“如果如果超過上限則用其上限代替，低于下限則用其下限代替超過上限則用其上限代替，低于下限則用其下限代替，并將其代入，并將其代入等式約束方程，返回第等式約束方程，返回第2步。步。minmax,1,2,GiGiGiPPPig97 以兩臺火電機組為例，忽略有功網(wǎng)損；假定各臺機組的燃料以兩臺火電機組為例，忽略有功網(wǎng)損；假定各臺機組

43、的燃料消耗量和輸出功率不受限制，要求：消耗量和輸出功率不受限制，要求：確定負荷功率在兩臺機確定負荷功率在兩臺機組間的分配，使總的燃料消耗量最小組間的分配，使總的燃料消耗量最小。 等式約束等式約束 目標函數(shù)目標函數(shù)021 LDGGPPP)()( min2211GGPFPFF 3、等耗量微增率準則的解釋等耗量微增率準則的解釋5.35.3電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配98 作圖法求解（只有兩臺機組）作圖法求解（只有兩臺機組） 在在OO上找到一點作垂線，上找到一點作垂線， 與兩條耗量特性曲線的交點與兩條耗量特性曲線的交點 間距離最短。間距離最短。 在耗量特性曲線具有凸性的情在

44、耗量特性曲線具有凸性的情 況下，況下，兩條曲線的切線平行時，兩條曲線的切線平行時， 燃料消耗量最少燃料消耗量最少。 曲線的切線即斜率，就是該點的曲線的切線即斜率，就是該點的耗量微增率。耗量微增率。3、等耗量微增率準則等耗量微增率準則5.35.3電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配99 切線平行時，斜率相等，也就是耗量微增率相等。切線平行時，斜率相等，也就是耗量微增率相等。這就是等微增率準則。這就是等微增率準則。 物理意義物理意義2211GGdP/dFdP/dF ，節(jié)約的燃料消耗為：增加，機組減少調(diào)整負荷分配，機組，并且總輸出功率不變等：假如兩臺機組微增率不PPdPdFdPd

45、FGG212211022112211 P)dPdFdPdF(PdPdFPdPdFFGGGG 100例例5-1 三個火電廠共同發(fā)電運行，各電廠的三個火電廠共同發(fā)電運行，各電廠的燃料消耗特性燃料消耗特性及及功率約束條件功率約束條件如下：如下： 211112222223333(40.30.0007),100200(30.320.0004),120250(3.50.30.00045),150300GGGGGGGGGFPPt hMWPMWFPPt hMWPMWFPPt hMWPMW當包括當包括網(wǎng)絡損耗的總負荷網(wǎng)絡損耗的總負荷為為700MW和和400MW時，試確定各發(fā)電廠功率的經(jīng)濟分配。時，試確定各發(fā)電廠

46、功率的經(jīng)濟分配。111122223333()0.30.0014,()0.320.0008,()0.30.0009GGGGGGGGGdF PdPPdF PdPPdF PdPP解：解：按所給耗量特性可得各廠的煤耗微增率為按所給耗量特性可得各廠的煤耗微增率為1231230.30.001400.320.000800.30.00090700GGGGGGPPPPPP213274170.9,255.1,0.5392GGGPPP13130.30.001400.30.00090450GGGGPPPP(1) 總損耗和負荷為總損耗和負荷為700MW時時，有線性方程組，有線性方程組應取應取PG2=250MW其解為：都

47、在限值以內(nèi)。因而總損耗和負荷為都在限值以內(nèi)。因而總損耗和負荷為700MW時各發(fā)電時各發(fā)電廠功率的經(jīng)濟分配為廠功率的經(jīng)濟分配為:PG1=176MW, PG2=250MW和和PG3=274MW13176,274,0.5466GGPP其解為：101211112222223333(40.30.0007),100200(30.320.0004),120250(3.50.30.00045),150300GGGGGGGGGFPPt hMWPMWFPPt hMWPMWFPPt hMWPMW(2) 總損耗和負荷為總損耗和負荷為400MW時，有線性方程組時，有線性方程組取取PG1=100MW其解為：其解為：都在限

48、值以內(nèi)。因而總損耗和負荷為都在限值以內(nèi)。因而總損耗和負荷為400MW時各發(fā)電時各發(fā)電廠功率的經(jīng)濟分配為廠功率的經(jīng)濟分配為:PG1=100MW, PG2=147.05MW和和PG3=152.95MW其解為：其解為：1231230.30.001400.320.000800.30.00090400GGGGGGPPPPPP231,147.7,153.53,0.43898.772GGGPPP23230.320.000800.30.00090300GGGGPPPP 23147.05,152.95,0.4377GGPP1023計及網(wǎng)絡損耗變化的有功功率經(jīng)濟分配計及網(wǎng)絡損耗變化的有功功率經(jīng)濟分配11()()g

49、giGiGiLnliiLF PPPP1()(1)0(1,2, )0iGinlGiGigGiLnlidF PPigdPPPPP1()(1)(1,2, )iGinlGiGidF PPigdPP nlGiPP1(1)nlGiPP：網(wǎng)損微增率網(wǎng)損微增率：網(wǎng)損修正系數(shù)網(wǎng)損修正系數(shù)式式(5-10)的左邊稱作的左邊稱作修正煤耗微增率修正煤耗微增率。式。式(5-10)說明，說明，考慮網(wǎng)絡損考慮網(wǎng)絡損耗變化的情況下，發(fā)電機間有功功率經(jīng)濟分配的條件是各機組的修耗變化的情況下，發(fā)電機間有功功率經(jīng)濟分配的條件是各機組的修正煤耗微增率相等。正煤耗微增率相等。由式由式(5-10)可見，若某一機組的網(wǎng)損微增率可見，若某一機

50、組的網(wǎng)損微增率較大較大，則其網(wǎng)損修正系，則其網(wǎng)損修正系數(shù)也較大，在經(jīng)網(wǎng)損修正后的微增率相等的條件下，該機組的煤耗數(shù)也較大，在經(jīng)網(wǎng)損修正后的微增率相等的條件下，該機組的煤耗微增率應較小，從而該機組的出力應減少。因為，某一機組的網(wǎng)損微增率應較小，從而該機組的出力應減少。因為，某一機組的網(wǎng)損微增率較大，說明增加這一機組的功率將使網(wǎng)損有較多的增加，結(jié)微增率較大，說明增加這一機組的功率將使網(wǎng)損有較多的增加，結(jié)果使系統(tǒng)的總發(fā)電功率增大，從而使得果使系統(tǒng)的總發(fā)電功率增大，從而使得總?cè)剂舷牧吭黾印？側(cè)剂舷牧吭黾印?5-10)103三、水火電廠間有功負荷經(jīng)濟分配三、水火電廠間有功負荷經(jīng)濟分配水力發(fā)電廠本身不

51、消耗燃料，因此如果能與火力發(fā)電廠配合安排發(fā)電計水力發(fā)電廠本身不消耗燃料，因此如果能與火力發(fā)電廠配合安排發(fā)電計劃，可以減少火力發(fā)電廠所需要的燃料消耗。劃，可以減少火力發(fā)電廠所需要的燃料消耗。原因原因：大多數(shù)水力發(fā)電廠都具有水庫，可以利用水庫的調(diào)節(jié)能力，在一大多數(shù)水力發(fā)電廠都具有水庫，可以利用水庫的調(diào)節(jié)能力，在一天中讓水力發(fā)電廠在系統(tǒng)高峰負荷時多發(fā)電，在低谷負荷時少發(fā)甚至不天中讓水力發(fā)電廠在系統(tǒng)高峰負荷時多發(fā)電，在低谷負荷時少發(fā)甚至不發(fā)，以便盡量減少火力發(fā)電廠在高峰負荷時的出力發(fā)，以便盡量減少火力發(fā)電廠在高峰負荷時的出力（火電機組的出力愈火電機組的出力愈大其煤耗微增率愈大，減少高峰負荷時的出力便可

52、以減少火電機組在耗大其煤耗微增率愈大，減少高峰負荷時的出力便可以減少火電機組在耗量微增較大時的出力，從而可以減少一整天的總?cè)剂舷牧苛课⒃鲚^大時的出力，從而可以減少一整天的總?cè)剂舷牧? )。對于具有一定水庫容量的水力發(fā)電廠，一般都根據(jù)來水量的變化情況對于具有一定水庫容量的水力發(fā)電廠，一般都根據(jù)來水量的變化情況通通過水庫的經(jīng)濟調(diào)度來決定每天的總耗水量，而每小時的耗水量則可以根過水庫的經(jīng)濟調(diào)度來決定每天的總耗水量，而每小時的耗水量則可以根據(jù)發(fā)電計劃來進行分配據(jù)發(fā)電計劃來進行分配。對于無水庫的水力發(fā)電廠，每小時的耗水量則完全決定于河流的天然流對于無水庫的水力發(fā)電廠，每小時的耗水量則完全決定于河流的

53、天然流量，它在一天當中基本上是不變的，因此，這類水力發(fā)電廠在一天中將量，它在一天當中基本上是不變的，因此，這類水力發(fā)電廠在一天中將以恒定出力運行。同樣，在豐水期，一些水力發(fā)電廠為了避免棄水，全以恒定出力運行。同樣，在豐水期，一些水力發(fā)電廠為了避免棄水，全天都滿載運行。對于這些水電機組來說，它們的出力是已知的天都滿載運行。對于這些水電機組來說，它們的出力是已知的, ,不參與有不參與有功負荷的經(jīng)濟分配。功負荷的經(jīng)濟分配。 104三、三、 水火電廠間有功負荷的經(jīng)濟分配水火電廠間有功負荷的經(jīng)濟分配 l水輪發(fā)電機組的耗水量特性水輪發(fā)電機組的耗水量特性水輪發(fā)電機組的耗水量水輪發(fā)電機組的耗水量特性特性 水輪

54、發(fā)電機組的水輪發(fā)電機組的耗水量特性耗水量特性: 在穩(wěn)態(tài)運在穩(wěn)態(tài)運行情況下，水輪發(fā)電機組在單位時間內(nèi)行情況下，水輪發(fā)電機組在單位時間內(nèi)所消耗的水量與其發(fā)出的有功功率之間所消耗的水量與其發(fā)出的有功功率之間的關系。的關系。 耗水量特性與水輪機的實際工作耗水量特性與水輪機的實際工作水水頭頭有關系，有關系，在相同出力下，耗水量在相同出力下，耗水量幾乎與水頭成反比幾乎與水頭成反比，因此必須，因此必須根據(jù)根據(jù)實際水頭采用相應的耗水量特性曲實際水頭采用相應的耗水量特性曲線線。耗水量特性也常用光滑的函數(shù)表示，耗水量特性也常用光滑的函數(shù)表示，例如表示成如下的例如表示成如下的3次多項式函數(shù)次多項式函數(shù)23()iGi

55、iiGiiGiiGiW Pab Pc Pd P水輪發(fā)電機組也有水輪發(fā)電機組也有最大和最小出力最大和最小出力限制限制。最大出力最大出力：除了受額定容量的限制：除了受額定容量的限制以外，還可能是由于水頭過低所致。以外，還可能是由于水頭過低所致。最小出力最小出力：主要與下游航運等要求：主要與下游航運等要求的最小放水量有關。的最小放水量有關。 1052水火電機組間有功功率經(jīng)濟分配的數(shù)學模型水火電機組間有功功率經(jīng)濟分配的數(shù)學模型24t=11124t=1minmaxmin(). .0,1,2,24(),1,2,1,2, ,1,2,24hiGitigGitLtnltijGjtTjGiGitGiF PstPP

56、PtW PWjhhgPPPigt在在不計網(wǎng)絡損耗變化情況下不計網(wǎng)絡損耗變化情況下，水火電機組間有功功率經(jīng)濟分配，水火電機組間有功功率經(jīng)濟分配的原則是的原則是滿足滿足約束條件下決定各個發(fā)電機組全天每小時的有約束條件下決定各個發(fā)電機組全天每小時的有功出力功出力，使全系統(tǒng)的總?cè)剂舷牧孔钚∈谷到y(tǒng)的總?cè)剂舷牧孔钚　?242424t=11111t=1()()gghiGittGitLtnltjjGjtTjitij hLF PPPPWPW 在不考慮第四式不等式約束條件的情況下，上述模型為條件極值問題用拉格朗在不考慮第四式不等式約束條件的情況下，上述模型為條件極值問題用拉格朗日乘數(shù)法求解，即對等式約束式分

57、別引入拉格朗日乘子，可組成日乘數(shù)法求解，即對等式約束式分別引入拉格朗日乘子，可組成拉格朗日函數(shù)拉格朗日函數(shù)各水力發(fā)電廠一天中總耗水各水力發(fā)電廠一天中總耗水量等于其日計劃用水量量等于其日計劃用水量各發(fā)電機組的出力不超過容許各發(fā)電機組的出力不超過容許范圍范圍滿足滿足24小時負荷和網(wǎng)絡損耗要求小時負荷和網(wǎng)絡損耗要求h：火電廠個數(shù)；：火電廠個數(shù)； (g-h)：水電廠個數(shù)：水電廠個數(shù)24+(g-h)個乘子個乘子1062水火電機組間有功功率經(jīng)濟分配的數(shù)學模型水火電機組間有功功率經(jīng)濟分配的數(shù)學模型242424t=11111t=1()()gghiGittGitLtnltjjGjtTjitij hLF PPPP

58、WPW ()0,1,2, ,1,2,24iGittGitGitdF PLihtPdP令令拉格朗日函數(shù)拉格朗日函數(shù)對所有變量的偏導數(shù)都等于零，得出對所有變量的偏導數(shù)都等于零，得出獲得極值的必要條件：獲得極值的必要條件：()0,1, ,1,2,24jGjttjGjtGjtdW PLjhgtPdP 10,1,2,24gGitLtnltitLPPPt 24t=1()0,1,jGitTjjLWPWjhg24小時發(fā)電等式約束小時發(fā)電等式約束 水輪機日用水量等式約束水輪機日用水量等式約束 1111111()()()(),1,2,24hGhtgGgtG thGhthgG tGhtGhtGgtdWPdWPdF

59、PdF PdPdPdPdPt1072水火電機組間有功功率經(jīng)濟分配的數(shù)學模型水火電機組間有功功率經(jīng)濟分配的數(shù)學模型1111111()()()(),1,2,24hGhtgGgtG thGhthgG tGhtGhtGgtdWPdWPdF PdF PdPdPdPdPtj()jjGjtGjtdWPdP稱為水電機組稱為水電機組j j的的等值煤耗微增率等值煤耗微增率水火電機組間有功功率經(jīng)濟分配的必要條件是：水火電機組間有功功率經(jīng)濟分配的必要條件是：對每個小時，各個火電機對每個小時，各個火電機組的煤耗微增率和水電機組的等值煤耗微增率相等組的煤耗微增率和水電機組的等值煤耗微增率相等；要注意的是每個水電機組各小時的水煤轉(zhuǎn)換系數(shù)要注意的是每個水電機組各小時的水煤轉(zhuǎn)換系數(shù) 不變。不變。稱為稱為水煤轉(zhuǎn)換系數(shù)水煤轉(zhuǎn)換系數(shù)j()jGjtGjtdWPdP稱為水電機組稱為水電機組j j的的水耗微增率水耗微增率在水火電廠聯(lián)合運行的系統(tǒng)中，可以通過水在水火電廠聯(lián)合運行的系統(tǒng)中，可以通過水煤換算系數(shù)將水電廠折合成等值的火電廠，煤換算系數(shù)將水電廠折合成等值的火電廠，然