第5章電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整

1、1 第五章 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整2第五章第五章 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整 衡量電能質(zhì)量的指標：衡量電能質(zhì)量的指標： 頻率頻率 電壓電壓 波形波形 衡量經(jīng)濟性的主要指標：衡量經(jīng)濟性的主要指標： 比耗量比耗量 線損率線損率3第五章第五章 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整本章的主要內(nèi)容本章的主要內(nèi)容有功功率的最優(yōu)分布有功功率的最優(yōu)分布 頻率調(diào)整頻率調(diào)整 其中，有功其中，有功功率的最優(yōu)分布包括：有功率的最優(yōu)分布包括：有功功率負荷預計、有功功率電源的最優(yōu)組功功率負荷預計、有功功率電源的最優(yōu)組合、有功功率負荷在運行機組間的最優(yōu)分合、有功功率負

2、荷在運行機組間的最優(yōu)分配等配等。4第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡電力系統(tǒng)中有功功率的平衡電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度：是在滿足安全和一定質(zhì)量要求的條：是在滿足安全和一定質(zhì)量要求的條件下盡可能提高運行的經(jīng)濟性，即合理地利用現(xiàn)有的能件下盡可能提高運行的經(jīng)濟性，即合理地利用現(xiàn)有的能源和設備，以最少的燃料消耗量（或燃料費用或運行成源和設備，以最少的燃料消耗量（或燃料費用或運行成本），保證對用戶可靠而滿意地供電。本），保證對用戶可靠而滿意地供電。最優(yōu)潮流最優(yōu)潮流：滿足各節(jié)點正常功率平衡及各種安全性不等：滿足各節(jié)點正常功率平衡及各種安全性不等式約束條件下，求以發(fā)電費用（耗量）或網(wǎng)損為目標函式約

3、束條件下，求以發(fā)電費用（耗量）或網(wǎng)損為目標函數(shù)的最優(yōu)的潮流分布。數(shù)的最優(yōu)的潮流分布。最優(yōu)潮流的優(yōu)點最優(yōu)潮流的優(yōu)點：將安全性運行和最優(yōu)經(jīng)濟運行等問題：將安全性運行和最優(yōu)經(jīng)濟運行等問題綜合地用統(tǒng)一的數(shù)學模型來描述。綜合地用統(tǒng)一的數(shù)學模型來描述。 5第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡電力系統(tǒng)中有功功率的平衡一一、有功、有功功率負荷的變動和調(diào)整控制功率負荷的變動和調(diào)整控制發(fā)電機的功率平衡發(fā)電機的功率平衡 PT PE + PD PE 電力系統(tǒng)的功率平衡電力系統(tǒng)的功率平衡 LossLoadGPPP6第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡電力系統(tǒng)中有功功率的平衡有功頻率特性有功頻率特性負荷波動是頻率偏差

4、的根本原因負荷波動是頻率偏差的根本原因有功平衡的高低決定了頻率的高低有功平衡的高低決定了頻率的高低7一.負荷預測的簡要介紹 電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的第一個問題就是研究用戶的需電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度的第一個問題就是研究用戶的需求，即進行電力負荷預測，按照調(diào)度計劃的周期，求，即進行電力負荷預測，按照調(diào)度計劃的周期，可分為可分為日負荷預測，周負荷預測和年負荷預測日負荷預測，周負荷預測和年負荷預測。不。不同的周期的負荷有不同的變化規(guī)律：同的周期的負荷有不同的變化規(guī)律：n 第一種變動幅度很小，周期又很短，這種負荷變動有很大的第一種變動幅度很小，周期又很短，這種負荷變動有很大的偶然性；偶然性；n 第二種變動幅度較大，

5、周期也較長，屬于這種負荷的主要有：第二種變動幅度較大，周期也較長，屬于這種負荷的主要有：電爐、壓延機械、電氣機車等帶有沖擊性的負荷變動；電爐、壓延機械、電氣機車等帶有沖擊性的負荷變動；n 第三種變動基本上可以預計，其變動幅度最大，周期也最長，第三種變動基本上可以預計，其變動幅度最大，周期也最長，是由于生產(chǎn)、生活、氣象等變化引起的負荷變動是由于生產(chǎn)、生活、氣象等變化引起的負荷變動。8第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡電力系統(tǒng)中有功功率的平衡負荷波動性質(zhì)的分析負荷波動性質(zhì)的分析 第一種負荷第一種負荷一次調(diào)頻一次調(diào)頻發(fā)電機的調(diào)速器發(fā)電機的調(diào)速器 第二種負荷第二種負荷二次調(diào)頻二次調(diào)頻調(diào)頻廠的調(diào)頻器

6、調(diào)頻廠的調(diào)頻器第三種負荷第三種負荷三次調(diào)頻三次調(diào)頻電力調(diào)度計劃電力調(diào)度計劃9第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡電力系統(tǒng)中有功功率的平衡 前兩種是事后的，第三種是事前的。前兩種是事后的，第三種是事前的。 一次調(diào)頻是所有運行中的發(fā)電機組都可參加一次調(diào)頻是所有運行中的發(fā)電機組都可參加的，取決于發(fā)電機組是否已經(jīng)滿負荷發(fā)電。的，取決于發(fā)電機組是否已經(jīng)滿負荷發(fā)電。這類這類 發(fā)電廠稱為負荷監(jiān)視廠。發(fā)電廠稱為負荷監(jiān)視廠。 二次調(diào)頻是由平衡節(jié)點來承擔。二次調(diào)頻是由平衡節(jié)點來承擔。10第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡電力系統(tǒng)中有功功率的平衡二二、有功、有功功率負荷曲線的預計功率負荷曲線的預計 負荷預測的

7、精度直接影響經(jīng)濟調(diào)度的負荷預測的精度直接影響經(jīng)濟調(diào)度的效益，提高預測的精度就可以降低備效益，提高預測的精度就可以降低備用容量，減少臨時出力調(diào)整和避免計用容量，減少臨時出力調(diào)整和避免計劃外開停機組，以利于電網(wǎng)運行的經(jīng)劃外開停機組，以利于電網(wǎng)運行的經(jīng)濟性和安全性。濟性和安全性。11第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡電力系統(tǒng)中有功功率的平衡負荷預測分類負荷預測分類n 安全監(jiān)視過程中的超短期負荷預測；安全監(jiān)視過程中的超短期負荷預測；n 日調(diào)度計劃；日調(diào)度計劃；n 周負荷預測；周負荷預測；n 年負荷預測；年負荷預測；1. 規(guī)劃電源和網(wǎng)絡發(fā)展時需要用規(guī)劃電源和網(wǎng)絡發(fā)展時需要用120年的負年的負荷預測值

8、荷預測值。12第一節(jié)第一節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡電力系統(tǒng)中有功功率的平衡二二、有功、有功功率電源和備用容量功率電源和備用容量 有功功率電源有功功率電源：可投入發(fā)電設備的可發(fā)功率：可投入發(fā)電設備的可發(fā)功率之和，不應小于包括網(wǎng)損和廠用電在內(nèi)的系之和，不應小于包括網(wǎng)損和廠用電在內(nèi)的系統(tǒng)（總）發(fā)電負荷。統(tǒng)（總）發(fā)電負荷。 系統(tǒng)的備用容量系統(tǒng)的備用容量：系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電負：系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電負荷的部分，可分為熱備用和冷備用或負荷備荷的部分，可分為熱備用和冷備用或負荷備用、事故備用、檢修備用和國民經(jīng)濟備用等。用、事故備用、檢修備用和國民經(jīng)濟備用等。13第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配電

9、力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配最優(yōu)分配 經(jīng)濟調(diào)度的第二個問題是有功功率的最經(jīng)濟調(diào)度的第二個問題是有功功率的最優(yōu)分配，包括有功功率電源的最優(yōu)組合優(yōu)分配，包括有功功率電源的最優(yōu)組合和有功功率負荷的最優(yōu)分配。和有功功率負荷的最優(yōu)分配。14第二節(jié)第二節(jié) 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)分配有功功率電源的最優(yōu)組合有功功率電源的最優(yōu)組合是指系統(tǒng)中發(fā)電設是指系統(tǒng)中發(fā)電設 備或發(fā)電廠的合理備或發(fā)電廠的合理組合。通常所說的機組的合理開停，大組合。通常所說的機組的合理開停，大體上包括三個部分：體上包括三個部分：機組的最優(yōu)組合順序機組的最

10、優(yōu)組合順序機組的最優(yōu)組合數(shù)量機組的最優(yōu)組合數(shù)量機組的最優(yōu)開停時間機組的最優(yōu)開停時間15第二節(jié)第二節(jié) 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)分配有功功率負荷的最優(yōu)分配有功功率負荷的最優(yōu)分配最優(yōu)化最優(yōu)化：是指人們在生產(chǎn)過程或生活中為某個目的而選擇的一個“最好”方案或一組“得力”措施以取得“最佳”效果這樣一個宏觀過程。有功功率負荷的最優(yōu)分配：有功功率負荷的最優(yōu)分配：是指系統(tǒng)的有功功率負荷在各個正在運行的發(fā)電設備或發(fā)電廠之間的合理分配。其核心是按等耗量微增率準則進行分配。電力系統(tǒng)最優(yōu)運行：電力系統(tǒng)最優(yōu)運行：是電力系統(tǒng)分析的一個重要分支，它所研究的問題主要是在保證用戶用電需求（負荷）的前提

11、下，如何優(yōu)化地調(diào)度系統(tǒng)中各發(fā)電機組或發(fā)電廠的運行工況，從而使系統(tǒng)發(fā)電所需的總費用或所消耗的總?cè)剂虾牧窟_到最小這樣決策問題。16第二節(jié)第二節(jié) 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)分配一、各類發(fā)電廠的運行特點和合理組合一、各類發(fā)電廠的運行特點和合理組合 1. 各類發(fā)電廠的運行特點各類發(fā)電廠的運行特點火電廠火電廠有一個技術最小負荷；有一個技術最小負荷；退出、投入、急劇改變負荷時，均需耗費能量、退出、投入、急劇改變負荷時，均需耗費能量、花費時間，且易于損壞設備；花費時間，且易于損壞設備；效率：高溫高壓效率：高溫高壓 中溫中壓中溫中壓 低溫低壓低溫低壓調(diào)節(jié)范圍：中溫中壓優(yōu)于高溫高壓調(diào)節(jié)范

12、圍：中溫中壓優(yōu)于高溫高壓 17第二節(jié)第二節(jié) 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)分配原子能電廠原子能電廠技術最小負荷取決于汽輪機；技術最小負荷取決于汽輪機；退出、投入、或承擔急劇變動負荷時，也需耗費退出、投入、或承擔急劇變動負荷時，也需耗費能量、花費時間，且易于損壞設備；能量、花費時間，且易于損壞設備；一次投資大，運行費用小。一次投資大，運行費用小。 18第二節(jié)第二節(jié) 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)分配水電廠水電廠存在強迫功率和技術最小負荷；存在強迫功率和技術最小負荷；退出、投入、或承擔急劇變動負荷時，所需能量、退出、投入、或承擔急劇變動負荷時，所需能量、

13、花費時間少，操作簡單；花費時間少，操作簡單；發(fā)出功率受水頭影；發(fā)出功率受水頭影；按其有無調(diào)節(jié)水庫、調(diào)節(jié)水庫的大小或其功能分按其有無調(diào)節(jié)水庫、調(diào)節(jié)水庫的大小或其功能分為無調(diào)節(jié)、日調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)、多年調(diào)節(jié)為無調(diào)節(jié)、日調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)、多年調(diào)節(jié)和抽水蓄能等。和抽水蓄能等。 19第二節(jié)第二節(jié) 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)分配豐水期和枯水期電廠的運行安排豐水期和枯水期電廠的運行安排 豐水期：豐水期：水電廠應滿發(fā)以避免棄水，與熱電水電廠應滿發(fā)以避免棄水，與熱電廠和核電廠一起帶基本負荷穩(wěn)定運行，其次廠和核電廠一起帶基本負荷穩(wěn)定運行，其次是高溫高壓火電廠，然后是中溫中壓火電廠

14、是高溫高壓火電廠，然后是中溫中壓火電廠承擔峰值負荷。承擔峰值負荷。 枯水期：枯水期：有調(diào)節(jié)水電廠承擔調(diào)峰任務，其余有調(diào)節(jié)水電廠承擔調(diào)峰任務，其余各類電廠的安排順序不變。各類電廠的安排順序不變。 20第二節(jié)第二節(jié) 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2. 各類發(fā)電廠的各類發(fā)電廠的合理組合合理組合21第二節(jié)第二節(jié) 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)分配二、最優(yōu)分配負荷時的目標函數(shù)和約束條件二、最優(yōu)分配負荷時的目標函數(shù)和約束條件 1. 耗量特性耗量特性發(fā)電設備的輸入和輸出的關系，即發(fā)電設備單位發(fā)電設備的輸入和輸出的關系，即發(fā)電設備單位時間內(nèi)消耗的燃料時間內(nèi)消耗的

15、燃料F（耗水量（耗水量W）與發(fā)出有功功）與發(fā)出有功功率率PG的關系。的關系。2. 比耗量比耗量耗量特性曲線上某一點縱坐標和橫坐標的比值。耗量特性曲線上某一點縱坐標和橫坐標的比值。GGPWPF/or/22第二節(jié)第二節(jié) 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3. 發(fā)電設備的效率發(fā)電設備的效率輸入功率與輸出功率之比。輸入功率與輸出功率之比。耗量特性的縱橫坐標單位相同時，耗量特性的縱橫坐標單位相同時，4. 耗量微增率耗量微增率單位時間內(nèi)輸入能量微增量與輸出功率微增量的單位時間內(nèi)輸入能量微增量與輸出功率微增量的比值。比值。OIPP /1PWPWPFPFd/d/ord/d/23第二節(jié)第二

16、節(jié) 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5. 最小比耗量最小比耗量 min耗量特性曲線切點對應的比耗量。耗量特性曲線切點對應的比耗量。E(F、W)PGE = f (PG)tgtg24第二節(jié)第二節(jié) 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6. 目標函數(shù)和約束條件目標函數(shù)和約束條件 目標函數(shù)目標函數(shù)： C = C (x, u, d )等約束條件等約束條件： f (x, u, d ) = 0 不等約束條件不等約束條件： g(x, u, d ) 0 x 為狀態(tài)變量；為狀態(tài)變量；u為控制變量；為控制變量；d 為擾動變量為擾動變量 25第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的

17、最優(yōu)分配電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配目標函數(shù)目標函數(shù)有功最優(yōu)分配的目標函數(shù)是使全系統(tǒng)每小時的總能有功最優(yōu)分配的目標函數(shù)是使全系統(tǒng)每小時的總能源消耗或燃料費用為最小源消耗或燃料費用為最小。對于純火電系統(tǒng)，對于純火電系統(tǒng)， 發(fā)電廠的燃料費用主要與發(fā)電機發(fā)電廠的燃料費用主要與發(fā)電機輸出的有功功率有關，與輸出的無功功率及電壓等輸出的有功功率有關，與輸出的無功功率及電壓等運行參數(shù)關系較小運行參數(shù)關系較小 。這種反映單位時間內(nèi)發(fā)電設備。這種反映單位時間內(nèi)發(fā)電設備的能量消耗與發(fā)出的有功功率之間的關系稱為耗量的能量消耗與發(fā)出的有功功率之間的關系稱為耗量特性。其函數(shù)關系式為：特性。其函數(shù)關系式為： 單位：噸單位

18、：噸/小時小時 GiiiPff 26第二節(jié)第二節(jié) 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)分配上述函數(shù)可用試驗數(shù)據(jù)通過最小二乘法擬合而成，上述函數(shù)可用試驗數(shù)據(jù)通過最小二乘法擬合而成，根據(jù)前人經(jīng)驗，階數(shù)為根據(jù)前人經(jīng)驗，階數(shù)為2比較合適，即比較合適，即總的目標函數(shù)為：總的目標函數(shù)為： iGiiGiiiaPaPaf0122 GSiiGiiGiitiaPaPaFf0122cosmin27第二節(jié)第二節(jié) 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)分配約束條件約束條件（1）全系統(tǒng)有功功率平衡約束條件為）全系統(tǒng)有功功率平衡約束條件為 對于每個節(jié)點：對于每個節(jié)點： 對于整個系統(tǒng)：對于整個系

19、統(tǒng)： 若不計網(wǎng)損：若不計網(wǎng)損：0sincos1ijijijijnjjiLiGiBGUUPP011PPPniLiniGi011niLiniGiPP28第二節(jié)第二節(jié) 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（2）各發(fā)電機出力不等約束條件為）各發(fā)電機出力不等約束條件為（3）系統(tǒng)各點的電壓不等約束條件為）系統(tǒng)各點的電壓不等約束條件為 Ui min Ui Ui max , i = 1,2,n （4）水電廠用水約束條件為）水電廠用水約束條件為 TjTj，jwdtw021,maxminmaxminGiGiGiGiGiGiQQQPPP29第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配電力系統(tǒng)中有功

20、功率的最優(yōu)分配三、三、最優(yōu)分配最優(yōu)分配負荷時等耗量微增率準則負荷時等耗量微增率準則 一般用拉格朗日乘數(shù)法。 現(xiàn)用兩個發(fā)電廠之間的經(jīng)濟調(diào)度來說明，問題略去網(wǎng)絡損耗。n 建立數(shù)學模型。 210122cosminiiGiiGiitaPaPaFf02121iLiiGiPPmax22min2max11min1max22min2max11min1max22min2max11min1,UUUUUUQQQQQQPPPPPPGGGGGGGGGGGG30第二節(jié)第二節(jié) 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n 根據(jù)給定的目標函數(shù)和等式約束條件建立一個新的、不受約束的目標函數(shù)拉格朗日函數(shù)。n 對拉格

21、朗日函數(shù)求導，得到最小值時應有的三個條件：21212211*LLGGGGPPPPPFPFC拉格朗日乘子212121222111,00LLGGGGGGGGPPPPPPfdPPdFdPPdF31第二節(jié)第二節(jié) 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n 求解（1）得到： 這就是著名的等耗量微增率準則等耗量微增率準則，表示為使總耗量最小，應按相等的耗量微增率在發(fā)電設備或發(fā)電廠之間分配負荷。n 對不等式約束進行處理v 對于有功功率限制，當計算完后發(fā)現(xiàn)某發(fā)電設備越限，則該發(fā)電設備取其限制，不參加最優(yōu)分配計算，而其他發(fā)電設備重新進行最優(yōu)分配計算。v 無功功率和電壓限制和有功功率負荷的分配沒有

22、直接關系，可暫時不計，當有功功率負荷的最優(yōu)分配完成后計算潮流分布在考慮。2132第二節(jié)第二節(jié) 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)分配推廣到多臺發(fā)電機組或發(fā)電廠，有推廣到多臺發(fā)電機組或發(fā)電廠，有即即等耗量微增率準則等耗量微增率準則：各機組以相等的耗量微增各機組以相等的耗量微增率運行并滿足功率平衡約束時，系統(tǒng)的總耗量率運行并滿足功率平衡約束時，系統(tǒng)的總耗量最小。最小。 GnnGGGnnGGPFPFPFPFPFPFddddddor22112211n2133用迭代法求解電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度問題用迭代法求解電力系統(tǒng)經(jīng)濟調(diào)度問題n設耗量微增率的初值 ；n求與 對應的各發(fā)電設備應發(fā)功率 ；n校

23、驗求得的 是否滿足等式約束條件：n如不能滿足，則如 ，取 ；如 ，取 ，自2）開始重新計算。n直到滿足條件。)0()0(GiP)0()0(GiP011)0(niLiniGiPPLiGiPP)0()1(LiGiPP)0()1(34第二節(jié)第二節(jié) 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)分配例例5 2例例A 35第二節(jié)第二節(jié) 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)分配四、等耗量微增率準則的推廣運用四、等耗量微增率準則的推廣運用 用于解決火力發(fā)電廠與水力發(fā)電廠之間的最優(yōu)分配問題。 其目標函數(shù)不變，不等式約束不變。 等式約束中加水量特性方程： wj：單位時間內(nèi)水力發(fā)電設備的水量

24、消耗。 另外還有所不同的是須各時段聯(lián)立求解。KdtPwGjj036第二節(jié)第二節(jié) 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)分配數(shù)學模型的變化數(shù)學模型的變化niiGiiGiiaPaPaF10122min011niLiniGiPPniPPPGiGiGi, 2, 1,maxminKdtPwGjj0itkkkHikiKtPw1tkkniikGiikGiitaPaPaF110122mintkPPnikLinikGi, 1, 011tkniPPPGikGiGi, 1, 1,maxmin37第二節(jié)第二節(jié) 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n 拉格朗日函數(shù)n 對拉格朗日函數(shù)求導

25、，n得到極值條件：tkHiitkkkHikiikniLiniGikktkTikTiKtPWtPPtPFC11111*)(0000111itkkkHikinikLinikGikkHikHikiikkGikGikiKtPwPPdPPdFdPPdF38第二節(jié)第二節(jié) 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)分配求解極值條件，得到：即： 實際可看作是一個換算系數(shù)，也稱為水價系數(shù)。在枯水季節(jié)，水電廠承擔調(diào)頻任務， 比較小，比較大；在洪水季節(jié)，水電廠承擔基荷任務， 比較大，比較小。HnnHmmTmT111iii), 2 , 1(111111tkdPPdFdPPdFdPPdFdPPdFkkHnkH

26、nknnkHmkHmkmmkTmkTmkmkTkTik39換算系數(shù)的迭代求取換算系數(shù)的迭代求取n根據(jù)給定的可消耗水量K2，設換算系數(shù)的初值 ；n求與 相對應的，各個不同時刻的有功功率負荷最優(yōu)分配方案；n計算與這最優(yōu)分配方案對應的消耗水量 ；n校驗求得的 是否與給定的K2 相等；n當 時，取 ；當 ，取 。自第二步開始重復計算；n繼續(xù)計算，直到求得的 與給定的 K2 相等為止。)0(2)0(2)0(2K)0(2K2)0(2KK)0(2)1(22)0(2KK)0(2)1(2)(2kK40第二節(jié)第二節(jié) 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)分配五、網(wǎng)絡損耗的修正五、網(wǎng)絡損耗的修正 mi

27、GiiPF1min0s.t.11PPPmiLimiGi)(111PPPPFLmiLimiGimiGii41第二節(jié)第二節(jié) 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)分配取取拉格朗日函數(shù)的偏導數(shù)，列出極值條件拉格朗日函數(shù)的偏導數(shù)，列出極值條件01GiGiiPPPF，m，iPPPFGiGii21,11仍符合仍符合等微增率準則等微增率準則 網(wǎng)損網(wǎng)損微增率微增率網(wǎng)損修正系數(shù)網(wǎng)損修正系數(shù)42第二節(jié)第二節(jié) 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)分配網(wǎng)損微增率的計算網(wǎng)損微增率的計算轉(zhuǎn)置雅可比矩陣法轉(zhuǎn)置雅可比矩陣法 計算網(wǎng)損微增率的方法：計算網(wǎng)損微增率的方法： B系數(shù)法、阻抗矩陣法、系數(shù)

28、法、阻抗矩陣法、轉(zhuǎn)置雅可比矩陣法等。轉(zhuǎn)置雅可比矩陣法等。43第二節(jié)第二節(jié) 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)分配六六、電力市場電力市場 1、基本模式、基本模式（1）電力聯(lián)營體模式）電力聯(lián)營體模式（2）雙邊交易模式）雙邊交易模式（3）存在雙邊交易合同的聯(lián)營體模式）存在雙邊交易合同的聯(lián)營體模式44第二節(jié)第二節(jié) 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2、交易模型、交易模型 目標函數(shù)：目標函數(shù)：Fm 約束條件：約束條件： 非線性混合整數(shù)規(guī)劃問題非線性混合整數(shù)規(guī)劃問題45第二節(jié)第二節(jié) 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)分配例例A 已知三個火電廠的耗量

29、特性分別為：已知三個火電廠的耗量特性分別為：不計網(wǎng)損時，求：不計網(wǎng)損時，求：當總負荷為當總負荷為700MW時各個發(fā)電廠時各個發(fā)電廠間有功負荷的最優(yōu)分配；間有功負荷的最優(yōu)分配；若三個火電廠所用燃料價格若三個火電廠所用燃料價格分別為分別為100、110、90元元/t，按電能成本分配負荷，按電能成本分配負荷。 MW3000MW01t/h,5 . 330. 000045. 0MW3000MW01t/h,5 . 432. 00004. 0MW15080MWt/h,430. 00007. 0332332222211211GGGGGGGGGPPPFPPPFPPPF46第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分

30、配電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配解：用解析法求解解：用解析法求解 = 2PD + (bi /i)/(1/i) = 1400+(0.3/0.0007+0.32/0.0004+0.3/0.00045)/ (1/0.0007+1/0.0004+1/0.00045) = 0.5357則則 PG1 = (0.5357-0.3)/(20.0007)= 168.39(MW) PG2 = (0.5357-0.32)/(20.0004)= 269.68(MW) PG3 = (0.5357-0.3)/(20.00045)= 261.93(MW)47第二節(jié)第二節(jié) 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

31、配 校驗有功功率不等約束校驗有功功率不等約束 PGimin PGi PGimax，可知，可知 PG1 越上限，取越上限，取 PG1 =150MW，再重新計算，再重新計算 ，得，得 PD= PDPG1=700150 = 550(MW) = 1100+(0.3/0.0007+0.32/0.0004+0.3/0.00045)/ (1/0.0007+1/0.0004+1/0.00045) = 0.5435 PG2 = (0.5435-0.32)/(20.0004) = 279.41(MW) PG3 = (0.5435-0.3)/(20.00045) = 270.59(MW)48第二節(jié)第二節(jié) 電力系統(tǒng)中

32、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（2）燃料價格與耗量特性相乘就得到電能的費用特性，）燃料價格與耗量特性相乘就得到電能的費用特性，將將F1 、F2、 F3分別乘以分別乘以100、110、90元元/t，得到費用，得到費用特性為特性為 求解得到：求解得到： PG1 = 150MW，PG2= 215.09MW，PG3 = 334.91MW MW3000MW01t/h,315270405. 090MW3000MW01t/h,4952 .3504. 0110MW15080MW/h,4003007. 0100332333222222112111GGGGGGGGGPPPFCPPPFCPPPFC元

33、49第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整一、調(diào)整頻率的必要性一、調(diào)整頻率的必要性頻率是電力系統(tǒng)運行的一個重要的質(zhì)量指標，直頻率是電力系統(tǒng)運行的一個重要的質(zhì)量指標，直接影響著負荷的正常運行。負荷要求頻率的偏差接影響著負荷的正常運行。負荷要求頻率的偏差一般應控制在（一般應控制在（0.2 0. 5）Hz的范圍內(nèi)。的范圍內(nèi)。一般而言，系統(tǒng)綜合負荷的有功功率與頻率大致一般而言，系統(tǒng)綜合負荷的有功功率與頻率大致呈一次方關系。呈一次方關系。要維持頻率在正常的范圍內(nèi)，其必要的條件是系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。統(tǒng)必須具有充裕的可調(diào)有功電源。50頻率不穩(wěn)

34、定的危害對用戶的影響對用戶的影響產(chǎn)品質(zhì)量降低產(chǎn)品質(zhì)量降低生產(chǎn)率降低生產(chǎn)率降低 對發(fā)電廠的影響對發(fā)電廠的影響汽輪機葉片諧振汽輪機葉片諧振輔機功能下降輔機功能下降 對系統(tǒng)的影響對系統(tǒng)的影響互聯(lián)電力系統(tǒng)解列互聯(lián)電力系統(tǒng)解列發(fā)電機解列發(fā)電機解列51第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整二、自動調(diào)速系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)特性二、自動調(diào)速系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)特性關鍵在于利用杠桿的作用調(diào)整汽輪機或水輪機的導向葉片，使其開度增大，增加進汽量或進水量。 P20220452第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整三、頻率的一次調(diào)整三、頻率的一次調(diào)整概念n發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率：發(fā)電機組原動機或電源頻率特性的斜率

35、。 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。GNNGGNNGGGGPfKfPfPKHzMwfPK/ *53第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整PG 增加時，增加時，f 下降；下降；PG 減小時，減小時，f 上升。上升。 發(fā)電機具有負的調(diào)節(jié)特性發(fā)電機具有負的調(diào)節(jié)特性 有利于有利于維持系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性維持系統(tǒng)頻率的穩(wěn)定性 fNPGNPGff054第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整n發(fā)電機的調(diào)差系數(shù)：單位調(diào)節(jié)功率的倒數(shù)。 發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率與調(diào)差系數(shù)的關系：100100% 0 000NNGNNGNGNNGNNGfffPffPPffPffPf100%1*GK

36、55第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整一般來說發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率是可以整定的：汽輪發(fā)電機組 =35或 =33.320水輪發(fā)電機組 =24或 =5025%*GK%*GK56第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整n負荷的單位調(diào)節(jié)功率：綜合負荷的靜態(tài)頻率特性的斜率。一般而言：LNNLLNNLLLLPfKfPfPKHzMwfPK/ *5 . 1*LK57第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整正的調(diào)節(jié)效應正的調(diào)節(jié)效應： dPL /d 0 有利于維持頻率穩(wěn)定有利于維持頻率穩(wěn)定頻率升高時，負荷取用的有功功率增加；頻率升高時，負荷取用的有功功率增加；頻率降低時，負荷取

37、用的有功功率減小頻率降低時，負荷取用的有功功率減小。fNPLPLf綜合負荷的靜態(tài)頻率特性綜合負荷的靜態(tài)頻率特性58第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整2. 頻率的一次調(diào)整1) 簡述：由于負荷突增，發(fā)電機組功率不能及時變動而使機組減速，系統(tǒng)頻率下降，同時，發(fā)電機組功率由于調(diào)速器的一次調(diào)整作用而增大，負荷功率因其本身的調(diào)節(jié)效應而減少，經(jīng)過一個衰減的振蕩過程，達到新的平衡。59第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整 有功平衡與頻率的關系有功平衡與頻率的關系 PG = PD + PL 有功平衡水平的高低決定有功平衡水平的高低決定系統(tǒng)頻率水平的高低。系統(tǒng)頻率水平的高低。f1a1PG( f )ff2fa(fN)PD( f )PD( f )a2a一次調(diào)頻一次調(diào)頻二次調(diào)頻二次調(diào)頻60第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整2）數(shù)學表達式：KS：稱為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，單位Mw/Hz。表示原動機調(diào)速器和負荷本身的調(diào)節(jié)效應共同作用下系統(tǒng)頻率下降或上升的多少。SLGLLGLKKKfPfKKP/0061第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整n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)本身運行的穩(wěn)定，不能采用過大的單位調(diào)節(jié)功率；對于滿載機組，不再參加調(diào)整。62第三節(jié)第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整n對于系統(tǒng)有若