電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率的調整JXIEppt課件

1、第四章電力系統(tǒng)有功功率平衡和頻率調整1.4.1 有功平衡和頻率調整 1.電力系統(tǒng)頻率變化的影響對用戶的影響（1）異步電機轉速：紡織工業(yè)、造紙工業(yè)（2）異步電機功率下降（3）電子設備的準確度對發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的影響（1）對發(fā)電廠廠用機械設備運行的影響（2）對汽輪機葉片的影響（3）對異步電機及變壓器勵磁的影響，增加無 功消耗。2.4.1 有功功率和頻率調整3.電力系統(tǒng)的頻率偏移與頻率調整 負荷變化-發(fā)電機輸出電磁功率變化-原動機輸入功率相對遲緩轉矩變化-轉速變化-頻率變化額定頻率50Hz,頻率偏差范圍0.2-0.5Hz，華東電網(wǎng)0.1Hz轉矩平衡與功率平衡轉矩不平衡時,轉子轉 速變化,引起頻率變化

2、保持頻率恒定不變是十分困難的 ! 4.5.6.負荷變動幅度小，周期又很短(如P1)，變動具有偶然性；負荷變動幅度較大，周期也較長（如P2）工業(yè)中大電機、電爐、延壓機、電氣機車等；負荷變動幅度最大，周期也最長，且變化較緩慢（如P3）人們生產(chǎn)、生活及氣象條件的變化等引起的，基本上可以預計。圖4-2 有功負荷的變動1有功功率負荷 ：7. 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：（1）變動周期小于10s，變化幅度小:小操作、線路搖擺等（3）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（10s，180s），變化幅度較大：大電機、電 爐啟停調速器頻率的一次調整調頻器

3、頻率的二次調整根據(jù)預測負荷，在各機組間進行最優(yōu)負荷分配電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行調度（發(fā)電計劃）8.4 有功功率平衡與備用容量備用容量：15%20%作用：為了保證供電可靠性及電能質量合格，系統(tǒng)電源容量應大于發(fā)電負荷。定義：備用容量 系統(tǒng)可用電源容量 發(fā)電負荷 有功功率平衡：8760t(h)P(MW)發(fā)電負荷備用容量新增容量9.按作用分：(1)負荷備用：滿足負荷波動、計劃外的負荷增量2%5%(2)事故備用：發(fā)電機因故退出運行而預留的容量5%10%(3)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)超計劃增長3%5%按其存在形式分：(1)熱備用(2)冷備用備用容量的分類10.1.負荷的有功

4、功率頻率靜態(tài)特性4.2 電力系統(tǒng)的頻率特性11.負荷的有功功率頻率靜態(tài)特性簡化表達當頻率偏離額定值不大時，負荷有功頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來表示。負荷的頻率調節(jié)效應系數(shù)或稱為負荷的頻率調節(jié)效應，表示負荷隨頻率的變化程度。例4112.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性負荷靜態(tài)頻率特性的線性表示|負荷的頻率調節(jié)效應系數(shù) PDNfN13.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性負荷的P-f靜態(tài)特性例：系統(tǒng)負荷中30%與頻率無關， 40%與頻率一次方成正比， 10%與頻率二次方成正比， 20%與頻率三次方成正比。求系統(tǒng)頻率從額定頻率50Hz降到48Hz時，負荷功率變化的百分值，以及負荷的頻率調節(jié)效應系數(shù)。14.2 發(fā)

5、電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性調速器的工作原理1 為轉速測量元件離心飛擺及其附件；2 為放大元件錯油門(或稱配壓閥)；3 為執(zhí)行機構油動機(或稱接力器)；4 為轉速控制機構或稱同步器(調頻器)15.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性調速器蒸汽AOBDE16.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性蒸汽AOBDE17.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性蒸汽AOBDE18.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性fPGfNf0PGN1219.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性機組的單位調節(jié)功率（發(fā)電機組的功頻靜特性系數(shù)）

6、物理意義：頻率發(fā)生單位變化時，機組輸出功率的變化量，20.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性靜態(tài)調差系數(shù)（調差率） 物理意義：機組負荷改變時，頻率的偏移21.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)的P-f靜態(tài)特性fPGf1f2P112P2PDPD負荷實際增量PD0+ PD = PG發(fā)電機有功出力增量22.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)的P-f靜態(tài)特性 系統(tǒng)的功頻靜特性系數(shù)(單位調節(jié)功率)備用系數(shù)23.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機組滿載時的P-f靜態(tài)特性：KG=0fPGf1f2PGmax1224.一、頻率的一次調整n臺裝有調速器的機組并列運行時，系統(tǒng)頻率變化f時n臺機

7、組的等值單位調節(jié)功率結論：n臺機組的等值單位調節(jié)功率遠大于一臺機組的 單位調節(jié)功率。25.頻率的一次調整的計算過程例42 例43求出頻率偏差每臺機組的功率增量小結：調差系數(shù)越小的機組增加的有功輸出相對越多。26.4.1.3電力系統(tǒng)的頻率調整頻率的一次調整: n臺發(fā)電機例 系統(tǒng)一半機組已滿載.火電機組占總容量的1/4,有10%的備用容量,單位調節(jié)功率為16.6;水電機組占總容量的1/4,有20%的備用容量,單位調節(jié)功率為25;負荷的頻率調節(jié)效應系數(shù)為1.5.求(1)系統(tǒng)的單位調節(jié)功率(2)負荷功率增加5%時的穩(wěn)態(tài)頻率(3)如果頻率允許降低0.2Hz,系統(tǒng)能增加多少負荷功率27.頻率的二次調整：通

8、過操作調頻器，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動范圍內。二、頻率的二次調整28.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性調頻器蒸汽AOBDE29.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機組的P-f靜態(tài)特性fPGfNf0PGN1230.1.主調頻廠的選擇調頻廠：負有二次調頻任務的電廠，分為主調頻廠和輔助 調頻廠。調頻廠應滿足的條件：1）足夠的調整容量2）較快的調整速度3）調整范圍內的經(jīng)濟性較好31.調整容量: 水電廠火電廠中溫中壓電廠（75）高溫高壓電廠（30） 調整速度： 水電廠火電廠調頻廠選擇： 首選：水電廠 其次：中溫中壓電廠32.頻率的二次調整

9、結論：（1）由于二次調頻增加了發(fā)電機的出力，在同樣的頻率 偏移下，系統(tǒng)能承受的負荷變化量增加了。（2）可以做到無差調節(jié)。AE EF FC33.13.3.3 互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調整34.42）各類負荷變動與頻率調整第一種負荷頻率的“一次調整”,采用調速器第二種負荷變動頻率的“二次調整”，調頻器第三種負荷變動頻率的“三次調整”，通過負荷預計得到負荷曲線，按最優(yōu)化準則分配負荷，屬于電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行的問題，或稱經(jīng)濟調度。35.4-3) 電力系統(tǒng)有功功率的分配 （三次調頻）1、有功電源的最優(yōu)組合 指系統(tǒng)中發(fā)電設備或發(fā)電廠的合理組合，包括機組的最優(yōu)組合順序，機組的最優(yōu)組合數(shù)量和機組的最優(yōu)開停時間 2、有功負荷

10、在運行機組間的最優(yōu)分配 指系統(tǒng)的有功負荷在各運行的發(fā)電機組或發(fā)電廠間的合理分配 3、分配原則： 充分合理利用水利資源； 最大限度地降低火電廠煤耗，降低火力發(fā)電的成本36.13.4 各類發(fā)電廠的合理組合系統(tǒng)中有備用容量時，可考慮有功功率的最優(yōu)分配問題，包括有功電源的最優(yōu)組合及有功負荷的最優(yōu)分配。有功電源的最優(yōu)組合：系統(tǒng)中發(fā)電設備和發(fā)電廠的合理組合。有功負荷的最優(yōu)分配：系統(tǒng)中的有功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。37.一、 各類發(fā)電廠的運行特點1 火電廠（1）燃料及運輸費用（2）有功出力最小限制（3）效率與蒸汽參數(shù)有關（4）啟停時間長且啟停費用高（5）熱電廠總效率較高，但與熱負

11、荷相應的輸出功率是不可 調節(jié)的強迫功率。38.一、 各類發(fā)電廠的運行特點2 水電廠（1）不需燃料費，但一次投資大（2）出力調節(jié)范圍比火電機組大（3）啟停費用低，且操作簡單（4）出力受水頭影響（5）抽水蓄能（6）必須釋放水量強迫功率39.一、 各類發(fā)電廠的運行特點3 核電廠（1）最小技術負荷小，為額定負荷1015。（2）啟停費用高；負荷急劇變化時，調節(jié)費用高；啟停及 急劇調節(jié)時，易于損壞設備。（3）一次投資大，運行費用小。40.二、各類發(fā)電廠的合理組合原則（1）充分利用水源。（2）降低火電機組的單位煤耗，發(fā)揮高效機組的作用。（3）盡量降低火力發(fā)電成本。41.枯水期豐水期抽水發(fā)電42.14.2 電

12、力系統(tǒng)有功功率負荷的最優(yōu)分配1 發(fā)電機組的耗量特性：反映發(fā)電機組單位時間內能量輸入和輸出關系的曲線。耗量特性43.比耗量：耗量特性曲線上某點的縱坐標和橫坐標之比，即輸入和輸出之比效率：比耗量倒數(shù)耗量微增率：耗量特性曲線上某點切線的斜率，表示在該點的輸入增量與輸出增量之比。效率曲線和微增率曲線 14.2 電力系統(tǒng)有功功率負荷的最優(yōu)分配44.三、 等耗量微增率準則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消耗量和輸出功率不受限制，要求：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。 等式約束 目標函數(shù)45.三、 等耗量微增率準則作圖法求解（只有兩臺機組） 在OO上找到一點作垂線，

13、 與兩條耗量特性曲線的交點 間距離最短。 在耗量特性曲線具有凸性的情 況下，兩條曲線的切線平行時， 燃料消耗量最少。 曲線的切線即斜率，就是該點的耗量微增率。46.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。物理意義47.二、目標函數(shù)和約束條件有功負荷最優(yōu)分配的目的：在滿足對一定量負荷持續(xù)供電的前提下，使發(fā)電設備在生產(chǎn)電能的過程中單位時間內所消耗的能源最少。 滿足條件： 等式約束 f(x、u、d)=0 不等式約束 g(x、u、d)0 使 目標函數(shù) F=F(x、u、d) 最優(yōu)48.1 目標函數(shù)系統(tǒng)單位時間內消耗的燃料（火電機組）該目標函數(shù)是各發(fā)電設備發(fā)出有功功率的函數(shù)，描述的是單位時間內能源的消耗量。49.2 約束條件等式約束不等式約束忽略有功網(wǎng)損50.四、多個發(fā)電廠間的負荷經(jīng)濟分配1.不計網(wǎng)損的有功最優(yōu)分配目標函數(shù)最?。旱仁郊s束條件：這是多元函數(shù)