電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)

電力系統(tǒng)分析根底PowerSystemAnalysisBasis〔五〕1精選ppt第五章電力系統(tǒng)的有功率和頻率調(diào)整本章主要內(nèi)容：1.概述：頻率變化的影響及和有功功率的關(guān)系

2.目標(biāo)函數(shù)與機(jī)組耗量特性：最優(yōu)分配的模型

4.電力系統(tǒng)負(fù)荷及電源的頻率靜態(tài)特性

3.有功功率的最優(yōu)分配各類(lèi)發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)和合理組合不計(jì)網(wǎng)損時(shí)水、火電廠間的經(jīng)濟(jì)功率分配計(jì)網(wǎng)及損時(shí)各發(fā)電廠間的經(jīng)濟(jì)功率分配互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率的一、二次調(diào)整

5.電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整2精選ppt第一節(jié)概述電能質(zhì)量頻率—頻率調(diào)整，允許+0.2HZ

+0.5HZ波形—抑制諧波一、電力系統(tǒng)頻率變化的影響電壓—電壓控制，允許+5%對(duì)用戶異步電機(jī)—轉(zhuǎn)速與頻率有關(guān)，出殘次品電子儀器的準(zhǔn)確性受影響頻率降低—機(jī)床傳動(dòng)出力降低對(duì)電廠和系統(tǒng)異步電機(jī)(給水泵、風(fēng)機(jī))—出力與頻率降低、停轉(zhuǎn)汽輪機(jī)低壓葉片共振、斷裂電機(jī)與變壓器勵(lì)磁電流增大—無(wú)功損耗增大電壓降低3精選ppt第一節(jié)概述二、電力系統(tǒng)頻率與有功功率緊密相關(guān)頻率—由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定負(fù)荷變化穩(wěn)態(tài)時(shí)：MT=

ME，

f=0轉(zhuǎn)速與其軸上的轉(zhuǎn)矩平衡有關(guān)MT：原動(dòng)機(jī)輸入機(jī)械轉(zhuǎn)矩ME：發(fā)電機(jī)輸出電磁轉(zhuǎn)矩MT：由于慣性大變化慢ME：有功負(fù)荷變化快產(chǎn)生瞬時(shí)不平衡轉(zhuǎn)矩不平衡發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化頻率變化(+0.2HZ

+0.5HZ)4精選ppt第一節(jié)概述三、有功功率負(fù)荷的變化及其調(diào)整第一種負(fù)荷特點(diǎn)負(fù)荷變化頻率變化幅值小頻率高周期短原因小負(fù)荷小操作調(diào)整：一次調(diào)頻(調(diào)速器)負(fù)荷性質(zhì)調(diào)頻方式負(fù)荷分解：P

=P1+P2+P35精選ppt第一節(jié)概述第二種負(fù)荷特點(diǎn)：幅值較大、頻率較低原因：沖擊性、間歇性負(fù)荷調(diào)整：二次調(diào)頻(調(diào)頻器)第三種負(fù)荷特點(diǎn)：幅值很大、變化緩慢原因：生產(chǎn)、生活及氣象等 條件引起調(diào)整：經(jīng)濟(jì)分配6精選ppt第一節(jié)概述四、有功功率電源及備用容量系統(tǒng)有功功率平衡：

PG=

PL+

P

總裝機(jī)容量：所有發(fā)電機(jī)的額定 容量之和系統(tǒng)電源容量：可投入發(fā)電設(shè)備 的可發(fā)功率之和系統(tǒng)備用容量：系統(tǒng)電源容量大 于發(fā)電負(fù)荷局部，一般占 最大發(fā)電負(fù)荷的15%--20%7精選ppt第一節(jié)概述最大發(fā)電負(fù)荷：PM

=

PLmax+

Pmax總裝機(jī)容量備用容量負(fù)荷備用〔2%--5%〕—負(fù)荷波動(dòng)、方案外負(fù)荷事故備用〔5%--10%〕—不影響供電，不少于一 臺(tái)最大機(jī)組的容量檢修備用〔4%--5%〕—適時(shí)安排國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用〔3%--5%〕—超產(chǎn)及新負(fù)荷出現(xiàn)一般總備用—〔15%--20%〕PM熱備用負(fù)荷備用局部事故備用冷備用檢修備用局部事故備用國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用只有擁有適當(dāng)?shù)膫溆萌萘坎拍苓M(jìn)行最優(yōu)分配及頻率調(diào)整8精選ppt第二節(jié)目標(biāo)函數(shù)與機(jī)組耗量特性數(shù)學(xué)最優(yōu)問(wèn)題——目標(biāo)函數(shù)求極值問(wèn)題經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的——機(jī)組分?jǐn)傌?fù)荷，使總的能源消耗最低機(jī)組耗量特性——機(jī)組效率的表達(dá)等微增率準(zhǔn)那么——經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的依據(jù)一、目標(biāo)函數(shù)和約束條件在滿足 〔等約束條件〕〔不等約束條件〕的限制下，使目標(biāo)函數(shù)到達(dá)最小值X—狀態(tài)變量，u—控制變量，d—擾動(dòng)變量9精選ppt第二節(jié)目標(biāo)函數(shù)與機(jī)組耗量特性等約束條件——功率平衡:不等約束條件——功率限制:目標(biāo)函數(shù)——燃料損耗應(yīng)用于電力系統(tǒng)——經(jīng)濟(jì)運(yùn)行10精選ppt第二節(jié)目標(biāo)函數(shù)與機(jī)組耗量特性二、發(fā)電機(jī)組的耗量特性發(fā)電機(jī)組在單位時(shí)間內(nèi)消耗的能源與發(fā)出的有功功率的關(guān)系——耗量特性11精選ppt第二節(jié)目標(biāo)函數(shù)與機(jī)組耗量特性比耗量：直線的斜率微增率：切線的斜率值越小，效率越高與PG的關(guān)系可用耗量微增率曲線表示一般i

I當(dāng)i=i時(shí)i最小12精選ppt第二節(jié)目標(biāo)函數(shù)與機(jī)組耗量特性假設(shè)：發(fā)電廠內(nèi)多臺(tái)機(jī)組并列向負(fù)荷供電〔Ph)思路：建立新的不受約束的目標(biāo)函數(shù)——拉格朗日函數(shù)三、等耗量微增率準(zhǔn)那么等約束條件：不等約束條件：目標(biāo)函數(shù)：13精選ppt第二節(jié)目標(biāo)函數(shù)與機(jī)組耗量特性燃料最省求L函數(shù)的極小值結(jié)論使L函數(shù)極小的必要條件是耗量曲線是上凹曲線，存在極小值按各機(jī)組等微增率分配發(fā)電功率從而14精選ppt第二節(jié)目標(biāo)函數(shù)與機(jī)組耗量特性物理意義：只有B1，B2兩點(diǎn)的切 線平行時(shí)，兩點(diǎn)間的距離 最短，及微增率相等時(shí)， 總消耗最小1、如兩臺(tái)那么應(yīng)增加PG1—等量降低PG2增加的燃料消耗小于減少的燃料消耗，總的在降15精選ppt第二節(jié)目標(biāo)函數(shù)與機(jī)組耗量特性例：兩臺(tái)機(jī)組兩臺(tái)機(jī)組PGimax=100MW,PGimin=20MW;Ph=150MW,試求最優(yōu)分配解：假設(shè)按

1=22、數(shù)值解法Ph

=PG1+

PG2PG1=90MWPG2=60MW16精選ppt第二節(jié)目標(biāo)函數(shù)與機(jī)組耗量特性3、圖形解法〔1〕作綜合微增率曲線〔2〕某一臺(tái)功率越限時(shí)，取極限值17精選ppt第三節(jié)電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配1、各類(lèi)發(fā)電廠的特點(diǎn)一、各類(lèi)發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)和合理組合支付燃料費(fèi)用技術(shù)最小負(fù)荷鍋爐25%—70%汽機(jī)10%—15%承擔(dān)急劇變化負(fù)荷時(shí)與投、退相似，額外耗能、費(fèi)時(shí)效率與蒸汽參數(shù)有關(guān)高溫高壓：效率高、調(diào)節(jié)范圍小中溫中壓：較前著低、但調(diào)節(jié)范圍大低溫低壓：指標(biāo)最差、不用于調(diào)節(jié)熱電廠：抽氣供熱，效率最高，有不可調(diào)節(jié)的強(qiáng)迫功率火電廠18精選ppt第三節(jié)電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配綜合利用水能——有強(qiáng)迫功率技術(shù)最小負(fù)荷——?jiǎng)恿φ{(diào)整范圍寬，達(dá)50%以上承擔(dān)急劇變化負(fù)荷時(shí)與投、退相似—不額外耗能、費(fèi)時(shí)抽水蓄能運(yùn)行本錢(qián)低，調(diào)節(jié)方式水電廠水頭低時(shí)達(dá)不到額定出力無(wú)調(diào)節(jié)水庫(kù)日、月、年、多年調(diào)節(jié)水庫(kù)原子能電廠最小負(fù)荷取決于汽輪機(jī)10%—15%投、退、負(fù)荷急劇變化時(shí)耗能、費(fèi)時(shí)，易于損壞設(shè)備廠一次投資大、運(yùn)行費(fèi)用小19精選ppt第三節(jié)電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配原那么充分利用水資源，盡量防止棄水降低火力發(fā)電的單位煤耗—用高溫高壓大機(jī)組降低火力發(fā)電的本錢(qián)—增加燃用劣質(zhì)煤、當(dāng)?shù)孛?、各類(lèi)發(fā)電廠的合理組合20精選ppt第三節(jié)電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配1、目標(biāo)二、不計(jì)網(wǎng)損時(shí)水、火電廠間的經(jīng)濟(jì)功率分配設(shè)：n個(gè)火電廠Fi(P)—火電廠耗量特性m個(gè)水電廠Qj(P)—水電廠耗量特性在0

T時(shí)間內(nèi)等約束條件功率平衡：用水量：目標(biāo)函數(shù)：21精選ppt第三節(jié)電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配2、泛函條件極值問(wèn)題—變分法求解，分段處理等約束條件目標(biāo)函數(shù)：拉格朗日函數(shù)L中的變量為Pik,Pjk,

k,j；共有(n+m+1)s+m個(gè)22精選ppt第三節(jié)電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配對(duì)其求偏導(dǎo)并令=0水煤換算系數(shù)1m3水量相當(dāng)于

j噸煤的消耗豐水期小，枯水期大23精選ppt第三節(jié)電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配 水、火電廠之間的經(jīng)濟(jì)分配仍按等微增率原那么分配，只不過(guò)，水電廠微增率乘一個(gè)j后分配， 水電廠在一定時(shí)間內(nèi)可消耗水量越多，單位重量燃料可折換的水量越大，j從而jH也越小，水電廠 應(yīng)分配更多負(fù)荷 由于

j事先未知，須假設(shè)j的初值，分配計(jì)算求出各段負(fù)荷，然后計(jì)算出T時(shí)間內(nèi)的用水量3、物理解釋?zhuān)?、計(jì)算：與Wj比較結(jié)束計(jì)算增大

j0，重復(fù)計(jì)算減小j0，重復(fù)計(jì)算24精選ppt第三節(jié)電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配三、計(jì)及網(wǎng)損時(shí)水、火電廠間的經(jīng)濟(jì)功率分配設(shè)：n個(gè)火電廠Fi(P)—火電廠耗量特性m個(gè)水電廠Qj(P)—水電廠耗量特性在0

T時(shí)間內(nèi)等約束條件功率平衡：用水量：目標(biāo)函數(shù)：25精選ppt第三節(jié)電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配拉格朗日函數(shù)對(duì)其求偏導(dǎo)并令=026精選ppt第三節(jié)電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配網(wǎng)損微增率的物理意義：某發(fā)電廠所發(fā)功率的變化引起的網(wǎng)路總損耗的變化——阻抗矩陣法27精選ppt第三節(jié)電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配作業(yè)：1、某火電廠裝設(shè)兩套發(fā)電設(shè)備 F1=2+0.2PG1+0.001PG12 (t/h) F2=4+0.2PG2+0.002PG22 (t/h)PG1max=PG2max=200MWPG1min=PG2min=50MW試求Ph=300MW時(shí)，負(fù)荷的最優(yōu)分配方案。2、兩電廠供電系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在某負(fù)荷下，1=6.6/MWh，2=7.2元/MWh，如果系統(tǒng)的負(fù)荷稍微增大1MW，那么全系統(tǒng)的燃料費(fèi)用增加8.2元/h，求兩電廠的線路損耗微增率。28精選ppt第四節(jié)電力系統(tǒng)負(fù)荷及電源的頻率靜態(tài)特性一、負(fù)荷的頻率靜態(tài)特性1、定義：負(fù)荷與用戶的生產(chǎn)狀態(tài)有關(guān)與頻率無(wú)關(guān) —照明、電爐等與接入點(diǎn)系統(tǒng)電壓有關(guān)與系統(tǒng)頻率有關(guān)——僅考慮頻率因素假設(shè)不變2、負(fù)荷性質(zhì)：與頻率的一次方成正比 —球磨機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)等與頻率的二次方成正比 —變壓器的渦流損耗等與頻率的三次方成正比 —通風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵等與頻率的高次方成正比 —靜水頭阻力大的給水泵29精選ppt第四節(jié)電力系統(tǒng)負(fù)荷及電源的頻率靜態(tài)特性在(49.5~50.5HZ)之間，kh*近似為一條直線，大致為1.5(在1~3之間)30精選ppt第四節(jié)電力系統(tǒng)負(fù)荷及電源的頻率靜態(tài)特性二、發(fā)電機(jī)的功率—頻率靜態(tài)特性1、定義：發(fā)電機(jī)組的有功功率與頻率之間的關(guān)系2、調(diào)速器的工作原理〔1〕、正常運(yùn)轉(zhuǎn)PE=PTA-B-C〔2〕、PLPEPEPTA〞-B-C’PE=PTA’-B’-C’〔3〕、有差調(diào)節(jié)BB’，AA’3、調(diào)頻器的工作原理31精選ppt第四節(jié)電力系統(tǒng)負(fù)荷及電源的頻率靜態(tài)特性4、電源的有功功率—頻率靜態(tài)特性〔1〕、無(wú)調(diào)速系統(tǒng)時(shí):PT=c1f-c2f2〔2〕、有調(diào)速系統(tǒng)時(shí)32精選ppt第四節(jié)電力系統(tǒng)負(fù)荷及電源的頻率靜態(tài)特性4、電源的有功功率—頻率靜態(tài)特性〔3〕、有調(diào)頻器時(shí)33精選ppt第四節(jié)電力系統(tǒng)負(fù)荷及電源的頻率靜態(tài)特性〔4〕、發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率及調(diào)差系數(shù)汽輪機(jī)組：%=3—5或KG*=33.3—20水輪機(jī)組：%=2—4或KG*=50—2534精選ppt第五節(jié)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整一、頻率的一次調(diào)整負(fù)荷增加PL0時(shí)調(diào)速器動(dòng)作，頻率降低增加PG=-kG

f負(fù)荷本身由于頻率降低，減少了PL=kL

fPL0+PL=PG35精選ppt第五節(jié)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整PL0=PG-PL=-kG

f-kL

f=-(kG+kL)

f=-ks

fks——系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率1、臺(tái)機(jī)組并列運(yùn)行時(shí)2、希望f小，那么增加kG〔即減小〕，太小，變動(dòng)量無(wú)法固定分配，不能穩(wěn)定工作3、由于ks不能整定得很大，故一次調(diào)頻只適應(yīng)周期短、幅值小的負(fù)荷變動(dòng),并且是有差調(diào)節(jié)增加發(fā)電機(jī)組，可增大kG，但不經(jīng)濟(jì)36精選ppt第五節(jié)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整二、頻率的二次調(diào)整平移發(fā)電機(jī)的功頻特性——到達(dá)調(diào)頻目的1、調(diào)頻廠的選擇〔主、輔調(diào)頻廠〕機(jī)組要有足夠的調(diào)節(jié)能力及范圍要有較快的調(diào)節(jié)速度經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水電廠原那么調(diào)節(jié)50%速度快枯水期，充分利用水量火電廠水電廠容量缺乏時(shí)，高—30%，中—70%豐水期靠近負(fù)荷中心，中溫、中壓機(jī)組不距負(fù)荷中心遠(yuǎn)時(shí)37精選ppt第五節(jié)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整只有一次調(diào)節(jié)時(shí)2、頻率的二次調(diào)整f0f0’調(diào)頻器動(dòng)作后f0’f0〞PL0-PG0=-ks

f如PL0=PG0

f=0無(wú)差調(diào)節(jié)38精選ppt第五節(jié)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整三、互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整KA

PGA

PLAKB

PGB

PLB

PabAB1、f取決于系統(tǒng)總?cè)鳖~〔PA+PB〕——一個(gè)系統(tǒng)概念2、當(dāng)PA=0，Pab；當(dāng)PB=0，Pab變負(fù)；當(dāng)PB=-PA，

f=0，Pab=

PB=-PA39精選ppt第五節(jié)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整例：兩臺(tái)PN=60MW機(jī)組共同承擔(dān)負(fù)荷，1%=4%，2%=3%。并聯(lián)運(yùn)行，空載時(shí)f0=50HZ。試求：①PL