電力系統(tǒng)有有功功率平衡和頻率調整ppt課件

1、第五章第五章 電力系統(tǒng)有功功率的平衡和頻率的調整電力系統(tǒng)有功功率的平衡和頻率的調整 系統(tǒng)的頻率由系統(tǒng)中的有功功率分配有關，本章主要內容：系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分布和頻率的調整。 第一節(jié) 電力系統(tǒng)中的有功功率的平衡第二節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調整第一節(jié) 電力系統(tǒng)中的有功功率的平衡一、頻率變化對用戶和發(fā)電廠及系統(tǒng)本身的影響頻率變化的原因： 頻率變化 電動機轉速的變化 產品質量 電動機停轉電廠的給水泵停運，鍋爐停爐等等由有功負荷變化引起的我國頻率范圍：50 0.2Hz發(fā)達國家如澳大利亞）：50 0.1Hz華東電網已達到： 50 0.1Hz二、電力系統(tǒng)中有功功率的平衡和備用容量1、有功功率負荷的變動及其調整 一

2、、變化幅度很小、變化周期較短，負荷變動有很大的偶然性。 二、變化幅度較大、變化周期較長，如電爐。電氣機床。三、變化緩慢的持續(xù)變動負荷，如由生產、生活、氣象變化引起的負荷變動。 電力系統(tǒng)經濟調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，按照調度計劃的周期，可分為日負荷預測，周負荷預測和年負荷預測。不同的周期的負荷有不同的變化規(guī)律：負荷預測的精度直接影響經濟調度的效益，提高預測的精度就可以降低備用容量，減少臨時出力調整和避免計劃外開停機組，以利于電網運行的經濟性和安全性。 n根據(jù)負荷變化，電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整大體上也可分為：n一次調頻：由發(fā)電機調速器進行；n二次調頻：由發(fā)電機調頻

3、器進行；n三次調頻：由調度部門根據(jù)負荷曲線進行最優(yōu)分配。n前兩種是事后的，第三種是事前的。n一次調頻是所有運行中的發(fā)電機組都可參加的，取決于發(fā)電機組是否已經滿負荷發(fā)電。這類 發(fā)電廠稱為負荷監(jiān)視廠。n二次調頻是由平衡節(jié)點來承擔。 n系統(tǒng)的備用容量：系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電系統(tǒng)的備用容量：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負荷的部分，可分為熱備用和冷備用或負荷備用、事故備用、檢修備用和國民經濟荷備用、事故備用、檢修備用和國民經濟備用等。備用等。2、有功功率平衡和備用容量cSDLGPPPPP網絡的有功損耗發(fā)電廠廠用有功負荷用戶的有功負荷系統(tǒng)的總負荷總和發(fā)電廠發(fā)出的有功功率CPPPP

4、PSDLGn負荷備用：為滿足系統(tǒng)中短時的負荷波動和一負荷備用：為滿足系統(tǒng)中短時的負荷波動和一天中計劃外的負荷增加而留有的備用容量。一天中計劃外的負荷增加而留有的備用容量。一般為系統(tǒng)最大負荷的般為系統(tǒng)最大負荷的25n國名經濟備用：考慮到工農業(yè)用戶超計劃生產，國名經濟備用：考慮到工農業(yè)用戶超計劃生產，新用戶的出現(xiàn)等而設置的備用容量。一般為系新用戶的出現(xiàn)等而設置的備用容量。一般為系統(tǒng)最大負荷的統(tǒng)最大負荷的35n事故備用：為使電力用戶在發(fā)電設備發(fā)生偶然事事故備用：為使電力用戶在發(fā)電設備發(fā)生偶然事故時不受嚴重影響，能夠維持系統(tǒng)正常供電所需故時不受嚴重影響，能夠維持系統(tǒng)正常供電所需的備用容量。一般為系統(tǒng)最

5、大負荷的的備用容量。一般為系統(tǒng)最大負荷的510n檢修備用：為保證系統(tǒng)中的發(fā)電設備進行定期檢檢修備用：為保證系統(tǒng)中的發(fā)電設備進行定期檢修時，不影響供電而在系統(tǒng)中留有的備用容量。修時，不影響供電而在系統(tǒng)中留有的備用容量。3、各類發(fā)電廠的特點及合理組合 水電廠、火電廠、核電廠 （一） 各類電廠的特點自學） （二） 各類發(fā)電廠的合理組合 有功功率的最優(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。4、有功功率的最優(yōu)分配有功功率電源的最優(yōu)組合：是指系統(tǒng)中發(fā)電設 備或發(fā)電廠的合理組合。通常所說的機組的合理開停，大體上包括三個部分：機組的最優(yōu)組合順序機組的最優(yōu)組合數(shù)量機組的最優(yōu)開停時間(1).有

6、功功率電源的最優(yōu)組合n最優(yōu)化：是指人們在生產過程或生活中為某個最優(yōu)化：是指人們在生產過程或生活中為某個目的而選擇的一個目的而選擇的一個“最好方案或一組最好方案或一組“得力得力措施以取得措施以取得“最正確效果這樣一個宏觀過最正確效果這樣一個宏觀過程。程。n有功功率負荷的最優(yōu)分配：是指系統(tǒng)的有功功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間的合理分配。其核心是按等耗量微增率準則進行分配。進行分配。n電力系統(tǒng)最優(yōu)運行：是電力系統(tǒng)分析的一個重電力系統(tǒng)最優(yōu)運行：是電力系統(tǒng)分析的一個重要分

7、支，它所研究的問題主要是在保證用戶用要分支，它所研究的問題主要是在保證用戶用電需求負荷的前提下，如何優(yōu)化地調度系電需求負荷的前提下，如何優(yōu)化地調度系統(tǒng)中各發(fā)電機組或發(fā)電廠的運行工況，從而使統(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燃料耗量系統(tǒng)發(fā)電所需的總費用或所消耗的總燃料耗量達到最小這樣決策問題。達到最小這樣決策問題。 (2).有功功率負荷的最優(yōu)分配有功功率負荷合理分配的目標 在滿足一定約束條件的前提下，盡可能節(jié)約消耗的能源。1).耗量特性PGF，W0PWF)(比耗量1發(fā)電設備的效率PWFd)(d耗量微增率PGF，W0FPPFmPG0m,變化比耗量和耗量微增率的

8、 合理組合發(fā)電設備的方法之一就是按照最小比耗量由小到大的順序，隨負荷的由小到大增加，逐套投入發(fā)電設備；或負荷的由大到小，逐套退出發(fā)電設備。2) 目標函數(shù)和約束條件 在一定約束條件下，使某一目標函數(shù)為最優(yōu)。約束條件和目標函數(shù)都是狀態(tài)變量x、控制變量u、擾動變量d的非線性函數(shù)。0）、（等約束條件duxf0g）、（不等約束條件dux）最優(yōu)、（目標函數(shù)duxCC 有功負荷最優(yōu)分配的目的：在供應同樣大小的有功功率的前提下，單位時間內的能源消耗最少。注：對于純火電系統(tǒng)， 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運行參數(shù)關系較小 。 目標函數(shù)：系統(tǒng)發(fā)電所需的總費用或所消耗的總

9、燃料耗量niGiiGnnGGPFPFPFPFF12211)()(.)()(能源時單位時間內所消耗的功率表示發(fā)電設備發(fā)出有功GiGiiPPF)(等約束條件：有功功率必須保持平衡0sincos1ijijijijnjjiLiGiBGUUPP對于每個節(jié)點011PPPniLiniGi對于整個系統(tǒng)011niLiniGiPP不計網損不等約束條件：為系統(tǒng)的運行限制各節(jié)點發(fā)電設備有功功率 ,無功功率 和電壓大小不能超過限額。 maxminmaxminmaxminiiiGiGiGiGiGiGiUUUQQQPPPGiPGiQ 一般用拉格朗日乘數(shù)法。 現(xiàn)用兩個發(fā)電廠之間的經濟調度來說明問題，略去網絡損耗。建立數(shù)學模型

10、。 210122cosminiiGiiGiitaPaPaFf02121iLiiGiPPmax22min2max11min1max22min2max11min1max22min2max11min1,UUUUUUQQQQQQPPPPPPGGGGGGGGGGGG3) 最優(yōu)分配負荷時的等耗量微增率準則n根據(jù)給定的目標函數(shù)和等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對拉格朗日函數(shù)求導，得到最小值時應有的三個條件：n （1）21212211*LLGGGGPPPPPFPFC拉格朗日乘子212121222111,00LLGGGGGGGGPPPPPPfdPPdFdPPdFn求解1得到：n 這就是

11、著名的等耗量微增率準則，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n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。n無功功率和電壓限制和有功功率負荷的分配沒有直接關系，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。21推廣：n21.例題分解出：聯(lián)立：分有根據(jù)耗量微增率準則：分解：2MW105 MW3154203009. 06008. 083009. 06008. 081221212122221111PPPPPPPdPdFPdPdF分越限，取其下限，

12、即4MW300120420MW120211PPP2.已知兩臺機組并聯(lián)共同向一負荷供電，它們的耗量特性分別為F1a18P10.004P12 t/h，F(xiàn)2a26P20.0045P22 t/h ，120MWP1400MW，120MWP2400MW，求當負荷功率PL420MW時，負荷的最優(yōu)經濟分配。概述頻率是電力系統(tǒng)運行的一個重要的質量指標，直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（0.2 0. 5Hz的范圍內。要維持頻率在正常的范圍內，其必要的條件是系統(tǒng)必須具有充裕的可調有功電源。第二節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調整頻率不穩(wěn)定給運行中的電氣設備帶來的危害：n對用戶的影響n產品質量降低n生產率降

13、低 n對發(fā)電廠的影響n 汽輪機葉片諧振n輔機功能下降n 對系統(tǒng)的影響n互聯(lián)電力系統(tǒng)解列n發(fā)電機解列一、電力系統(tǒng)負荷的有功功率頻率的靜態(tài)特性二、發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性三、頻率的一次調整四、頻率的二次調整一、電力系統(tǒng)負荷的有功功率頻率的靜態(tài)特性 當電力系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運行時，系統(tǒng)中的有功負荷隨頻率變化特性稱為負荷的有功功率頻率靜態(tài)特性。332210)()()(NLNNLNNLNLNLffPaffPaffPaPaP荷時，整個系統(tǒng)的有功負頻率為電力系統(tǒng)頻率為額定荷時，整個系統(tǒng)的有功負為電力系統(tǒng)頻率為NffLNLPPfPL0PLNfNtgKL)/(HzMWfPtgKLLfPffPPKLNNLNLL效

14、應系數(shù)：有功負荷的頻率調節(jié)、LLKK31LK二、發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性（一自動調速系統(tǒng) 發(fā)電機的頻率調節(jié)是由原動機的調速系統(tǒng)來實現(xiàn)的。（二發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性fPG0PGNfNtgKGf0)/(HzMWtgfPKGG概念介紹：GNNGGNGNGGPfKfPffPPK率、發(fā)電機的單位調節(jié)功1發(fā)電機的單位調節(jié)功率與調差系數(shù)的關系(倒數(shù)關系)：100%0NNfff100%1*GNGNGBKfPK2、機組的調差系數(shù)%100%000NGNNGNNGNfPffPffPfPG0PGNfNtgKGf0的偏移頻率相應轉速荷改變時可定量表明一臺機組負)(%fPKGG一般來說發(fā)電機的單位調節(jié)功率是

15、可以整定的：汽輪發(fā)電機組 =35%或 33.520 水輪發(fā)電機組 = 24%或 5025%*GK%*GK三、頻率的一次調整 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)電機組功率由于調速器的一次調整作用而增大，負荷功率因其本身的調節(jié)效應而減少，經過一個衰減的振蕩過程，達到新的平衡。SLGLLGLKKKfPfKKABBOAOP/00KS：稱為系統(tǒng)的單位調節(jié)功率，單位Mw/Hz。表示原動機調速器和負荷本身的調節(jié)效應共同作用下系統(tǒng)頻率下降或上升的多少。)/()/(0NLLSffPPKfP0P00Lpf0f0p0PLpLoAoBBAKS：系統(tǒng)的單位調節(jié)功率 可以求取

16、在允許范圍內電力系統(tǒng)能夠承受多大的負荷增減。KS越大，電力系統(tǒng)承受負荷變化越大。LGSKKK例題1：電力系統(tǒng)總負荷為3000MW， 1.5，正常運行時f50Hz，假定此時系統(tǒng)全部發(fā)電機均滿載，若因故障失去300MW的出力，求系統(tǒng)f降到什么數(shù)值？ LKHzfHzfKPfPLLL67.4633. 35033. 350067. 0067. 05 . 11 . 01 . 03000300例題2：某一容量為100MW的發(fā)電機，調差系數(shù)為4，當系統(tǒng)頻率為50Hz的時候，發(fā)電機的出力為60MW，若系統(tǒng)的頻率下降到49.5Hz時，發(fā)電機的出力時多少？ ）（發(fā)電機出力：MW852560)(25) 5 .4950

17、(50MWfKPGG)/(505010004. 01%HzMWfPKNGNG四、頻率的二次調整 1、當負荷變動幅度較大0.5%1.5%），周期較長幾分鐘），僅靠一次調頻作用不能使頻率的變化保持在允許范圍內，這時需要調速系統(tǒng)中的調頻器動作，以使發(fā)電機組的功頻特性平行移動，從而改變發(fā)電機的有功功率以保持系統(tǒng)頻率不變或在允許范圍內。B2、當系統(tǒng)負荷增加時，由以下三方面提供：二次調頻的發(fā)電機組增發(fā)的功率 發(fā)電機組執(zhí)行一次調頻，按有差特性的調差系數(shù)分配而增發(fā)的功率 ；由系統(tǒng)的負荷頻率調節(jié)效應所減少的負荷功率。0GPOC fKCBG fKBALBSLGGLLGGLKKKfPPfKKPP00 00 00fK

18、fKPBACBOCPLGGL率電力系統(tǒng)的單位調節(jié)功:SKBB00GLPP0 f假如 ，那么 ，就實現(xiàn)了所謂的無差調節(jié) 二次調整時，電力系統(tǒng)的負荷增量基本上要由主調頻機組承擔，如果一臺主調頻機組不足以承擔電力系統(tǒng)負荷變化時，必須增選一些機組參加二次調頻。五、互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調整 由幾個地區(qū)系統(tǒng)互聯(lián)為一個大系統(tǒng)的情況，對某一個地區(qū)系統(tǒng)而言，負荷變化增加） 時，可能伴隨著與其他系統(tǒng)交換功率的變化PtP 若設A、B兩系統(tǒng)互聯(lián)，且兩個系統(tǒng)都能進行二次調頻，兩系統(tǒng)負荷變化量分別為為 ，兩系統(tǒng)由二次調頻而使發(fā)電機增發(fā)的功率增量為 ， 分別為兩個系統(tǒng)的單位調節(jié)功率。聯(lián)絡線交換功率 由a向b時為正值,引起互聯(lián)系統(tǒng)的頻率變化為LBLAPP,abPfKPPPAGAabLA：系統(tǒng)ALAGAAPPKLBGBBPPKABPABGBGAPP,BAKK 、fKPPPBGBabLB)(B：系統(tǒng) 率缺額表示兩個電力系統(tǒng)的功、BABABABAGBLBGALA