电力系统分析基础第五章S知识讲解

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1、,North China Electric Power University,电力工程系,Department of Electrical Engineering,电力系统分析基础 Power System Analysis Basis （五）,任 建 文,第五章 电力系统的有功率和频率调整,本章主要内容：,1.概述：频率变化的影响及和有功功率的关系,2.目标函数与机组耗量特性：最优分配的模型,4.电力系统负荷及电源的频率静态特性,第一节 概述,电能质量,频率频率调整，允许+0.2HZ+0.5HZ,波形抑制谐波,一、电力系统频率变化的影响,电压电压控制，允许+5%,对用户,异步电机转速与频率有

2、关，出残次品,电子仪器的准确性受影响,频率降低机床传动出力降低,对电厂 和系统,异步电机(给水泵、风机)出力与频率降低、停转,汽轮机低压叶片共振、断裂,电机与变压器励磁电流增大无功损耗增大电压降低,第一节 概述,三、有功功率负荷的变化及其调整,第一种负荷,特点,负荷变化 频率变化,幅值小,频率高,周期短,原因,小负荷,小操作,调整：一次调频(调速器),负荷性质 调频方式,负荷分解：P=P1+P2+P3,第一节 概述,第二种负荷,特点：幅值较大、频率较低,原因：冲击性、间歇性负荷,调整：二次调频(调频器),第三种负荷,特点：幅值很大、变化缓慢,原因：生产、生活及气象等 条件引起,调整：经济分配,

3、第一节 概述,四、有功功率电源及备用容量,系统有功功率平衡： PG = PL + P,总装机容量：所有发电机的额定容量之和,系统电源容量：可投入发电设备的可发功率之和,系统备用容量：系统电源容量大于发电负荷部分，一般占最大发电负荷的15%-20%,第一节 概述,最大发电负荷：PM = PLmax + Pmax,总装机容量,备用容量,负荷备用（2%-5%）负荷波动、计划外负荷,事故备用（5%-10%）不影响供电，不少于一 台最大机组的容量,检修备用（4%-5%）适时安排,国民经济备用（3%-5%）超产及新负荷出现,一般总备用（15%-20%） PM,热备用,负荷备用,部分事故备用,冷备用,检修备

4、用,部分事故备用,国民经济备用,只有拥有适当的备用容量才能进行最优分配及频率调整,第二节 目标函数与机组耗量特性,数学最优问题目标函数求极值问题,经济运行的目的机组分摊负荷，使总的能源消耗最低,机组耗量特性机组效率的体现,等微增率准则经济运行的依据,一、目标函数和约束条件,在满足 （等约束条件）,（不等约束条件）,的限制下，使目标函数 达到最小值,X 状态变量， u控制变量， d 扰动变量,第二节 目标函数与机组耗量特性,等约束条件功率平衡:,不等约束条件功率限制:,目标函数燃料损耗,应用于电力系统经济运行,第二节 目标函数与机组耗量特性,二、发电机组的耗量特性,发电机组在单位时间内消耗的能源

5、与发出的有功功率的关系耗量特性,第二节 目标函数与机组耗量特性,比耗量：,直线的斜率,微增率：,切线的斜率,值越小，效率越高,与PG的关系可用耗量微增率曲线表示,一般 iI 当i=i时 i最小,第二节 目标函数与机组耗量特性,假设：发电厂内多台机组并列向负荷供电（Ph),思路：建立新的不受约束的目标函数拉格朗日函数,三、等耗量微增率准则,等约束条件：,不等约束条件：,目标函数：,第二节 目标函数与机组耗量特性,燃料最省 求L函数的极小值,结论,使L函数极小的必要条件是,耗量曲线是上凹曲线，存在极小值,按各机组等微增率 分配发电功率,从而,第二节 目标函数与机组耗量特性,物理意义：只有B1，B2

6、两点的切 线平行时，两点间的距离最短，及微增率相等时，总消耗最小,1、如两台,则应增加PG1等量降低PG2,增加的燃料消耗小于减少的燃料消耗，总的在降,第二节 目标函数与机组耗量特性,例：两台机组,两台机组PGimax=100MW,PGimin=20MW;Ph=150MW,试求最优分配,解：,若按,1=2,2、数值解法,Ph = PG1+ PG2,PG1=90MW,PG2=60MW,第二节 目标函数与机组耗量特性,3、图形解法,（1）作综合微增率曲线,（2）某一台功率越限时，取极限值,第三节电力系统有功功率的最优分配,1、各类发电厂的特点,一、各类发电厂的运行特点和合理组合,支付燃料费用,技术

7、最小负荷,锅炉 25%70%,汽机 10%15%,承担急剧变化负荷时与投、退相似，额外耗能、费时,效率与蒸汽参数有关,高温高压：效率高、调节范围小,中温中压：较前着低、但调节范围大,低温低压：指标最差、不用于调节,热电厂：抽气供热，效率最高，有不可调节的强迫功率,火电厂,第三节电力系统有功功率的最优分配,综合利用水能有强迫功率,技术最小负荷动力调整范围宽，达50%以上,承担急剧变化负荷时与投、退相似不额外耗能、费时,抽水蓄能,运行成本低，调节方式,水电厂,水头低时达不到额定出力,无调节水库,日、月、年、多年调节水库,原子能电厂,最小负荷取决于汽轮机 10%15%,投、退、负荷急剧变化时耗能、费

8、时，易于损坏设备厂,一次投资大、运行费用小,第三节电力系统有功功率的最优分配,原则,充分利用水资源，尽量避免弃水,降低火力发电的单位煤耗用高温高压大机组,降低火力发电的成本增加燃用劣质煤、当地煤,2、各类发电厂的合理组合,第三节电力系统有功功率的最优分配,1、目标,二、不计网损时水、火电厂间的经济功率分配,设：,n个火电厂 Fi(P)火电厂耗量特性,m个水电厂 Qj(P)水电厂耗量特性,在0T时间内,等约束条件,功率平衡：,用水量：,目标函数：,第三节电力系统有功功率的最优分配,2、泛函条件极值问题变分法求解，分段处理,等约束条件,目标函数：,拉格朗日函数,L中的变量为Pik,Pjk,k,j；

9、共有(n+m+1)s+m个,第三节电力系统有功功率的最优分配,对其求偏导 并令=0,水煤换算系数,1m3水量相当于j吨煤的消耗,丰水期小，枯水期大,第三节电力系统有功功率的最优分配,水、火电厂之间的经济分配仍按等微增率原则分配，只不过，水电厂微增率乘一个j后分配，水电厂在一定时间内可消耗水量越多，单位重量燃料可折换的水量越大， j 从而jH也越小，水电厂应分配更多负荷,由于j事先未知，须假设j的初值，分配计算求出各段负荷，然后计算出T时间内的用水量,3、物理解释：,4、计算：,与Wj比较,结束计算,增大j0 ，重复计算,减小j0 ，重复计算,第三节电力系统有功功率的最优分配,三、计及网损时水、

10、火电厂间的经济功率分配,设：,n个火电厂 Fi(P)火电厂耗量特性,m个水电厂 Qj(P)水电厂耗量特性,在0T时间内,等约束条件,功率平衡：,用水量：,目标函数：,第三节电力系统有功功率的最优分配,拉格朗日函数,对其求偏导 并令=0,第三节电力系统有功功率的最优分配,网损微增率 的物理意义：某发电厂所发功率的变化引起的网路总损耗的变化阻抗矩阵法,第三节电力系统有功功率的最优分配,作业：,1、某火电厂装设两套发电设备 F1=2+0.2PG1+0.001PG12(t/h) F2=4+0.2PG2+0.002PG22(t/h) PG1max=PG2max=200MW PG1min=PG2min=5

11、0MW 试求 Ph=300MW时，负荷的最优分配方案。,2、两电厂供电系统经济运行，在某负荷下，1=6.6/MWh，2=7.2元/MWh，如果系统的负荷稍微增大1MW，则全系统的燃料费用增加8.2元/h，求两电厂的线路损耗微增率。,第四节 电力系统负荷及电源的频率静态特性,一、负荷的频率静态特性,1、定义：,负荷,与用户的生产状态有关,与频率无关照明、电炉等,与接入点系统电压有关,与系统频率有关仅考虑频率因素,假设不变,2、负荷性质：,与频率的一次方成正比球磨机、卷扬机等,与频率的二次方成正比变压器的涡流损耗等,与频率的三次方成正比通风机、循环水泵等,与频率的高次方成正比静水头阻力大的给水泵,

12、第四节 电力系统负荷及电源的频率静态特性,在(49.550.5HZ)之间，kh*近似为一条直线，大致为1.5(在13之间),第四节 电力系统负荷及电源的频率静态特性,二、发电机的功率频率静态特性,1、定义：发电机组的有功功率与频率之间的关系,2、调速器的工作原理,（1）、正常运转 PE=PT A-B-C,（2）、PL PE PEPT A”-B-C PE=PT A-B-C,（3）、有差调节 B B，A A,3、调频器的工作原理,第四节 电力系统负荷及电源的频率静态特性,4、电源的有功功率频率静态特性,（1）、无调速系统时: PT=c1f-c2f2,（2）、有调速系统时,第四节 电力系统负荷及电源

13、的频率静态特性,4、电源的有功功率频率静态特性,（3）、有调频器时,第四节 电力系统负荷及电源的频率静态特性,（4）、发电机的单位调节功率及调差系数,汽轮机组：%=35或KG*=33.320,水轮机组：%=24或KG*=5025,第五节 电力系统的频率调整,一、频率的一次调整,负荷增加 PL0时,调速器动作，频率降低 增加PG = - kG f,负荷本身由于频率降低， 减少了PL= kL f,PL0+ PL= PG,第五节 电力系统的频率调整,PL0= PG - PL= - kG f - kL f= - (kG+ kL ) f = - ks f,ks系统的单位调节功率,1、台机组并列运行时,2

14、、希望 f 小，则增加kG（即减小）， 太小，变动量无法固定分配，不能稳定工作,3、由于ks不能整定得很大，故一次调频只适应周期短、幅值小的负荷变动,并且是有差调节,增加发电机组，可增大kG，但不经济,第五节 电力系统的频率调整,二、频率的二次调整,平移发电机的功频特性达到调频目的,1、调频厂的选择（主、辅调频厂）,机组要有足够的调节能力及范围,要有较快的调节速度,经济运行,水电厂,原则,调节50%,速度快,枯水期，充分利用水量,火电厂,水电厂容量不足时，高30%，中70%,丰水期,靠近负荷中心，中温、中压机组,不距负荷中心远时,第五节 电力系统的频率调整,只有一次调节时,2、频率的二次调整,

15、f0 f0,调频器动作后,f0 f0”,PL0 - PG0 = - ks f,如PL0 = PG0 f=0无差调节,第五节 电力系统的频率调整,三、互联系统的频率调整,KA, PGA, PLA,KB, PGB, PLB, Pab,A,B,1、 f 取决于系统总缺额（PA+ PB）一个系统概念,2、 当PA=0， Pab；当PB=0， Pab变负；,当PB = - PA， f =0， Pab= PB = - PA,第五节 电力系统的频率调整,例：两台PN=60MW机组共同承担负荷，1%=4%， 2%=3%。 并联运行，空载时f0=50HZ。试求：PL=100MW时各发功率；平担100MW时，它们的转速应分别增减多少。,解： 设带100MW时频率为fL,第五节 电力系统的频率调整,两台机组发出的功率分别为： PG1=1.4286*30=42.9MW PG2=1.4286*40=57.1MW,平担100MW时：,电力工程系,Department of Electrical Engineering,North China Electric Power University,