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1、1,第五章电力系统有功功率与频率的调整,2,电力系统中负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力，使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使之尽量保持不变。 负荷无功的的变化则要求发电机和其他无功补偿设备的运行情况作相应调整，使之满足负荷无功需求的同时，保证合格的供电电压质量。 在分配和调整各个发电机的功率时，需要考虑它们和线路、变压器等设备的容量限制和其他条件，以保证设备和系统运行的安全性。 电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关，对系统的运行方式进行决策和调整时必须考虑经济性。以上各点反映了电力系统运行的安全、经济、优质等进本要求。,3,衡量电能质量的指标：频率、电压、波形
2、；分别以频率偏移、电压偏移和波形畸变率表示； 衡量经济性的主要指标：比耗量和线损率（或网损率）， 比耗量指生产单位电能所需消耗的一次能源。,4,第一节 有功平衡和频率调整,1.电力系统频率变化的影响 对用户的影响 （1）异步电机转速：纺织工业、造纸工业 （2）异步电机功率下降 （3）电子设备的准确度 对发电厂和电力系统的影响 （1）对发电厂厂用机械设备运行的影响 （2）对汽轮机叶片的影响 （3）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无 功消耗。,5,2 频率与有功平衡的关系 转矩平衡与功率平衡 转矩不平衡时,转子转 速变化,引起频率变化 保持频率恒定不变是十分困难的 !,6,有功功率负荷的变化及其
3、调整,7,系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动 负荷组成：,（1）变动周期小于10s，变化幅度小:小操作、线路摇摆等,（3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律,（2） 变动周期在（10s，180s），变化幅度较大：大电机、电 炉启停,8,根据负荷变化，电力系统的有功功率和频率调整大体上可分为： 一次调频：由发电机调速器进行； 二次调频：由发电机调频器进行； 三次调频：由调度部门根据负荷曲线进行最优分配。 前两种是事后的，第三种是事前的。 一次调频是所有运行中的发电机组都可参加的，取决于发电机组是否已经满负荷发电。这类 发电厂称为负荷监视厂。 二次调频是由平衡节点来承担
4、。,9,有功功率负荷曲线的预计 根据不同的周期，负荷预测分为以下几种： 日负荷预测 周负荷预测 年负荷预测 长期负荷预测 短期负荷预测 超短期负荷预测 任何一种负荷预测，都是以历史资料为依据，采用统计方法，找出负荷变化的规律，建立负荷模型，同时根据一些特殊因素加以修正，即可获得未来时段的负荷值。 还应考虑网损和厂用电两个重要指标，从而最终确定系统的总负荷。,10,网络损耗分为： 不变损耗：与负荷大小无关，主要是系统中变压器的空载 损耗； 可变损耗：与负荷的平方成正比，主要是系统中变压器和 线路电阻中的损耗； 网损约占系统总负荷的6%-10%,11,4 有功功率平衡与备用容量,备用容量：15%2
5、0% 作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量应大于发电负荷。 定义：备用容量 系统可用电源容量 发电负荷,有功功率平衡：,12,备用容量的分类,系统装机容量=最大发电负荷+备用容量,13,第二节 电力系统中有功功率的最优分配,有功功率的最优分配，包括 有功功率电源的最优组合 有功功率负荷的最优分配。 一.有功功率电源的最优组合 有功功率电源的最优组合：是指系统中发电设 备或发电厂的合理组合即机组的合理开停，包括三个部分： 机组的最优组合顺序 机组的最优组合数量 机组的最优开停时间 方法：最优组合顺序法，动态规划法，整数规划法,14,各类发电厂的合理组合,系统中有备用容量时，可考虑
6、有功功率的最优分配问题，包括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配。 有功电源的最优组合：系统中发电设备和发电厂的合理组合。 有功负荷的最优分配：系统中的有功负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配。,15,一、 各类发电厂的运行特点,1 火电厂 （1）燃料及运输费用 （2）有功出力最小限制 （3）效率与蒸汽参数有关 （4）启停时间长且启停费用高 （5）热电厂总效率较高，但与热负荷相应的输出功率是不可调节的强迫功率。,16,一、 各类发电厂的运行特点,2 水电厂 （1）不需燃料费，但一次投资大 （2）出力调节范围比火电机组大 （3）启停费用低，且操作简单 （4）出力受水头影响 （5）
7、抽水蓄能 （6）必须释放水量强迫功率,17,一、 各类发电厂的运行特点,3 核电厂 （1）最小技术负荷小，为额定负荷1015。 （2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高； 启停及急剧调节时，易于损坏设备。 （3）一次投资大，运行费用小。,18,二、各类发电厂的合理组合,原则 （1）充分利用水源。 （2）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。 （3）尽量降低火力发电成本。,19,枯水期,丰水期,抽水,发电,20,结论：枯水季节，原子能电厂、火电厂承担基本不变的负荷，主要由带调节水库的水电厂调节负荷的波峰和波谷的变动；洪水季节，为防止水资源的浪费，水电厂、原子能电厂、高温高压火电厂承担基
8、本不变的负荷，由中温中压火电厂承担调节任务。,21,有功功率的最优分配,有功功率负荷的最优分配：是指系统的有功功率负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配。其核心是按等耗量微增率准则进行分配。 电力系统有功负荷的最优分配的目标：在满足系统有功功率平衡的条件下，使系统一次能源的消耗量为最低，使系统经济性达到最优。 电力系统最优运行是电力系统分析的一个重要分支，它所研究的问题主要是在保证用户用电需求（负荷）的前提下，如何优化地调度系统中各发电机组或发电厂的运行工况，从而使系统发电所需的总费用或所消耗的总燃料耗量达到最小这样决策问题。,22,5.2 电力系统有功功率的最优分配,1 发电机组
9、的耗量特性：反映发电机组单位时间内能量输入和输出关系的曲线。,耗量特性,23,5.2 电力系统有功功率的最优分配,比耗量：耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，即输入和输出之比 效率：比耗量倒数 耗量微增率：耗量特性曲线上某点切线的斜率，表示在该点的输入增量与输出增量之比。,效率曲线和微增率曲线,24,二、目标函数和约束条件,有功负荷最优分配的目的：在满足对一定量负荷持续供电的前提下，使发电设备在生产电能的过程中单位时间内所消耗的能源最少。 满足条件： 等式约束 f(x、u、d)=0 不等式约束 g(x、u、d)0 使 目标函数 F=F(x、u、d) 最优,25,1 目标函数,系统单位时间内
10、消耗的燃料（火电机组）,该目标函数是各发电设备发出有功功率的函数，描述的是单位时间内能源的消耗量。,26,2 约束条件,等式约束 不等式约束,忽略有功网损,27,三、 等耗量微增率准则,以两台火电机组为例，忽略有功网损；假定各台机组的燃料消耗量和输出功率不受限制，要求：确定负荷功率在两台机组间的分配，使总的燃料消耗量最小。 等式约束 目标函数,28,三、 等耗量微增率准则,作图法求解（只有两台机组） 在OO上找到一点作垂线， 与两条耗量特性曲线的交点 间距离最短。 在耗量特性曲线具有凸性的情 况下，两条曲线的切线平行时， 燃料消耗量最少。 曲线的切线即斜率，就是该点的耗量微增率。,29,切线平
11、行时，斜率相等，也就是耗量微增率相等。这就是等微增率准则。 物理意义,30,四、多个发电厂间的负荷经济分配,1.不计网损的有功最优分配 目标函数最小： 等式约束条件： 这是多元函数求条件极值问题，可以利用拉格朗日乘数法求解。 构造拉格朗日函数,31,求拉格朗日函数的无条件极值,32,不等式约束的处理,功率上下限约束 先不考虑该约束条件进行经济分配计算，若发现越限，越限的发电厂按极限分配负荷，其余发电厂再按经济分配。 节点电压及无功功率约束 在经济功率分配后的潮流计算中处理。,33,2.考虑网损的有功最优分配,等式约束变为 目标函数不变 拉格朗日函数为,经过网损修正后的等微增率准则,网损修正系数
12、,34,五、一个水电厂和一个火电厂间有功负荷的最优分配,目标：在整个运行周期内满足用户的电力需求，合理分配水火电厂的负荷，使总燃料消耗量最少。 等式约束： 目标函数最小：,这是一个求泛函极值问题，一般应用变分法求解。,35,5. 等耗量微增率准则的推广运用,用于解决火力发电厂与水力发电厂之间的最优分配问题。 其目标函数不变，不等式约束不变，忽略网损； 等式约束中加水量特性方程： wj：单位时间内水力发电设备的水量消耗。 另外还有所不同的是须各时段联立求解。 解P212（5-21），得到：,36,5. 等耗量微增率准则的推广运用,即： 实际可看作是一个换算系数，也称为水价系数。 在枯水季节，水电
13、厂承担调频任务， 比较小，比较大； 在洪水季节，水电厂承担基荷任务， 比较大，比较小。,37,5. 等耗量微增率准则的推广运用,根据给定的可消耗水量K2，设换算系数的初值 ； 求与 相对应的，各个不同时刻的有功功率负荷最优分配方案； 计算与这最优分配方案对应的消耗水量 ； 校验求得的 是否与给定的K2相等； 当 时，取 ；当 ，取 。自第二步开始重复计算； 继续计算，直到求得的 与给定的K2相等为止。,38,39,40,第三节 电力系统的频率调整,一.概述 频率是电力系统运行的一个重要的质量指标，直接影响着负荷的正常运行。负荷要求频率的偏差一般应控制在（0.2 0. 5）Hz的范围内。 一般而
14、言，系统综合负荷的有功功率与频率大致呈一次方关系。 要维持频率在正常的范围内，其必要的条件是系统必须具有充裕的可调有功电源。,41,电力系统频率与有功功率的关系 频率、电压是电网电能质量的二大指标。 频率变化原因：负荷变动导致有功功率的不平衡。 变化过程：负荷变化发电机转速变化频率变化负荷的调节效应新频率下达到平衡。 消除偏移：原动机输入功率大小随负荷变动而改变。 结论： 电网仅一个频率； 电网可在偏离额定频率下稳定运行；（0.2Hz） 频率调整依靠有功进行调整； 维持电网频率，调速器调整原动机输入，跟踪负荷变化。 转速与频率关系：,42,电力行业标准电网运行准则 6.6.1频率控制6.6.1
15、.1电力调度机构负责指挥电网的频率调整，并使电网运行在规定的频率范围。6.6.1.2电网调频厂由电力调度机构根据电厂调整能力确定。6.6.1.3在正常运行时，电力调度机构应安排适当的备用容量，并组织备用容量分配。6.6.1.5控制电网频率的手段有：一次调频、二次调频，高频切机、低频减载、低频自启动等。6.6.1.6电网必须具有适当的高频切机容量、低频自启动机组容量和低频低压切负荷容量，由电力调度机构负责管理。6.6.1.7频率异常的处理：a) 当系统频率高于正常频率范围上限时，为保证系统安全，电力调度机构可采用调整发电机出力、解列部分发电机组等手段；b) 当系统频率低于正常频率范围下限时，为保
16、证系统安全，电力调度机构可采用调整发电机出力、调用系统紧急备用容量、进行指令控制负荷等手段。,43,频率不稳定给运行中的电气设备带来的危害：,1 对用户影响： 异步机：转速变化影响产品质量；电机输出功率变化影响输出功率大小。 电子测量设备：影响测量精度。 照明、电热负荷：影响小。 2 对电网影响： 汽轮机叶片：振动、裂纹，影响寿命。 火电厂：低于48Hz辅助电机（送风、给水、循环、磨煤等）出力下降锅炉、汽轮机出力下降有功出力下降频率进一步下降恶性循环（频率雪崩）。 电网电压：频率下降异步机、变压器励磁电流增大，无功损耗增大。发电机励磁电压下降系统电压下降有可能导致系统电压雪崩（大面积停电）。 核电厂：频率下降冷却介质泵跳开反应堆停运。,44,二. 自动调速系统及其特性,离心飞摆调速系统示意图,转速测量元件离心飞摆及其附件； 放大元件错油门(或称配压阀)； 执行机构油动机(或称接
