电力系统有功功率的平衡和频率调整

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1、第五章第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整电力系统有功功率的平衡和频率调整第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡第二节第二节 电力系统的频率调整电力系统的频率调整教学要求教学要求返回1. 1. 理解理解有功功率平衡与频率的关系；有功功率平衡与频率的关系；2. 2. 理解理解电力系统频率特性及其调整原理和措施。电力系统频率特性及其调整原理和措施。第一节 电力系统中有功功率的平衡一、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响一、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响低频运行的危害低频运行的危害概括起来有：概括起来有： 影响用户的影响用户的工作和产品质量工作和产品质量； 影响

2、发电厂的影响发电厂的安全运行安全运行； 影响汽轮机影响汽轮机叶片寿命叶片寿命； 影响系统的影响系统的经济运行经济运行。例如例如异步电异步电 动机、变压动机、变压 器器励磁电流励磁电流 的增加的增加互联电力系统互联电力系统解列解列，发电机，发电机解列解列二、电力系统中有功功率的平衡和备用容量二、电力系统中有功功率的平衡和备用容量P P1 1 第一种第一种负荷负荷; ; P P2 2 第二种第二种负荷负荷; ;P P3 3第三种第三种负荷负荷; ;P P - -实际不规则的实际不规则的总负荷总负荷(1) (1) 负荷的分类负荷的分类1. 1. 有功功率负荷的变动及其调整有功功率负荷的变动及其调整第

3、一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡第一种负荷第一种负荷: : 变动幅度很小变动幅度很小, ,周周 期很短，是由于期很短，是由于中小型用电设备中小型用电设备 的投入和切除引起的的投入和切除引起的，具有很大，具有很大 的随机性。的随机性。第二种负荷第二种负荷：变动幅度较大变动幅度较大, ,周周 期较长，是由于期较长，是由于大型设备的投大型设备的投 入和切除引起的入和切除引起的，例如：工业，例如：工业 电炉、电力机车等冲击负荷。电炉、电力机车等冲击负荷。第三种负荷第三种负荷：变动幅度大变动幅度大, ,周周 期长，是期长，是由于生产、生活和季由于生产、生活和季 节等因素引起的

4、节等因素引起的。第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡无法无法 预测预测无法无法 预测预测可通过可通过统计分统计分 析方法析方法预测预测第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡可按可按最优化准则最优化准则在各发电厂在各发电厂 之间进行分配之间进行分配(2) (2) 调频任务的分配调频任务的分配第一种负荷变动第一种负荷变动: :发电机组发电机组调速器调速器进行调节，称为频率进行调节，称为频率一次一次调整。调整。第二种负荷变动第二种负荷变动：发电机组：发电机组调频器调频器进行调节，称为频率的进行调节，称为频率的二次二次调整。调整。第三种负荷变动第三种负

5、荷变动：各发电厂：各发电厂按事先按事先给定的发电负荷曲线发电给定的发电负荷曲线发电，称为频，称为频率的率的三次三次调整。调整。第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡2. 2. 有功功率平衡和备用容量有功功率平衡和备用容量(1) (1) 有功平衡有功平衡所有发电厂所有发电厂 发出发出的有功的有功 功率功率所有用户所有用户的的 有功负荷有功负荷所有发电厂所有发电厂的的 厂用电有功负厂用电有功负 荷和荷和所有变电所有变电 站站站用电有功站用电有功 负荷负荷所有网络所有网络的的 有功损耗有功损耗第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡2. 2. 有功功率平

6、衡和备用容量有功功率平衡和备用容量系统应在系统应在正常允许正常允许 的频率范围内的频率范围内（也（也 即在一定的频率范即在一定的频率范 围围）保持平衡）保持平衡(1) (1) 有功平衡有功平衡第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡电力系统的电力系统的频率升高频率升高电力系统的电力系统的频率降低频率降低正常情况下频率允许偏移范围正常情况下频率允许偏移范围：我国规定为：我国规定为 500.20.5Hz500.20.5Hz。 第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡(2) (2) 有功备用有功备用发电机发电机 总装机总装机 容量容量有功有功备备 用容量用

7、容量如果系统如果系统装机容量不足装机容量不足，则可能使系统处于，则可能使系统处于低频运行低频运行。 发电机是发电机是唯一的唯一的有功电源。有功电源。第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡(1) (1) 负荷备用负荷备用。为了满足系统中短时的。为了满足系统中短时的负荷变动和短期负荷变动和短期内计划外的负荷增加内计划外的负荷增加而设置的备用。负荷备用容量的大小而设置的备用。负荷备用容量的大小 与系统的负荷大小有关，一般为与系统的负荷大小有关，一般为最大负荷的最大负荷的2%5%2%5%。大系。大系统采用较小的百分数，小系统采用较大的百分数。统采用较小的百分数，小系统采用较大的

8、百分数。系统中有功功率电源系统中有功功率电源备用容量备用容量按其用途可分为以下几种：按其用途可分为以下几种：为热备用为热备用 （旋转备用）（旋转备用）第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡在有在有水、火电厂水、火电厂的联合系统，一般为的联合系统，一般为冷冷 备用；备用；在只有在只有火电厂或水电厂火电厂或水电厂不能投入不能投入 运行时，运行时，为热备用为热备用(2) (2) 事故备用事故备用。在发电设备。在发电设备发生偶然事故发生偶然事故时，为保证向时，为保证向 用户正常供电而设置的备用。一般为用户正常供电而设置的备用。一般为最大负荷的最大负荷的5%10%5%10%，但，

9、但不能小于不能小于系统中系统中最大一台机组最大一台机组的容量。的容量。第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡只有按这些规定安排不过来时，只有按这些规定安排不过来时，才需要才需要 设置专门的检修备用容量。设置专门的检修备用容量。(3) (3) 检修备用检修备用。为系统中的发电设备能。为系统中的发电设备能定期检修而设置定期检修而设置 的备用。检修备用与前两种备用不同，是事先安排的。检的备用。检修备用与前两种备用不同，是事先安排的。检 修分小修和大修两种：修分小修和大修两种：小修一般安排在节假日或负荷低谷小修一般安排在节假日或负荷低谷 期，期，大修时间水电厂一般安排在枯水期，

10、火电厂安排在一大修时间水电厂一般安排在枯水期，火电厂安排在一 年中系统综合负荷最小的季节。年中系统综合负荷最小的季节。一般一般火电机组火电机组的检修周期约为的检修周期约为1 1年年；水电水电 机组机组约为约为2 2年年。机组的。机组的检修时间检修时间约为约为1 1个个 月。月。第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡(4) (4) 国民经济备用国民经济备用。考虑国民经济。考虑国民经济超计划增长和新用户超计划增长和新用户 的出现的出现而设置的备用。这部分备用与国民经济增长有关，而设置的备用。这部分备用与国民经济增长有关， 一般取一般取最大负荷的最大负荷的3%5%3%5%。第

11、一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡三、各类发电厂的特点及合理组合三、各类发电厂的特点及合理组合电力系统中的发电厂电力系统中的发电厂 主要主要有以下三类有以下三类: :水力发电厂、水力发电厂、火力发电厂、原子能发电厂火力发电厂、原子能发电厂（核电厂）（核电厂）各类发电厂由于其设备容量、机械特性、使用的动力各类发电厂由于其设备容量、机械特性、使用的动力资源等不同，而有着不同的技术经济特性。必须结合它们资源等不同，而有着不同的技术经济特性。必须结合它们 的特点，合理地组织这些发电厂的运行方式，恰当安排它的特点，合理地组织这些发电厂的运行方式，恰当安排它 们在们在电力系统日负

12、荷曲线电力系统日负荷曲线和和年负荷曲线中的位置年负荷曲线中的位置，以提高，以提高 电力系统运行的经济性。电力系统运行的经济性。第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡(1) 要支付燃料及运输费用，不受自然条件的影响；( (一一) ) 各类发电厂的特点各类发电厂的特点1. 1.火力发电厂火力发电厂的主要特点的主要特点(2) 有功出力最小限制，启停时间长且启停费用高；(3) 效率与蒸汽参数有关，高温高压设备效率最高，低温低压设备效率最低； (4) 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。第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡(1

13、) (1) 必须释放水量必须释放水量强迫功率强迫功率；2. 2.水力发电厂水力发电厂的特点的特点(2) (2) 出力调节范围比火电机组大，出力调节范围比火电机组大，启停费用低，且操作简单启停费用低，且操作简单；(3) (3) 不需燃料费，但一次投资大，抽水蓄能，水电厂的运行不需燃料费，但一次投资大，抽水蓄能，水电厂的运行依水库调节性能的依水库调节性能的不同在不同程度上受自然条件不同在不同程度上受自然条件的影响。的影响。第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡(1)最小技术负荷小，为额定负荷1015；3. 3.原子能发电厂原子能发电厂的特点的特点(2)启停费用高；负荷急剧变

14、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。第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡（二）各类发电厂的合理组合（二）各类发电厂的合理组合原则原则: :(1) (1) 充分利用充分利用水源；水源；(2) (2) 降低降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用；火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用；(3) (3) 尽量降低尽量降低火力发电成本。火力发电成本。第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡各类发电厂在各类发电厂在日负荷曲线日负荷曲线中的安排示意图中的安排示意图(a) (a) 枯水季节枯水季节(b) (b) 丰

15、水季节丰水季节第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡抽水蓄能电厂 吸收功率抽水蓄能电厂 发出功率低温低压：低温低压：450450、3535大气压大气压中温中压：中温中压：520520、100100大气压大气压高温高压：高温高压：550550、180180大气压大气压超临界机组：超临界机组：575575、200200以上大气压以上大气压四、有功功率负荷的最优分配四、有功功率负荷的最优分配1. 1. 耗量特性耗量特性耗量特性：耗量特性：发电设备单位时发电设备单位时间内消耗的能源间内消耗的能源(F(F或或W)W)与发与发出有功功率出有功功率(P(PGG) )的关系。的关系。比耗量：比耗量：效率效率第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡耗量微増率耗量微増率第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡比耗量比耗量 最小最小第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡2. 2. 目标函数和约束条件目标函数和约束条件优化计算的方法优化计算的方法就是：就是：在满足在满足等式约束条件等式约束条件和和不等式约束条件不等式约束条件的前提下，使 的前提下，使目标函数目标函数为最优。 为最优。第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡有功负荷有功负荷的最