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1、电力系统自动化,1,第三章 电力系统频率及有功 功率的自动调节,电力系统自动化,2,本章内容,3.1 电力系统的频率特性3.2 调频与调频方程式 3.3 电力系统的经济调度与自动调频3.4 电力系统低频减载,电力系统自动化,3,第一节 电力系统的频率特性,电力系统自动化,4,本节内容,一、有功平衡和频率调整 二、电力系统的频率特性,电力系统自动化,5,一、 有功平衡和频率调整,1.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 2.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
2、压器励磁的影响，增加无功消耗。,（一）电力系统频率变化的影响,电力系统自动化,6,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 !,（二）频率与有功平衡的关系,电力系统自动化,7,（三）有功功率负荷的变化及其调整,电力系统自动化,8,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,（三）有功功率负荷的变化及其调整,电力系统自动化,9,（四）有功功率平衡
3、与备用容量,备用容量：15%20% 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：,电力系统自动化,10,按作用分： (1)负荷备用：满足负荷波动、计划外的负荷增量2%5% (2)事故备用：发电机因故退出运行而预留的容量5%10% (3)检修备用：发电机计划检修4%5% (4)国民经济备用：满足工农业超计划增长3%5%,按其存在形式分：(1)热备用(2)冷备用,备用容量的分类:,电力系统自动化,11,（一）负荷的有功功率频率静态特性,二、电力系统的频率特性,电力系统自动化,12,负荷的有功功率频率静态特性简化表达
4、：,当频率偏离额定值不大时，负荷有功频率静态特性用一条近似直线来表示。,负荷的频率调节效应系数或称为负荷的频率调节效应，表示负荷随频率的变化程度。,电力系统自动化,13,（1）静态调差系数:某台机组负荷改变时相应的频率偏移若2为额定运行点，1为空载 运行点：,（二）发电机组的有功功率频率静态特性,电力系统自动化,14,单位调节功率:调差系数的倒数，表示频率变化时发电机组输出功率的变化量。,小结：调差系数越小，单位调节功率越大，频率偏移越小。 调差系数是可以整定的。,电力系统自动化,15,（三）电力系统的有功功率频率静态特性,电力系统自动化,16,负荷功率的实际增量：它同发电机功率增量平衡：,系
5、统的单位调节功率：计及发电机和负荷的调节效应时，引起频率单位变化时的负荷变化量。,电力系统自动化,17,标幺值表示:,系统的单位调节功率kr=PGN/PDN为备用系数,等式两端同除以PDN/fN,电力系统自动化,18,3.2 调频与调频方程式,电力系统自动化,19,一、频率的一次调整,（一）n台装有调速器的机组并列运行时，系统频率变化f时,n台机组的等值单位调节功率,结论：n台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的单位调节功率。,电力系统自动化,20,一、频率的一次调整,把n台机组用一台等值机代表，等值单位调节功率标幺值,代入,电力系统自动化,21,频率的一次调整的计算过程,求出频率偏差,每台
6、机组的功率增量,小结：调差系数越小的机组增加的有功输出相对越多。,电力系统自动化,22,频率的二次调整：通过操作调频器，使发电机组的频率特性平行的移动，从而使负荷变化引起的频率偏移在允许的波动范围内。,1.主调频厂的选择 调频厂：负有二次调频任务的电厂，分为主调频厂和辅助调频厂。 调频厂应满足的条件： 1）足够的调整容量 2）较快的调整速度 3）调整范围内的经济性较好,二、频率的二次调整,电力系统自动化,23,调整容量: 水电厂火电厂 中温中压电厂（75）高温高压电厂（30） 调整速度： 水电厂火电厂 调频厂选择： 首选：水电厂 其次：中温中压电厂,电力系统自动化,24,2. 频率二次调整的过
7、程,电力系统自动化,25,频率的二次调整,结论： （1）由于二次调频增加了发电机的出力，在同样的频率偏移下，系统能承受的负荷变化量增加了。 （2）可以做到无差调节。,AE EF FC,电力系统自动化,26,多台机组并列运行（三台机组，1号机组为主调频机组）,调频机组未动作时,调频机组动作后,电力系统自动化,27,3 互联系统的频率调整,电力系统自动化,28,联络线功率,B系统不参加二次调整,电力系统自动化,29,二、各类发电厂的合理组合,系统中有备用容量时，可考虑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
8、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。,电力系统自动化,30,一、 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。,电力系统自动化,31,一、 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）抽水蓄能 （6）必须释放水量强迫功率,电力系统自动化,32,一、 各类发电厂的运行特点,3 核电厂 （1
9、）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。,电力系统自动化,33,二、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。,电力系统自动化,34,枯水期,丰水期,抽水,发电,电力系统自动化,35,三、电力系统有功功率的最优分配,1 发电机组的耗量特性：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,电力系统自动化,36,三、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，
10、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,电力系统自动化,37,二、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,电力系统自动化,38,1 目标函数,系统单位时间内消耗的燃料（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。,电力系统自动化,39,2 约束条件,等
11、式约束不等式约束,忽略有功网损,电力系统自动化,40,三、 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,电力系统自动化,41,三、 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。,电力系统自动化,42,切线平行时，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,电力系统自动化,43,四、
12、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,电力系统自动化,44,求拉格朗日函数的无条件极值,电力系统自动化,45,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。,例48,电力系统自动化,46,2.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,电力系统自动化,47,3.3 电力
13、系统的经济调度 与自动调频,电力系统自动化,48, 微增率：是指输入耗量微增量与输出功率微增量的比值。 等微增率法则：就是运行的发电机组按微增率相等的原则来分配负荷，这样就可使系统总的燃料消耗（或费用）为最小。,一、等微增率分配负荷的基本概念,电力系统自动化,49,电力系统自动化,50,对应于某一输出功率时的微增率就是耗量特性曲线上对应于该功率点切线的斜率，即 式中 b耗量微增率（或简称微增率） 输入耗量微增率； 输出功率微增量。,电力系统自动化,51,电力系统自动化,52,设有n台机组，每台机组承担的负荷为P1，P2，,Pn，对应的燃料消耗为F1，F2，Fn，则总的燃料消耗为 而总负荷功率P
14、L为,电力系统自动化,53,用拉格朗日乘子法则来求解 取拉格朗日方程 式中 -总燃料消耗；-拉格朗日乘子；-约束函数。 这里功率平衡就是相应的约束条件，即,电力系统自动化,54,使总燃料消耗最小的条件是（3-31）式对功率的偏导数为零。即,电力系统自动化,55,因PL是常数，同时各机组的输出功率又是相互无关的，所以,电力系统自动化,56,设每台机组都是独立的，那么每台机组燃料消耗只与本身的输出功率有关。因此，上式可写成,电力系统自动化,57,因此，发电厂内并联运行机组的经济调度准则为：各机组运行时微增率b1,b2,bn相等，并等于全厂的微增率。,电力系统自动化,58,设有n个发电厂，每个电厂承
15、担的负荷分别为P1，P2，Pn，相应的燃料消耗为F1，F2，Fn，则全系统总的燃料消耗为 总的发电功率与总负荷PL及线损Pe 相平衡，即,二、发电厂之间负荷的经济分配,电力系统自动化,59,拉格朗日方程为：上式对功率的偏导数为零，得： 式中 -线损修正系数；-系统微增率；-电厂微增率。,电力系统自动化,60,在考虑线损条件下，负荷经济分配的准则是每个电厂的微增率与相应的线损修正系数的乘积相等。 为了求得各电厂的微增率bi，必须计算出线损pe（一般事先根据运行工况而选定的线损系数求得），然后算出各电厂的线损微增率i，即 由上式得,电力系统自动化,61,（一） 概述 电力系统中发电量的控制，一般分为三种情况 由同步发电机的调速器实现的控制（一次调整，10S）； 由自动发电控制（简称AGC，即英文Automatic Generation Control的缩写）（二次调整，10S3min）； 按照经济调度（简称EDC，即英文Economic Dispatch Control）（三次调整，3min）。,三、自动发电控制（AGC/EDC功能）,电力系统自动化,62,（2）自动发电控制的基本原理,
