電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析-第五章

1、電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析,第五章 電力系統(tǒng)的有功功率平衡與頻率調(diào)整 （電力系統(tǒng)的有功功率平衡 ）主講 周任軍,一、電力系統(tǒng)頻率變化的影響1、對用戶的影響 （1）異步電機轉(zhuǎn)速：紡織工業(yè)、造紙工業(yè) （2）異步電機功率下降 （3）電子設(shè)備的準(zhǔn)確度2、對發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的影響 （1）對發(fā)電廠廠用機械設(shè)備運行的影響 （2）對汽輪機葉片的影響 （3）對異步電機及變壓器勵磁的影響，增加無功消耗。,二、電力系統(tǒng)運行頻

2、率與有功功率平衡的關(guān)系 要保持電力系統(tǒng)在某一頻率下運行，就必須保證在該頻率下電力系統(tǒng)的有功率功率平衡；有功不足，頻率下降；有功過剩，頻率升高。,三、頻率變化原因及分類1、負荷波動分類P1—一類負荷波動 周期短；幅值小；由用電設(shè)備 的投入和退出引起；不可預(yù)測。P2—二類負荷波動 周期較長，幅值較大；由大容 量用電設(shè)備的投入和退出引起， 不可預(yù)測。P3——

3、三類負荷波動 周期最長，幅值最大；由生產(chǎn) 生活規(guī)律和氣象條件變化引起；可 以預(yù)測。,2、頻率變化原因 負荷變化破壞電力系統(tǒng)的有功率平衡關(guān)系。3、電力系統(tǒng)頻率的調(diào)整方法及頻率調(diào)整分類① 頻率調(diào)整方法 根據(jù)負荷變化調(diào)整有功電源（發(fā)電機）出力。② 頻率調(diào)整分類 一次調(diào)整—針對第一類負荷變動進行的調(diào)整，由于這類負荷的變動周期很短、幅值較小，又具有很強的偶然性，所以只能靠自動裝置（調(diào)速

4、器）來實現(xiàn)。 二次調(diào)整—針對第二類負荷變動進行的調(diào)整，由調(diào)頻器改變調(diào)頻電廠的機組出力來實現(xiàn)。,三次調(diào)整—針對第三類負荷變動進行的調(diào)整，由于此類負荷基本上可以預(yù)測，所以通常都是根據(jù)預(yù)測的負荷曲線按最優(yōu)分配原則在系統(tǒng)各發(fā)電機（發(fā)電廠）之間進行分配。所以三次調(diào)整又稱為負荷的最優(yōu)分配，由人工完成。,四、電力系統(tǒng)有功率平衡及備用容量1、電力系統(tǒng)的負荷與電源容量◆ 綜合負荷=系統(tǒng)中所有負荷之和；◆ 供電負荷=綜合負荷+網(wǎng)

5、損；◆ 發(fā)電負荷=供電負荷+廠用負荷；◆ 系統(tǒng)額定容量=系統(tǒng)裝機額定容量之和；◆ 系統(tǒng)電源容量=系統(tǒng)中可運行機組的可發(fā)容量之和。2、有功功率平衡與系統(tǒng)備用容量①有功功率平衡： （額定頻率下）②系統(tǒng)備用容量：定義：系統(tǒng)備用容量=系統(tǒng)電源容量-發(fā)電負荷≈ （15～20）%,作用： 在系統(tǒng)出現(xiàn)第一類、第二類負荷的波動、負荷的超計劃增長、事故導(dǎo)致的發(fā)電機退出運行和設(shè)備檢修導(dǎo)致的設(shè)備退出

6、運行情況下，保證電力系統(tǒng)在要求頻率水平下的功率平衡，以保證供電可靠性和電能質(zhì)量。,分類： 按用途： 負荷備用—針對一類、二類負荷波動和預(yù)測外負荷設(shè)置（2%~5%）。 事故備用—針對事故導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備退出設(shè)置（5%~10%，且不小于系統(tǒng)最大一臺機組的額定容量）。 檢修備用—針對發(fā)電設(shè)備檢修退出運

7、行設(shè)置（視情況）。 國民經(jīng)濟備用—針對國民經(jīng)濟的超計劃增長設(shè)置（3%~5%） 按形式： 熱備用—系統(tǒng)運行機組所具有的備用容量； 冷備用—系統(tǒng)中可運行而未運行機組的可發(fā)容量。,發(fā)電負荷 負荷備用 （熱備用） 運行機組可發(fā)容量事故備用 （熱備用） 可運行機

8、 （冷備用） 組的可發(fā)檢修備用 （冷備用） 容量國名經(jīng)濟備用（冷備用）,五、有功電源的合理組合1、有功負荷最優(yōu)分配的內(nèi)容① 有功電源的最優(yōu)組合（冷備用分布） ◆ 最優(yōu)組合順序 ◆ 最優(yōu)組合數(shù)量 ◆

9、最優(yōu)開停機時間② 有功負荷最優(yōu)分配（熱備用分布）2、有功電源的合理組合順序1）各類發(fā)電廠的特點① 凝汽式火力發(fā)電廠 礦物能源、環(huán)境污染、燃料及運輸費用。,高溫高壓：運行經(jīng)濟性較好、出力可調(diào)范圍小、不易頻繁 開停機、不易承擔(dān)急劇變動負荷。 中溫中壓：運行經(jīng)濟性較差、出力調(diào)節(jié)范圍較大、不易頻 繁

10、開停機、不易承擔(dān)急劇變動負荷。② 熱電廠 礦物能源、環(huán)境污染、燃料及運輸費用、供熱情況下發(fā)電時效率高，但存在強迫功率、不易頻繁開停機、不易承擔(dān)急劇變動負荷。③ 核電廠 礦物能源、環(huán)境不良影響小、建設(shè)投資大、周期長、發(fā)電成本低、不易承擔(dān)急劇變動負荷、不易頻繁開停機。,④ 水電廠 可再生能源、環(huán)境不良影響小、開停機時間短、調(diào)節(jié)速度快、開停機及調(diào)節(jié)出力時經(jīng)濟性好、建設(shè)周期長，投資大、出

11、力受水頭影響。 徑流式水電站：強迫功率、無調(diào)節(jié)能力； 具有調(diào)節(jié)庫容的水電站：存在強迫功率、技術(shù)最小出力小，調(diào)節(jié)范圍大。,2）各類發(fā)電廠合理組合順序,電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析,第五章 電力系統(tǒng)的有功功率平衡與頻率調(diào)整 （電力系統(tǒng)有功負荷的最優(yōu)分配—頻率的三次調(diào)整）主講 周任軍,一、有功負荷的最優(yōu)分配1、目的 滿足負荷需求，經(jīng)濟合理分配各發(fā)電機組有功出力，使系統(tǒng)總的能源消耗（燃料費用、市場調(diào)度總

12、費用）最少。2、發(fā)電機的耗量特性① 耗量特性 火電廠： 水電廠：,汽輪發(fā)電機組耗量特性曲線 水輪發(fā)電機組耗量特性曲線② 比耗量 火力發(fā)電機組： 水力發(fā)電機組： 反映發(fā)電機在該運行狀態(tài)下平均效率的高低。,③ 耗量微增率 火力發(fā)電機組： 水力發(fā)電機組： 反映發(fā)電機組在該運

13、行狀態(tài)下，出力增加或減少單位值時，能源消耗增加或減少的多少。,3、有功負荷的最優(yōu)分配（火電廠、不計能源消耗受限）① 目標(biāo)函數(shù)② 約束條件 等約束條件： （或 潮流方程 ） 不等約束條件：,,,,,,,③ 簡單最優(yōu)分配 ◆不計不等約束、不計網(wǎng)損影響情況下，根據(jù)拉格朗日乘數(shù)法有： C*取得極值條件，即原函數(shù)在滿足等約束條件下取得極值條件為：

14、 （1） （2） 即：

15、 （3）等耗量微 增率準(zhǔn)則 （4）,--—等耗量微增率準(zhǔn)則,◆

16、計及有功不等約束時，有功負荷的最優(yōu)分配 先不考慮不等約束條件，按等耗量微增率準(zhǔn)則對負荷進行分配； 對于分配功率超過上限的機組取上限，低于下限的機組取下限； 從總負荷中減去按上限或下限發(fā)電機組的出力，將剩余的負荷在剩余機組中再按等耗量微增率準(zhǔn)則進行分配?！?節(jié)點電壓及無功不等約束條件的考慮 不能違背； 與有功負荷最優(yōu)分配無直接關(guān)系； 有功負荷最

17、優(yōu)分配后，在潮流計算中考慮。,◆ 考慮網(wǎng)損時，有功負荷的最優(yōu)分配 目標(biāo)函數(shù)不變： 等約束條件： 拉格朗日函數(shù)： 取得極值條件：,最優(yōu)分配原則： ★將各發(fā)電機的耗量微增率用相應(yīng)的網(wǎng)損修正系數(shù)修正后，在滿足等約束條件下，按等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則分配。4、例題1,二、能源消耗受限制（既有火電廠，又有水電 廠）時，有功負荷的最優(yōu)分配（一水一火）1、目標(biāo)

18、在整個運行時間段內(nèi)滿足用戶的電力需求，合理分配水火電廠的負荷，使總?cè)剂舷牧孔钌佟?、最優(yōu)分配原則 目標(biāo)函數(shù)： 等約束條件：,,,,拉格朗日函數(shù)：取得極值條件：,最優(yōu)分配原則： 即在每個時間段內(nèi)，在滿足功率平衡的情況下，按 分配，并使總的水量消耗等于規(guī)定值。,,,,3、 的物理意義及計算① 物理意義

19、 就發(fā)電而言，每噸標(biāo)準(zhǔn)煤相當(dāng)于 立方米水，稱為水煤換算系數(shù)。,,,,,,,,② 與允許耗水量 的關(guān)系 越大，水輪發(fā)電機分配得到的出力 越小，耗水量 越小。反之，允許的耗水量越大 ，則 的取值應(yīng)越小。,,③ 的確定 采用迭代法，步驟如下： （1）給定出 ,按最優(yōu)

20、分配原則求 （2）將 與允許耗水量 進行比較，若 ， 則重取 ；若 ，則重取 。 再按所取 循環(huán)計算，直到 ，則 即為所求。,例題2,三、多個火電廠和多個水電廠的負荷分配

21、 給定 與已知 比較 …… 直到 與 相等，則最后一次 求得的 就是最優(yōu)分 配。,一種概念?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)中優(yōu)化調(diào)度方法……,例,目標(biāo)函數(shù)：

22、等式約束條件：不等式約束:,總費用,火電費用,水電費用,……,,優(yōu)化模型及求解,電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析,第五章 電力系統(tǒng)的有功功率平衡與頻率調(diào)整3主講 周任軍,負荷的變化將引起頻率的相應(yīng)變化，電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整大體上分一次、二次、三次調(diào)整。 頻率的一次調(diào)整（或稱為一次調(diào)頻）指由發(fā)電機組的調(diào)速器進行的，是對一次負荷變動引起的頻率偏移作調(diào)整。 頻率的二次調(diào)整（或稱為二次調(diào)頻）指由發(fā)電機組的調(diào)頻

23、器進行的，是對二次負荷變動引起的頻率偏移作調(diào)整。 頻率的三次調(diào)整（或稱為三次調(diào)頻）是對三次負荷變動引起的頻率偏移作調(diào)整。將在有功功率平衡的基礎(chǔ)上，按照最優(yōu)化的原則在各發(fā)電廠之間進行分配。,一、電力系統(tǒng)綜合負荷的有功靜態(tài)頻率特性1、負荷有功功率靜態(tài)頻率特性,,當(dāng)頻率偏離額定值不大時，負荷有功－頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來表示。,KL*(KL)由系統(tǒng)負荷性質(zhì)決定，無法調(diào)整。通常,,負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)或稱為負荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)、

24、負荷的單位調(diào)節(jié)功率，表示負荷隨頻率的變化程度。,2、發(fā)電機有功功率—靜態(tài)頻率特性① 調(diào)速器工作原理,1 轉(zhuǎn)速測量元件—離心飛擺及其附件；2 放大元件—錯油門(或稱配壓閥)；3 執(zhí)行機構(gòu)—油動機(或稱接力器)；4 轉(zhuǎn)速控制機構(gòu)或稱同步器(調(diào)頻器),FLASH,② 調(diào)頻器工作原理,③ 發(fā)電機有功功率—靜態(tài)頻率特性◆ 無調(diào)速器時◆ 有調(diào)速器時,◆ 有調(diào)頻器時,④ 發(fā)電機的調(diào)差系數(shù)、單位調(diào)節(jié)功率,◆調(diào)差系數(shù):某臺機組負

25、荷改變時相應(yīng)的頻率偏移若2為額定運行點，1為空載運行點：,,◆單位調(diào)節(jié)功率,調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)，表示頻率變化時發(fā)電機組輸出功率的變化量。,發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率與調(diào)差系數(shù)的關(guān)系：一般來說發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率是可以整定的：汽輪發(fā)電機組 =3~5或 =33.3~20水輪發(fā)電機組 =2~4或 =50~25,二、電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整1、工作過程2、

26、電力系統(tǒng)的有功功率 —靜態(tài)頻率特性 發(fā)電機功率增量 稱為電力系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率。,系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率定義：,,,標(biāo)幺值表示 系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率,kr=PGN/PLN為備用系數(shù),等式兩端同除以PLN/fN,,3、多機系統(tǒng)中等值發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率 結(jié)論：參與一次調(diào)整的發(fā)電機數(shù)量越多，等值發(fā)電機的單

27、位調(diào)節(jié)功率越大，從而系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率越大。4、一次調(diào)整的特點 ◆不能實現(xiàn)無差調(diào)節(jié)，因而在負荷變化較大的情況下（如第二類負荷變化）不能保證系統(tǒng)頻率在要求的范圍； ◆參與一次調(diào)整的發(fā)電機數(shù)量越多，同樣負荷變化情況下，系統(tǒng)頻率波動越小。,5、一次調(diào)整的計算 ① 計算系統(tǒng)等值發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率 ② 計算系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率 ③ 計算電力系統(tǒng)的頻率偏移

28、④ 計算各發(fā)電機增發(fā)的功率（需要時）,注：取功率的增大或頻率的上升為正；為保證調(diào)速系統(tǒng)本身運行的穩(wěn)定，不能采用過大的單位調(diào)節(jié)功率；對于滿載機組，不再參加調(diào)整。 對于系統(tǒng)有若干臺機參加一次調(diào)頻： 具有一次調(diào)頻的各機組間負荷的分配，按其調(diào)差系數(shù)即下降特性自然分配。,三、電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整,負荷變動幅度較大 （0.5%~1.5%），周期較長（幾分鐘）僅靠一次調(diào)頻作用不能使頻率的變化保持在允許范圍內(nèi)需要

29、調(diào)頻器動作可以實現(xiàn)無差調(diào)節(jié),1、調(diào)整過程2、計算分析若 則3、系統(tǒng)負荷變化的提供：二次調(diào)頻的發(fā)電機組增發(fā)的功率 ；發(fā)電機組執(zhí)行一次調(diào)頻，按有差特性的調(diào)差系數(shù)分配而增發(fā)的功率 ；由系統(tǒng)的負荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)所減少的負荷功率,四、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率調(diào)整,,,聯(lián)絡(luò)線功率,,,例4－6例4－7,聯(lián)合電力系統(tǒng)的接線圖及參數(shù)如下，聯(lián)絡(luò)線的功率傳輸限制為300MW，頻率偏移超出 才進

30、行二次調(diào)頻，當(dāng)子系統(tǒng)A出現(xiàn)功率缺額200MW時，如系統(tǒng)A不參加一次調(diào)頻，聯(lián)絡(luò)線的功率是否越限？,例題（一、二次調(diào)頻）,解： ① 系統(tǒng)A不參加一次調(diào)頻，不進行二次調(diào)頻時的頻率偏移,調(diào)頻器不動作,不進行頻率的二次調(diào)整。 ② 聯(lián)絡(luò)線上的功率變化,③ 聯(lián)絡(luò)線傳輸功率校驗,聯(lián)絡(luò)線傳輸功率未超越其傳輸極限功率。,四、調(diào)頻電廠選擇1、二次調(diào)頻過程中的負荷轉(zhuǎn)移

31、 為調(diào)整過程穩(wěn)定和保證調(diào)整不破壞系統(tǒng)負荷的最優(yōu)分配，系統(tǒng)只設(shè)置一個調(diào)頻電廠。 結(jié)論：二次調(diào)整結(jié)束后，負荷變化絕大部分為調(diào)速機組所承擔(dān)。,2、對調(diào)頻電廠的要求 ◆ 調(diào)頻電廠應(yīng)有足夠的調(diào)節(jié)容量； 調(diào)頻廠的調(diào)節(jié)容量可由下式確定。式中： ◆ 調(diào)整速度快，調(diào)整過程經(jīng)濟性和安全性要好； ◆ 不增加調(diào)整過程中系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線工