電壓系統(tǒng)有功功率和頻率調(diào)整

1、1第四章第四章電力系統(tǒng)有功功率與頻率的調(diào)整電力系統(tǒng)有功功率與頻率的調(diào)整24.1 4.1 有功平衡和頻率調(diào)整有功平衡和頻率調(diào)整 1.1.電力系統(tǒng)頻率變化的影響電力系統(tǒng)頻率變化的影響 對用戶的影響對用戶的影響（1 1）異步電機轉(zhuǎn)速：紡織工業(yè)、造紙工業(yè)）異步電機轉(zhuǎn)速：紡織工業(yè)、造紙工業(yè)（2 2）異步電機功率下降）異步電機功率下降（3 3）電子設(shè)備的準(zhǔn)確度）電子設(shè)備的準(zhǔn)確度 對發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的影響對發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的影響（1 1）對發(fā)電廠廠用機械設(shè)備運行的影響）對發(fā)電廠廠用機械設(shè)備運行的影響（2 2）對汽輪機葉片的影響）對汽輪機葉片的影響（3 3）對異步電機及變壓器勵磁的影響，增加無）對異步電機及變

2、壓器勵磁的影響，增加無 功消耗。功消耗。34.1 4.1 有功功率和頻率調(diào)整有功功率和頻率調(diào)整2 2 頻率與有功平衡的關(guān)系頻率與有功平衡的關(guān)系 轉(zhuǎn)矩平衡與功率平衡轉(zhuǎn)矩平衡與功率平衡 轉(zhuǎn)矩不平衡時轉(zhuǎn)矩不平衡時, ,轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 速變化速變化, ,引起頻率變化引起頻率變化 保持頻率恒定不變是十分困難的保持頻率恒定不變是十分困難的 ! ! ETETPPMM 60pnf 44.1 有功功率和頻率調(diào)整3有功功率負(fù)荷的 變化及其調(diào)整5 系統(tǒng)負(fù)荷可以看作由以下三種具有不同變化規(guī)律的變動系統(tǒng)負(fù)荷可以看作由以下三種具有不同變化規(guī)律的變動 負(fù)荷組成：負(fù)荷組成：（1 1）變動周期小于）變動周期小于10s10s，變化

3、幅度小，變化幅度小: :小操作、線路搖擺等小操作、線路搖擺等（3 3）變動周期最大，變化幅度最大：氣象、生產(chǎn)、生活規(guī)律）變動周期最大，變化幅度最大：氣象、生產(chǎn)、生活規(guī)律（2）變動周期在（變動周期在（10s10s，180s180s），變化幅度較大：大電機、電），變化幅度較大：大電機、電 爐啟停爐啟停調(diào)速器調(diào)速器頻率的一次調(diào)整頻率的一次調(diào)整調(diào)頻器調(diào)頻器頻率的二次調(diào)整頻率的二次調(diào)整根據(jù)預(yù)測負(fù)根據(jù)預(yù)測負(fù)荷，在各機荷，在各機組間進(jìn)行最組間進(jìn)行最優(yōu)負(fù)荷分配優(yōu)負(fù)荷分配電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行調(diào)度（發(fā)電計劃）電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行調(diào)度（發(fā)電計劃）64 4 有功功率平衡與備用容量有功功率平衡與備用容量備用容量：備用容量：

4、15%15%20%20% 作用：作用：為了保證供電可靠性及電能質(zhì)量合格，系統(tǒng)電源容為了保證供電可靠性及電能質(zhì)量合格，系統(tǒng)電源容量應(yīng)大于發(fā)電負(fù)荷。量應(yīng)大于發(fā)電負(fù)荷。定義：定義：備用容量備用容量 系統(tǒng)可用電源容量系統(tǒng)可用電源容量 發(fā)電負(fù)荷發(fā)電負(fù)荷 有功功率平衡：有功功率平衡：,GiLiLossPPP8760t(h)P(MW)發(fā)電負(fù)荷發(fā)電負(fù)荷備用容備用容量量新增容新增容量量7按作用分：按作用分：(1)負(fù)荷備用：滿足負(fù)荷波動、計劃外負(fù)荷備用：滿足負(fù)荷波動、計劃外的負(fù)荷增量的負(fù)荷增量2%5%(2)事故備用：發(fā)電機因故退出運行而事故備用：發(fā)電機因故退出運行而預(yù)留的容量預(yù)留的容量5%10%(3)檢修備用：發(fā)

5、電機計劃檢修檢修備用：發(fā)電機計劃檢修4%5%(4)國民經(jīng)濟備用：滿足工農(nóng)業(yè)超計劃國民經(jīng)濟備用：滿足工農(nóng)業(yè)超計劃增長增長3%5%按其存在形式分：按其存在形式分：(1)熱備用熱備用(2)冷備用冷備用備用容量的分類備用容量的分類81.1.負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性4.2 電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)的頻率特性 332210NDNNDNNDNDNDffPaffPaffPaPaP13210 aaaa 332210fafafaaPD的標(biāo)幺值表達(dá)式的標(biāo)幺值表達(dá)式為基準(zhǔn)值為基準(zhǔn)值和和以以DNNPf9負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性簡化表達(dá)簡化表達(dá)當(dāng)頻率偏離額定值不大

6、時當(dāng)頻率偏離額定值不大時，負(fù)荷有功頻率靜態(tài)特性用一，負(fù)荷有功頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來表示。條近似直線來表示。fPtgKDD fPffPPKDNDNDD/負(fù)荷的負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)數(shù)或稱為負(fù)荷的或稱為負(fù)荷的頻率調(diào)頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)節(jié)效應(yīng)，表示負(fù)荷隨頻，表示負(fù)荷隨頻率的變化程度。率的變化程度。例例4 41 1102 2 發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性 調(diào)速器的工作原理調(diào)速器的工作原理1 為轉(zhuǎn)速測量元件為轉(zhuǎn)速測量元件離心飛擺及其附件；離心飛擺及其附件；2 為放大元件為放大元件錯油錯油門門(或稱配壓閥或稱配壓閥)；3 為執(zhí)行機構(gòu)為執(zhí)行機構(gòu)油動油動機機(或稱接

7、力器或稱接力器)；4 為轉(zhuǎn)速控制機構(gòu)或為轉(zhuǎn)速控制機構(gòu)或稱同步器稱同步器(調(diào)頻器調(diào)頻器)11調(diào)頻器的工作原理調(diào)頻器的工作原理12發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性發(fā)電機組的有功功率頻率靜態(tài)特性（1 1）靜態(tài)調(diào)差系數(shù)靜態(tài)調(diào)差系數(shù): :某臺機組負(fù)荷改變時相應(yīng)的頻率偏移某臺機組負(fù)荷改變時相應(yīng)的頻率偏移若若2 2為額定運行點，為額定運行點，1 1為空載為空載運行點：運行點：PfPPff 1212 PfPPffGNN/ 01122 0 ffPffPPNGN GNNPff0 NNNNffffff 00 100(%)0 NNfff 13單位調(diào)節(jié)功率單位調(diào)節(jié)功率: :調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)，表示頻率變化時調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)，表

8、示頻率變化時發(fā)電機組輸出功率的變化量。發(fā)電機組輸出功率的變化量。fPKGG1fPKGG1NGNGGfPKK小結(jié)：小結(jié)：調(diào)差系數(shù)越小，單位調(diào)節(jié)功率越大，頻率偏移越小。調(diào)差系數(shù)越小，單位調(diào)節(jié)功率越大，頻率偏移越小。調(diào)差系數(shù)是可以整定的。調(diào)差系數(shù)是可以整定的。143 電力系統(tǒng)的有功功率頻率靜態(tài)特性電力系統(tǒng)的有功功率頻率靜態(tài)特性PfP1f1A)( fPDC)( fPD BP2f2GP 0DP DP 15012ffffKPGGfKPDD負(fù)荷功率的實際增量：負(fù)荷功率的實際增量：它同發(fā)電機功率增量平衡：它同發(fā)電機功率增量平衡：fKPPPDDDD00GDDPPP0fKfKKPPPDGDGD)(0fPKKKDD

9、G0系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率：計及發(fā)電機和負(fù)荷的調(diào)節(jié)效：計及發(fā)電機和負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)時，引起頻率單位變化時的負(fù)荷變化量。應(yīng)時，引起頻率單位變化時的負(fù)荷變化量。PfP1f1A)(fPDC)(fPD BP2f2GP 0DP DP 16標(biāo)幺值表示fPKKKDDG 0fPfPKfPKDNDNDNGNG 0 fPffPPKPPKDNDNDDDNGNG00 fPKKkKDDGr0*系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率kr=PGN/PDN為備用系數(shù)為備用系數(shù) 等式兩端同除以等式兩端同除以PDN/fN小結(jié)：小結(jié)：系統(tǒng)中有功功率電源的出力不僅應(yīng)滿足在額定頻系統(tǒng)中有功功率電源的出力不僅應(yīng)滿足在額定頻率下

10、系統(tǒng)對有功功率的需求，而且應(yīng)有一定的備用。率下系統(tǒng)對有功功率的需求，而且應(yīng)有一定的備用。174.3 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整一、頻率的一次調(diào)整一、頻率的一次調(diào)整n臺裝有調(diào)速器的機組并列運行時，系統(tǒng)頻率變化臺裝有調(diào)速器的機組并列運行時，系統(tǒng)頻率變化 f f時時)21(,n,i fKPGiGiniGniGiGiGfKfKPP11NGiNniGiniGiGfPKKK11n臺機組的等值臺機組的等值單位調(diào)節(jié)功率單位調(diào)節(jié)功率結(jié)論：結(jié)論：n臺機組的等值單位調(diào)節(jié)功率遠(yuǎn)大于一臺機組的臺機組的等值單位調(diào)節(jié)功率遠(yuǎn)大于一臺機組的 單位調(diào)節(jié)功率。單位調(diào)節(jié)功率。18一、頻率的一次調(diào)整一、頻率的一次調(diào)整NGiN

11、niGiniGiGfPKKK11把把n臺機組用一臺等值機代表，等值單位調(diào)節(jié)功率標(biāo)幺值臺機組用一臺等值機代表，等值單位調(diào)節(jié)功率標(biāo)幺值GNGiNniGiGPPKK1niiGiNGNGPPK11niGiNGNPP1NGNGGfPKK代入代入19頻率的一次調(diào)整的計算過程頻率的一次調(diào)整的計算過程fPKKKDDG0NGiNniGiniGiGfPKKK11NGiNiiGiGifPfffKP1iGiNGifPP例例42 例例43求出頻率偏差求出頻率偏差每臺機組的功每臺機組的功率增量率增量小結(jié)：小結(jié)：調(diào)差系數(shù)越小的機組調(diào)差系數(shù)越小的機組增加的有功輸出相對越多。增加的有功輸出相對越多。20頻率的二次調(diào)整頻率的二次

12、調(diào)整：通過操作調(diào)頻器，使發(fā)電機組的頻率特：通過操作調(diào)頻器，使發(fā)電機組的頻率特性平行的移動，從而使負(fù)荷變化引起的頻率偏移在允許的波性平行的移動，從而使負(fù)荷變化引起的頻率偏移在允許的波動范圍內(nèi)。動范圍內(nèi)。1.主調(diào)頻廠的選擇主調(diào)頻廠的選擇調(diào)頻廠：調(diào)頻廠：負(fù)有二次調(diào)頻任務(wù)的電廠，分為主調(diào)頻廠和輔助負(fù)有二次調(diào)頻任務(wù)的電廠，分為主調(diào)頻廠和輔助 調(diào)頻廠。調(diào)頻廠。調(diào)頻廠應(yīng)滿足的條件：調(diào)頻廠應(yīng)滿足的條件：1 1）足夠的調(diào)整容量）足夠的調(diào)整容量2 2）較快的調(diào)整速度）較快的調(diào)整速度3 3）調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟性較好）調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟性較好二、頻率的二次調(diào)整二、頻率的二次調(diào)整21調(diào)整容量調(diào)整容量: : 水電廠水電廠 火

13、電廠火電廠中溫中壓電廠（中溫中壓電廠（7575） 高溫高壓電廠（高溫高壓電廠（3030） 調(diào)整速度：調(diào)整速度： 水電廠水電廠 火電廠火電廠調(diào)頻廠選擇：調(diào)頻廠選擇： 首選：水電廠首選：水電廠 其次：中溫中壓電廠其次：中溫中壓電廠222.2.頻率二次調(diào)整的過程頻率二次調(diào)整的過程pf0)( fPDf1A)( fPGB)(fPD f22f )(fPG C0DP EFB 23頻率的二次調(diào)整頻率的二次調(diào)整fKfKPPDGGD0fKfKKPPDGGD)(0KPPfGD0結(jié)論：結(jié)論：（1）由于二次調(diào)頻增加了發(fā)電機的出力，在同樣的頻率）由于二次調(diào)頻增加了發(fā)電機的出力，在同樣的頻率 偏移下，系統(tǒng)能承受的負(fù)荷變化量

14、增加了。偏移下，系統(tǒng)能承受的負(fù)荷變化量增加了。（2）可以做到）可以做到無差調(diào)節(jié)無差調(diào)節(jié)。AE EF FC24多臺機組并列運行（三臺機組，多臺機組并列運行（三臺機組，1 1號機組為主調(diào)頻機組）號機組為主調(diào)頻機組）fKKfKfKKKPPPPPDGDGGGDD )( )(3213210fKKPPDGGD )(10例例4 44 4例例4 45 5調(diào)頻機組未動作時調(diào)頻機組未動作時調(diào)頻機組動作后調(diào)頻機組動作后254.3.3 4.3.3 互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整AGADAKPP AGADAKPP AAGAABDAfKPPP BBGBABDBfKPPP KPPKKPPPPfGDBAGBGADBDA

15、 )()(BAGADABGBDBAABKKPPKPPKP )()(ABP 26BAGADABGBDBAABKKPPKPPKP )()(聯(lián)絡(luò)線功率聯(lián)絡(luò)線功率BGBDBAGADAKPPKPP 0 ABPBAGADBDBBAGADABDBAABKKPPKPKKPPKPKP )()(例例4 46 6例例4 47 7B系統(tǒng)不參系統(tǒng)不參加二次調(diào)整加二次調(diào)整274.4 4.4 各類發(fā)電廠的合理組合各類發(fā)電廠的合理組合系統(tǒng)中有備用容量時，可考慮有功功率的最優(yōu)分配問題，包系統(tǒng)中有備用容量時，可考慮有功功率的最優(yōu)分配問題，包括有功電源的最優(yōu)組合及有功負(fù)荷的最優(yōu)分配。括有功電源的最優(yōu)組合及有功負(fù)荷的最優(yōu)分配。有功電

16、源的最優(yōu)組合有功電源的最優(yōu)組合：系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備和發(fā)電廠的合理組合。：系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備和發(fā)電廠的合理組合。有功負(fù)荷的最優(yōu)分配有功負(fù)荷的最優(yōu)分配：系統(tǒng)中的有功負(fù)荷在各個正在運行的：系統(tǒng)中的有功負(fù)荷在各個正在運行的發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間的合理分配。發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間的合理分配。28一、一、 各類發(fā)電廠的運行特點各類發(fā)電廠的運行特點1 1 火電廠火電廠（1 1）燃料及運輸費用）燃料及運輸費用（2 2）有功出力最小限制）有功出力最小限制（3 3）效率與蒸汽參數(shù)有關(guān)）效率與蒸汽參數(shù)有關(guān)（4 4）啟停時間長且啟停費用高）啟停時間長且啟停費用高（5 5）熱電廠總效率較高，但與熱負(fù)荷相應(yīng)的輸出功率是不可）熱電廠總

17、效率較高，但與熱負(fù)荷相應(yīng)的輸出功率是不可 調(diào)節(jié)的強迫功率。調(diào)節(jié)的強迫功率。29一、一、 各類發(fā)電廠的運行特點各類發(fā)電廠的運行特點2 2 水電廠水電廠（1 1）不需燃料費，但一次投資大）不需燃料費，但一次投資大（2 2）出力調(diào)節(jié)范圍比火電機組大）出力調(diào)節(jié)范圍比火電機組大（3 3）啟停費用低，且操作簡單）啟停費用低，且操作簡單（4 4）出力受水頭影響）出力受水頭影響（5 5）抽水蓄能）抽水蓄能（6 6）必須釋放水量強迫功率）必須釋放水量強迫功率30一、一、 各類發(fā)電廠的運行特點各類發(fā)電廠的運行特點3 核電廠核電廠（1）最小技術(shù)負(fù)荷小，為額定負(fù)荷）最小技術(shù)負(fù)荷小，為額定負(fù)荷1015。（2）啟停費用高

18、；負(fù)荷急劇變化時，調(diào)節(jié)費用高；啟停及）啟停費用高；負(fù)荷急劇變化時，調(diào)節(jié)費用高；啟停及 急劇調(diào)節(jié)時，易于損壞設(shè)備。急劇調(diào)節(jié)時，易于損壞設(shè)備。（3）一次投資大，運行費用小。）一次投資大，運行費用小。31二、各類發(fā)電廠的合理組合二、各類發(fā)電廠的合理組合原則原則（1 1）充分利用水源。）充分利用水源。（2 2）降低火電機組的單位煤耗，發(fā)揮高效機組的作用。）降低火電機組的單位煤耗，發(fā)揮高效機組的作用。（3 3）盡量降低火力發(fā)電成本。）盡量降低火力發(fā)電成本。32枯水期枯水期豐水期豐水期抽水抽水發(fā)電發(fā)電334.5 4.5 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配1 1 發(fā)電機組的耗量特性：發(fā)電機

19、組的耗量特性：反映發(fā)電機組單位時間內(nèi)能量反映發(fā)電機組單位時間內(nèi)能量輸入輸入和和輸出輸出關(guān)系的曲線。關(guān)系的曲線。耗量特性耗量特性344.5 4.5 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配比耗量：比耗量：耗量特性曲線上某點的耗量特性曲線上某點的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)之比，即輸入和縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)之比，即輸入和輸出之比輸出之比效率：效率：比耗量倒數(shù)比耗量倒數(shù)耗量微增率耗量微增率：耗量特性曲線上某：耗量特性曲線上某點切線的斜率，表示在該點的輸點切線的斜率，表示在該點的輸入增量與輸出增量之比。入增量與輸出增量之比。PF / FP / dPdF / 效率曲線和微增率曲線效率曲線和微增率曲線 35二、目

20、標(biāo)函數(shù)和約束條件二、目標(biāo)函數(shù)和約束條件有功負(fù)荷最優(yōu)分配的目的有功負(fù)荷最優(yōu)分配的目的：在滿足對一定量負(fù)荷持續(xù)供電的：在滿足對一定量負(fù)荷持續(xù)供電的前提下，使發(fā)電設(shè)備在生產(chǎn)電能的過程中單位時間內(nèi)所消耗前提下，使發(fā)電設(shè)備在生產(chǎn)電能的過程中單位時間內(nèi)所消耗的能源最少。的能源最少。 滿足條件：滿足條件： 等式約束等式約束 f(x、u、d)=0 不等式約束不等式約束 g(x、u、d)0 使使 目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù) F=F(x、u、d) 最優(yōu)最優(yōu)361 1 目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)系統(tǒng)單位時間內(nèi)消耗的燃料（火電機組）系統(tǒng)單位時間內(nèi)消耗的燃料（火電機組） niGiiGnnGGPFPFPFPFF12211)()()()(該目

21、標(biāo)函數(shù)是各發(fā)電設(shè)備發(fā)出有功功率的函數(shù)，該目標(biāo)函數(shù)是各發(fā)電設(shè)備發(fā)出有功功率的函數(shù)，描述的是單位時間內(nèi)能源的消耗量。描述的是單位時間內(nèi)能源的消耗量。372 2 約束條件約束條件等式約束等式約束不等式約束不等式約束 nimjLLDjGiPPP11 nimjLDjGiPP11忽略有功網(wǎng)損忽略有功網(wǎng)損 maxminmaxminGiGiGiGiGiGiQQQPPP38三、三、 等耗量微增率準(zhǔn)則等耗量微增率準(zhǔn)則以兩臺火電機組為例，忽略有功網(wǎng)損；假定各臺機組的燃料以兩臺火電機組為例，忽略有功網(wǎng)損；假定各臺機組的燃料消耗量和輸出功率不受限制，要求：消耗量和輸出功率不受限制，要求：確定負(fù)荷功率在兩臺機確定負(fù)荷功率

22、在兩臺機組間的分配，使總的燃料消耗量最小組間的分配，使總的燃料消耗量最小。 等式約束等式約束 目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)021 LDGGPPP)()( min2211GGPFPFF 39三、三、 等耗量微增率準(zhǔn)則等耗量微增率準(zhǔn)則作圖法求解（只有兩臺機組）作圖法求解（只有兩臺機組） 在在OO上找到一點作垂線，上找到一點作垂線， 與兩條耗量特性曲線的交點與兩條耗量特性曲線的交點 間距離最短。間距離最短。 在耗量特性曲線具有凸性的情在耗量特性曲線具有凸性的情 況下，況下，兩條曲線的切線平行時，兩條曲線的切線平行時， 燃料消耗量最少燃料消耗量最少。 曲線的切線即斜率，就是該點的曲線的切線即斜率，就是該點的耗量微

23、增率。耗量微增率。40切線平行時，斜率相等，也就是耗量微增率相等。切線平行時，斜率相等，也就是耗量微增率相等。這就是等微增率準(zhǔn)則。這就是等微增率準(zhǔn)則。物理意義物理意義2211GGdP/dFdP/dF ，節(jié)約的燃料消耗為：增加，機組減少調(diào)整負(fù)荷分配，機組，并且總輸出功率不變等：假如兩臺機組微增率不PPdPdFdPdFGG212211022112211 P)dPdFdPdF(PdPdFPdPdFFGGGG 41四、多個發(fā)電廠間的負(fù)荷經(jīng)濟分配四、多個發(fā)電廠間的負(fù)荷經(jīng)濟分配1.1.不計網(wǎng)損的有功最優(yōu)分配不計網(wǎng)損的有功最優(yōu)分配目標(biāo)函數(shù)最?。耗繕?biāo)函數(shù)最小：等式約束條件：等式約束條件：這是多元函數(shù)求條件極值問題，可以利用拉格朗日乘數(shù)法求這是多元函數(shù)求條件極值問題，可以利用拉格朗日乘數(shù)法求解。解。構(gòu)造拉格朗日函數(shù)構(gòu)造拉格朗日函數(shù) niGii)P(FF1 niLDGiPP10 niLDGiPP