電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析第4章

1、第4章 電力系統(tǒng)有功功率分配與頻率控制 電力系統(tǒng)運(yùn)行的基本任務(wù) 安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)地供電 保證系統(tǒng)有功功率平衡： 互聯(lián)成網(wǎng)的交流電力系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行方式下具有同一頻率 頻率偏移：系統(tǒng)運(yùn)行頻率與額定頻率之差 有功功率電源不足或負(fù)荷增大時(shí)，系統(tǒng)頻率下降，有功功率電源過?；蜇?fù)荷減小時(shí)，系統(tǒng)頻率上升 負(fù)荷具有不確定性和多變性，在實(shí)際運(yùn)行中系統(tǒng)頻率會(huì)發(fā)生波動(dòng)，故需不斷調(diào)節(jié)有功電源的輸出，使電力系統(tǒng)保持有功功率平衡4.1 電力系統(tǒng)有功功率控制的必要性PPPP網(wǎng)損廠用電負(fù)荷發(fā)電機(jī)500.2Hz我國(guó)的規(guī)定3電力系統(tǒng)頻率與有功功率直接相關(guān)：)(0ETjPPdtdTGPETPT在較低的頻率下功率重新平衡，但平衡

2、負(fù)荷頻率特性發(fā)電機(jī)調(diào)差特性 0 ,ETETETPPfPPPP電力系統(tǒng)頻率與有功功率電力系統(tǒng)頻率與有功功率1） 有功功率負(fù)荷的變化基于日負(fù)荷曲線的負(fù)荷成分分析： P1變動(dòng)幅度很小、周期很短，有很大的隨機(jī)性-調(diào)速器一次調(diào)頻解決 P2變動(dòng)幅度較大、周期較長(zhǎng)，主要為周期性短時(shí)間需大量有功的用電設(shè)備（沖擊性負(fù)荷）-調(diào)頻器二次調(diào)頻解決 P3變動(dòng)幅度最大、周期最長(zhǎng)，由生產(chǎn)/生活/氣象等變化引起最優(yōu)發(fā)電分配（三次調(diào)頻）解決4.2 電力系統(tǒng)的有功功率平衡tP0Pt0P1P2P3成分分解52）電力系統(tǒng)的有功電源 電力系統(tǒng)有功電源主要是各種發(fā)電機(jī)。 各類發(fā)電廠的特點(diǎn)火電廠：技術(shù)最小負(fù)荷；不宜頻繁起停；參數(shù)不同，效率

3、不同水電廠：強(qiáng)迫功率；起停容易；水頭影響；水庫(kù)調(diào)節(jié)性能和洪枯等自然條件的影響；抽水蓄能;核電廠：技術(shù)最小負(fù)荷；不宜頻繁起停；運(yùn)行費(fèi)用小 有功電源優(yōu)化包含兩方面內(nèi)容：有功電源的最優(yōu)組合和有功負(fù)荷在運(yùn)行機(jī)組間的最優(yōu)分配各類發(fā)電廠的合理組合原則：充分合理利用水利資源，盡量避免棄水；最大限度地降低火電廠煤耗，充分發(fā)揮高效機(jī)組的作用；降低火力發(fā)電的成本，執(zhí)行國(guó)家有關(guān)燃料政策，減少燒油，增加燃用劣質(zhì)煤、當(dāng)?shù)孛骸？菟诟黝愲姀S發(fā)電順序：1.無調(diào)節(jié)水電廠2.有調(diào)節(jié)水電廠的強(qiáng)迫功率3.熱電廠的強(qiáng)迫功率4.核電廠5.燃料劣質(zhì)、當(dāng)?shù)厝剂匣痣姀S6.熱電廠的可調(diào)功率7.高溫高壓火電廠8.中溫中壓火電廠9.低溫低壓火電廠

4、10.有調(diào)節(jié)水電廠的可調(diào)功率豐水期時(shí)，有調(diào)節(jié)水電廠的可調(diào)功率也常歸入強(qiáng)迫功率成為不可調(diào)功率。系統(tǒng)備用容量系統(tǒng)備用容量：系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電負(fù)荷的部分。 一般要求達(dá)最大發(fā)電負(fù)荷的15%20%.按存在形式：熱備用（旋轉(zhuǎn)備用、運(yùn)轉(zhuǎn)備用）、冷備用按用途： 負(fù)荷備用負(fù)荷備用（熱備用/旋轉(zhuǎn)備用）：最大負(fù)荷的35% 滿足系統(tǒng)中短期負(fù)荷波動(dòng)和計(jì)劃外增加的負(fù)荷 事故備用事故備用（熱冷備用）：最大負(fù)荷的510%，最大單機(jī)容量 系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，為保證正常供電而設(shè)置的備用 與系統(tǒng)容量/各類電廠比例/發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)/單機(jī)容量/故障概率有關(guān) 檢修備用檢修備用（冷備用）：視需要4%5% 為系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電設(shè)備定期檢修而設(shè)置

5、的 與發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)/年負(fù)荷曲線/檢修周期/檢修時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān) 常事先安排在低谷負(fù)荷期進(jìn)行，一般可不單獨(dú)設(shè)檢修備用 國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用（冷備用）：最大負(fù)荷的35% 考慮到國(guó)民經(jīng)濟(jì)超計(jì)劃增長(zhǎng)而設(shè)置的備用3 3） 備用容量備用容量84.3 電力系統(tǒng)的頻率特性 頻率對(duì)用戶的影響頻率對(duì)用戶的影響系統(tǒng)頻率的變化將引起異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，從而影響產(chǎn)品的質(zhì)量；系統(tǒng)頻率下降使電動(dòng)機(jī)功率下降，影響傳動(dòng)機(jī)械的出力；也可能使某些重要設(shè)備無法工作影響電子設(shè)備的工作、電鐘的準(zhǔn)確性； 對(duì)電力系統(tǒng)本身的影響對(duì)電力系統(tǒng)本身的影響系統(tǒng)頻率降低影響拖動(dòng)電廠輔機(jī)的異步電動(dòng)機(jī)的處理，嚴(yán)重時(shí)可能迫使鍋爐停爐；低頻運(yùn)行會(huì)引起汽輪機(jī)低

6、壓葉片共振，縮短葉片壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使葉片斷裂，造成重大事故；頻率降低會(huì)增加勵(lì)磁電流，增加系統(tǒng)無功損耗，當(dāng)無功備用不足使導(dǎo)致電壓下降。頻率穩(wěn)定也便于電壓調(diào)整。1）f1AA” CCFFEEb進(jìn)a出4BB CC 進(jìn)氣大f A”A離心飛擺式調(diào)速器原理圖2）調(diào)頻器動(dòng)作DEEb進(jìn)a出4B CE氣門停 氣門加大，f不變， 相當(dāng)于調(diào)差曲線上移1.飛擺2.彈簧3.錯(cuò)油門4.油動(dòng)機(jī)5.調(diào)頻器調(diào)速器的調(diào)節(jié)特性 調(diào)速器的簡(jiǎn)化模型KSRPP11 TS1R積分元件錯(cuò)油門與油動(dòng)機(jī)的作用反饋元件桿ACB的作用，反饋系數(shù)RP11 發(fā)電機(jī)的靜態(tài)調(diào)節(jié)性發(fā)電機(jī)的靜態(tài)調(diào)節(jié)性 靜態(tài)調(diào)差系數(shù)（調(diào)差率）：/baGbGafffHz MWPPP

7、 * NGNfffP PP 標(biāo)幺值0/NGNffHz MWP 00*NNNGNGNNfffffPPf fP0GbP0fbf當(dāng)選擇b點(diǎn)為額定運(yùn)行點(diǎn)，a點(diǎn)為空載運(yùn)行點(diǎn)，則baafGaP* 0fP 發(fā)電機(jī)的調(diào)節(jié)方程可見：機(jī)組的調(diào)差系數(shù)（或稱調(diào)差率），是指機(jī)組功率從空載到滿載時(shí)的頻率偏移的標(biāo)幺值。 表明頻率發(fā)生單位變化時(shí)，機(jī)組出力的變化量。 一般，汽輪發(fā)電機(jī)組 s*= 0.040.06，KG*= 2516.7 水輪發(fā)電機(jī)組 s*= 0.020.04，KG*= 5025 當(dāng)調(diào)差系數(shù)s*= 0時(shí)，f*= 0，機(jī)組出力變化不會(huì)引起頻率偏差，稱無差調(diào)節(jié)/GGPKMWHzf *fPffPPKGNGNGGn單位調(diào)

8、節(jié)功率 調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)稱為機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率13 負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性 負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性一般以多項(xiàng)式表示：nNLNnNLNNLNLNLffPaffPaffPaPaP.22101.210naaaaLLPKf*fPffPPKLNLNLLPLffNPLN其中 在上式中，忽略高次項(xiàng)，頻率變化與負(fù)荷功率變化成線性關(guān)系。 負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率KL由負(fù)荷性質(zhì)決定，不能整定。一般KL*=13。144.4 電力系統(tǒng)頻率調(diào)整 電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻設(shè)系統(tǒng)負(fù)荷突然增加PL0PLPG f 下降 f0f調(diào)頻器動(dòng)作，調(diào)差曲線1升到2工作點(diǎn) 000負(fù)荷變化PL0等于線段ao，由三部分組成：a-b段，負(fù)荷調(diào)節(jié)功率

9、-KLf”b-c段，一次調(diào)頻功率-KGf” c-o 段，二次調(diào)頻功率PG0，即： 0000 fKKPPKKPPfLGLGLGGLacb 00fKfKPPLGGL若為無差調(diào)節(jié)，系統(tǒng)運(yùn)行點(diǎn)為O此時(shí)， f”=0， PG0 =PL0184.5 電力系統(tǒng)的調(diào)頻方法互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整可見，聯(lián)合系統(tǒng)頻率的變化取決于系統(tǒng)的總功率缺額PA+PB，以及系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率KA+KB= KS聯(lián)絡(luò)線上的交換功率大小及流動(dòng)方向與各子系統(tǒng)的功率缺額和子系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率有關(guān)。KAPGAPLAAKBPGBPLBBPabfffBABA ) 1, 相聯(lián)系統(tǒng)，有對(duì)AAabGALAfKPPP )2BBabGBLBfKPPP )3 B

10、ABABAGBLBGALAKKPPKKPPPPfGALAAPPPGBLBBPPPBAABBAabKKPKPKP定義：194.6 電力系統(tǒng)有功負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配 發(fā)電機(jī)組的耗量特性 耗量：煤耗量F、水耗量F 比耗量特性：F,WPG0F,WPG0PFFPm,PG0miiPFiiiiFP1dPdF目的：保證系統(tǒng)安全運(yùn)行和電能質(zhì)量合格的前提下，使供應(yīng)同樣的有功負(fù)荷時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)消耗的一次能源最小比耗量和耗量微增率意義不同，數(shù)值一般不相等，僅在從原點(diǎn)作直線與耗量特性曲線相切的切點(diǎn)處，兩者才相等。此點(diǎn)為比耗量最小點(diǎn)。比耗量小的機(jī)組應(yīng)優(yōu)先投入運(yùn)行。耗量微增率：圖1.耗量特性圖2.比耗量特性圖3.效率特性發(fā)電機(jī)組

11、的效率 發(fā)電優(yōu)化分配模型niGiiGnnGGPFPFPFPFF12211.minPPPniLiniGi11niLiniGiPP110sincos1njijijijijjiLiGiBGUUPP忽略網(wǎng)損maxminGiGiGiPPPmaxminGiGiGiQQQmaxminiiiUUUmaxijjii = 1,2,n) (PFGii目標(biāo)函數(shù)：約束條件：有功平衡：潮流方程：不等式約束：-第i臺(tái)機(jī)組燃料消耗21 二臺(tái)發(fā)電機(jī)模型二臺(tái)發(fā)電機(jī)模型： 只考慮火電廠或火力發(fā)電設(shè)備間功率的最優(yōu)分配； 忽略有功網(wǎng)損； 兩臺(tái)機(jī)組承擔(dān)一總負(fù)荷； 能源消耗無限制； 暫不考慮不等約束。2211min :GGPFPFFobj

12、LGGPPPst21 .LGGGGPPPPFPFL21221101GPL02GPL0L則：寫出Lagrange函數(shù)：極值必要條件：G1PG1G2PG2PL22得：00dd0dd2122121111LGGGGGGGGPPPPPFPLPPFPL222111dddd GGGGPPFPPF0 2121LGGPPP即： 上式為兩臺(tái)機(jī)組有功功率最優(yōu)分布的條件，稱為等耗量微增率準(zhǔn)則。由于耗量特性曲線通常都下凹，故上述條件就是極小值條件。23n n臺(tái)機(jī)或臺(tái)機(jī)或n n個(gè)發(fā)電廠直接的最優(yōu)負(fù)荷分配（忽略網(wǎng)損）個(gè)發(fā)電廠直接的最優(yōu)負(fù)荷分配（忽略網(wǎng)損）niGiiPFF1min01LniGiPP約束條件最優(yōu)分配條件：目標(biāo)函

13、數(shù)0dd.dddd1222111LniGiGnGnnGGGGPPPPFPPFPPFn.21LniGiniGiiPPPFL11)(Lagrange函數(shù)：01LniGiPP即：多機(jī)等微增率準(zhǔn)則：24 考慮網(wǎng)損的有功功率最優(yōu)分配考慮網(wǎng)損的有功功率最優(yōu)分配niGiiPFF1min01PPPLmiGi,n,i21優(yōu)化分配條件：PPPPFLLniGiniGii11Lagrange函數(shù)：目標(biāo)函數(shù)：001dd1PPPPPPPFLmiGiGikGiGii約束條件：25,n,i21011ddF1PPPPPPPLmiGiGiGiGii擴(kuò)展等微增率準(zhǔn)則：GiPP1-網(wǎng)損修正系數(shù)GiPP-網(wǎng)損微增率上式稱為最優(yōu)分配負(fù)荷時(shí)的協(xié)調(diào)方程。26最優(yōu)分配方案的迭代求解步驟最優(yōu)分配方案的迭代求解步驟1.設(shè)耗量微增率初值(0)