發(fā)電廠第五章ppt

1、2021年11月20日星期六n頻率偏移產生的頻率偏移產生的原因原因、影響影響、以及允許的以及允許的頻率偏離量頻率偏離量？n保持頻率偏移量不超過保持頻率偏移量不超過一定范圍的條件一定范圍的條件n（如何保持有功功率的平衡如何保持有功功率的平衡）n電力系統(tǒng)的電力系統(tǒng)的頻率調整頻率調整n有功功率的有功功率的最優(yōu)分配最優(yōu)分配2021年11月20日星期六頻率變化的原因頻率變化的原因?頻率變化對負荷的影響(1)異步機異步機 (2)電子設備電子設備 (3)電鐘電鐘頻率變化對電力系統(tǒng)的影響(1) 水泵、風機、磨煤機水泵、風機、磨煤機(2) 汽輪機的葉片汽輪機的葉片(3) 變壓器的勵磁變壓器的勵磁頻率允許偏移的范

2、圍：50Hz(0.20.5)Hz 系統(tǒng)中負系統(tǒng)中負荷的變荷的變化化你答對了嗎你答對了嗎?2021年11月20日星期六 運行中：運行中： u備用容量備用容量: 1.按作用形式分按作用形式分CSDLGPPPPP負荷備用(2-5%Plmax)檢修備用(可能不安排)事故備用(5-10% Plmax或系統(tǒng)中最 大一臺單機容量）國民經濟發(fā)展備用(3-5%Plmax ）2021年11月20日星期六2、按存在形式分為、按存在形式分為兩者差一個網損兩者差一個網損兩者差一個廠用電兩者差一個廠用電 熱備用:運轉中發(fā)電設備可能發(fā)的最大 功率與發(fā)電負荷之差(旋轉備 用)冷備用:未運轉的、但能隨時啟動的發(fā) 發(fā)電設備可以發(fā)

3、的最大功率 (不含檢修中的設備)n負荷的分類負荷的分類: 1.用電負荷 2.供電負荷 3.發(fā)電負荷2021年11月20日星期六有功功率負荷變動曲線有功功率負荷變動曲線2021年11月20日星期六變動有很大的偶然性變動有很大的偶然性 屬于這一種的主要有電爐、壓延機械、屬于這一種的主要有電爐、壓延機械、電氣機車等帶有沖擊性的負荷電氣機車等帶有沖擊性的負荷 這一種是由于生產、生活、氣象等變這一種是由于生產、生活、氣象等變化引起的負荷變動化引起的負荷變動 2021年11月20日星期六n據此據此,頻率調整頻率調整一次調整一次調整:由發(fā)電機組的調速器進行的由發(fā)電機組的調速器進行的 對第一種負荷變動引起的頻

4、對第一種負荷變動引起的頻率偏移的調整率偏移的調整 二次調整二次調整:由發(fā)電機的調頻器進行的、由發(fā)電機的調頻器進行的、 對第二種負荷變動引起的對第二種負荷變動引起的頻率偏移的調整頻率偏移的調整 三次調整三次調整:按最優(yōu)化準則分配第三種有按最優(yōu)化準則分配第三種有 規(guī)律變動的負荷，即責成各發(fā)電廠規(guī)律變動的負荷，即責成各發(fā)電廠 按事先給定的發(fā)電荷曲線發(fā)電。按事先給定的發(fā)電荷曲線發(fā)電。2021年11月20日星期六有功功率的最優(yōu)分配有功功率的最優(yōu)分配:l有功功率電源的最優(yōu)組合有功功率電源的最優(yōu)組合 即指系統(tǒng)中發(fā)電設備或發(fā)電廠的合理組合即指系統(tǒng)中發(fā)電設備或發(fā)電廠的合理組合,也就也就是所謂的機組合理開停是所謂

5、的機組合理開停.l有功功率負荷的最優(yōu)分配有功功率負荷的最優(yōu)分配 即指系統(tǒng)的有功功率負荷在各個正在運行的發(fā)電即指系統(tǒng)的有功功率負荷在各個正在運行的發(fā)電設備或發(fā)電廠之間的合理分配設備或發(fā)電廠之間的合理分配.最常用的是按等耗量最常用的是按等耗量微增率準則分配微增率準則分配.2021年11月20日星期六2021年11月20日星期六(1)火電廠特點：火電廠特點：l 需燃料及運輸費用，但不受自然條件影響需燃料及運輸費用，但不受自然條件影響l效率與蒸汽參數有關效率與蒸汽參數有關 l受鍋爐、汽輪機最小技術負荷限制，有功出力調整受鍋爐、汽輪機最小技術負荷限制，有功出力調整范圍較窄，增減速度慢，參數越高范圍越窄范

6、圍較窄，增減速度慢，參數越高范圍越窄(高溫高溫高壓高壓30%，中溫中壓，中溫中壓75%) l機組投入退出，承擔急劇負荷響應時間長，多耗能機組投入退出，承擔急劇負荷響應時間長，多耗能量，易損壞設備量，易損壞設備l熱電廠抽汽供熱，效率高，但技術最小負荷取決于熱電廠抽汽供熱，效率高，但技術最小負荷取決于熱負荷，為強迫功率熱負荷，為強迫功率2021年11月20日星期六2021年11月20日星期六(2)水電廠特點：水電廠特點：l不要燃料費，水力可梯級開發(fā)，連續(xù)使用，但受自不要燃料費，水力可梯級開發(fā)，連續(xù)使用，但受自然條件影響。然條件影響。l出力調節(jié)范圍大，出力調節(jié)范圍大，50%以上以上, 增減負荷速度快

7、，操增減負荷速度快，操作容易，可承擔急劇變化的負荷作容易，可承擔急劇變化的負荷l決定發(fā)電量的除水量外還有水位差決定發(fā)電量的除水量外還有水位差 保證出力保證出力l抽水蓄能機組（天荒坪抽水蓄能機組（天荒坪630萬千瓦）萬千瓦）l必須與火電配合必須與火電配合 l維持航運、灌溉、需一定水量，對應強迫功率維持航運、灌溉、需一定水量，對應強迫功率2021年11月20日星期六2021年11月20日星期六(3) 核電廠特點：核電廠特點：l可調容量大，退、投、增、減負荷消耗能量、時間，可調容量大，退、投、增、減負荷消耗能量、時間，易損壞設備易損壞設備l一次投資大，運行費低，盡量利用承擔基本負荷一次投資大，運行費

8、低，盡量利用承擔基本負荷n應指出應指出: 枯水季節(jié)枯水季節(jié)往往由系統(tǒng)中的往往由系統(tǒng)中的大型水電廠大型水電廠承擔承擔調頻調頻任務任務;洪水季節(jié)洪水季節(jié)這任務就轉移給這任務就轉移給中溫中壓火電廠中溫中壓火電廠.抽抽水蓄能電廠水蓄能電廠在其發(fā)電期間也可在其發(fā)電期間也可參加調頻參加調頻.但但低溫低壓低溫低壓火電廠火電廠則因容量不足則因容量不足,設備陳舊設備陳舊,不能擔負調頻任務不能擔負調頻任務.2021年11月20日星期六l各類發(fā)電廠組合順序示意圖各類發(fā)電廠組合順序示意圖枯水季節(jié)枯水季節(jié):2021年11月20日星期六洪水季節(jié)洪水季節(jié):2021年11月20日星期六1. 耗量特性耗量特性: 發(fā)電設備單位時

9、間內發(fā)電設備單位時間內消耗的能源與發(fā)出的有功消耗的能源與發(fā)出的有功功率的關系。如圖所示功率的關系。如圖所示:l 比耗量比耗量: 單位時間內輸單位時間內輸入能量與輸出功率之間的入能量與輸出功率之間的比值比值. l耗量微增率耗量微增率: 耗量耗量特性特性曲線曲線上某點切線的斜率上某點切線的斜率 dPdFPF/PFu/2021年11月20日星期六2. 目標函數和約束條件目標函數和約束條件l目標函數目標函數 有功負荷最優(yōu)分配的目的：在供應同樣大小負荷有有功負荷最優(yōu)分配的目的：在供應同樣大小負荷有功功率的前提下，單位時間內的能源消耗最少。這里功功率的前提下，單位時間內的能源消耗最少。這里的的目標函數目標

10、函數就應該是就應該是總耗量最少總耗量最少。即為。即為 )()()()(12211GiniiGnnGGPFPFPFPFF)(GiiPF011PPPniiLiniiGiP為網絡總損耗為網絡總損耗以以 表示某發(fā)電設備發(fā)出有功功率時單位表示某發(fā)電設備發(fā)出有功功率時單位時間內所需消耗的能源。時間內所需消耗的能源。n 等式約束條件等式約束條件2021年11月20日星期六不計網絡損耗時，上式可改寫為不計網絡損耗時，上式可改寫為: l不等式條件不等式條件 各節(jié)點發(fā)電設備各節(jié)點發(fā)電設備有功功率有功功率、無功功率無功功率和和電壓電壓大小大小不得逾越的限額不得逾越的限額:011niiLiniiGiPPmaxminG

11、GiGPPPmaxminGGiGQQQmaxminiiiUUU2021年11月20日星期六l可建立如下拉格朗日函數可建立如下拉格朗日函數: 0)()(1111111GGGGdPPdFPFPL0)()(2222222GGGGdPPdFPFPL0)()(nGnGnnGnnGndPPdFPFPL式中式中 為拉格朗日乘數為拉格朗日乘數)()()(2211GnnGGPFPFPFL)(21LGnGGPPPP2021年11月20日星期六 l以兩臺機為例以兩臺機為例 目標函數目標函數: 等式約束條件等式約束條件: 12n)()(2211GGPFPFF021LGGPPP等耗量微增率準則等耗量微增率準則 所以可得

12、所以可得:它表示為使總耗量最小，應按相等的耗量微增率在它表示為使總耗量最小，應按相等的耗量微增率在發(fā)電設備或發(fā)電廠之間分配負荷。發(fā)電設備或發(fā)電廠之間分配負荷。2021年11月20日星期六根據等耗量微增率準則得根據等耗量微增率準則得: 進而可以求得進而可以求得.l對不等式約束條件的考慮對不等式約束條件的考慮: 有功功率越限有功功率越限,則按限額發(fā)電則按限額發(fā)電,剩余功率在剩余功率在其他機組間重新按等耗量微增率原則分配其他機組間重新按等耗量微增率原則分配.212021年11月20日星期六實踐中實踐中:由于能源消耗受限制由于能源消耗受限制 有功功率負荷的最優(yōu)分配有功功率負荷的最優(yōu)分配 其在火力發(fā)電廠

13、與 水力發(fā)電廠之間的最優(yōu)分配問題 消耗的水量受水庫調度的約束消耗的水量受水庫調度的約束 2021年11月20日星期六 上式中用小的時間段這和來表示積分效果，表示上式中用小的時間段這和來表示積分效果，表示火電廠的燃料，表示水電廠消耗的水量?；痣姀S的燃料，表示水電廠消耗的水量。 0)(2122KtPWktkkkHk水電的約束條件水電的約束條件), 2 , 1(0)(111tkdPPdFkkTkTkktkkKLkLkHkTkktkkkTktPPPPtPFL12121111)()(21222)(KtPWktkkkHkl為了簡化分析，將負荷的分配局限于一個為了簡化分析，將負荷的分配局限于一個 火電一個水

14、力發(fā)電設備之間，并略去網損?；痣娨粋€水力發(fā)電設備之間，并略去網損。同理由同理由:新的拉格朗日函數新的拉格朗日函數 :2021年11月20日星期六 得得: 若時間段取的很短若時間段取的很短,則可將式中的下標則可將式中的下標“k”可略可略去，可改寫為：去，可改寫為：n由上可知，只要將水力發(fā)電廠的水耗量乘以某一由上可知，只要將水力發(fā)電廠的水耗量乘以某一個待定的拉格朗日乘數，就可將等耗量微增率準則個待定的拉格朗日乘數，就可將等耗量微增率準則應用到火力發(fā)電廠與水力發(fā)電廠之間負荷的最優(yōu)分應用到火力發(fā)電廠與水力發(fā)電廠之間負荷的最優(yōu)分配。配。 ), 2 , 1(0)(2222tkdPPdWkkHkHk), 2

15、 , 1()()(2222111tkdPPdWdPPdFkkHkHkkTkTk2222111)()(HHTTdPPdWdPPdF122TT 即即水煤轉換系數水煤轉換系數2021年11月20日星期六l等式約束條件修正為：等式約束條件修正為： LLGPPP)()(1111liiLimiiLiniiGiniiGiiPPPPFL0)1 ()(11111GLGGGPPdPPdFPL0)1 ()(GiLGiGiiGiPPdPPdFPL2021年11月20日星期六LGiPP)11()()11()(1111GiLGiGiiGLGGPPdPPdFPPdPPdF2021年11月20日星期六一、頻率調整的必要性一、

16、頻率調整的必要性所有用電設備都是按系統(tǒng)額定頻率設計的，電力系所有用電設備都是按系統(tǒng)額定頻率設計的，電力系統(tǒng)的頻率變動對用戶、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)本身都會統(tǒng)的頻率變動對用戶、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)本身都會產生不利影響產生不利影響;頻率過低時，甚至會使整個系統(tǒng)瓦解，造成大面積頻率過低時，甚至會使整個系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電停電;因此必須保持頻率在額定值上下，且偏移不超過一因此必須保持頻率在額定值上下，且偏移不超過一定范圍。定范圍。2021年11月20日星期六二、自動調速系統(tǒng)二、自動調速系統(tǒng)2021年11月20日星期六二、自動調速系統(tǒng)二、自動調速系統(tǒng)2021年11月20日星期六三、電源有功功率靜態(tài)頻率特性三、

17、電源有功功率靜態(tài)頻率特性原動機未配置自動調速系統(tǒng)時，其機械功原動機未配置自動調速系統(tǒng)時，其機械功率與頻率的關系：率與頻率的關系：原動機配置自動調速系統(tǒng)后：原動機配置自動調速系統(tǒng)后：原動機的機械功率原動機的機械功率靜態(tài)頻率特性靜態(tài)頻率特性221fcfcpm2021年11月20日星期六 簡化之：簡化之：四、發(fā)電機的頻率特性四、發(fā)電機的頻率特性 如上圖，發(fā)電機頻率特性的斜率為如上圖，發(fā)電機頻率特性的斜率為 00ffPfPKNGNGG2021年11月20日星期六00GGNGNPPfKff 發(fā)電機的單位調節(jié)功率（單位發(fā)電機的單位調節(jié)功率（單位MW/HZ）該單位調節(jié)功率和機組的該單位調節(jié)功率和機組的調差系

18、數調差系數有互為倒數的關系。有互為倒數的關系。機組的調差系數： GNNGNNGGPffPffPfK00012021年11月20日星期六單位調節(jié)功率的標么值為單位調節(jié)功率的標么值為:100%10NNGNNGNGNGGfffPfKffPPKn調差系數調差系數 或與之對應的發(fā)電機的或與之對應的發(fā)電機的單位調節(jié)單位調節(jié)功率功率是是可以整定可以整定.所以電力系統(tǒng)頻率的所以電力系統(tǒng)頻率的一次調一次調整整問題主要就與問題主要就與調差系數調差系數或與之對應的發(fā)電機或與之對應的發(fā)電機的的單位調節(jié)功率單位調節(jié)功率有關。有關。2021年11月20日星期六五、負荷的頻率特性五、負荷的頻率特性負荷從電網中取用有功功率負

19、荷從電網中取用有功功率 與電網頻率的關系如圖與電網頻率的關系如圖:LLKPf 其標么值為：其標么值為：5.1NLNLLffPPK負荷的靜態(tài)頻率特性 負荷的單位調節(jié)功率MW/Hz(單位單位 )不能整定不能整定2021年11月20日星期六初始運行點初始運行點O，當負荷增加，當負荷增加則則: LOPOA0LLPPABOBBAOBOA)(00ffKfKPOBGGGfKPABLL-fKKPLGLO)(/LOGLSPfKKK SK系統(tǒng)的單位調節(jié)功率系數系統(tǒng)的單位調節(jié)功率系數2021年11月20日星期六n 一次調頻為一次調頻為有差調頻有差調頻。n n臺發(fā)電機：臺發(fā)電機：n臺都參加一次調整：臺都參加一次調整：

20、 只有只有m臺參加一次調整：臺參加一次調整：GnGGGGKKKKK.321GK0GKGmGGGmGKKKKK.321n 當發(fā)電機當發(fā)電機滿載滿載時，負荷功率增大，則時，負荷功率增大，則 相當于為相當于為0, 但當負荷功率減小時，但當負荷功率減小時， ，所以仍可以參加調頻。，所以仍可以參加調頻。2021年11月20日星期六初始運行點初始運行點O ，當負荷增加，當負荷增加LOPOA0LLPPBACBOCOA)(0 0ffKfKBCGG)(0 0ffKfKABLLGOPOC()GOGLLOPfKPK二次調整增發(fā)的功率二次調整增發(fā)的功率 系統(tǒng)的單位調節(jié)功率系統(tǒng)的單位調節(jié)功率SK頻率的二次調整頻率的二次

21、調整2021年11月20日星期六n n臺機組：第臺機組：第n臺參加二次調頻臺參加二次調頻 ， n臺全部參加一次調頻臺全部參加一次調頻:fKKPPLnGGnLO)(0GOLOPPLOPn無差調頻無差調頻: 若若 , 即發(fā)電機如數增即發(fā)電機如數增發(fā)了負荷功率的原始增量發(fā)了負荷功率的原始增量 ,亦即實現了所謂的無亦即實現了所謂的無差調節(jié)差調節(jié).如上圖虛線所示如上圖虛線所示.n注意注意:以上公式中以功率增大和頻率上升為正。以上公式中以功率增大和頻率上升為正。2021年11月20日星期六l多機系統(tǒng)在負荷變化時，帶調速器的機組，只要有多機系統(tǒng)在負荷變化時，帶調速器的機組，只要有可調容量，都參加一次調整?？烧{容量，都參加一次調整。l二次調整由少數機組二次調整由少數機組(廠廠)承擔承擔主調頻機組主調頻機組(廠廠)，負荷增量主要由它們承擔，可依次分為第一、第負荷增量主要由