第五章 電力系統(tǒng)有功功率和

1、第五章 電力系統(tǒng)有功功率和頻率調(diào)整第一節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡一、有功功率負(fù)荷的變動和調(diào)整控制如圖51中所示，負(fù)荷可以分為三種。第一種變動幅度很小，周期又很短，這種負(fù)荷變動有很大的偶然性。第二種變動幅度較大，周期也較長，屬于這一種的主要有電爐、壓延機(jī)械、電氣機(jī)車等帶有沖擊性的負(fù)荷。第三種變動幅度最大，周期也最長，這一種是由于生產(chǎn)、生活、氣象等變化引起的負(fù)荷變動。第三種負(fù)荷基本上可以預(yù)計。 據(jù)此，電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整大體上也可分為一次、二次、三次調(diào)整三種。一次調(diào)整或頻率的一次調(diào)整指由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行的、對第一種負(fù)荷變動引起的頻率偏移的調(diào)整。二次調(diào)整或頻率的二次調(diào)整指由發(fā)電機(jī)的調(diào)頻

2、器進(jìn)行的、對第二種負(fù)荷變動引起的頻率偏移的調(diào)整。三次調(diào)整實(shí)際上就是按最優(yōu)化準(zhǔn)則分配第三種有規(guī)律變動的負(fù)荷，即責(zé)成各發(fā)電廠按事先給定的發(fā)電負(fù)荷曲線發(fā)電。二、有功功率電源和備用容量裝機(jī)容量所有發(fā)電設(shè)備容量總和。電源容量可投入使用的容量之和。備用容量系統(tǒng)電源容量減去最大發(fā)電負(fù)荷（包括網(wǎng)損、負(fù)荷、廠用電等）。系統(tǒng)備用容量可分為熱備用和冷備用或負(fù)荷備用、事故備用、檢修備用和國民經(jīng)濟(jì)備用等。所謂熱備用運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)電設(shè)備可能發(fā)的最大功率與系統(tǒng)發(fā)電負(fù)荷之差。冷備用則指未運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電設(shè)備可能發(fā)的最大功率。負(fù)荷備用是指調(diào)整系統(tǒng)中短時的負(fù)荷波動并擔(dān)負(fù)計劃外的負(fù)荷增加而設(shè)置的備用。事故備用是使電力用戶在發(fā)電設(shè)備發(fā)生偶然性

3、事故時不受嚴(yán)重影響，維持系統(tǒng)正常供電所需的備用。檢修備用是使系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備能定期檢修而設(shè)置的備用。電力工業(yè)是線性工業(yè)，除滿足當(dāng)前負(fù)荷的需要設(shè)置上述備用外，還應(yīng)計及負(fù)荷超計劃增長而設(shè)置一定的備用。這種備用就稱國民經(jīng)濟(jì)備用。具備了備用容量，才可能談?wù)撍鼈冊谙到y(tǒng)中各發(fā)電設(shè)備和發(fā)電廠之間的最優(yōu)分配以及系統(tǒng)的頻率調(diào)整問題。第二節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配一、有功功率最優(yōu)分配電力系統(tǒng)中有功功率的分配有兩個主要內(nèi)容，即有功功率電源的最優(yōu)組合和有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配。有功功率電源的最優(yōu)組合是指系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠的合理組合，也就是通常所說謂的合理開停。有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配是指系統(tǒng)的有功功率負(fù)荷在各個

4、正在運(yùn)行的發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間的合理分配。最常用的是按所謂等耗量微增率準(zhǔn)則分配。二、最優(yōu)分配負(fù)荷時的目標(biāo)函數(shù)和約束條件1耗量特性電力系統(tǒng)中有功功率負(fù)荷合理分配的目標(biāo)是在滿足一定約束條件的前提下，盡可能節(jié)約消耗的一次能源。因此，必須先明確發(fā)電設(shè)備單位時間內(nèi)消耗的能源與發(fā)出有功功率的關(guān)系，即發(fā)電設(shè)備輸入與輸出的關(guān)系。這關(guān)系稱耗量特性，如圖52所示。耗量特性曲線上某一點(diǎn)縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)的比值，即單位時間內(nèi)輸入能量與輸出功率之比稱比耗量。耗量特性曲線上某點(diǎn)切線的斜率稱耗量微增率。即。2目標(biāo)函數(shù)和約束條件由于討論有功功率負(fù)荷最優(yōu)分配的目的在于：在供應(yīng)同樣大小負(fù)荷用功功率的前提下，單位時間內(nèi)的能源消耗最少。

5、這里的目標(biāo)函數(shù)就應(yīng)該是總耗量。即式中，以表示某發(fā)電設(shè)備發(fā)出有功功率時單位時間內(nèi)所需消耗的能源。這里的等式約束條件也就是有功功率必須保持平衡的條件。即式中為網(wǎng)絡(luò)總損耗。從而不計網(wǎng)絡(luò)損耗時，上式可改寫為這里的不等約束條件有三，分別為各節(jié)點(diǎn)發(fā)電設(shè)備有功功率、無功功率和電壓大小不得逾越的限額，即由數(shù)學(xué)知識可知，為求有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配問題，可以用求條件極值的啦格朗日乘數(shù)法。可建立如下拉格朗日函數(shù)式中稱拉格朗日乘數(shù)。則由所以可得上式就是等耗量微增率準(zhǔn)則。它表示為使總耗量最小，應(yīng)按相等的耗量微增率在發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間分配負(fù)荷。例：兩臺容量均為的發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行，耗量特性 噸/小時 噸/小時 求負(fù)荷分別為

6、、時的經(jīng)濟(jì)功率分配并求在負(fù)荷為時所消耗的燃料。答：1）(由不等式約束條件可知)2）(因?yàn)榈暮牧课⒃雎市?3）( ,由得)4）(得再由約束條件即得)5）消耗的燃料為噸/小時（ ）四、等耗量微增率原則的推廣應(yīng)用在此討論能源消耗受限制時有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配問題。在實(shí)踐中可理解為有功功率負(fù)荷在火力發(fā)電廠與水力發(fā)電廠之間的最優(yōu)分配問題。由于水電廠消耗的水量受水庫調(diào)度的約束。為了簡化分析，將負(fù)荷的分配局限于一個火電和一個水力發(fā)電設(shè)備之間，并略去網(wǎng)損。水電的約束條件為所以新的拉格朗日函數(shù)為上式中用小的時間段這和來表示積分效果，表示火電廠消耗的燃料，表示水電廠消耗的水量。同理由得考慮到水力發(fā)電廠之間最優(yōu)分配

7、負(fù)荷的條件，嚴(yán)格說，是對某一瞬間而言的。這里，如時間段取得足夠短，上式也可以表示某一瞬間火力發(fā)電廠和水力發(fā)電廠之間的最優(yōu)分配負(fù)荷的條件。因而，可將式中的下標(biāo)“”略去，而改寫為即由上式可見，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(shù)，就可將等耗量微增率準(zhǔn)則應(yīng)用到火力發(fā)電廠與水力發(fā)電廠之間負(fù)荷的最優(yōu)分配。五、網(wǎng)損的修正等式約束條件修正為：得為網(wǎng)損微增率(靈敏度)作業(yè)8：對兩臺發(fā)電機(jī)組在不考慮網(wǎng)損得情況下與考慮網(wǎng)損得情況下，有功功率經(jīng)濟(jì)分配有什么差別？53 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整一、調(diào)整頻率的必要性由于所有用電設(shè)備都是按系統(tǒng)額定頻率設(shè)計的，系統(tǒng)頻率質(zhì)量的下降將影響各行各業(yè)。電力系統(tǒng)的頻率變動對

8、用戶、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)本身都會產(chǎn)生不利影響，而且頻率過低時，甚至?xí)拐麄€系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電，所以必須保持頻率在額定值上下，且偏移不超過一定范圍。二、負(fù)荷的頻率靜特性負(fù)荷從電網(wǎng)中取用有功功率與電網(wǎng)頻率的關(guān)系。 稱為負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率，以為單位，負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率不能整定。它的標(biāo)么值為：三、發(fā)電機(jī)的頻率特性如上圖，發(fā)電機(jī)頻率特性的斜率為稱發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率，以為單位，這個單位調(diào)節(jié)功率和機(jī)組的調(diào)差系數(shù)有互為倒數(shù)的關(guān)系。因機(jī)組的調(diào)差系數(shù)為單位調(diào)節(jié)功率的標(biāo)么值為：調(diào)差系數(shù)或與之對應(yīng)的發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率是可以整定，而電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整問題主要就與這個調(diào)差系數(shù)或與之對應(yīng)的發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率有關(guān)。四、電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻如上圖所示，,而、, 可得 或 這個稱系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率。當(dāng)發(fā)電機(jī)滿載時，負(fù)荷功率增大，則相當(dāng)于為，但當(dāng)負(fù)荷功率減小時，所以仍可以參加調(diào)頻。一次調(diào)頻為有差調(diào)頻。五、電力系統(tǒng)二次調(diào)頻如上圖，類似于一次調(diào)頻可得 , 如, 即發(fā)電機(jī)如數(shù)增發(fā)了負(fù)荷功率的原始增量,則，亦即實(shí)現(xiàn)了所謂的無差調(diào)節(jié)。無差調(diào)節(jié)如上圖中虛線所示。六、互聯(lián)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整思考