第五節(jié)經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動(dòng)調(diào)頻

1、第五節(jié)第五節(jié) 電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度及自動(dòng)調(diào)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度及自動(dòng)調(diào)頻頻 一、等微增率概念一、等微增率概念 二、發(fā)電廠中各機(jī)組二、發(fā)電廠中各機(jī)組按經(jīng)濟(jì)按經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷分配負(fù)荷的調(diào)頻系統(tǒng)的調(diào)頻系統(tǒng) 要維持電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內(nèi)要維持電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內(nèi), ,就要就要根據(jù)負(fù)荷的變化根據(jù)負(fù)荷的變化及時(shí)地調(diào)節(jié)及時(shí)地調(diào)節(jié)電力系統(tǒng)中并聯(lián)電力系統(tǒng)中并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組的運(yùn)行機(jī)組的有功輸入有功輸入, ,使之使之與負(fù)荷的功率變與負(fù)荷的功率變化化相平衡相平衡, ,但并沒(méi)有說(shuō)明但并沒(méi)有說(shuō)明調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)系統(tǒng)中系統(tǒng)中哪些機(jī)哪些機(jī)組組原動(dòng)機(jī)的輸入功率。原動(dòng)機(jī)的輸入功率。 為了提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，電力系統(tǒng)為了提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的

2、經(jīng)濟(jì)性，電力系統(tǒng)調(diào)度的一個(gè)調(diào)度的一個(gè)重要任務(wù)重要任務(wù)就是在維持電力系統(tǒng)就是在維持電力系統(tǒng)有有功功率平衡、使系統(tǒng)頻率在允許范圍之內(nèi)功功率平衡、使系統(tǒng)頻率在允許范圍之內(nèi)的的前提下前提下做好以下做好以下兩項(xiàng)工作兩項(xiàng)工作： 確定確定哪些機(jī)組并入哪些機(jī)組并入電力系統(tǒng)運(yùn)行；電力系統(tǒng)運(yùn)行； 確定已并網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組確定已并網(wǎng)運(yùn)行的機(jī)組各發(fā)多少有功功各發(fā)多少有功功率。率。 上述上述第第項(xiàng)項(xiàng)屬于屬于機(jī)組經(jīng)濟(jì)組合問(wèn)題機(jī)組經(jīng)濟(jì)組合問(wèn)題； 第第項(xiàng)項(xiàng)屬于屬于有功功率經(jīng)濟(jì)分配問(wèn)題有功功率經(jīng)濟(jì)分配問(wèn)題。 將兩者結(jié)合起來(lái)一并考慮就是將兩者結(jié)合起來(lái)一并考慮就是電電力系統(tǒng)經(jīng)力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度和控制濟(jì)調(diào)度和控制。 電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度和控制有

3、一套完整的理電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度和控制有一套完整的理論和方法，主要論和方法，主要內(nèi)容內(nèi)容有：有： 各類(lèi)發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)及其合理組合；各類(lèi)發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)及其合理組合； 發(fā)電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)特性；發(fā)電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)特性； 經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制的主要算法經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制的主要算法(等微增率法、等微增率法、梯度法、線性規(guī)劃和動(dòng)態(tài)規(guī)劃法梯度法、線性規(guī)劃和動(dòng)態(tài)規(guī)劃法)； 火電廠之間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配；火電廠之間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配； 水、火電廠之間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配；水、火電廠之間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配； 電力系統(tǒng)網(wǎng)損及網(wǎng)損微增率。電力系統(tǒng)網(wǎng)損及網(wǎng)損微增率。 經(jīng)濟(jì)調(diào)度的經(jīng)濟(jì)調(diào)度的目的目的是是 在滿足電力系統(tǒng)在滿足電力系統(tǒng)頻率質(zhì)量頻率質(zhì)量和和安全安全的

4、前提下的前提下 合理利用合理利用能源能源和和設(shè)備設(shè)備， 對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷在各電廠及各機(jī)組之間合理分對(duì)系統(tǒng)負(fù)荷在各電廠及各機(jī)組之間合理分配，配， 以以最低的最低的發(fā)電成本發(fā)電成本或用或用最少的最少的一次能源消一次能源消耗耗獲得獲得最多的、有用的最多的、有用的電能電能。 因此經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動(dòng)調(diào)頻密不可分。因此經(jīng)濟(jì)調(diào)度與自動(dòng)調(diào)頻密不可分。 曾經(jīng)認(rèn)為系統(tǒng)的最經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配的方法是曾經(jīng)認(rèn)為系統(tǒng)的最經(jīng)濟(jì)負(fù)荷分配的方法是按發(fā)電機(jī)組效率的高低順序排列按發(fā)電機(jī)組效率的高低順序排列， 先投效率高的機(jī)組，直到負(fù)荷達(dá)到它的效先投效率高的機(jī)組，直到負(fù)荷達(dá)到它的效率最高值對(duì)應(yīng)功率后，再投運(yùn)效率較好的，率最高值對(duì)應(yīng)功率后，再投運(yùn)效率

5、較好的，以此類(lèi)推。以此類(lèi)推。 這一方法被證明這一方法被證明不是最經(jīng)濟(jì)的不是最經(jīng)濟(jì)的。 在電力系統(tǒng)中，在電力系統(tǒng)中，最經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷的方法是最經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷的方法是等微增率法則等微增率法則。一、等微增率的基本概念一、等微增率的基本概念 1.耗量特性與耗量微增率：耗量特性與耗量微增率： 電力系統(tǒng)中，發(fā)電廠發(fā)出的功率送到用戶，電力系統(tǒng)中，發(fā)電廠發(fā)出的功率送到用戶，在能量的轉(zhuǎn)換與傳輸過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)鍋爐、在能量的轉(zhuǎn)換與傳輸過(guò)程中，要經(jīng)過(guò)鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、電力網(wǎng)等環(huán)節(jié)。汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)、電力網(wǎng)等環(huán)節(jié)。 各環(huán)節(jié)在單位時(shí)間內(nèi)消耗各環(huán)節(jié)在單位時(shí)間內(nèi)消耗(輸入輸入)能量的費(fèi)用能量的費(fèi)用與功率之間的關(guān)系，稱(chēng)為與功率之

6、間的關(guān)系，稱(chēng)為耗量特性耗量特性。 圖示典型的圖示典型的耗量特性耗量特性。圖圖5-43 典型的典型的耗量特性耗量特性：(a)下凸型下凸型鍋爐的鍋爐的單元機(jī)組的單元機(jī)組的(c)上凸型上凸型汽輪機(jī)的汽輪機(jī)的耗量特性耗量特性(b)直線型直線型PF0PF0PF0 對(duì)應(yīng)于對(duì)應(yīng)于耗量特性上耗量特性上某一輸出功率某一輸出功率P的耗量微的耗量微增率（簡(jiǎn)稱(chēng)微增率）增率（簡(jiǎn)稱(chēng)微增率）b 是指耗量特性上是指耗量特性上對(duì)應(yīng)該點(diǎn)的切線斜率對(duì)應(yīng)該點(diǎn)的切線斜率， 即在該功率點(diǎn)時(shí)，輸入即在該功率點(diǎn)時(shí)，輸入(能能)耗量的微增量耗量的微增量F與輸出功率微增量與輸出功率微增量P之比，即之比，即PFdPdFb圖圖5-43 典型的典型的

7、微增率微增率特性：特性： 對(duì)于鍋爐發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)組成的對(duì)于鍋爐發(fā)電機(jī)汽輪機(jī)組成的單元機(jī)組單元機(jī)組，由于，由于發(fā)電機(jī)的效率接近于發(fā)電機(jī)的效率接近于1、汽輪機(jī)的微增率變化也不汽輪機(jī)的微增率變化也不大大，故，故機(jī)組的綜合耗量特性仍具有圖機(jī)組的綜合耗量特性仍具有圖5-43 (a)和和 (d)的形狀。的形狀。 這種特性的這種特性的耗量微增率耗量微增率隨著輸出功率的增加而增大隨著輸出功率的增加而增大.b0b0b0PPP(d)(e)(f) 對(duì)于電力系統(tǒng)中的水電機(jī)組，是將對(duì)于電力系統(tǒng)中的水電機(jī)組，是將出力流出力流量特性量特性，即單位輸出功率的，即單位輸出功率的耗水量特性，耗水量特性，在確定換算系數(shù)后，折合成火電

8、機(jī)組的耗在確定換算系數(shù)后，折合成火電機(jī)組的耗量微增率特性。量微增率特性。2.按等微增率分配負(fù)荷按等微增率分配負(fù)荷的分析的分析 用兩臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行分析用兩臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行分析 b1 、b2均隨輸出功率的增均隨輸出功率的增加而增大。加而增大。 將負(fù)荷分配給將負(fù)荷分配給A、B兩機(jī)組兩機(jī)組時(shí)時(shí),先不按等微增率分配。先不按等微增率分配。 A機(jī)帶負(fù)荷機(jī)帶負(fù)荷P1,微增率為微增率為b1, B機(jī)帶負(fù)荷機(jī)帶負(fù)荷P2,微增率為微增率為b2, 并有并有b1 b2。b0PABb1P Pb2P PP2P1P2 P1 現(xiàn)設(shè)總負(fù)荷不變現(xiàn)設(shè)總負(fù)荷不變,使使A機(jī)減小負(fù)荷機(jī)減小負(fù)荷P,而而B(niǎo)機(jī)增加相應(yīng)的負(fù)荷機(jī)增加相應(yīng)的負(fù)荷P。 由

9、于由于b1 b2,使使A機(jī)減小的能耗機(jī)減小的能耗將將大于大于B機(jī)增加的能耗機(jī)增加的能耗； 兩陰影面積之差表示減少的能耗兩陰影面積之差表示減少的能耗. 若轉(zhuǎn)移負(fù)荷的目的在于使負(fù)荷消耗最少若轉(zhuǎn)移負(fù)荷的目的在于使負(fù)荷消耗最少,則轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)則轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)移就將繼續(xù)下去移就將繼續(xù)下去,當(dāng)當(dāng)b1b2時(shí)時(shí),總消耗不再改變?？傁牟辉俑淖?。 若繼續(xù)轉(zhuǎn)移則若繼續(xù)轉(zhuǎn)移則b1b2，消耗又不最小，消耗又不最小. 由此可知，只有由此可知，只有b1b2時(shí)，消耗最小時(shí)，消耗最小b0PABb1P Pb2P Pb1 P2P1P2 P1 數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明等微增率原則：數(shù)學(xué)推導(dǎo)證明等微增率原則： 經(jīng)濟(jì)負(fù)荷應(yīng)滿足以下兩個(gè)條件：經(jīng)濟(jì)負(fù)荷應(yīng)滿足以

10、下兩個(gè)條件： 約束條件：功率平衡約束條件：功率平衡P1+P2P； F1+F2F為最小，即為最小，即FFmin 。 要使要使F為最小為最小的條件是的條件是式對(duì)功率的式對(duì)功率的偏導(dǎo)數(shù)為零，偏導(dǎo)數(shù)為零，對(duì)于下凸特性應(yīng)有：對(duì)于下凸特性應(yīng)有： 以上證明不嚴(yán)密以上證明不嚴(yán)密,但可以說(shuō)明但可以說(shuō)明等微增率原則等微增率原則。 上述結(jié)論可推廣到多臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行：上述結(jié)論可推廣到多臺(tái)機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行：即即全廠的微增率。全廠的微增率。(5-114)b1=b2=bn=二、發(fā)電廠中各機(jī)組發(fā)電廠中各機(jī)組按經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷按經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷的調(diào)頻系統(tǒng)的調(diào)頻系統(tǒng) 按式按式(5-114)可實(shí)現(xiàn)一個(gè)廠內(nèi)各機(jī)組之間按可實(shí)現(xiàn)一個(gè)廠內(nèi)各機(jī)組之間按

11、等微增率原則分配負(fù)荷等微增率原則分配負(fù)荷,并用頻率偏差積分并用頻率偏差積分來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻,從而達(dá)到按經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷并調(diào)從而達(dá)到按經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷并調(diào)頻的目的。頻的目的。 如下圖為按上述原則實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷及如下圖為按上述原則實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷及調(diào)頻的系統(tǒng)示意圖。調(diào)頻的系統(tǒng)示意圖。 bPi方框稱(chēng)經(jīng)濟(jì)單元方框稱(chēng)經(jīng)濟(jì)單元。 主要為主要為微增率特性函數(shù)發(fā)生器微增率特性函數(shù)發(fā)生器。在不同的微增率。在不同的微增率b時(shí)，發(fā)生器發(fā)出該機(jī)組時(shí)，發(fā)生器發(fā)出該機(jī)組應(yīng)發(fā)出的功率信號(hào)應(yīng)發(fā)出的功率信號(hào)Pid。 設(shè)系統(tǒng)原處于正常狀態(tài)設(shè)系統(tǒng)原處于正常狀態(tài),各機(jī)組按等微增率運(yùn)行，各機(jī)組按等微增率運(yùn)行，機(jī)組各自帶負(fù)荷機(jī)組各自帶負(fù)荷

12、P1、 P2、 Pn, 且且f0。 當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷發(fā)生變化,如增加時(shí)如增加時(shí),頻率下降。各機(jī)組頻率下降。各機(jī)組調(diào)速器動(dòng)作調(diào)節(jié)其負(fù)荷。此時(shí)調(diào)速器動(dòng)作調(diào)節(jié)其負(fù)荷。此時(shí) Pi不一定等于不一定等于Pid。 同時(shí)將全廠微增率同時(shí)將全廠微增率分別送到各機(jī)組的經(jīng)濟(jì)調(diào)度分別送到各機(jī)組的經(jīng)濟(jì)調(diào)度單元單元, ,給出頻率變動(dòng)值后，確定在新的給出頻率變動(dòng)值后，確定在新的值下各機(jī)值下各機(jī)組應(yīng)發(fā)的功率組應(yīng)發(fā)的功率Pid。 調(diào)速系統(tǒng)的輸入端得到功率偏差信號(hào)調(diào)速系統(tǒng)的輸入端得到功率偏差信號(hào) Pi Pid Pi，通過(guò)低積分增益環(huán)節(jié)去作用于調(diào)，通過(guò)低積分增益環(huán)節(jié)去作用于調(diào)速器，達(dá)到改變速器，達(dá)到改變Pi的目的。的目的。 調(diào)節(jié)結(jié)束時(shí)各機(jī)組的調(diào)節(jié)結(jié)束時(shí)各機(jī)組的Pi 0,即即Pi Pid,且且f0. 當(dāng)要求在幾個(gè)發(fā)電廠間實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷當(dāng)要求在幾個(gè)發(fā)電廠間實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷時(shí)，由于發(fā)電廠之間以輸電線相聯(lián)，因此時(shí)，由于發(fā)電廠之間以輸電線相聯(lián)，因此要計(jì)網(wǎng)損。要計(jì)網(wǎng)損。 一般是將一般是將網(wǎng)損網(wǎng)損用各電廠的用各電廠的輸出功率輸出功率表示，表示，然后按廠與廠之間然后按廠與廠之間網(wǎng)損修正后網(wǎng)損修正后的等的等微增率微增率原則原則來(lái)分配負(fù)荷。來(lái)分配負(fù)荷。North China Electric Power University21/292022-4-23三、發(fā)電廠內(nèi)機(jī)組功率控制廠