電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析第五章

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析第五章1第一頁，共五十一頁，2022年，8月28日第五章電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整1、電力系統(tǒng)中有功功率的平衡2、有功功率的最優(yōu)分配各類發(fā)電廠的運行特點和合理組合不計網(wǎng)損時水、火電廠間的經(jīng)濟功率分配計網(wǎng)及損時各發(fā)電廠間的經(jīng)濟功率分配3、電力系統(tǒng)頻率的調(diào)整電力系統(tǒng)負荷及電源的頻率靜態(tài)特性頻率的一、二次調(diào)整，互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整2第二頁，共五十一頁，2022年，8月28日一.電力系統(tǒng)頻率變化的影響對用戶的影響（1）異步電機轉(zhuǎn)速：紡織工業(yè)、造紙工業(yè)（2）異步電機功率下降（3）電子設備的準確度對發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的影響（1）對發(fā)電廠廠用機械設備運行的影響（2）對汽輪機葉片的影響（3）對異步電機及變壓器勵磁的影響，增加無功消耗。§5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡3第三頁，共五十一頁，2022年，8月28日二頻率與有功平衡的關系頻率—由發(fā)電機轉(zhuǎn)速決定轉(zhuǎn)速與其軸上的轉(zhuǎn)矩平衡有關轉(zhuǎn)矩平衡與功率平衡§5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡負荷變化MT：由于慣性大變化慢ME：有功負荷變化快產(chǎn)生瞬時不平衡轉(zhuǎn)矩不平衡發(fā)電機轉(zhuǎn)速變化頻率變化(+0.2HZ+0.5HZ)4第四頁，共五十一頁，2022年，8月28日三有功功率負荷的變化及其調(diào)整§5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡5第五頁，共五十一頁，2022年，8月28日

系統(tǒng)負荷可以看作由以下三種具有不同變化規(guī)律的變動負荷組成：（1）變動周期小于10s，變化幅度小:小操作、線路搖擺等（3）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（10s，180s），變化幅度較大：大電機、電爐啟停調(diào)速器頻率的一次調(diào)整調(diào)頻器頻率的二次調(diào)整根據(jù)預測負荷，在各機組間進行最優(yōu)負荷分配電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行調(diào)度（發(fā)電計劃）6第六頁，共五十一頁，2022年，8月28日§5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡備用容量：15%～20%作用：為了保證供電可靠性及電能質(zhì)量合格，系統(tǒng)電源容量應大于發(fā)電負荷。定義：備用容量＝系統(tǒng)可用電源容量－發(fā)電負荷

有功功率平衡：8760t(h)P(MW)發(fā)電負荷備用容量新增容量四、有功功率電源和備用容量系統(tǒng)電源容量：可投入發(fā)電設備的可發(fā)功率之和7第七頁，共五十一頁，2022年，8月28日按作用分：(1)負荷備用：滿足負荷波動、計劃外的負荷增量2%~5%(2)事故備用：發(fā)電機因故退出運行而預留的容量5%~10%(3)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)超計劃增長3%~5%按其存在形式分：(1)熱備用(2)冷備用備用容量的分類8第八頁，共五十一頁，2022年，8月28日系統(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)組合及有功負荷的最優(yōu)分配。有功電源的最優(yōu)組合：系統(tǒng)中發(fā)電設備和發(fā)電廠的合理組合。包括：機組的最優(yōu)組合順序，機組的最優(yōu)組合數(shù)量，機組的最優(yōu)開停時間。有功負荷的最優(yōu)分配：系統(tǒng)中的有功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?！?.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配9第九頁，共五十一頁，2022年，8月28日承擔急劇變化負荷時與投、退相似，額外耗能、費時一、各類發(fā)電廠的運行特點1火電廠§5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配支付燃料費用技術最小負荷鍋爐25%—70%汽機10%—15%效率與蒸汽參數(shù)有關高溫高壓：效率高、調(diào)節(jié)范圍小中溫中壓：較前者低、但調(diào)節(jié)范圍大低溫低壓：指標最差、不用于調(diào)節(jié)熱電廠：抽氣供熱，效率最高，有不可調(diào)節(jié)的強迫功率火電廠10第十頁，共五十一頁，2022年，8月28日2水電廠（1）不需燃料費，但一次投資大（2）出力調(diào)節(jié)范圍比火電機組大（3）啟停費用低，且操作簡單（4）出力受水頭影響（5）抽水蓄能（6）必須釋放水量－－強迫功率一、各類發(fā)電廠的運行特點§5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配11第十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日3核電廠（1）最小技術負荷小，為額定負荷10～15％。（2）啟停費用高；負荷急劇變化時，調(diào)節(jié)費用高；啟停及急劇調(diào)節(jié)時，易于損壞設備。（3）一次投資大，運行費用小。一、各類發(fā)電廠的運行特點§5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配12第十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日原則（1）充分利用水源。（2）降低火電機組的單位煤耗，發(fā)揮高效機組的作用。（3）盡量降低火力發(fā)電成本，增加燃用劣質(zhì)煤、當?shù)孛?。二、各類發(fā)電廠的合理組合§5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配13第十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日枯水期豐水期抽水發(fā)電14第十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日1、發(fā)電機組的耗量特性：反映發(fā)電機組單位時間內(nèi)能量輸入和輸出關系的曲線。耗量特性三、電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配§5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配15第十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日比耗量：耗量特性曲線上某點的縱坐標和橫坐標之比，即輸入和輸出之比效率：比耗量倒數(shù)耗量微增率：耗量特性曲線上某點切線的斜率，表示在該點的輸入增量與輸出增量之比。效率曲線和微增率曲線1、發(fā)電機組的耗量特性§5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配16第十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日有功負荷最優(yōu)分配的目的：在滿足對一定量負荷持續(xù)供電的前提下，使發(fā)電設備在生產(chǎn)電能的過程中單位時間內(nèi)所消耗的能源最少。

滿足條件：

等式約束f(x、u、d)=0

不等式約束g(x、u、d)≤0

使

目標函數(shù)F=F(x、u、d)

最優(yōu)2、目標函數(shù)和約束條件§5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配17第十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日(1)目標函數(shù)系統(tǒng)單位時間內(nèi)消耗的燃料（火電機組）該目標函數(shù)是各發(fā)電設備發(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。2、目標函數(shù)和約束條件§5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配18第十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日(2)約束條件等式約束不等式約束忽略有功網(wǎng)損2、目標函數(shù)和約束條件§5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配19第十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日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：確定負荷功率在兩臺機組間的分配，使總的燃料消耗量最小。

等式約束目標函數(shù)3、等耗量微增率準則§5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配20第二十頁，共五十一頁，2022年，8月28日作圖法求解（只有兩臺機組）在OO’上找到一點作垂線，與兩條耗量特性曲線的交點間距離最短。在耗量特性曲線具有凸性的情況下，兩條曲線的切線平行時，燃料消耗量最少。曲線的切線即斜率，就是該點的耗量微增率。3、等耗量微增率準則§5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配21第二十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日切線平行時，斜率相等，也就是耗量微增率相等。這就是等微增率準則。物理意義22第二十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日（1）.不計網(wǎng)損的有功最優(yōu)分配目標函數(shù)最?。旱仁郊s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)法求解。構(gòu)造拉格朗日函數(shù)4、多個發(fā)電廠間的負荷經(jīng)濟分配§5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配23第二十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日求拉格朗日函數(shù)的無條件極值24第二十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日不等式約束的處理功率上下限約束先不考慮該約束條件進行經(jīng)濟分配計算，若發(fā)現(xiàn)越限，越限的發(fā)電廠按極限分配負荷，其余發(fā)電廠再按經(jīng)濟分配。節(jié)點電壓及無功功率約束在經(jīng)濟功率分配后的潮流計算中處理。25第二十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日（2）.考慮網(wǎng)損的有功最優(yōu)分配等式約束變?yōu)槟繕撕瘮?shù)不變拉格朗日函數(shù)為經(jīng)過網(wǎng)損修正后的等微增率準則網(wǎng)損修正系數(shù)網(wǎng)損微增率的物理意義：某發(fā)電廠所發(fā)功率的變化引起的網(wǎng)路總損耗的變化——阻抗矩陣法網(wǎng)損微增率26第二十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日目標：在整個運行周期內(nèi)滿足用戶的電力需求，合理分配水火電廠的負荷，使總?cè)剂舷牧孔钌?。等式約束：目標函數(shù)最?。哼@是一個求泛函極值問題，一般應用變分法求解。5、水、火發(fā)電廠間的負荷經(jīng)濟分配§5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配27第二十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日變分法求解，分段處理等式約束：目標函數(shù)：5、水、火發(fā)電廠間的負荷經(jīng)濟分配§5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配28第二十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日拉格朗日函數(shù)5、水、火發(fā)電廠間的負荷經(jīng)濟分配29第二十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日5、水、火發(fā)電廠間的負荷經(jīng)濟分配任一瞬間：其中：水煤換算系數(shù)1m3水量相當于2噸煤的消耗豐水期小，枯水期大30第三十頁，共五十一頁，2022年，8月28日水、火電廠之間的經(jīng)濟分配仍按等微增率原則分配，只不過，水電廠微增率乘一個2后分配，水電廠在一定時間內(nèi)可消耗水量越多，單位重量燃料可折換的水量越大，2

從而2H也越小，水電廠應分配更多負荷。 由于j事先未知，須假設j的初值，分配計算求出各段負荷，然后計算出T時間內(nèi)的用水量物理解釋：計算：與Wj比較結(jié)束計算增大j0

，重復計算減小j0

，重復計算5、水、火發(fā)電廠間的負荷經(jīng)濟分配31第三十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日1、定義：負荷與用戶的生產(chǎn)狀態(tài)有關與頻率無關 —照明、電爐等與接入點系統(tǒng)電壓有關與系統(tǒng)頻率有關——僅考慮頻率因素假設不變2、負荷性質(zhì)：與頻率的一次方成正比 —球磨機、卷揚機等與頻率的二次方成正比 —變壓器的渦流損耗等與頻率的三次方成正比 —通風機、循環(huán)水泵等與頻率的高次方成正比 —靜水頭阻力大的給水泵§5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整一、負荷的有功功率－頻率靜態(tài)特性32第三十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日§5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整33第三十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日負荷的有功功率－頻率靜態(tài)特性簡化表達當頻率偏離額定值不大時，負荷有功－頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來表示。負荷的單位調(diào)節(jié)功率，表示負荷隨頻率的變化程度。34第三十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日二、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1為轉(zhuǎn)速測量元件—離心飛擺及其附件；2為放大元件—錯油門(或稱配壓閥)；3為執(zhí)行機構(gòu)—油動機(或稱接力器)；4為轉(zhuǎn)速控制機構(gòu)或稱同步器(調(diào)頻器)35第三十五頁，共五十一頁，2022年，8月28日調(diào)頻器的工作原理36第三十六頁，共五十一頁，2022年，8月28日（1）、無調(diào)速系統(tǒng)時:PT=c1f-c2f2（2）、有調(diào)速系統(tǒng)時二、發(fā)電機組的有功功率－頻率靜態(tài)特性§5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整37第三十七頁，共五十一頁，2022年，8月28日（3）、有調(diào)頻器時二、發(fā)電機組的有功功率－頻率靜態(tài)特性§5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整38第三十八頁，共五十一頁，2022年，8月28日2、概念介紹發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率：發(fā)電機組原動機或電源頻率特性的斜率。標志著隨頻率的升降發(fā)電機組發(fā)出功率減少或增加的多寡。二、發(fā)電機組的有功功率－頻率靜態(tài)特性§5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整39第三十九頁，共五十一頁，2022年，8月28日§5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整發(fā)電機的調(diào)差系數(shù)：單位調(diào)節(jié)功率的倒數(shù)。二、發(fā)電機組的有功功率－頻率靜態(tài)特性40第四十頁，共五十一頁，2022年，8月28日§5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率與調(diào)差系數(shù)的關系：一般來說發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率是可以整定的：汽輪發(fā)電機組=3~5或=33.3~20水輪發(fā)電機組=2~4或=50~25二、發(fā)電機組的有功功率－頻率靜態(tài)特性41第四十一頁，共五十一頁，2022年，8月28日fPOP0PLf0PGPL′ΔPL0AP0'Bf0'O'B'A'三、頻率的一次調(diào)整§5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整簡述：由于負荷突增，發(fā)電機組功率不能及時變動而使機組減速，系統(tǒng)頻率下降，同時，發(fā)電機組功率由于調(diào)速器的一次調(diào)整作用而增大，負荷功率因其本身的調(diào)節(jié)效應而減少，經(jīng)過一個衰減的振蕩過程，達到新的平衡。42第四十二頁，共五十一頁，2022年，8月28日系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率：計及發(fā)電機和負荷的調(diào)節(jié)效應時，引起頻率單位變化時的負荷變化量。fPOP0PLf0PGPL′ΔPL0AP0'Bf0'O'B'A'43第四十三頁，共五十一頁，2022年，8月28日注意：取功率的增大或頻率的上升為正；為保證調(diào)速系統(tǒng)本身運行的穩(wěn)定，不能采用過大的單位調(diào)節(jié)功率；對于滿載機組，不再參加調(diào)整。對于系統(tǒng)有若干臺機參加一次調(diào)頻：具有一次調(diào)頻的各機組間負荷的分配，按其調(diào)差系數(shù)即下降特性自然分配。三、頻率的一次調(diào)整§5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整44第四十四頁，共五十一頁，2022年，8月28日頻率的二次調(diào)整：通過操作調(diào)頻器，使發(fā)電機組的頻率特性平行的移動，從而使負荷變化引起的頻率偏移在允許的波動范圍內(nèi)。1.主調(diào)頻廠的選擇調(diào)頻廠：負有二次調(diào)頻任務的電廠，分為主調(diào)頻廠和輔助調(diào)頻廠。調(diào)頻廠應滿足的條件：1）足夠的調(diào)整容量2）較快的調(diào)整速度3）調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟性較好四、頻率的二次調(diào)整45第四十五頁，共五十一頁，2022年