第五章小結(jié)及例題

1、第四章 電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調(diào)整 1.電力系統(tǒng)有功功率和負(fù)荷調(diào)整 系統(tǒng)中負(fù)荷無(wú)時(shí)無(wú)刻不在變動(dòng)。分析 負(fù)荷變動(dòng)規(guī)律可見(jiàn)，它實(shí)際上是幾種負(fù)荷 變動(dòng)規(guī)律的綜合?；蛘叻催^(guò)來(lái)說(shuō)，可將這 種不規(guī)則負(fù)荷變動(dòng)規(guī)律分解為幾種有規(guī)律 可循的負(fù)荷變動(dòng)。一般可分解為三種：第 一種幅度很小，周期很短，這種負(fù)荷變動(dòng) 有很大的偶然性；第二種幅度較大，周期 也較長(zhǎng)；第三種幅度最大，周期也最長(zhǎng)， 這種負(fù)荷變動(dòng)基本上是可以預(yù)計(jì)的。簡(jiǎn) 而言之，電力系統(tǒng)中負(fù)荷變動(dòng)的幅度越 大，周期也就越長(zhǎng)。有鑒于此，電力系 統(tǒng)有功功率和負(fù)荷調(diào)整大體上也可分為 一次，二次，三次三種調(diào)整：一次調(diào)整 指的是由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行的對(duì)第 一種負(fù)荷變動(dòng)

2、引起的頻率偏移的調(diào)整； 二次調(diào)整指由發(fā)電機(jī)的調(diào)頻器進(jìn)行的對(duì) 第二種負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移的調(diào)整; 三次調(diào)整的名詞不常用，它其實(shí)就指 按最優(yōu)化準(zhǔn)則分配第三種有規(guī)律變動(dòng) 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。在潮流計(jì)算中 除平衡節(jié)點(diǎn)外的其他節(jié)點(diǎn)的注入功率 之所以給定，就是因系統(tǒng)中絕大部分 發(fā)電廠屬這種類(lèi)型。至于潮流計(jì)算中 的平衡節(jié)點(diǎn)，一般可取系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào) 頻任務(wù)的發(fā)電廠母線。 2.負(fù)荷預(yù)測(cè)的類(lèi)型及獲得途徑 根據(jù)不同的周期，負(fù)荷預(yù)測(cè)分為 以下幾種：日負(fù)荷預(yù)測(cè)；周負(fù)荷 預(yù)測(cè)；年負(fù)荷預(yù)側(cè)；長(zhǎng)期負(fù)荷預(yù) 測(cè)；短期負(fù)荷預(yù)測(cè)；超短期負(fù)荷 預(yù)測(cè)。任何一種負(fù)荷預(yù)測(cè)，都是以歷 史資料為依據(jù)，采用統(tǒng)計(jì)方

3、法，找出 負(fù)荷變化的規(guī)律，同時(shí)根據(jù)一些特殊 因素加以適當(dāng)修正，就可獲得未來(lái)時(shí) 段的負(fù)荷值。 3.系統(tǒng)備用容量及其類(lèi)型 系統(tǒng)中備用容量就是系統(tǒng)的電源容量大于 發(fā)電負(fù)荷的部分。一般要求備用容量為最大 發(fā)電負(fù)荷的15%20%。備用容量按容量的存 在形式可分為兩種：熱備用，指運(yùn)行中的 發(fā)電設(shè)備可能發(fā)出的最大功率與系統(tǒng)發(fā)電負(fù) 荷的差，又稱(chēng)其為旋轉(zhuǎn)備用或運(yùn)轉(zhuǎn)備用； 冷備用，指未運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電設(shè)備可能發(fā)出的最 大功率，檢修中的發(fā)電設(shè)備不屬于冷備用。 備用容量按用途可分為以下四種: 負(fù)荷備用 事故備用檢修備用國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用。 4.各類(lèi)發(fā)電廠承擔(dān)負(fù)荷的順序 枯水季節(jié)各類(lèi)發(fā)電廠承擔(dān)負(fù)荷的順序大 致排列如下：無(wú)調(diào)節(jié)水電廠

4、；有調(diào)節(jié) 水電廠的強(qiáng)迫功率；熱電廠的強(qiáng)迫功率 原子能電廠；燃料劣質(zhì)，當(dāng)?shù)厝剂匣?電廠；熱電廠的可調(diào)功率；高溫高壓 火電廠；中溫中壓火電廠；低溫低壓 火電廠；有調(diào)節(jié)水電廠的可調(diào)功率。風(fēng) 水季節(jié)和枯水季節(jié)的不同在于這時(shí)有調(diào)節(jié) 水電廠的可調(diào)功率往往也歸入強(qiáng)迫功率成 為不可調(diào)功率。 5.比耗量與耗量微增律 比耗量是指耗量特性曲線上某一點(diǎn)縱坐標(biāo)和 橫坐標(biāo)的比值，即原點(diǎn)和耗量特性曲線上某 一點(diǎn)切線的斜率。 耗量微增率是單位時(shí)間內(nèi)輸入能量增量和輸 出功率增量的比值，是耗量特性曲線上某一 點(diǎn)切線的斜率。 比耗量和耗量微增率通常有相同的單位，卻 是兩個(gè)不同的概念。而且，它們的數(shù)值一般 也不相等。 6.負(fù)荷在已運(yùn)

5、行發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠 之間的最優(yōu)分配 明確了有功功率負(fù)荷的大小和耗量特 性，在系統(tǒng)中有一定備用容量時(shí)，就可考 慮這些負(fù)荷在已運(yùn)行發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之 間的最優(yōu)分配問(wèn)題。這問(wèn)題實(shí)際上屬非線 性規(guī)劃范疇，在數(shù)學(xué)上，其性質(zhì)是在一定 得約束條件下，使某一目標(biāo)函數(shù)為最優(yōu)， 而這些約束條件和目標(biāo)函數(shù)都是各種變 量狀態(tài)變量、控制變量、擾動(dòng)變量的 非線性函數(shù)。 最優(yōu)分配負(fù)荷的目的在于:在供應(yīng)同樣大小負(fù)荷 有功功率的前提下，單位時(shí)間內(nèi)能源消耗最少。 目標(biāo)函數(shù) 這里的約束條件也就是有功功率必須保持平衡 的條件。就整個(gè)系統(tǒng)而言 式中 網(wǎng)絡(luò)總損耗。 )()()()( 1 2211Gi n i iGnnGG PFPFPFP

6、FF 0)( 11 PPP n i Li n i Gi P 在不記網(wǎng)損時(shí)，上式可改寫(xiě)為 負(fù)荷最優(yōu)分配時(shí)的不等式約束條件 有三，分別為各節(jié)點(diǎn)發(fā)電設(shè)備有功功率 PGi、無(wú)功功率QGi和電壓Ui，且其大小 不得逾越限額，即 0 11 n i Li n i Gi PP maxmin maxmin maxmin ). 21( iii GiGiGi GiGiGi UUU niQQQ PPP ， 7.負(fù)荷在水火電廠最優(yōu)分配時(shí)的目標(biāo) 函數(shù) 負(fù)荷在水火電廠最優(yōu)分配時(shí)的目 標(biāo)函數(shù)不再是單位時(shí)間內(nèi)消耗的能源， 而應(yīng)是一段時(shí)間內(nèi)消耗的能源，即 m i Gii dtPFF 1 0 )( 而等式約束條件有功功率保持平衡外

7、， 還應(yīng)增加 式中，1，2，m為火力發(fā)電設(shè)備， m+1，m+2，n為水力發(fā)電設(shè)備。 ), 21()( 0 nmmjPW Gjj ，定值 8.等耗量微增率準(zhǔn)則的推廣 只要將水力發(fā)電的水耗量微增率乘以 一個(gè)待定的拉格朗日乘數(shù)，就可將指 導(dǎo)火力發(fā)電廠之間負(fù)荷最優(yōu)分配的等 耗量微增率準(zhǔn)則推廣運(yùn)用于火力發(fā)電 廠與水力發(fā)電廠之間負(fù)荷的最優(yōu)分配。 9.系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率KS 系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率KS以MW/Hz 或MW/0.1HZ為單位。系統(tǒng)的單位調(diào) 節(jié)功率也可以標(biāo)幺值表示。以標(biāo)幺值 表示的基準(zhǔn)功率通常就取系統(tǒng)原始狀 況下的總負(fù)荷。系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率 標(biāo)志了系統(tǒng)負(fù)荷增加或減少時(shí)，在原 動(dòng)機(jī)調(diào)速器和負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)

8、效應(yīng)共 同作用下系統(tǒng)頻率下降或上升的多寡。 因此，從這個(gè)系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率KS， 可以求取在允許頻率偏移范圍內(nèi)系統(tǒng) 能承受多大的負(fù)荷增減。系統(tǒng)的單位 調(diào)節(jié)功率取決于兩個(gè)方面，即發(fā)電機(jī) 單位調(diào)節(jié)功率和負(fù)荷單位調(diào)節(jié)功率。 負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率不可調(diào)。要控制、 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率只有從控制 調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率或調(diào)速器 的調(diào)差系數(shù)入手。只要將調(diào)差系數(shù)整 定得小些或發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率整 定得大些就可保證頻率質(zhì)量。 10.發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù) 發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)不能整定得太小。 原因之一是為了使負(fù)荷在發(fā)電機(jī)組之間 有固定的分配，即使發(fā)電機(jī)組的調(diào)速系 統(tǒng)穩(wěn)定工作。原因之二是系統(tǒng)中有很多 臺(tái)發(fā)電機(jī)組，有些

9、機(jī)組可能已經(jīng)滿(mǎn)載， 由于調(diào)速器負(fù)荷限制器的限制不能再參 加調(diào)頻，它們的調(diào)差系數(shù)為無(wú)限大， 從而全系統(tǒng)的等值調(diào)差系數(shù)增大。 正因?yàn)檫@樣，依靠調(diào)速器進(jìn)行的一 次調(diào)整只能限制周期較短、幅度較 小的負(fù)荷變動(dòng)所引起的頻率偏移。 負(fù)荷變動(dòng)周期較長(zhǎng)，幅度較大的調(diào) 頻任務(wù)自然地落到了二次調(diào)整方面。 11.關(guān)于二次調(diào)頻的問(wèn)題 進(jìn)行二次調(diào)頻時(shí)，系統(tǒng)中負(fù)荷的增減 基本上要由調(diào)頻機(jī)組或調(diào)頻廠承擔(dān)。 雖可適當(dāng)增大其他機(jī)組或電廠的單位 調(diào)節(jié)功率以減少調(diào)頻機(jī)組或調(diào)頻廠的 負(fù)荷，但數(shù)值畢竟有限，這就使調(diào)頻 廠的功率變動(dòng)幅度原大于其他廠。如 調(diào)頻廠不位于負(fù)荷中心，則這種情況 可能使調(diào)頻廠與系統(tǒng)其他部分聯(lián)系 的聯(lián)絡(luò)線上流動(dòng)的功率

10、超過(guò)允許值。 這樣，就出現(xiàn)了調(diào)整系統(tǒng)頻率時(shí)， 控制聯(lián)絡(luò)線上流通功率的問(wèn)題。聯(lián) 絡(luò)線上交換的功率Pab=(KAPB- KBPA)/(KA+KB),可見(jiàn)系統(tǒng)頻率的變 化取決于系統(tǒng)總的功率缺額和總的 系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率。 12.調(diào)頻廠的選擇 從可調(diào)容量和調(diào)整速度這兩個(gè)對(duì)調(diào) 頻廠的基本要求出發(fā)，系統(tǒng)中有水 電廠時(shí)，一般應(yīng)選水電廠作調(diào)頻廠； 沒(méi)有水電廠或水電廠不宜承擔(dān)調(diào)頻 任務(wù)時(shí)，例如洪水季節(jié)，則選中溫 中壓火電廠。選擇水電廠作調(diào)頻廠 經(jīng)濟(jì)上也較合理。 習(xí)題1：電力系統(tǒng)有功功率的平衡對(duì) 頻率有什么影響？系統(tǒng)為什么要設(shè)置 有功功率備用容量？ 答：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，當(dāng)系統(tǒng)

11、中出現(xiàn)有功功率不平衡時(shí)，如有功功 率電源不足或負(fù)荷增大時(shí)，將會(huì)引起 頻率下降，反之將造成系統(tǒng)頻率過(guò)高。 系統(tǒng)設(shè)置有功功率備用容量是為 了滿(mǎn)足頻率調(diào)整的需要，以便在發(fā) 電、供電設(shè)備發(fā)生故障或檢修時(shí)， 以及系統(tǒng)負(fù)荷增長(zhǎng)后，仍有充足的 發(fā)電設(shè)備容量向用戶(hù)供電，保證電 力系統(tǒng)在額定頻率下達(dá)到有功平衡。 習(xí)題2：何為電力系統(tǒng)負(fù)荷的有功功 率頻率靜態(tài)特性？何為有功功率負(fù) 荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)？KL的大小與哪些 因素有關(guān)？ 答：當(dāng)電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng) 中有功負(fù)荷隨頻率變化的特性即為符 負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性。 當(dāng)系統(tǒng)中有功功率失去平衡而引起 頻率變化時(shí)，系統(tǒng)負(fù)荷也參與對(duì)頻率 的調(diào)節(jié)（當(dāng)頻率下降時(shí)，負(fù)荷功

12、率將 減少，反之負(fù)荷功率將增加），這種 特性有助于系統(tǒng)中有功功率在新的頻 率值下重新獲得平衡，這種現(xiàn)象稱(chēng)為 負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)。 KL的大小與系統(tǒng)中各類(lèi)負(fù)荷所占 的比例有關(guān)。 習(xí)題3：何為發(fā)電機(jī)組的有功功率頻 率靜態(tài)特性？發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率是 什么？KG的大小與哪些因素有關(guān)？ 答：發(fā)電機(jī)組輸出的有功功率與系 統(tǒng)頻率的關(guān)系叫做發(fā)電機(jī)組的有功 功率頻率靜態(tài)特性。發(fā)電機(jī)單位 調(diào)節(jié)功率KG表示當(dāng)頻率下降1Hz時(shí) 發(fā)電機(jī)增發(fā)或減發(fā)的功率值，其大 小可以整定，與調(diào)差系數(shù)有關(guān)。 習(xí)題4：什么叫調(diào)差系數(shù)？它與發(fā)電機(jī) 單位調(diào)節(jié)功率的標(biāo)幺值有什么關(guān)系？ 答：機(jī)組的調(diào)差系數(shù)是以百分?jǐn)?shù)表 示的機(jī)組空載運(yùn)行時(shí)的頻率f

13、0與額 定條件下運(yùn)行時(shí)的頻率fN的差值， 即(%)=(f0- fN)/ fN100%。它與發(fā) 電機(jī)單位調(diào)節(jié)功率的標(biāo)幺值成倒數(shù) 關(guān)系。 習(xí)題5：電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整指的 是什么？能否做到頻率的無(wú)差調(diào)節(jié)？ 答：負(fù)荷變化引起頻率偏差時(shí)，系 統(tǒng)中凡裝有調(diào)速器又留有可調(diào)容量 的發(fā)電機(jī)組都自動(dòng)參加頻率調(diào)整， 這就是電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整。 電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整只能做到 有差調(diào)節(jié)。 習(xí)題6：電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整是指 什么？如何才能做到頻率的無(wú)差調(diào)節(jié)？ 答：電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整由主 調(diào)頻廠承擔(dān)，調(diào)頻機(jī)組通過(guò)調(diào)頻器 調(diào)整機(jī)組的有功功率頻率靜態(tài)特 性，改變機(jī)組的有功功率輸出，以 承擔(dān)系統(tǒng)變化的負(fù)荷，從而實(shí)

14、現(xiàn)無(wú) 差調(diào)節(jié)。 習(xí)題7：發(fā)電機(jī)的運(yùn)行極限是如何確 定的？ 答：限制同步發(fā)電機(jī)運(yùn)行范圍的因 素有：有功功率的限制；定子三相 繞組電流的限制；勵(lì)磁電流的限制； 定子端部發(fā)熱的限制；發(fā)電機(jī)同步 穩(wěn)定性的限制。 習(xí)題8：兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組并列運(yùn)行，各臺(tái)機(jī) 組的燃料耗量特性及額定出力分別為 F1=4+0.2PG1+0.0005PG12（t/h）， PG1N=300MW； F2=3+0.25PG2+0.0006PG22 （t/h）， PG2N=300MW; 當(dāng)總負(fù)荷為500MW時(shí)，試計(jì)算（1）負(fù)荷 平均分配時(shí)的燃料總耗量？（2）負(fù)荷按 等耗量微增率準(zhǔn)則準(zhǔn)則分配時(shí)的總耗量？ 解:(1)平均分配時(shí) PG1=PG2=

15、500/2=250MW; F1=4+0.2250+0.00052502=85.25(t/h); F2=3+0.25250+0.00062502=103(t/h); 燃料總耗量:F總=F1+F2=85.25+103=188.25(t/h) (2)按等耗量微增率準(zhǔn)則分配時(shí) 0012. 025. 0 001. 02 . 0 2 2 2 1 1 1 1 G G G dP dF P dP dF 由1= 2得0.2+0.001PG1=0.25+0.0012PG2; 又 PG1+PG2=500 以上兩式可解得 PG1=295.4(MW) PG2=204.5(MW) F1=4+0.2295.4+0.00052

16、95.42= 107.41(t/h); F2=3+0.25204.5+0.0006204.52=79.25(t/h); 燃料總耗量:F總=F1+F2 =107.41+79.25 =186.66(t/h) 習(xí)題9：某電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量為 2000MW,額定頻率為50Hz,發(fā)電機(jī)單 位調(diào)節(jié)功率為KG*=30，負(fù)荷的單位調(diào) 節(jié)功率為KL*=1.5，現(xiàn)在負(fù)荷增加，若 調(diào)頻器不動(dòng)作，頻率下降0.2Hz；若 調(diào)頻器動(dòng)作，增發(fā)100MW 功率，問(wèn) 頻率下降多少？（ KG*、KL*均以 2000MW,50Hz為基準(zhǔn)） 解： 即頻率下降0.121Hz )(121. 0 1260 100252 )(252)2 .

17、 0(1260 )/(1260601200 )/(60 50 2000 5 . 1 50 2000 )/(1200 50 2000 30 50 2000 00 0 * * Hz K PP f MWfKP HzMWKKK HzMWKK HzMWKK S GL SL LGS LL GG 習(xí)題10：在下圖所示的兩機(jī)系統(tǒng)中， PG1N=450MW, 1%=5；PG2N=500MW, 2%=4；負(fù)荷為700MW，頻率50Hz，此時(shí) 兩臺(tái)機(jī)所發(fā)功率分別為PG1=450MW, PG2=250MW，若增加100MW負(fù)荷后，系 統(tǒng)的頻率和發(fā)電機(jī)的出力各為多少？ KL*=1.5 G1 G2 PG1 PG2 解：G1已滿(mǎn)載,不參加一次調(diào)頻 KS=KG2+KL=250+21=271(MW/Hz); 增加1