第五節(jié)經濟調度與自動調頻

1、第五節(jié)第五節(jié) 電力系統(tǒng)經濟調度及自動調電力系統(tǒng)經濟調度及自動調頻頻 一、等微增率概念一、等微增率概念 二、發(fā)電廠中各機組二、發(fā)電廠中各機組按經濟按經濟分配負荷分配負荷的調頻系統(tǒng)的調頻系統(tǒng) 要維持電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內要維持電力系統(tǒng)頻率在允許范圍之內, ,就要就要根據(jù)負荷的變化根據(jù)負荷的變化及時地調節(jié)及時地調節(jié)電力系統(tǒng)中并聯(lián)電力系統(tǒng)中并聯(lián)運行機組的運行機組的有功輸入有功輸入, ,使之使之與負荷的功率變與負荷的功率變化化相平衡相平衡, ,但并沒有說明但并沒有說明調節(jié)調節(jié)系統(tǒng)中系統(tǒng)中哪些機哪些機組組原動機的輸入功率。原動機的輸入功率。 為了提高電力系統(tǒng)運行的經濟性，電力系統(tǒng)為了提高電力系統(tǒng)運行的

2、經濟性，電力系統(tǒng)調度的一個調度的一個重要任務重要任務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功功率平衡、使系統(tǒng)頻率在允許范圍之內的的前提下前提下做好以下做好以下兩項工作兩項工作： 確定確定哪些機組并入哪些機組并入電力系統(tǒng)運行；電力系統(tǒng)運行； 確定已并網運行的機組確定已并網運行的機組各發(fā)多少有功功各發(fā)多少有功功率。率。 上述上述第第項項屬于屬于機組經濟組合問題機組經濟組合問題； 第第項項屬于屬于有功功率經濟分配問題有功功率經濟分配問題。 將兩者結合起來一并考慮就是將兩者結合起來一并考慮就是電電力系統(tǒng)經力系統(tǒng)經濟調度和控制濟調度和控制。 電力系統(tǒng)經濟調度和控制有

3、一套完整的理電力系統(tǒng)經濟調度和控制有一套完整的理論和方法，主要論和方法，主要內容內容有：有： 各類發(fā)電廠的運行特點及其合理組合；各類發(fā)電廠的運行特點及其合理組合； 發(fā)電設備的經濟特性；發(fā)電設備的經濟特性； 經濟調度控制的主要算法經濟調度控制的主要算法(等微增率法、等微增率法、梯度法、線性規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃法梯度法、線性規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃法)； 火電廠之間的負荷經濟分配；火電廠之間的負荷經濟分配； 水、火電廠之間的負荷經濟分配；水、火電廠之間的負荷經濟分配； 電力系統(tǒng)網損及網損微增率。電力系統(tǒng)網損及網損微增率。 經濟調度的經濟調度的目的目的是是 在滿足電力系統(tǒng)在滿足電力系統(tǒng)頻率質量頻率質量和和安全安全的

4、前提下的前提下 合理利用合理利用能源能源和和設備設備， 對系統(tǒng)負荷在各電廠及各機組之間合理分對系統(tǒng)負荷在各電廠及各機組之間合理分配，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。 因此經濟調度與自動調頻密不可分。因此經濟調度與自動調頻密不可分。 曾經認為系統(tǒng)的最經濟負荷分配的方法是曾經認為系統(tǒng)的最經濟負荷分配的方法是按發(fā)電機組效率的高低順序排列按發(fā)電機組效率的高低順序排列， 先投效率高的機組，直到負荷達到它的效先投效率高的機組，直到負荷達到它的效率最高值對應功率后，再投運效率較好的，率最高值對應功率后，再投運效率

5、較好的，以此類推。以此類推。 這一方法被證明這一方法被證明不是最經濟的不是最經濟的。 在電力系統(tǒng)中，在電力系統(tǒng)中，最經濟分配負荷的方法是最經濟分配負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，在能量的轉換與傳輸過程中，要經過鍋爐、在能量的轉換與傳輸過程中，要經過鍋爐、汽輪機、發(fā)電機、電力網等環(huán)節(jié)。汽輪機、發(fā)電機、電力網等環(huán)節(jié)。 各環(huán)節(jié)在單位時間內消耗各環(huán)節(jié)在單位時間內消耗(輸入輸入)能量的費用能量的費用與功率之間的關系，稱為與功率之

6、間的關系，稱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組的單元機組的(c)上凸型上凸型汽輪機的汽輪機的耗量特性耗量特性(b)直線型直線型PF0PF0PF0 對應于對應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（簡稱微增率）增率（簡稱微增率）b 是指耗量特性上是指耗量特性上對應該點的切線斜率對應該點的切線斜率， 即在該功率點時，輸入即在該功率點時，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： 對于鍋爐發(fā)電機汽輪機組成的對于鍋爐發(fā)電機汽輪機組成的單元機組單元機組，由于，由于發(fā)電機的效率接近于發(fā)電機的效率接近于1、汽輪機的微增率變化也不汽輪機的微增率變化也不大大，故，故機組的綜合耗量特性仍具有圖機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) 對于電力系統(tǒng)中的水電機組，是將對于電力系統(tǒng)中的水電機組，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、機組的耗在確定換算系數(shù)后，折合成火電機組的耗量微增率特性。量微增率特性。2.按等微增率分配負荷按等微增率分配負荷的分析的分析 用兩臺機組并聯(lián)運行分析用兩臺機組并聯(lián)運行分析 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。 將負荷分配給將負荷分配給A、B兩機組兩機組時時,先不按等微增率分配。先不按等微增率分配。 A機帶負荷機帶負荷P1,微增率為微增率為b1, B機帶負荷機帶負荷P2,微增率為微增率為b2, 并有并有b1 b2。b0PABb1P Pb2P PP2P1P2 P1 現(xiàn)設總負荷不變現(xiàn)設總負荷不變,使使A機減小負荷機減小負荷P,而而B機增加相應的負荷機增加相應的負荷P。 由

9、于由于b1 b2,使使A機減小的能耗機減小的能耗將將大于大于B機增加的能耗機增加的能耗； 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. 若轉移負荷的目的在于使負荷消耗最少若轉移負荷的目的在于使負荷消耗最少,則轉移的轉則轉移的轉移就將繼續(xù)下去移就將繼續(xù)下去,當當b1b2時時,總消耗不再改變?？傁牟辉俑淖?。 若繼續(xù)轉移則若繼續(xù)轉移則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，消耗最小時，消耗最小b0PABb1P Pb2P Pb1 P2P1P2 P1 數(shù)學推導證明等微增率原則：數(shù)學推導證明等微增率原則： 經濟負荷應滿足以下兩個條件：經濟負荷應滿足以

10、下兩個條件： 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功率的式對功率的偏導數(shù)為零，偏導數(shù)為零，對于下凸特性應有：對于下凸特性應有： 以上證明不嚴密以上證明不嚴密,但可以說明但可以說明等微增率原則等微增率原則。 上述結論可推廣到多臺機組并聯(lián)運行：上述結論可推廣到多臺機組并聯(lián)運行：即即全廠的微增率。全廠的微增率。(5-114)b1=b2=bn=二、發(fā)電廠中各機組發(fā)電廠中各機組按經濟分配負荷按經濟分配負荷的調頻系統(tǒng)的調頻系統(tǒng) 按式按式(5-114)可實現(xiàn)一個廠內各機組之間按可實現(xiàn)一個廠內各機組之間按

11、等微增率原則分配負荷等微增率原則分配負荷,并用頻率偏差積分并用頻率偏差積分來實現(xiàn)調頻來實現(xiàn)調頻,從而達到按經濟分配負荷并調從而達到按經濟分配負荷并調頻的目的。頻的目的。 如下圖為按上述原則實現(xiàn)經濟分配負荷及如下圖為按上述原則實現(xiàn)經濟分配負荷及調頻的系統(tǒng)示意圖。調頻的系統(tǒng)示意圖。 bPi方框稱經濟單元方框稱經濟單元。 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，發(fā)生器發(fā)出該機組時，發(fā)生器發(fā)出該機組應發(fā)出的功率信號應發(fā)出的功率信號Pid。 設系統(tǒng)原處于正常狀態(tài)設系統(tǒng)原處于正常狀態(tài),各機組按等微增率運行，各機組按等微增率運行，機組各自帶負荷機組各自帶負荷

12、P1、 P2、 Pn, 且且f0。 當系統(tǒng)負荷發(fā)生變化當系統(tǒng)負荷發(fā)生變化,如增加時如增加時,頻率下降。各機組頻率下降。各機組調速器動作調節(jié)其負荷。此時調速器動作調節(jié)其負荷。此時 Pi不一定等于不一定等于Pid。 同時將全廠微增率同時將全廠微增率分別送到各機組的經濟調度分別送到各機組的經濟調度單元單元, ,給出頻率變動值后，確定在新的給出頻率變動值后，確定在新的值下各機值下各機組應發(fā)的功率組應發(fā)的功率Pid。 調速系統(tǒng)的輸入端得到功率偏差信號調速系統(tǒng)的輸入端得到功率偏差信號 Pi Pid Pi，通過低積分增益環(huán)節(jié)去作用于調，通過低積分增益環(huán)節(jié)去作用于調速器，達到改變速器，達到改變Pi的目的。的目的。 調節(jié)結束時各機組的調節(jié)結束時各機組的Pi 0,即即Pi Pid,且且f0. 當要求在幾個發(fā)電廠間實現(xiàn)經濟分配負荷當要求在幾個發(fā)電廠間實現(xiàn)經濟分配負荷時，由于發(fā)電廠之間以輸電線相聯(lián)，因此時，由于發(fā)電廠之間以輸電線相聯(lián)，因此要計網損。要計網損。 一般是將一般是將網損網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損修正后網損修正后的等的等微增率微增率原則原則來分配負荷。來分配負荷。North China Electric Power University21/292022-4-23三、發(fā)電廠內機組功率控制廠