電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率的調(diào)整JXIEppt課件

1、第四章電力系統(tǒng)有功功率平衡和頻率調(diào)整1.4.1 有功平衡和頻率調(diào)整 1.電力系統(tǒng)頻率變化的影響對用戶的影響（1）異步電機(jī)轉(zhuǎn)速：紡織工業(yè)、造紙工業(yè)（2）異步電機(jī)功率下降（3）電子設(shè)備的準(zhǔn)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(jī)械設(shè)備運(yùn)行的影響（2）對汽輪機(jī)葉片的影響（3）對異步電機(jī)及變壓器勵磁的影響，增加無 功消耗。2.4.1 有功功率和頻率調(diào)整3.電力系統(tǒng)的頻率偏移與頻率調(diào)整 負(fù)荷變化-發(fā)電機(jī)輸出電磁功率變化-原動機(jī)輸入功率相對遲緩轉(zhuǎn)矩變化-轉(zhuǎn)速變化-頻率變化額定頻率50Hz,頻率偏差范圍0.2-0.5Hz，華東電網(wǎng)0.1Hz轉(zhuǎn)矩平衡與功率平衡轉(zhuǎn)矩不平衡時(shí),轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 速變化,引起頻率變化

2、保持頻率恒定不變是十分困難的 ! 4.5.6.負(fù)荷變動幅度小，周期又很短(如P1)，變動具有偶然性；負(fù)荷變動幅度較大，周期也較長（如P2）工業(yè)中大電機(jī)、電爐、延壓機(jī)、電氣機(jī)車等；負(fù)荷變動幅度最大，周期也最長，且變化較緩慢（如P3）人們生產(chǎn)、生活及氣象條件的變化等引起的，基本上可以預(yù)計(jì)。圖4-2 有功負(fù)荷的變動1有功功率負(fù)荷 ：7. 系統(tǒng)負(fù)荷可以看作由以下三種具有不同變化規(guī)律的變動 負(fù)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(jī)、電 爐啟停調(diào)速器頻率的一次調(diào)整調(diào)頻器

3、頻率的二次調(diào)整根據(jù)預(yù)測負(fù)荷，在各機(jī)組間進(jìn)行最優(yōu)負(fù)荷分配電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)度（發(fā)電計(jì)劃）8.4 有功功率平衡與備用容量備用容量：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(yīng)大于發(fā)電負(fù)荷。定義：備用容量 系統(tǒng)可用電源容量 發(fā)電負(fù)荷 有功功率平衡：8760t(h)P(MW)發(fā)電負(fù)荷備用容量新增容量9.按作用分：(1)負(fù)荷備用：滿足負(fù)荷波動、計(jì)劃外的負(fù)荷增量2%5%(2)事故備用：發(fā)電機(jī)因故退出運(yùn)行而預(yù)留的容量5%10%(3)檢修備用：發(fā)電機(jī)計(jì)劃檢修4%5%(4)國民經(jīng)濟(jì)備用：滿足工農(nóng)業(yè)超計(jì)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10.1.負(fù)荷的有功

4、功率頻率靜態(tài)特性4.2 電力系統(tǒng)的頻率特性11.負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性簡化表達(dá)當(dāng)頻率偏離額定值不大時(shí)，負(fù)荷有功頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來表示。負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)或稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，表示負(fù)荷隨頻率的變化程度。例4112.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性負(fù)荷靜態(tài)頻率特性的線性表示|負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù) PDNfN13.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性負(fù)荷的P-f靜態(tài)特性例：系統(tǒng)負(fù)荷中30%與頻率無關(guān)， 40%與頻率一次方成正比， 10%與頻率二次方成正比， 20%與頻率三次方成正比。求系統(tǒng)頻率從額定頻率50Hz降到48Hz時(shí)，負(fù)荷功率變化的百分值，以及負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)。14.2 發(fā)

5、電機(jī)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(jī)構(gòu)油動機(jī)(或稱接力器)；4 為轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)或稱同步器(調(diào)頻器)15.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機(jī)組的P-f靜態(tài)特性調(diào)速器蒸汽AOBDE16.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機(jī)組的P-f靜態(tài)特性蒸汽AOBDE17.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機(jī)組的P-f靜態(tài)特性蒸汽AOBDE18.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機(jī)組的P-f靜態(tài)特性fPGfNf0PGN1219.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機(jī)組的P-f靜態(tài)特性機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率（發(fā)電機(jī)組的功頻靜特性系數(shù)）

6、物理意義：頻率發(fā)生單位變化時(shí)，機(jī)組輸出功率的變化量，20.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機(jī)組的P-f靜態(tài)特性靜態(tài)調(diào)差系數(shù)（調(diào)差率） 物理意義：機(jī)組負(fù)荷改變時(shí)，頻率的偏移21.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)的P-f靜態(tài)特性fPGf1f2P112P2PDPD負(fù)荷實(shí)際增量PD0+ PD = PG發(fā)電機(jī)有功出力增量22.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性電力系統(tǒng)的P-f靜態(tài)特性 系統(tǒng)的功頻靜特性系數(shù)(單位調(diào)節(jié)功率)備用系數(shù)23.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機(jī)組滿載時(shí)的P-f靜態(tài)特性：KG=0fPGf1f2PGmax1224.一、頻率的一次調(diào)整n臺裝有調(diào)速器的機(jī)組并列運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)頻率變化f時(shí)n臺機(jī)

7、組的等值單位調(diào)節(jié)功率結(jié)論：n臺機(jī)組的等值單位調(diào)節(jié)功率遠(yuǎn)大于一臺機(jī)組的 單位調(diào)節(jié)功率。25.頻率的一次調(diào)整的計(jì)算過程例42 例43求出頻率偏差每臺機(jī)組的功率增量小結(jié)：調(diào)差系數(shù)越小的機(jī)組增加的有功輸出相對越多。26.4.1.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率的一次調(diào)整: n臺發(fā)電機(jī)例 系統(tǒng)一半機(jī)組已滿載.火電機(jī)組占總?cè)萘康?/4,有10%的備用容量,單位調(diào)節(jié)功率為16.6;水電機(jī)組占總?cè)萘康?/4,有20%的備用容量,單位調(diào)節(jié)功率為25;負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)為1.5.求(1)系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率(2)負(fù)荷功率增加5%時(shí)的穩(wěn)態(tài)頻率(3)如果頻率允許降低0.2Hz,系統(tǒng)能增加多少負(fù)荷功率27.頻率的二次調(diào)整：通

8、過操作調(diào)頻器，使發(fā)電機(jī)組的頻率特性平行的移動，從而使負(fù)荷變化引起的頻率偏移在允許的波動范圍內(nèi)。二、頻率的二次調(diào)整28.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機(jī)組的P-f靜態(tài)特性調(diào)頻器蒸汽AOBDE29.4.1.2電力系統(tǒng)的頻率特性發(fā)電機(jī)組的P-f靜態(tài)特性fPGfNf0PGN1230.1.主調(diào)頻廠的選擇調(diào)頻廠：負(fù)有二次調(diào)頻任務(wù)的電廠，分為主調(diào)頻廠和輔助 調(diào)頻廠。調(diào)頻廠應(yīng)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(jì)性較好31.調(diào)整容量: 水電廠火電廠中溫中壓電廠（75）高溫高壓電廠（30） 調(diào)整速度： 水電廠火電廠調(diào)頻廠選擇： 首選：水電廠 其次：中溫中壓電廠32.頻率的二次調(diào)整

9、結(jié)論：（1）由于二次調(diào)頻增加了發(fā)電機(jī)的出力，在同樣的頻率 偏移下，系統(tǒng)能承受的負(fù)荷變化量增加了。（2）可以做到無差調(diào)節(jié)。AE EF FC33.13.3.3 互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整34.42）各類負(fù)荷變動與頻率調(diào)整第一種負(fù)荷頻率的“一次調(diào)整”,采用調(diào)速器第二種負(fù)荷變動頻率的“二次調(diào)整”，調(diào)頻器第三種負(fù)荷變動頻率的“三次調(diào)整”，通過負(fù)荷預(yù)計(jì)得到負(fù)荷曲線，按最優(yōu)化準(zhǔn)則分配負(fù)荷，屬于電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的問題，或稱經(jīng)濟(jì)調(diào)度。35.4-3) 電力系統(tǒng)有功功率的分配 （三次調(diào)頻）1、有功電源的最優(yōu)組合 指系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠的合理組合，包括機(jī)組的最優(yōu)組合順序，機(jī)組的最優(yōu)組合數(shù)量和機(jī)組的最優(yōu)開停時(shí)間 2、有功負(fù)荷

10、在運(yùn)行機(jī)組間的最優(yōu)分配 指系統(tǒng)的有功負(fù)荷在各運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組或發(fā)電廠間的合理分配 3、分配原則： 充分合理利用水利資源； 最大限度地降低火電廠煤耗，降低火力發(fā)電的成本36.13.4 各類發(fā)電廠的合理組合系統(tǒng)中有備用容量時(shí)，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(fù)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(shè)備和發(fā)電廠的合理組合。有功負(fù)荷的最優(yōu)分配：系統(tǒng)中的有功負(fù)荷在各個正在運(yùn)行的發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間的合理分配。37.一、 各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)1 火電廠（1）燃料及運(yùn)輸費(fèi)用（2）有功出力最小限制（3）效率與蒸汽參數(shù)有關(guān)（4）啟停時(shí)間長且啟停費(fèi)用高（5）熱電廠總效率較高，但與熱負(fù)

11、荷相應(yīng)的輸出功率是不可 調(diào)節(jié)的強(qiáng)迫功率。38.一、 各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)2 水電廠（1）不需燃料費(fèi)，但一次投資大（2）出力調(diào)節(jié)范圍比火電機(jī)組大（3）啟停費(fèi)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(qiáng)迫功率39.一、 各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)3 核電廠（1）最小技術(shù)負(fù)荷小，為額定負(fù)荷1015。（2）啟停費(fèi)用高；負(fù)荷急劇變化時(shí)，調(diào)節(jié)費(fèi)用高；啟停及 急劇調(diào)節(jié)時(shí)，易于損壞設(shè)備。（3）一次投資大，運(yùn)行費(fèi)用小。40.二、各類發(fā)電廠的合理組合原則（1）充分利用水源。（2）降低火電機(jī)組的單位煤耗，發(fā)揮高效機(jī)組的作用。（3）盡量降低火力發(fā)電成本。41.枯水期豐水期抽水發(fā)電42.14.2 電

12、力系統(tǒng)有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配1 發(fā)電機(jī)組的耗量特性：反映發(fā)電機(jī)組單位時(shí)間內(nèi)能量輸入和輸出關(guān)系的曲線。耗量特性43.比耗量：耗量特性曲線上某點(diǎn)的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)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(diǎn)切線的斜率，表示在該點(diǎn)的輸入增量與輸出增量之比。效率曲線和微增率曲線 14.2 電力系統(tǒng)有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配44.三、 等耗量微增率準(zhǔn)則以兩臺火電機(jī)組為例，忽略有功網(wǎng)損；假定各臺機(jī)組的燃料消耗量和輸出功率不受限制，要求：確定負(fù)荷功率在兩臺機(jī)組間的分配，使總的燃料消耗量最小。 等式約束 目標(biāo)函數(shù)45.三、 等耗量微增率準(zhǔn)則作圖法求解（只有兩臺機(jī)組） 在OO上找到一點(diǎn)作垂線，

13、 與兩條耗量特性曲線的交點(diǎn) 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(shí)， 燃料消耗量最少。 曲線的切線即斜率，就是該點(diǎn)的耗量微增率。46.切線平行時(shí)，斜率相等，也就是耗量微增率相等。這就是等微增率準(zhǔn)則。物理意義47.二、目標(biāo)函數(shù)和約束條件有功負(fù)荷最優(yōu)分配的目的：在滿足對一定量負(fù)荷持續(xù)供電的前提下，使發(fā)電設(shè)備在生產(chǎn)電能的過程中單位時(shí)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(biāo)函數(shù) F=F(x、u、d) 最優(yōu)48.1 目標(biāo)函數(shù)系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)消耗的燃料（火電機(jī)組）該目標(biāo)函數(shù)是各發(fā)電設(shè)備發(fā)出有功功率的函數(shù)，描述的是單位時(shí)間內(nèi)能源的消耗量。49.2 約束條件等式約束不等式約束忽略有功網(wǎng)損50.四、多個發(fā)電廠間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配1.不計(jì)網(wǎng)損的有功最優(yōu)分配目標(biāo)函數(shù)最?。旱仁郊s束條件：這是多元函數(shù)