有功功率平衡

第4章電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調(diào)整

有功平衡與頻率偏移負荷和電源的頻率靜特性

電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整

電力系統(tǒng)有功經(jīng)濟分配本章要點：○4.1有功功率平衡與頻率偏移

4.1.1有功平衡運行頻率高低：取決于有功功率平衡發(fā)電出力有功負荷有功損耗發(fā)電廠廠用●1)負荷預(yù)測、發(fā)電計劃。負荷備用：預(yù)測負荷與實際負荷不等，誤差可在2%~5%，此備用應(yīng)該高于此值；事故備用：由于系統(tǒng)或機組故障，某些機組可能退出。要根據(jù)機組臺數(shù)、容量、故障率及可靠性指標確定，一般為最大負荷的5%~10%，但不能小于最大機組的容量；2)備用種類與容量◎如何平衡？檢修備用：機組計劃檢修而退出，需要備用機組發(fā)電；國民經(jīng)濟備用：考慮經(jīng)濟發(fā)展的增加的備用；2)備用種類與容量熱(旋轉(zhuǎn))備用：負荷備用及部分事故備用；冷備用：檢修備用、國民經(jīng)濟備用和部分事故備用。3)備用機組狀態(tài)◎4.1.2頻率偏移1)頻率指標額定頻率50Hz；頻率偏差范圍為±0.2~±0.5Hz。2)頻率偏移的原因有功不平衡；發(fā)電有功出力少，頻率較低；反之升高。●如何平衡？頻率調(diào)節(jié)負荷需要能恰好滿足嗎？4.1.2頻率偏移3)頻率偏移的影響電動機轉(zhuǎn)速變化，影響紡織等行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，出現(xiàn)次品或廢品；頻率低引起輸出功率降低，影響設(shè)備運行；頻率低影響發(fā)電機廠用設(shè)備的出力，進一步降低發(fā)電能力；頻率降低會使汽輪機葉片產(chǎn)生共振，影響其壽命、或斷裂，造成事故?！?.2負荷和電源的頻率靜特性

4.2.1電力系統(tǒng)負荷的頻率靜特性Pl*f*PlN*fN*負荷的單位調(diào)節(jié)功率1.5左右●4.2.2發(fā)電機組的功頻靜特性1)調(diào)速器與一次調(diào)頻(單個發(fā)電機)f*PG*11發(fā)電機組的調(diào)差系數(shù)汽輪發(fā)電機約33.3~20水輪發(fā)電機約50~25功頻靜特性系數(shù)●錯油門高壓油飛擺調(diào)頻器靜油蒸汽調(diào)速汽門油動機套筒OADCEB正常運行時，轉(zhuǎn)速不變；

錯油門活塞處于中間位置，錯油門關(guān)閉；

油動機不動，保持汽門開度不變。調(diào)速器工作原理——正常時○調(diào)速器靜油O'錯油門高壓油飛擺調(diào)頻器靜油蒸汽調(diào)速汽門油動機A套筒DCE'B負荷增加，套筒減速；

飛擺靠攏，O點下降；油動機不動，B點不變；

A點下降；D點不變；

E點下降，錯油門活塞下降。調(diào)速器工作原理——減速時○O'錯油門高壓油飛擺調(diào)頻器靜油蒸汽調(diào)速汽門油動機A套筒DCE'B錯油門活塞下降，錯油門打開；

高壓油進入油動機下部。調(diào)速器工作原理——減速時○錯油門高壓油飛擺調(diào)頻器靜油蒸汽調(diào)速汽門油動機A套筒DCEO''B高壓油進入油動機下部，活塞上升，B點升高，汽門開度變大。

轉(zhuǎn)速升高，飛擺張開，O點升高，但不能回到原位；E點升高，錯油門活塞回到中間位置。調(diào)速器工作原理——減速時○4.2.2發(fā)電機組的功頻靜特性1)調(diào)速器與一次調(diào)頻(多個發(fā)電機)發(fā)電機滿載時，KG

=0。系統(tǒng)發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率●4.2.2發(fā)電機組的功頻靜特性1)調(diào)頻器與二次調(diào)頻f*PG*11有差調(diào)節(jié)特性無差調(diào)節(jié)特性f*PG*11P*不調(diào)節(jié)●O錯油門高壓油飛擺調(diào)頻器靜油蒸汽調(diào)速汽門油動機A套筒DCEB調(diào)節(jié)調(diào)頻器，D點升高，E點下降;錯油門活塞下降，高壓油進入油動機下部，B點升高，汽門開度變大；轉(zhuǎn)速升高，飛擺張開，O點升高。調(diào)頻器工作原理——減速時○4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整

4.3.1電力系統(tǒng)有功負荷的變化特點P1：周期短，變動幅度小，偶然性。一次調(diào)頻P2：周期較長，變動幅度較大，大的沖擊負荷。電爐、延壓機、電氣機車、工業(yè)大電機。二次調(diào)頻P3：周期最長，變動幅度最大。工作、生活、氣象tPP1P2P3◎4.3.2頻率調(diào)整的方式一次調(diào)頻—有差調(diào)節(jié)針對負荷中P1變化引起頻率變化的調(diào)整調(diào)整手段：調(diào)速器系統(tǒng)二次調(diào)頻—無差調(diào)節(jié)針對負荷中P2變化引起頻率變化的調(diào)整調(diào)整手段：在發(fā)電機組上裝設(shè)調(diào)頻器系統(tǒng)/AGC三次調(diào)頻—無差調(diào)節(jié)針對負荷中P3變化引起頻率變化的調(diào)整調(diào)整手段：機組組合/經(jīng)濟調(diào)度1)調(diào)頻方式●根據(jù)發(fā)電機組和負荷的功頻靜特性。調(diào)整手段：調(diào)速器系統(tǒng)fPf1P1P2f2系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)系數(shù)2)一次調(diào)頻(系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)系數(shù))

●根據(jù)發(fā)電機組和負荷的功頻靜特性。調(diào)整手段：調(diào)速器和調(diào)頻器fPf1P1P2f2系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)系數(shù)3)二次調(diào)頻發(fā)電機二次調(diào)頻增發(fā)量ΔPG0f3P3●機組要有足夠的調(diào)節(jié)能力及范圍；較快的調(diào)節(jié)速度；運行經(jīng)濟。4)調(diào)頻廠的選擇——主調(diào)頻廠和輔助調(diào)頻廠水輪發(fā)電機調(diào)節(jié)范圍大；50%，快?？菟谡{(diào)頻。水電廠容量不足時，或豐水期，火電廠調(diào)頻?！?.4電力系統(tǒng)有功功率經(jīng)濟分配

4.4.1機組組合有功電源的最優(yōu)組合：合理開停，組合順序、組合數(shù)量、開停時間。有功負荷經(jīng)濟分配——總耗能最低：機組效率、距離負荷中心的電氣距離?！蚩菟谪S水期無調(diào)節(jié)水電廠和其他強迫功率水電廠和熱電廠的強迫功率核電廠核電廠燃燒劣質(zhì)和當?shù)厝剂匣痣姀S燃燒劣質(zhì)和當?shù)厝剂匣痣姀S熱電廠可調(diào)功率熱電廠可調(diào)功率高溫高壓火電廠高溫高壓火電廠中溫中壓火電廠水電廠可調(diào)功率中溫中壓火電廠○4.4.2發(fā)電機組的耗量特性發(fā)電機組在單位時間內(nèi)，消耗的能源與發(fā)出的有功功率的關(guān)系。1)發(fā)電機組的耗量特性單元機組，直接做出整套機組的耗量特性

母管式，先分別做出鍋爐、汽輪機—發(fā)電機組的耗量特性，然后算出它們各種組合的值。

水電機組的耗量特性與水流量、水頭有關(guān)：水流量(m3/s)kW水頭(m)綜合效率◎F(t/h)P(MW)0F0F=f(P)火電廠耗量特性●Qb(m3/s)P(MW)0F0Qb=f(P)H1<H2<H3H1H2H3水電廠耗量特性短期(一天)內(nèi)，可認為水頭不變●F(t/h)P(MW)0F0ΔPΔFPAFAABα單位耗量(比耗量)機組耗量微增率●F(t/h)P(MW)0F0ΔPΔFPAFAABα單位耗量隨發(fā)電出力增加而減小(在額定功率附近以前)。機組耗量微增率隨發(fā)電出力增加而增加●4.4.3電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行(1)目標函數(shù)——最小狀態(tài)變量控制變量擾動變量(2)等式約束條件(3)不等式約束條件●1)火電廠的經(jīng)濟運行(1)目標函數(shù)——發(fā)電廠總煤耗量(2)等式約束條件(3)不等式約束條件●(4)多元函數(shù)的條件極值——用拉格朗日乘法拉格朗日方程：求導(dǎo)○拉格朗日函數(shù)存在極值的條件等耗量微增率準則等耗量微增率準則可以用于同一電廠的各機組，不計網(wǎng)絡(luò)損耗時也可以用于不同電廠的各機組?！馩F1F1=f(P)O'F2F2=f(P)F1F2P2P1B1B2dPdPdF1dF2AIII●FPA耗量特性P1P7B微增率1λ234567n(5)機組耗量特性的微增率曲線○DPA1PA2λAPA1+PB1+PC1PB1PC1PλBλCλ(6)多機組耗量特性的綜合微增率曲線○

已知某水電廠有兩臺機組，其耗量特性為Q1=0.01P2+1.2P+25，Q2=0.015P2+1.5P+10。每臺機組的額定容量均為100MW，當按額定容量發(fā)電時，耗水量分別為Qh1=245m2/s，Qh2=310m2/s。試求：(1)電廠負荷為120MW時，兩臺機如何經(jīng)濟分配負荷；(2)當一臺運行時，電廠負荷在什么范圍內(nèi)采用2號機最經(jīng)濟。例1●解(1)機組微增率根據(jù)耗量微增率準則，得●(2)設(shè)解，得當功率P

<32.45MW時，2號機耗量小，2號機經(jīng)濟。●2)不計網(wǎng)損時水火電廠的經(jīng)濟運行(1)目標函數(shù)——發(fā)電廠總煤耗量(2)等式約束條件(3)不等式約束條件○拉格朗日方程：求導(dǎo)，得功率增量相同時，水煤換算系數(shù)，1m3相當于多少t煤。豐水期小，枯水期大?！?4)水火電廠的經(jīng)濟運行計算步驟第1步，設(shè)置γj初值；第2步，計算各水電廠不同時段的負荷；第3步，計算各水電廠的用水量，并與允許的用水量Wj比較，若結(jié)束增大γj減小γj○3)計及網(wǎng)損時火電廠的經(jīng)濟運行(1)目標函數(shù)——發(fā)電廠總煤耗量(2)等式約束條件(3)不等式約束條件○