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(fù)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(jì)分配本章要點(diǎn)：○4.1有功功率平衡與頻率偏移

4.1.1有功平衡運(yùn)行頻率高低：取決于有功功率平衡發(fā)電出力有功負(fù)荷有功損耗發(fā)電廠廠用●1)負(fù)荷預(yù)測(cè)、發(fā)電計(jì)劃。負(fù)荷備用：預(yù)測(cè)負(fù)荷與實(shí)際負(fù)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(jī)組故障，某些機(jī)組可能退出。要根據(jù)機(jī)組臺(tái)數(shù)、容量、故障率及可靠性指標(biāo)確定，一般為最大負(fù)荷的5%~10%，但不能小于最大機(jī)組的容量；2)備用種類與容量◎如何平衡？檢修備用：機(jī)組計(jì)劃?rùn)z修而退出，需要備用機(jī)組發(fā)電；國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用：考慮經(jīng)濟(jì)發(fā)展的增加的備用；2)備用種類與容量熱(旋轉(zhuǎn))備用：負(fù)荷備用及部分事故備用；冷備用：檢修備用、國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用和部分事故備用。3)備用機(jī)組狀態(tài)◎4.1.2頻率偏移1)頻率指標(biāo)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(fù)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(dòng)機(jī)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(yùn)行；頻率低影響發(fā)電機(jī)廠用設(shè)備的出力，進(jìn)一步降低發(fā)電能力；頻率降低會(huì)使汽輪機(jī)葉片產(chǎn)生共振，影響其壽命、或斷裂，造成事故?！?.2負(fù)荷和電源的頻率靜特性

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

錯(cuò)油門活塞處于中間位置，錯(cuò)油門關(guān)閉；

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

飛擺靠攏，O點(diǎn)下降；油動(dòng)機(jī)不動(dòng)，B點(diǎn)不變；

A點(diǎn)下降；D點(diǎn)不變；

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

高壓油進(jìn)入油動(dòng)機(jī)下部。調(diào)速器工作原理——減速時(shí)○錯(cuò)油門高壓油飛擺調(diào)頻器靜油蒸汽調(diào)速汽門油動(dòng)機(jī)A套筒DCEO''B高壓油進(jìn)入油動(dòng)機(jī)下部，活塞上升，B點(diǎn)升高，汽門開度變大。

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

=0。系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率●4.2.2發(fā)電機(jī)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(cuò)油門高壓油飛擺調(diào)頻器靜油蒸汽調(diào)速汽門油動(dòng)機(jī)A套筒DCEB調(diào)節(jié)調(diào)頻器，D點(diǎn)升高，E點(diǎn)下降;錯(cuò)油門活塞下降，高壓油進(jìn)入油動(dòng)機(jī)下部，B點(diǎn)升高，汽門開度變大；轉(zhuǎn)速升高，飛擺張開，O點(diǎn)升高。調(diào)頻器工作原理——減速時(shí)○4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整

4.3.1電力系統(tǒng)有功負(fù)荷的變化特點(diǎn)P1：周期短，變動(dòng)幅度小，偶然性。一次調(diào)頻P2：周期較長(zhǎng)，變動(dòng)幅度較大，大的沖擊負(fù)荷。電爐、延壓機(jī)、電氣機(jī)車、工業(yè)大電機(jī)。二次調(diào)頻P3：周期最長(zhǎng)，變動(dòng)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(duì)負(fù)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(duì)負(fù)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(jī)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(duì)負(fù)荷中P3變化引起頻率變化的調(diào)整調(diào)整手段：機(jī)組組合/經(jīng)濟(jì)調(diào)度1)調(diào)頻方式●根據(jù)發(fā)電機(jī)組和負(fù)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(jī)組和負(fù)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(jī)二次調(diào)頻增發(fā)量ΔPG0f3P3●機(jī)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(yùn)行經(jīng)濟(jì)。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(jī)調(diào)節(jié)范圍大；50%，快?？菟谡{(diào)頻。水電廠容量不足時(shí)，或豐水期，火電廠調(diào)頻?！?.4電力系統(tǒng)有功功率經(jīng)濟(jì)分配

4.4.1機(jī)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(shí)間。有功負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配——總耗能最低：機(jī)組效率、距離負(fù)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(qiáng)迫功率水電廠和熱電廠的強(qiáng)迫功率核電廠核電廠燃燒劣質(zhì)和當(dāng)?shù)厝剂匣痣姀S燃燒劣質(zhì)和當(dāng)?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(jī)組的耗量特性發(fā)電機(jī)組在單位時(shí)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(jī)組的耗量特性單元機(jī)組，直接做出整套機(jī)組的耗量特性

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

水電機(jī)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(rèn)為水頭不變●F(t/h)P(MW)0F0ΔPΔFPAFAABα單位耗量(比耗量)機(jī)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(jī)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(jì)運(yùn)行(1)目標(biāo)函數(shù)——最小狀態(tài)變量控制變量擾動(dòng)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(jì)運(yùn)行(1)目標(biāo)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(zhǔn)則等耗量微增率準(zhǔn)則可以用于同一電廠的各機(jī)組，不計(jì)網(wǎng)絡(luò)損耗時(shí)也可以用于不同電廠的各機(jī)組。●OF1F1=f(P)O'F2F2=f(P)F1F2P2P1B1B2dPdPdF1dF2AIII●FPA耗量特性P1P7B微增率1λ234567n(5)機(jī)組耗量特性的微增率曲線○DPA1PA2λAPA1+PB1+PC1PB1PC1PλBλCλ(6)多機(jī)組耗量特性的綜合微增率曲線○

已知某水電廠有兩臺(tái)機(jī)組，其耗量特性為Q1=0.01P2+1.2P+25，Q2=0.015P2+1.5P+10。每臺(tái)機(jī)組的額定容量均為100MW，當(dāng)按額定容量發(fā)電時(shí)，耗水量分別為Qh1=245m2/s，Qh2=310m2/s。試求：(1)電廠負(fù)荷為120MW時(shí)，兩臺(tái)機(jī)如何經(jīng)濟(jì)分配負(fù)荷；(2)當(dāng)一臺(tái)運(yùn)行時(shí)，電廠負(fù)荷在什么范圍內(nèi)采用2號(hào)機(jī)最經(jīng)濟(jì)。例1●解(1)機(jī)組微增率根據(jù)耗量微增率準(zhǔn)則，得●(2)設(shè)解，得當(dāng)功率P

<32.45MW時(shí)，2號(hào)機(jī)耗量小，2號(hào)機(jī)經(jīng)濟(jì)?！?)不計(jì)網(wǎng)損時(shí)水火電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行(1)目標(biāo)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(shí)，水煤換算系數(shù)，1m3相當(dāng)于多少t煤。豐水期小，枯水期大?！?4)水火電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算步驟第1步，設(shè)置γj初值；第2步，計(jì)算各水電廠不同時(shí)段的負(fù)荷；第3步，計(jì)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(jì)及網(wǎng)損時(shí)火電廠的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行(1)目標(biāo)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○