電力能源系統(tǒng)有功功率的平衡和頻率的調(diào)整培訓(xùn)教材

第五章電力系統(tǒng)有功功率的平衡和頻率的調(diào)整

系統(tǒng)的頻率由系統(tǒng)中的有功功率分配有關(guān)，本章主要內(nèi)容：系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分布和頻率的調(diào)整。第一節(jié)電力系統(tǒng)中的有功功率的平衡第二節(jié)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整第一節(jié)電力系統(tǒng)中的有功功率的平衡一、頻率變化對(duì)用戶和發(fā)電廠及系統(tǒng)本身的影響頻率變化的原因：

頻率變化電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化產(chǎn)品質(zhì)量電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)電廠的給水泵停運(yùn)，鍋爐停爐等等由有功負(fù)荷變化引起的我國(guó)頻率范圍：500.2Hz發(fā)達(dá)國(guó)家（如澳大利亞）：500.1Hz華東電網(wǎng)已達(dá)到：500.1Hz二、電力系統(tǒng)中有功功率的平衡和備用容量1、有功功率負(fù)荷的變動(dòng)及其調(diào)整一、變化幅度很小、變化周期較短，負(fù)荷變動(dòng)有很大的偶然性。二、變化幅度較大、變化周期較長(zhǎng)，如電爐。電氣機(jī)床。三、變化緩慢的持續(xù)變動(dòng)負(fù)荷，如由生產(chǎn)、生活、氣象變化引起的負(fù)荷變動(dòng)。電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的第一個(gè)問題就是研究用戶的需求，即進(jìn)行電力負(fù)荷預(yù)測(cè)，按照調(diào)度計(jì)劃的周期，可分為日負(fù)荷預(yù)測(cè)，周負(fù)荷預(yù)測(cè)和年負(fù)荷預(yù)測(cè)。不同的周期的負(fù)荷有不同的變化規(guī)律：負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度直接影響經(jīng)濟(jì)調(diào)度的效益，提高預(yù)測(cè)的精度就可以降低備用容量，減少臨時(shí)出力調(diào)整和避免計(jì)劃外開停機(jī)組，以利于電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

根據(jù)負(fù)荷變化，電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整大體上也可分為：一次調(diào)頻：由發(fā)電機(jī)調(diào)速器進(jìn)行；二次調(diào)頻：由發(fā)電機(jī)調(diào)頻器進(jìn)行；三次調(diào)頻：由調(diào)度部門根據(jù)負(fù)荷曲線進(jìn)行最優(yōu)分配。前兩種是事后的，第三種是事前的。一次調(diào)頻是所有運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組都可參加的，取決于發(fā)電機(jī)組是否已經(jīng)滿負(fù)荷發(fā)電。這類發(fā)電廠稱為負(fù)荷監(jiān)視廠。二次調(diào)頻是由平衡節(jié)點(diǎn)來承擔(dān)。

系統(tǒng)的備用容量：系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電負(fù)荷的部分，可分為熱備用和冷備用或負(fù)荷備用、事故備用、檢修備用和國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用等。2、有功功率平衡和備用容量負(fù)荷備用：為滿足系統(tǒng)中短時(shí)的負(fù)荷波動(dòng)和一天中計(jì)劃外的負(fù)荷增加而留有的備用容量。一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的2％～5％國(guó)名經(jīng)濟(jì)備用：考慮到工農(nóng)業(yè)用戶超計(jì)劃生產(chǎn)，新用戶的出現(xiàn)等而設(shè)置的備用容量。一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的3％～5％事故備用：為使電力用戶在發(fā)電設(shè)備發(fā)生偶然事故時(shí)不受嚴(yán)重影響，能夠維持系統(tǒng)正常供電所需的備用容量。一般為系統(tǒng)最大負(fù)荷的5％～10％檢修備用：為保證系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備進(jìn)行定期檢修時(shí)，不影響供電而在系統(tǒng)中留有的備用容量。3、各類發(fā)電廠的特點(diǎn)及合理組合水電廠、火電廠、核電廠（一）各類電廠的特點(diǎn)（自學(xué)）（二）各類發(fā)電廠的合理組合有功功率的最優(yōu)分配，包括有功功率電源的最優(yōu)組合和有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配。4、有功功率的最優(yōu)分配有功功率電源的最優(yōu)組合：是指系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠的合理組合。通常所說的機(jī)組的合理開停，大體上包括三個(gè)部分：機(jī)組的最優(yōu)組合順序機(jī)組的最優(yōu)組合數(shù)量機(jī)組的最優(yōu)開停時(shí)間(1).有功功率電源的最優(yōu)組合最優(yōu)化：是指人們?cè)谏a(chǎn)過程或生活中為某個(gè)目的而選擇的一個(gè)“最好”方案或一組“得力”措施以取得“最佳”效果這樣一個(gè)宏觀過程。有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配：是指系統(tǒng)的有功功率負(fù)荷在各個(gè)正在運(yùn)行的發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間的合理分配。其核心是按等耗量微增率準(zhǔn)則進(jìn)行分配。電力系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行：是電力系統(tǒng)分析的一個(gè)重要分支，它所研究的問題主要是在保證用戶用電需求（負(fù)荷）的前提下，如何優(yōu)化地調(diào)度系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)組或發(fā)電廠的運(yùn)行工況，從而使系統(tǒng)發(fā)電所需的總費(fèi)用或所消耗的總?cè)剂虾牧窟_(dá)到最小這樣決策問題。(2).有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配有功功率負(fù)荷合理分配的目標(biāo)在滿足一定約束條件的前提下，盡可能節(jié)約消耗的能源。1).耗量特性PGF，W0PGF，W0FPmPG0

合理組合發(fā)電設(shè)備的方法之一就是按照最小比耗量由小到大的順序，隨負(fù)荷的由小到大增加，逐套投入發(fā)電設(shè)備；或負(fù)荷的由大到小，逐套退出發(fā)電設(shè)備。2)目標(biāo)函數(shù)和約束條件

在一定約束條件下，使某一目標(biāo)函數(shù)為最優(yōu)。約束條件和目標(biāo)函數(shù)都是狀態(tài)變量x、控制變量u、擾動(dòng)變量d的非線性函數(shù)。

有功負(fù)荷最優(yōu)分配的目的：在供應(yīng)同樣大小的有功功率的前提下，單位時(shí)間內(nèi)的能源消耗最少。注：對(duì)于純火電系統(tǒng)，發(fā)電廠的燃料費(fèi)用主要與發(fā)電機(jī)輸出的有功功率有關(guān)，與輸出的無功功率及電壓等運(yùn)行參數(shù)關(guān)系較小。

目標(biāo)函數(shù)：系統(tǒng)發(fā)電所需的總費(fèi)用或所消耗的總?cè)剂虾牧康燃s束條件：有功功率必須保持平衡不等約束條件：為系統(tǒng)的運(yùn)行限制各節(jié)點(diǎn)發(fā)電設(shè)備有功功率,無功功率和電壓大小不能超過限額。

一般用拉格朗日乘數(shù)法?，F(xiàn)用兩個(gè)發(fā)電廠之間的經(jīng)濟(jì)調(diào)度來說明問題，略去網(wǎng)絡(luò)損耗。建立數(shù)學(xué)模型。3)最優(yōu)分配負(fù)荷時(shí)的等耗量微增率準(zhǔn)則根據(jù)給定的目標(biāo)函數(shù)和等約束條件建立一個(gè)新的、不受約束的目標(biāo)函數(shù)——拉格朗日函數(shù)。對(duì)拉格朗日函數(shù)求導(dǎo)，得到最小值時(shí)應(yīng)有的三個(gè)條件：（1）求解（1）得到：

這就是著名的等耗量微增率準(zhǔn)則，表示為使總耗量最小，應(yīng)按相等的耗量微增率在發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間分配負(fù)荷。對(duì)不等式約束進(jìn)行處理對(duì)于有功功率限制，當(dāng)計(jì)算完后發(fā)現(xiàn)某發(fā)電設(shè)備越限，則該發(fā)電設(shè)備取其限制，不參加最優(yōu)分配計(jì)算，而其他發(fā)電設(shè)備重新進(jìn)行最優(yōu)分配計(jì)算。無功功率和電壓限制和有功功率負(fù)荷的分配沒有直接關(guān)系，可暫時(shí)不計(jì)，當(dāng)有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配完成后計(jì)算潮流分布在考慮。2.已知兩臺(tái)機(jī)組并聯(lián)共同向一負(fù)荷供電，它們的耗量特性分別為F1＝a1＋8P1＋0.004P12t/h，F(xiàn)2＝a2＋6P2＋0.0045P22t/h，120MW《P1《400MW，120MW《P2《400MW，求當(dāng)負(fù)荷功率PL＝420MW時(shí)，負(fù)荷的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)分配。概述頻率是電力系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)重要的質(zhì)量指標(biāo)，直接影響著負(fù)荷的正常運(yùn)行。負(fù)荷要求頻率的偏差一般應(yīng)控制在（±0.2～±0.5）Hz的范圍內(nèi)。要維持頻率在正常的范圍內(nèi)，其必要的條件是系統(tǒng)必須具有充裕的可調(diào)有功電源。第二節(jié)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整頻率不穩(wěn)定給運(yùn)行中的電氣設(shè)備帶來的危害：對(duì)用戶的影響產(chǎn)品質(zhì)量降低生產(chǎn)率降低對(duì)發(fā)電廠的影響汽輪機(jī)葉片諧振輔機(jī)功能下降

對(duì)系統(tǒng)的影響互聯(lián)電力系統(tǒng)解列發(fā)電機(jī)解列一、電力系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率－－頻率的靜態(tài)特性二、發(fā)電機(jī)組的有功功率－頻率靜態(tài)特性三、頻率的一次調(diào)整四、頻率的二次調(diào)整一、電力系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率－－頻率的靜態(tài)特性

當(dāng)電力系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中的有功負(fù)荷隨頻率變化特性稱為負(fù)荷的有功功率－頻率靜態(tài)特性。fPL0PLNfN二、發(fā)電機(jī)組的有功功率－頻率靜態(tài)特性（一）自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的頻率調(diào)節(jié)是由原動(dòng)機(jī)的調(diào)速系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的。（二）發(fā)電機(jī)組的有功功率－頻率靜態(tài)特性fPG0PGNfNf0概念介紹：發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率與調(diào)差系數(shù)的關(guān)系(倒數(shù)關(guān)系)：2、機(jī)組的調(diào)差系數(shù)fPG0PGNfNf0一般來說發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率是可以整定的：汽輪發(fā)電機(jī)組=3％～5%或＝33.5－20水輪發(fā)電機(jī)組=2％～4%或＝50－25三、頻率的一次調(diào)整簡(jiǎn)述：由于負(fù)荷突增，發(fā)電機(jī)組功率不能及時(shí)變動(dòng)而使機(jī)組減速，系統(tǒng)頻率下降，同時(shí)，發(fā)電機(jī)組功率由于調(diào)速器的一次調(diào)整作用而增大，負(fù)荷功率因其本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少，經(jīng)過一個(gè)衰減的振蕩過程，達(dá)到新的平衡。KS：稱為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，單位Mw/Hz。表示原動(dòng)機(jī)調(diào)速器和負(fù)荷本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)共同作用下系統(tǒng)頻率下降或上升的多少。fP0P0f0f0’p0’PLpL’oAo‘BB’A`KS：系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率

可以求取在允許范圍內(nèi)電力系統(tǒng)能夠承受多大的負(fù)荷增減。KS越大，電力系統(tǒng)承受負(fù)荷變化越大。例題1：電力系統(tǒng)總負(fù)荷為3000MW，＝1.5，正常運(yùn)行時(shí)f＝50Hz，假定此時(shí)系統(tǒng)全部發(fā)電機(jī)均滿載，若因故障失去300MW的出力，求系統(tǒng)f降到什么數(shù)值？

例題2：某一容量為100MW的發(fā)電機(jī)，調(diào)差系數(shù)為4％，當(dāng)系統(tǒng)頻率為50Hz的時(shí)候，發(fā)電機(jī)的出力為60MW，若系統(tǒng)的頻率下降到49.5Hz時(shí)，發(fā)電機(jī)的出力時(shí)多少？

四、頻率的二次調(diào)整1、當(dāng)負(fù)荷變動(dòng)幅度較大（0.5%~1.5%），周期較長(zhǎng)（幾分鐘），僅靠一次調(diào)頻作用不能使頻率的變化保持在允許范圍內(nèi)，這時(shí)需要調(diào)速系統(tǒng)中的調(diào)頻器動(dòng)作，以使發(fā)電機(jī)組的功頻特性平行移動(dòng)，從而改變發(fā)電機(jī)的有功功率以保持系統(tǒng)頻率不變或在允許范圍內(nèi)。B2、當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)，由以下三方面提供：二次調(diào)頻的發(fā)電機(jī)組增發(fā)的功率發(fā)電機(jī)組執(zhí)行一次調(diào)頻，按有差特性的調(diào)差系數(shù)分配而增發(fā)的功率；由系統(tǒng)的負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)所減少的負(fù)荷功率。BBB如果，則，就實(shí)現(xiàn)了所謂的無差調(diào)節(jié)二次調(diào)整時(shí)，電力系統(tǒng)的負(fù)荷增量基本上要由主調(diào)頻機(jī)組承擔(dān)，如果一臺(tái)主調(diào)頻機(jī)組不足以承擔(dān)電力系統(tǒng)負(fù)荷變化時(shí)，必須增選一些機(jī)組參加二次調(diào)頻。五、互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整

由幾個(gè)地區(qū)系統(tǒng)互聯(lián)為一個(gè)大系統(tǒng)的情況，對(duì)某一個(gè)地區(qū)系統(tǒng)而言，負(fù)荷變化（增加）時(shí)，可能伴隨著與其他系統(tǒng)交換功率的變化

若設(shè)A、B兩系統(tǒng)互聯(lián)，且兩個(gè)系統(tǒng)都能進(jìn)行二次調(diào)頻，兩系統(tǒng)負(fù)荷變化量分別為為，兩系統(tǒng)由二次調(diào)頻而使發(fā)電機(jī)增發(fā)的功率增量為，分別為兩個(gè)系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率。聯(lián)絡(luò)線交換功率由a向b時(shí)為正值,引起互聯(lián)系統(tǒng)的頻率變化為ABAB聯(lián)絡(luò)線上的交換功率1）A、B兩系統(tǒng)都進(jìn)行二次調(diào)頻2）有一個(gè)系統(tǒng)不進(jìn)行二次調(diào)頻時(shí)《化妝品術(shù)語》起草情況匯報(bào)中國(guó)疾病預(yù)防控制中心環(huán)境與健康相關(guān)產(chǎn)品安全所一、標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)和下達(dá)時(shí)間2006年衛(wèi)生部政法司要求各標(biāo)委會(huì)都要建立自己的術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)。1ONE二、標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)研制經(jīng)費(fèi)：3.8萬三、標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)意義術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)有利于行業(yè)間技術(shù)交流、提高標(biāo)準(zhǔn)一致性、消除貿(mào)易誤差，作為標(biāo)準(zhǔn)體系中的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)在各個(gè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)體系中均起著重要的作用。隨著我國(guó)化妝品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)逐步加快，所涉及的術(shù)語和定義的數(shù)量也在迅速增長(zhǎng)，在此情形下，化妝品術(shù)語標(biāo)準(zhǔn)的制定就顯得尤為重要。四、標(biāo)準(zhǔn)的制訂原則1.合法性遵守《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實(shí)施細(xì)則》中關(guān)于化妝品的定義。2.協(xié)調(diào)性直接引用或修改采用的方式，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中的術(shù)語和定義相協(xié)調(diào)。3.科學(xué)性對(duì)于沒有國(guó)標(biāo)或定義不統(tǒng)一的術(shù)語，在定義時(shí)體現(xiàn)科學(xué)性的原則。4.實(shí)用性在標(biāo)準(zhǔn)體系中出現(xiàn)頻率較高，與行業(yè)聯(lián)系較緊密的術(shù)語優(yōu)先選用。五、標(biāo)準(zhǔn)的起草經(jīng)過

第一階段：資料搜集

搜集國(guó)內(nèi)外相關(guān)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、文獻(xiàn)并對(duì)國(guó)外文獻(xiàn)如美國(guó)21CFR進(jìn)行翻譯。第二階段：2007年末形成初稿

初稿內(nèi)容包括一般術(shù)語、衛(wèi)生化學(xué)術(shù)語、毒理學(xué)術(shù)語、微生物術(shù)語、產(chǎn)品術(shù)語、人體安全和功效評(píng)價(jià)術(shù)語，常用英文成份術(shù)語等７部分。第三階段：專家統(tǒng)稿1.2007年12月第一次專家統(tǒng)稿會(huì)（修訂情況：1.在結(jié)構(gòu)上增加原料功能術(shù)語、相關(guān)國(guó)際組織和科研機(jī)構(gòu)等內(nèi)容；2.在內(nèi)容上增加一般術(shù)語、產(chǎn)品術(shù)語的種類，將化妝品行業(yè)的新產(chǎn)品類別納入本標(biāo)準(zhǔn)；3.對(duì)于毒理學(xué)、衛(wèi)生化學(xué)、微生物學(xué)術(shù)語進(jìn)行修改；4.刪除與化妝品聯(lián)系不緊密、無存在必要的常用英文成分術(shù)語。2.2009年1月第二次專家統(tǒng)稿會(huì)會(huì)議意見：1.修改能引用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的盡量引用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)存在歧義的個(gè)別用詞進(jìn)行修改。2.刪除由于本標(biāo)準(zhǔn)中的“產(chǎn)品術(shù)語”一章和香化協(xié)會(huì)所制定的某個(gè)標(biāo)準(zhǔn)存在重復(fù)，因此刪除“產(chǎn)品術(shù)語”一章的內(nèi)容；對(duì)“原料功能術(shù)語”的內(nèi)容進(jìn)行梳理，刪除了20余條內(nèi)容。3.增加專家建議增加“化妝品限用物質(zhì)”等若干項(xiàng)術(shù)語。第四階段：征求意見2009年2月面向全國(guó)公開征求意見。第五階段：征求意見的處理與形成送審稿。在征求意見的處理階段再次征求了相關(guān)專家的意見。六、標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容依據(jù)1.《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例》、《化妝品衛(wèi)生監(jiān)督條例實(shí)施細(xì)則》;2.《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》;3.美國(guó)21CFR；4.相關(guān)領(lǐng)域國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)如：GB5296.3-2008消費(fèi)品使用說明化妝品通用標(biāo)簽，GB/T14666-2003分析化學(xué)術(shù)語等；5.國(guó)內(nèi)外化妝品的相關(guān)文獻(xiàn)，如《化妝品監(jiān)督管理及安全性評(píng)價(jià)》等。七、標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)和主要內(nèi)容（一）結(jié)構(gòu)：1.范圍2.一般術(shù)語3.毒理學(xué)試驗(yàn)方法術(shù)語4.衛(wèi)生化學(xué)檢驗(yàn)方法術(shù)語5.微生物檢驗(yàn)方法術(shù)語6.人體安全性和功效性評(píng)價(jià)術(shù)語7.常用原料術(shù)語8.縮寫9.中英文索引（二）主要內(nèi)容：1).一般術(shù)語39條涉及化妝品的基本定義、化妝品生產(chǎn)和監(jiān)督管理中出現(xiàn)頻率較高的術(shù)語。2).毒理學(xué)試驗(yàn)方法術(shù)語40條收錄了《化妝品衛(wèi)生規(guī)范》中涉及的術(shù)語，以及在毒理學(xué)領(lǐng)域出現(xiàn)頻率較高、與化妝品毒理學(xué)試驗(yàn)方法聯(lián)系較密切的術(shù)語。3).衛(wèi)生化學(xué)檢驗(yàn)方法術(shù)語22