電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整

第五章電力系統(tǒng)有功功率平衡和

頻率調整第一節(jié)電力系統(tǒng)中有功功率平衡第二節(jié)電力系統(tǒng)頻率調整電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第1頁第一節(jié)電力系統(tǒng)中有功功率平衡

一、頻率改變對用戶和發(fā)電廠及系統(tǒng)本身影響

系統(tǒng)頻率改變將引發(fā)工業(yè)用戶電動機轉速改變，這將影響產品質量。當頻率降低，使電動機有功功率降低，將影響全部轉動機械出力。頻率不穩(wěn)定，將會影響電子設備準確性。

系統(tǒng)頻率改變，對發(fā)電機及電力系統(tǒng)本身也十分有害。發(fā)電廠廠用機械多使用異步電動機帶動，系統(tǒng)頻率降低使電動機出力降低，若頻率降低過多，將使電動機停頓運轉，會引發(fā)嚴重后果。

電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第2頁

頻率改變原因?頻率改變對負荷影響

(1)異步機(2)電子設備(3)電鐘頻率改變對電力系統(tǒng)影響

(1)水泵、風機、磨煤機 (2)汽輪機葉片 (3)變壓器勵磁頻率允許偏移范圍：50Hz±(0.2~0.5)Hz

系統(tǒng)中負荷改變你答對了嗎?第一節(jié)電力系統(tǒng)中有功功率平衡

電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第3頁有功功率負荷變動曲線電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第4頁有功功率負荷變動曲線

據此圖,負荷能夠分為三種:

第一個變動幅度很小，周期又很短。

變動有很大偶然性

屬于這一個主要有電爐、壓延機械、電氣機車等帶有沖擊性負荷

這一個是因為生產、生活、氣象等改變引發(fā)負荷變動

第二種變動幅度較大，周期也較長.

第三種變動幅度最大，周期也最長.該種負荷基本能夠預計。電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第5頁據此,頻率調整一次調整:由發(fā)電機組調速器進行對第一個負荷變動引發(fā)頻率偏移調整

二次調整:由發(fā)電機調頻器進行、對第二種負荷變動引發(fā)頻率偏移調整

三次調整:按最優(yōu)化準則分配第三種有規(guī)律變動負荷，即責成各發(fā)電廠按事先給定發(fā)電荷曲線發(fā)電。電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第6頁有功功率平衡和備用容量電力系統(tǒng)中，在任何時候，全部發(fā)電廠發(fā)出有功功率總和，而包含全部用戶有功功率、全部發(fā)電廠廠用電有功負荷和網絡有功損耗，即為確保可靠供電和良好電能質量，電力系統(tǒng)有功功率平衡額定運行參數下確定。而且，還應含有一定備用容量，也就是在系統(tǒng)最大負荷情況下，系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電負荷部分稱系統(tǒng)備用容量。系統(tǒng)備用容量普通分負荷備用、事故備用、檢修備用和國民經濟備用等。電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第7頁（1）負荷備用：是指調整系統(tǒng)中短時負荷波動并擔負計劃外負荷增加而設置備用。負荷備用容量大小應依據系統(tǒng)負荷大小、運行經驗并考慮系統(tǒng)中各類用電比重確定。普通為最大負荷2％一5％，大系統(tǒng)采取較小數值，小系統(tǒng)采取較大數值（2）事故備用：是使電力用戶在發(fā)電設備發(fā)生偶然性事故時不受嚴重影響，維持系統(tǒng)正常供電所需備用。事故備用容量大小應依據系統(tǒng)容量、發(fā)電機臺數、單位機組容量、機組事故概率、系統(tǒng)可靠性指標等確定，—般約為最大負荷5％一10％，但不得小于系統(tǒng)中最大機組容量。電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第8頁（3）檢修備用：為確保系統(tǒng)發(fā)電設備進行定時檢修時，不致影響供電而在系統(tǒng)中留有備用容量。所以發(fā)電設備運行一段時間以后，都必須進行檢修。檢修分大修和小修。普通大修時分批分期安排在一年中最小負荷季節(jié)進行。小修則利用節(jié)假日進行，以盡可能降低因檢修停機所需備用容量。（4）國民經濟備用：是考慮到工農業(yè)用戶超計劃生產，新用戶出現等而設置備用容量，其值依據國民經濟增加情況而確定，普通約為系統(tǒng)最大負荷3%—5%

負荷備用、事故備用、檢修備用、國民經濟備用歸納起來以熱備用和冷備用形式存在于系統(tǒng)中。而不難想見，熱備用中最少應包含全部負荷備用和一部分事故備用電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第9頁按存在形式分為二者差一個網損二者差一個廠用電

熱備用:運轉中發(fā)電設備可能發(fā)最大功率與發(fā)電負荷之差(旋轉備用)冷備用:未運轉、但能隨時開啟發(fā)發(fā)電設備能夠發(fā)最大功率(不含檢修中設備)負荷分類:

1.用電負荷2.供電負荷3.發(fā)電負荷電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第10頁電力系統(tǒng)中有功功率最優(yōu)分配有功功率最優(yōu)分配:有功功率電源最優(yōu)組合

即指系統(tǒng)中發(fā)電設備或發(fā)電廠合理組合,也就是所謂機組合理開停.有功功率負荷最優(yōu)分配

即指系統(tǒng)有功功率負荷在各個正在運行發(fā)電設備或發(fā)電廠之間合理分配.最慣用是按等耗量微增率準則分配.電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第11頁火電廠外景電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第12頁各類發(fā)電廠運行特點和合理組合(1)火電廠特點：需燃料及運輸費用，但不受自然條件影響效率與蒸汽參數相關受鍋爐、汽輪機最小技術負荷限制，有功出力調整范圍較窄，增減速度慢，參數越高范圍越窄(高溫高壓30%，中溫中壓75%)機組投入退出，負擔急劇負荷響應時間長，多耗能量，易損壞設備熱電廠抽汽供熱，效率高，但技術最小負荷取決于熱負荷，為強迫功率電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第13頁豐滿水電廠外景電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第14頁(2)水電廠特點：不要燃料費，水力可梯級開發(fā)，連續(xù)使用，但受自然條件影響。出力調整范圍大，50%以上,增減負荷速度快，操作輕易，可負擔急劇改變負荷決定發(fā)電量除水量外還有水位差確保出力抽水蓄能機組（天荒坪6×30萬千瓦）必須與火電配合維持航運、澆灌、需一定水量，對應強迫功率電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第15頁秦山核電站外景電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第16頁(3)核電廠特點：可調容量大，退、投、增、減負荷消耗能量、時間，易損壞設備一次投資大，運行費低，盡可能利用負擔基本負荷應指出:

枯水季節(jié)往往由系統(tǒng)中大型水電廠負擔調頻任務;洪水季節(jié)這任務就轉移給中溫中壓火電廠.抽水蓄能電廠在其發(fā)電期間也可參加調頻.但低溫低壓火電廠則因容量不足,設備陳舊,不能擔負調頻任務.電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第17頁有功功率電源最優(yōu)組合各類發(fā)電廠組合次序示意圖枯水季節(jié):電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第18頁洪水季節(jié):電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第19頁最優(yōu)分配負荷目標函數和約束條件1.耗量特征:發(fā)電設備單位時間內消耗能源與發(fā)出有功功率關系。如圖所表示:比耗量:單位時間內輸入能量與輸出功率之間比值.耗量微增率:耗量特征曲線上某點切線斜率

電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第20頁2.目標函數和約束條件目標函數

有功負荷最優(yōu)分配目標：在供給一樣大小負荷用功功率前提下，單位時間內能源消耗最少。這里目標函數就應該是總耗量最少。即為為網絡總損耗以表示某發(fā)電設備發(fā)出有功功率時單位時間內所需消耗能源。等式約束條件電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第21頁不計網絡損耗時，上式可改寫為:

不等式條件各節(jié)點發(fā)電設備有功功率、無功功率和電壓大小不得逾越限額:電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第22頁用拉格郎日乘數法求解可建立以下拉格朗日函數:

式中為拉格朗日乘數電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第23頁

以兩臺機為例

目標函數:

等式約束條件:

等耗量微增率準則所以可得:它表示為使總耗量最小，應按相等耗量微增率在發(fā)電設備或發(fā)電廠之間分配負荷。電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第24頁依據等耗量微增率準則得:

進而能夠求得.對不等式約束條件考慮:

有功功率越限,則按限額發(fā)電,剩下功率在其它機組間重新按等耗量微增率標準分配.電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第25頁等耗量微增率準則推廣應用實踐中:因為能源消耗受限制

有功功率負荷最優(yōu)分配其在火力發(fā)電廠與

水力發(fā)電廠之間最優(yōu)分配問題

消耗水量受水庫調度約束電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第26頁

上式中用小時間段這和來表示積分效果，表示火電廠燃料，表示水電廠消耗水量。

水電約束條件為了簡化分析，將負荷分配局限于一個火電一個水力發(fā)電設備之間，并略去網損。同理由:新拉格朗日函數:電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第27頁

得:若時間段取很短,則可將式中下標“k”可略去，可改寫為：

由上可知，只要將水力發(fā)電廠水耗量乘以某一個待定拉格朗日乘數，就可將等耗量微增率準則應用到火力發(fā)電廠與水力發(fā)電廠之間負荷最優(yōu)分配。即水煤轉換系數電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第28頁網損修正等式約束條件修正為：

電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第29頁式中為網損微增率(靈敏度)

電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第30頁第二節(jié)電力系統(tǒng)頻率調整一、電力系統(tǒng)負荷有功功率——頻率靜態(tài)特征當頻率改變時，電力系統(tǒng)中有功功率負荷也將發(fā)生改變。當電力系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運行時，系統(tǒng)中有功負荷隨頻率改變特征稱為負荷有功功率-頻率靜態(tài)特征。電力系統(tǒng)綜合負荷有功功率與頻率關系用數學式表示為式中，為電力系統(tǒng)頻率為時，整個系統(tǒng)有功負荷，為電力系統(tǒng)頻率為額定值時，整個系統(tǒng)有功負荷，為上述有功負荷占百分數。電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第31頁負荷頻率特征負荷從電網中取用有功功率與電網頻率關系如圖:

其標么值為：負荷靜態(tài)頻率特征

負荷單位調整功率(單位)不能整定電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第32頁二、發(fā)電機組有功功率—頻率靜態(tài)特征1、自動調速系統(tǒng)電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第33頁二、發(fā)電機組有功功率—頻率靜態(tài)特征1、自動調速系統(tǒng)電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第34頁概念介紹發(fā)電機單位調整功率：發(fā)電機組原動機或電源頻率特征斜率。

標志著隨頻率升降發(fā)電機組發(fā)出功率降低或增加多寡。2、發(fā)電機組有功功率—頻率靜態(tài)特征電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第35頁發(fā)電機是調差系數：單位調整功率倒數。發(fā)電機單位調整功率與調差系數關系：普通來說發(fā)電機單位調整功率是能夠整定：汽輪發(fā)電機組=3~5或=33.3~20水輪發(fā)電機組=2~4或=50~25電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第36頁負荷單位調整功率：綜合負荷靜態(tài)頻率特征斜率。普通而言：電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第37頁電力系統(tǒng)一次調頻（調速器作用）初始運行點O，當負荷增加則:

系統(tǒng)單位調整功率系數電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第38頁

一次調頻為有差調頻。n臺發(fā)電機：n臺都參加一次調整：

只有m臺參加一次調整：當發(fā)電機滿載時，負荷功率增大，則相當于為0,但當負荷功率減小時，，所以仍能夠參加調頻。電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第39頁電力系統(tǒng)二次調頻:手動或自動調整調頻器使發(fā)電機

組頻率特征平行上下移動．初始運行點O，當負荷增加二次調整增發(fā)功率系統(tǒng)單位調整功率頻率二次調整電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第40頁

n臺機組：第n臺參加二次調頻，n臺全部參加一次調頻:無差調頻:若,即發(fā)電機如數增發(fā)了負荷功率原始增量,亦即實現了所謂無差調整.如上圖虛線所表示.注意:以上公式中以功率增大和頻率上升為正。電力系統(tǒng)有功功率的平衡與頻率調整第41頁調頻廠選擇

調頻廠須滿足條件：調整容量應足夠大；調整速度應足夠快；調整范圍內經濟性能應該好；注意系統(tǒng)內及互聯絡統(tǒng)協(xié)調問題。經過分析各種電廠特點，調頻廠選擇標準為：系統(tǒng)