電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)課件 第五章 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整sry.pptVIP

第五章 電力系統(tǒng)的有功功率 和頻率調(diào)整,華 僑 大 學(xué) 尚 榮 艷,衡量電能質(zhì)量的指標(biāo) 頻率 電壓 波形 衡量經(jīng)濟(jì)性的主要指標(biāo) 比耗量 線損率,詳見第一章P6,電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度：是在滿足安全和一定質(zhì)量要求的條件下盡可能提高運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，即合理地利用現(xiàn)有的能源和設(shè)備，以最少的燃料消耗量（或燃料費(fèi)用或運(yùn)行成本），保證對(duì)用戶可靠而滿意地供電。 最優(yōu)潮流：滿足各節(jié)點(diǎn)正常功率平衡及各種安全性不等式約束條件下，求以發(fā)電費(fèi)用（耗量）或網(wǎng)損為目標(biāo)函數(shù)的最優(yōu)的潮流分布。 最優(yōu)潮流的優(yōu)點(diǎn)：將安全性運(yùn)行和最優(yōu)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行等問題綜合地用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)模型來描述。,第1節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡,發(fā)電機(jī)組的功率平衡:發(fā)電機(jī)的電磁功率PE與原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率PT之間的平衡。(PD 為機(jī)械損耗雜散損耗等) PT PE + PD PE 電力系統(tǒng)的功率平衡：發(fā)電機(jī)與負(fù)荷之間的電磁功率平衡，時(shí)刻平衡,一、有功功率負(fù)荷的變動(dòng)和調(diào)整控制,發(fā)電機(jī)組的有功平衡與頻率的關(guān)系,發(fā)電機(jī)組 原動(dòng)機(jī)發(fā)電機(jī),推力,阻力,原動(dòng)機(jī)慣性大，有功調(diào)節(jié)慢，無法時(shí)刻保持與瞬變負(fù)荷及發(fā)電機(jī)功率的平衡，而只能保證動(dòng)態(tài)平衡，相應(yīng)頻率也只能保持動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。,頻率變化反映機(jī)組的有功平衡關(guān)系，是機(jī)組有功調(diào)節(jié)的依據(jù)。 負(fù)荷波動(dòng)是頻率偏差的根本原因 有功平衡的高低決定了頻率的高低,目標(biāo)：保證頻率的質(zhì)量與穩(wěn)定，滿足有功調(diào)度的經(jīng)濟(jì)與可靠性要求,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)荷變動(dòng)的類型及其特點(diǎn),第一種：變動(dòng)幅度很小，周期很短，有很大的偶然性。偶然性的負(fù)荷變動(dòng) 第二種：變動(dòng)幅度較大，周期較長(zhǎng)，沖擊性負(fù)荷（電爐、壓延機(jī)械、電氣機(jī)車） 沖擊性的負(fù)荷變動(dòng) 第三種：變動(dòng)幅度最大，周期最長(zhǎng)，由生產(chǎn)、生活、氣象變化引起（可以預(yù)計(jì)） 可預(yù)見的負(fù)荷變動(dòng),頻率的一次調(diào)整：用發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器(第一種負(fù)荷變動(dòng))。 頻率的二次調(diào)整：用發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻器(第二種負(fù)荷的變動(dòng))。 調(diào)頻廠，對(duì)應(yīng)潮流計(jì)算中的平衡節(jié)點(diǎn) 頻率的三次調(diào)整：按最優(yōu)化準(zhǔn)則分配第三種有規(guī)律變動(dòng)的負(fù)荷，即責(zé)成各發(fā)電廠按事先給定的發(fā)電負(fù)荷曲線發(fā)電。 負(fù)荷側(cè)管理：個(gè)別負(fù)荷大量或長(zhǎng)時(shí)間超計(jì)劃用電以致影響系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量時(shí)，由系統(tǒng)管理部門在遠(yuǎn)方將其部分或全部切除的控制方式(不同于前三種),據(jù)此，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、二次、三次調(diào)整三種：,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)。,電力系統(tǒng)中負(fù)荷變動(dòng)的幅度愈大，周期就愈長(zhǎng)。,圖5-2 調(diào)頻任務(wù)的分配,P,二、有功功率負(fù)荷曲線的預(yù)計(jì),進(jìn)行有功功率和頻率三次調(diào)整時(shí)，多半是以有功功率日負(fù)荷曲線為依據(jù)的.,傳統(tǒng)方法,收集未來若干天的預(yù)計(jì)負(fù)荷(大用電量用戶)； 參照長(zhǎng)期積累的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，匯總調(diào)整用電負(fù)荷； 計(jì)入網(wǎng)絡(luò)損耗：一般約為系統(tǒng)總負(fù)荷的6%10% 不變損耗：與負(fù)荷大小無關(guān)(變壓器空載損耗) 可變損耗：與負(fù)荷的平方成正比 考慮廠用電：水電廠，0.1%1%；火電廠，5%8%；原子能電廠：4%5%；相應(yīng)必須考慮可投入的發(fā)電設(shè)備和發(fā)電容量， 特別注意氣象條件變化對(duì)負(fù)荷曲線的影響。 實(shí)測(cè)負(fù)荷曲線形成以后，還需要負(fù)荷曲線的加工。,圖5-3 負(fù)荷曲線加工,加工原則：實(shí)測(cè)曲線加工前后，最大和最小負(fù)荷特征及曲線下的面積應(yīng)一致。,實(shí)測(cè)曲線,加工后的曲線,負(fù)荷曲線的加工,三、有功功率電源和備用容量,有功功率電源,系統(tǒng)中可供調(diào)度的系統(tǒng)電源容量可能小于總裝機(jī)容量 定期停機(jī)檢修 水電廠的發(fā)電機(jī)因水頭極度降低不能按額定容量發(fā)電 各發(fā)電廠預(yù)計(jì)可投入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組的可發(fā)功率之和為可供調(diào)度的系統(tǒng)電源容量。,有功功率備用容量,為了保證可靠供電和良好的電能質(zhì)量，系統(tǒng)電源容量必須大于發(fā)電負(fù)荷。 備用容量：可供調(diào)度的系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電負(fù)荷的部分。 熱備用(旋轉(zhuǎn)備用)：運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)電設(shè)備可能發(fā)的最大功率與系統(tǒng)發(fā)電負(fù)荷之差。 冷備用：未運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)電設(shè)備可能發(fā)的最大功率。檢修中的發(fā)電設(shè)備不屬冷備用。發(fā)電設(shè)備從“冷狀態(tài)”至投入系統(tǒng)發(fā)出額定功率所需時(shí)間幾分鐘（水電常）或十余小時(shí)（火電廠）。熱備用越多，越有利于保證電能質(zhì)量和供電可靠性，但經(jīng)濟(jì)性不好。,負(fù)荷備用：調(diào)整系統(tǒng)中的短時(shí)負(fù)荷波動(dòng)并擔(dān)負(fù)計(jì)劃外的負(fù)荷增加而設(shè)置的備用。負(fù)荷備用設(shè)置在調(diào)頻廠內(nèi),取最大負(fù)荷的2%5%，（大系統(tǒng)取小值，小系統(tǒng)取大值。） 事故備用：使電力用戶在發(fā)電設(shè)備發(fā)生偶然性事故時(shí)不受嚴(yán)重影響，維持系統(tǒng)正常供電需要的備用。取最大負(fù)荷的5%10%，但不得小于系統(tǒng)中最大機(jī)組的容量。 檢修備用：使系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備能定期檢修而設(shè)置的備用。系統(tǒng)負(fù)荷季節(jié)性低落期間和節(jié)假日安排不下所有設(shè)備的大小檢修時(shí)才設(shè)置專門的檢修備用。 國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用：計(jì)及負(fù)荷的超計(jì)劃增長(zhǎng)而設(shè)置的備用。,各種備用容量的關(guān)系,負(fù)荷備用熱備用 事故備用至少包括一部份熱備用（可含冷備用） 檢修備用（通過檢查年最大負(fù)荷曲線來確定，即視需要) 國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用,負(fù)荷備用、事故備用、檢修備用、國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用，以熱備用和冷備用的形式存在于系統(tǒng)中。,具備了備用容量，才可能談及備用用量在各發(fā)電設(shè)備和發(fā)電廠之間的最優(yōu)分配以及系統(tǒng)的頻率調(diào)整問題。,第2節(jié) 電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配,有功功率的最優(yōu)分配主要包括兩個(gè)內(nèi)容： （1）有功功率電源的最優(yōu)組合：系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠的合理組合，即機(jī)組的最優(yōu)啟停調(diào)度（日調(diào)度問題）。主要涉及冷熱備用容量的合理分布問題。 （2）有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配：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，即負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)調(diào)度或者最優(yōu)潮流問題。主要涉及熱備用容量的合理分布問題。 目標(biāo)有耗煤量最少、污染排放量最少、啟停損失最少、發(fā)電成本最少、耗水量最少、水電發(fā)電量最多等。約束條件有機(jī)組的運(yùn)行特性約束、網(wǎng)絡(luò)安全約束、水庫流量約束等,一、各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)和合理組合,火力發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn),鍋爐和汽輪機(jī)都有技術(shù)最小負(fù)荷，前者為額定負(fù)荷的25%70%，后者為額定負(fù)荷的10%15%，總35%85% 鍋爐和汽輪機(jī)的投切或承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷時(shí)都會(huì)耗能、費(fèi)時(shí)，且易于損壞設(shè)備。 火電廠鍋爐和汽輪機(jī)的分類： (1)高溫高壓設(shè)備：效率高；靈活調(diào)節(jié)的范圍窄 (2)中溫中壓設(shè)備：效率較高溫高壓設(shè)備低；靈活調(diào)節(jié)的范圍較高溫高壓設(shè)備寬。 (3)低溫低壓設(shè)備：技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)最差，應(yīng)淘汰 熱電廠(供熱式火力發(fā)電廠):效率高,技術(shù)最小負(fù)荷取決于熱負(fù)荷(稱為強(qiáng)迫功率),原子能發(fā)電廠的特點(diǎn),反應(yīng)堆的負(fù)荷沒有限制，其技術(shù)最小負(fù)荷取決于汽輪機(jī)，為其額定負(fù)荷的10%15% 反應(yīng)堆和汽輪機(jī)的投切或承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷時(shí)會(huì)耗能、費(fèi)時(shí)、易于損壞設(shè)備 原子能發(fā)電廠的一次投資大，運(yùn)行費(fèi)用小。,水力發(fā)電廠的特點(diǎn),水電廠的強(qiáng)迫功率：為保證河流下游的灌溉、 通航，向下游釋放一定水量時(shí)發(fā)出的功率。 水輪機(jī)也有技術(shù)最小負(fù)荷，其值因水電廠的具體條件而異。 水輪機(jī)的投切或承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷時(shí)操作簡(jiǎn)單，不會(huì)耗費(fèi)很多能量和花費(fèi)很多時(shí)間。 水電廠水頭過分低落時(shí)，水輪發(fā)電機(jī)組可發(fā)的功率要降低。 水電廠按其有無調(diào)節(jié)水庫、調(diào)節(jié)水庫的大小或其功能分為無調(diào)節(jié)、日調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)、年調(diào)節(jié)、多年調(diào)節(jié)和抽水蓄能等幾類,無調(diào)節(jié)和有調(diào)節(jié)水電廠的分類特點(diǎn),無調(diào)節(jié)水庫的水電廠：徑流式水電廠 發(fā)出的功率取決于河流的天然流量。一晝夜間水量和機(jī)組發(fā)出功率基本不變。 有調(diào)節(jié)水庫的水電廠： 運(yùn)行方式取決于水庫調(diào)度所給定的水電廠耗水量。 洪水季節(jié)，滿負(fù)荷運(yùn)行。來水多，避免棄水。 枯水季節(jié)，承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷。來水少，可儲(chǔ)存 根據(jù)水庫容量分為：日、年、多年等調(diào)節(jié)方式，庫容越大，調(diào)節(jié)能力越強(qiáng)。所謂多年調(diào)節(jié)，指庫容足夠大，可存儲(chǔ)多年的多余水量，說明其庫容調(diào)節(jié)能力強(qiáng)。,抽水蓄能水電廠的特點(diǎn),上下方各有一水庫。 系統(tǒng)負(fù)荷出現(xiàn)低谷時(shí)，抽水至上水庫儲(chǔ)蓄水能 系統(tǒng)負(fù)荷出現(xiàn)高峰時(shí)，放水至下水庫同時(shí)發(fā)電 抽水蓄能，放水發(fā)電循環(huán)的總效率只有70%，但由于其具有很強(qiáng)的消峰填谷的作用，可以使火電廠的負(fù)荷比較平穩(wěn)，因此，當(dāng)系統(tǒng)的有功調(diào)節(jié)能力不足，或者存在核電廠時(shí)，應(yīng)該考慮建設(shè)抽水蓄能水電廠。,各類發(fā)電廠的合理組合,(1)各類發(fā)電廠的組合順序考慮調(diào)節(jié)效率/能力 火電廠以承擔(dān)基本不變的負(fù)荷為宜，避免頻繁調(diào)節(jié)。高溫高壓電廠優(yōu)先投入，其次是中溫中壓電廠。 原子能電廠原則上應(yīng)持續(xù)承擔(dān)額定容量負(fù)荷，運(yùn)行費(fèi)用小 無調(diào)節(jié)水庫水電廠的全部功率和有調(diào)節(jié)水庫水電廠的強(qiáng)迫功率應(yīng)首先投入。 有調(diào)節(jié)水庫水電廠的可調(diào)功率洪水季節(jié)先投入；枯水季節(jié)后投入。 抽水蓄能水電廠低谷負(fù)荷時(shí)當(dāng)負(fù)荷，高峰負(fù)荷時(shí)當(dāng)電源。,(2)不能忽視保證可靠供電、降低網(wǎng)損、維持良好的電能質(zhì)量和足夠的系統(tǒng)穩(wěn)定性等要求。 (3)負(fù)荷曲線的最高處是肩負(fù)調(diào)整系統(tǒng)頻率任務(wù)的發(fā)電廠的工作位置。負(fù)荷備用設(shè)置在調(diào)頻廠內(nèi)，枯水季節(jié)由大水電廠承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)，豐水期則為中溫中壓火電廠，抽水蓄能電廠在其發(fā)電期間也可以參與調(diào)頻。,枯水期,豐水期,組合順序示意圖,各類發(fā)電廠的日負(fù)荷曲線,1. 耗量特性 發(fā)電設(shè)備的輸入和輸出的關(guān)系，即發(fā)電設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)消耗的燃料F（耗水量W）與發(fā)出有功功率PG的關(guān)系。 2. 比耗量 耗量特性曲線上某一點(diǎn)縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)的比值。,最優(yōu)負(fù)荷分配的基本概念,二、最優(yōu)負(fù)荷分配時(shí)的目標(biāo)函數(shù)和約束條件,3. 發(fā)電設(shè)備的效率 輸入功率與輸出功率之比。 耗量特性的縱橫坐標(biāo)單位相同時(shí)， 4. 耗量微增率 單位時(shí)間內(nèi)輸入能量微增量與輸出功率微增量的比值。,5. 最小比耗量 min 耗量特性曲線切點(diǎn)對(duì)應(yīng)的比耗量。,目標(biāo)函數(shù)： C = C (x, u, d ) 等約束條件： f (x, u, d ) = 0 不等約束條件： g(x, u, d ) 0,x 為狀態(tài)變量；u為控制變量；d 為擾動(dòng)變量,最優(yōu)負(fù)荷分配的目標(biāo)函數(shù)與約束條件:,狀態(tài)變量(x) ：反映系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的變量因變量； 除平衡節(jié)點(diǎn)外，其它所有節(jié)點(diǎn)的電壓相角； 除發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)以及具有可調(diào)無功補(bǔ)償設(shè)備節(jié)點(diǎn)之外，其它所有節(jié)點(diǎn)的電壓模值。 (2) 控制變量(u) ：可以設(shè)定、調(diào)整的變量 除平衡節(jié)點(diǎn)外，其它發(fā)電機(jī)的有功出力： 所有發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)(包括平衡節(jié)點(diǎn))及具有可調(diào)無功補(bǔ)償設(shè)備節(jié)點(diǎn)的電壓模值； 帶負(fù)荷調(diào)壓變壓器的變比。 (3) 擾動(dòng)變量(d)：不可控制的變量，包括：PL、QL ,最優(yōu)潮流模型的目標(biāo)函數(shù)，最常用的有兩種： (1) 系統(tǒng)運(yùn)行成本最小。該目標(biāo)函數(shù)一般表示為火電機(jī)組燃料費(fèi)用最小，不考慮機(jī)組啟動(dòng)、停機(jī)等費(fèi)用。其中機(jī)組成本耗費(fèi)曲線是模型的關(guān)鍵問題，它不僅影響解的最優(yōu)性，還制約求解方法的選取。通常機(jī)組燃料費(fèi)用函數(shù)常用其有功出力的多項(xiàng)式表示，最高階一般不大于3。若階數(shù)大于3，目標(biāo)函數(shù)將呈現(xiàn)非凸性，造成最優(yōu)潮流模型收斂困難。 (2) 有功傳輸損耗最小。無功優(yōu)化潮流通常以有功傳輸損耗最小為目標(biāo)函數(shù)，它在減少系統(tǒng)有功損耗的同時(shí)，還能改善電壓質(zhì)量。,本書以第一種為例,有功最優(yōu)分配的目標(biāo)函數(shù)是使全系統(tǒng)每小時(shí)的總能源消耗或燃料費(fèi)用為最小。 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 。這種反映單位時(shí)間內(nèi)發(fā)電設(shè)備的能量消耗與發(fā)出的有功功率之間的關(guān)系稱為耗量特性。其函數(shù)關(guān)系式為： 單位：噸/小時(shí),上述函數(shù)可用試驗(yàn)數(shù)據(jù)通過最小二乘法擬合而成，根據(jù)前人經(jīng)驗(yàn)，階數(shù)為2比較合適，即 總的目標(biāo)函數(shù)為：,等約束條件：有功功率必須保持平衡的條件 對(duì)于每個(gè)節(jié)點(diǎn)： 對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)： 若不計(jì)網(wǎng)損：,各發(fā)電機(jī)出力不等約束條件為 系統(tǒng)各點(diǎn)的電壓不等約束條件為 Ui min Ui Ui max , i = 1,2,n,不等式約束條件,水電廠的最優(yōu)潮流模型與火電廠類似，只是目標(biāo)函數(shù)不再是單位時(shí)間內(nèi)消耗的能源，而是一段時(shí)間內(nèi)消耗的能源，等式約束條件增加用水約束條件： (詳見P182),一般用拉格朗日乘數(shù)法。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。,三、最優(yōu)分配負(fù)荷時(shí)等耗量微增率準(zhǔn)則,根據(jù)給定的目標(biāo)函數(shù)和等式約束條件建立一個(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。,推廣到多臺(tái)發(fā)電機(jī)組或發(fā)電廠，有 即 等耗量微增率準(zhǔn)則：各機(jī)組以相等的耗量微增率運(yùn)行并滿足功率平衡約束時(shí)，系統(tǒng)的總耗量最小。,設(shè)耗量微增率的初值 ； 求與 對(duì)應(yīng)的各發(fā)電設(shè)備應(yīng)發(fā)功率 ； 校驗(yàn)求得的 是否滿足等式約束條件： 如不能滿足，則如 ，取 ；如 ，取 ，自2）開始重新計(jì)算。 直到滿足條件。,用迭代法求解電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題,例52,同一發(fā)電廠內(nèi)兩套發(fā)電設(shè)備共同供電，它們的耗量特性分別為 即如圖512所示。它們的可發(fā)有功功率上下限則分別為： PG1min=20MW；PG1max=100MW PG2min=20MW；PG2max=100MW,試求負(fù)荷的最優(yōu)分配方案和兩套設(shè)備的綜合耗量微增率曲線； 設(shè)兩套設(shè)備平均分配負(fù)荷，試求負(fù)荷為100MW時(shí)，每小時(shí)多消耗的燃料。,解：（1）由耗量特性得兩套發(fā)電設(shè)備的耗量微增率分別為 負(fù)荷PL為40MW時(shí)，兩套設(shè)備都按下限發(fā)電，各承擔(dān)20MW，相應(yīng)的耗量微增率為 因此，負(fù)荷增加時(shí)，發(fā)電設(shè)備2應(yīng)首先增加負(fù)荷，而發(fā)電設(shè)備1則仍按下限發(fā)電。這時(shí)，兩套設(shè)備的綜合微增率應(yīng)取決于發(fā)電設(shè)備2。例如，負(fù)荷為50MW時(shí)，PG1=20MW，PG2=30MW。,負(fù)荷增加，直到 也等于0.306后，發(fā)電設(shè)備1才開始增加負(fù)荷。而 時(shí)，由 可解得PG2=35MW。從而，負(fù)荷增加至 并繼續(xù)增加時(shí)，發(fā)電設(shè)備1才開始增加負(fù)荷。換言之，只有負(fù)荷大于55MW時(shí)，才真正有可能按等耗量微增率準(zhǔn)則分配負(fù)荷。 按耗量微增率準(zhǔn)則分配負(fù)荷時(shí)的計(jì)算較簡(jiǎn)單，只要取不同 值代入下列計(jì)算公式,分別計(jì)算PG1、PG2、PL。計(jì)算結(jié)果列于表52。 由表52可見， 時(shí)，發(fā)電設(shè)備1分配的負(fù)荷已達(dá)它的上限。因此，負(fù)荷繼續(xù)增加時(shí)，增加的負(fù)荷應(yīng)由發(fā)電設(shè)備2承擔(dān)，兩套設(shè)備的綜合耗量微增率也就應(yīng)取決于發(fā)電設(shè)備2。 由表52可作負(fù)荷最優(yōu)分配方案如圖513所示，綜合耗量微增率曲線如圖514所示。,（2）PL=100MW，按最優(yōu)分配時(shí)，PG1=45.3MW、PG2=54.7MW，總耗量為,PL=100MW，按平均分配時(shí)，PG1=50MW、PG2=50MW，總耗量為 二者相差0.07t/h。雖然每小時(shí)僅相差0.07t，但日積月累，數(shù)字也很可觀。,已知三個(gè)火電廠的耗量特性分別為： 不計(jì)網(wǎng)損時(shí)，求：當(dāng)總負(fù)荷為700MW時(shí)各個(gè)發(fā)電廠間有功負(fù)荷的最優(yōu)分配；若三個(gè)火電廠所用燃料價(jià)格分別為100、110、90元/t，按電能成本分配負(fù)荷。,算例2,解：用解析法求解 = 2PD + (bi /i)/(1/i) =1400+(0.3/0.0007+0.32/0.0004+0.3/0.00045)/ (1/0.0007+1/0.0004+1/0.00045) = 0.5357 則 PG1 = (0.5357-0.3)/(20.0007)= 168.39(MW) PG2 = (0.5357-0.32)/(20.0004)= 269.68(MW) PG3 = (0.5357-0.3)/(20.00045)= 261.93(MW),根據(jù)1=2=3=，可推導(dǎo)此式,校驗(yàn)有功功率不等約束 PGimin PGi PGimax，可知 PG1 越上限，取 PG1 =150MW，再重新計(jì)算 ，得 P D= PDPG1=700150 = 550(MW) =1100+(0.3/0.0007+0.32/0.0004+0.3/0.00045)/ (1/0.0007+1/0.0004+1/0.00045) = 0.5435 PG2 = (0.5435-0.32)/(20.0004) = 279.41(MW) PG3 = (0.5435-0.3)/(20.00045) = 270.59(MW),（2）燃料價(jià)格與耗量特性相乘就得到電能的費(fèi)用特性，將F1 、F2、 F3分別乘以100、110、90元/t，得到費(fèi)用特性為 求解得到： PG1 = 150MW，PG2= 215.09MW，PG3 = 334.91MW,計(jì)算過程和第一小題一樣，只是目標(biāo)函數(shù)變?yōu)殡娔艹杀玖恕ｏ@然，PG3超限了，應(yīng)改為300MW，重新計(jì)算，進(jìn)行下一步的計(jì)算。,用于解決火力發(fā)電廠與水力發(fā)電廠之間的最優(yōu)分配問題。 其目標(biāo)函數(shù)不變，不等式約束不變。 等式約束中加水量特性方程： wj：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)水力發(fā)電設(shè)備的水量消耗。 另外還有所不同的是須各時(shí)段聯(lián)立求解。,四、等耗量微增率準(zhǔn)則的推廣應(yīng)用,1) 數(shù)學(xué)模型的變化,拉格朗日函數(shù) 對(duì)拉格朗日函數(shù)求導(dǎo)，得到極值條件：,求解極值條件，得到： 即： 實(shí)際可看作是一個(gè)換算系數(shù)，也稱為水價(jià)系數(shù)。 在枯水季節(jié)，水電廠承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)， 比較小，比較大； 在洪水季節(jié)，水電廠承擔(dān)基荷任務(wù)， 比較大，比較小。,根據(jù)給定的可消耗水量K2，設(shè)換算系數(shù)的初值 ； 求與 相對(duì)應(yīng)的，各個(gè)不同時(shí)刻的有功功率負(fù)荷最優(yōu)分配方案； 計(jì)算與這最優(yōu)分配方案對(duì)應(yīng)的消耗水量 ； 校驗(yàn)求得的 是否與給定的K2 相等； 當(dāng) 時(shí)，取 ；當(dāng) ，取 。自第二步開始重復(fù)計(jì)算； 繼續(xù)計(jì)算，直到求得的 與給定的 K2 相等為止。,換算系數(shù)的迭代求取,數(shù)學(xué)模型,五、網(wǎng)絡(luò)損耗的修正,取拉格朗日函數(shù)的偏導(dǎo)數(shù)，列出極值條件,仍符合等微增率準(zhǔn)則,網(wǎng)損微增率,網(wǎng)損修正系數(shù),網(wǎng)損微增率的計(jì)算方法 B系數(shù)法 阻抗矩陣法 轉(zhuǎn)置雅可比矩陣法等。,第三節(jié) 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整,一、調(diào)整頻率的必要性 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（0.20.5）Hz的范圍內(nèi)。 一般而言，系統(tǒng)綜合負(fù)荷的有功功率與頻率大致呈一次方關(guān)系。 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。,(1)電力系統(tǒng)頻率變動(dòng)對(duì)用戶的影響 頻率變化將引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，從而影響用戶的產(chǎn)品質(zhì)量； 頻率的不穩(wěn)定將會(huì)影響電子設(shè)備的工作 (2)頻率降低對(duì)系統(tǒng)本身和發(fā)電廠的影響 系統(tǒng)的無功負(fù)荷將增大，使系統(tǒng)電壓水平下降 影響鍋爐的正常運(yùn)行 增加汽輪機(jī)葉片損壞的機(jī)會(huì) 發(fā)電機(jī)定子和轉(zhuǎn)子的溫升都將增加 變壓器的鐵芯損耗和勵(lì)磁電流都將增大 可能會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電 調(diào)整頻率的手段： 發(fā)電機(jī)組原動(dòng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速系統(tǒng) 調(diào)速器：進(jìn)行頻率的“一次調(diào)整”； 調(diào)頻器：進(jìn)行頻率的“二次調(diào)整”。,頻率不穩(wěn)定的危害,二、自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)特性,關(guān)鍵在于利用杠桿的作用調(diào)整汽輪機(jī)或水輪機(jī)的導(dǎo)向葉片，使其開度增大，增加進(jìn)汽量或進(jìn)水量。,D1,E1,C1,F1,B1,離心飛擺式自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng),轉(zhuǎn)速偏差對(duì)進(jìn)汽/水門開度的負(fù)反饋?zhàn)饔?負(fù)荷,轉(zhuǎn)速,離心飛擺式自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)頻率的“一次調(diào)整”作用原理,原動(dòng)機(jī)主軸帶動(dòng)套筒，套筒帶動(dòng)飛擺轉(zhuǎn)動(dòng)； 機(jī)組負(fù)荷增大，轉(zhuǎn)速下降，飛擺向轉(zhuǎn)軸靠攏，A點(diǎn)下移到A“點(diǎn)； 油動(dòng)機(jī)活塞兩邊油壓相等，B點(diǎn)不動(dòng)，杠桿AB繞B點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到A“ B，使C點(diǎn)下降至C。 調(diào)頻器不動(dòng)時(shí)，D點(diǎn)不動(dòng)，杠桿DE繞D點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到 DE，使F點(diǎn)下降至F和E點(diǎn)下降使E 。,錯(cuò)油門活塞下移使油管a、b的小孔開啟，壓力油經(jīng)b進(jìn)入油動(dòng)機(jī)活塞下部，活塞上部的油經(jīng)a流入錯(cuò)油門上部。 油動(dòng)機(jī)活塞向上移動(dòng)，使汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)汽門或水輪機(jī)的導(dǎo)向葉片開度增大，增加進(jìn)汽量或進(jìn)水量。相應(yīng)使機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，A“點(diǎn)回升，提升C點(diǎn)；同時(shí)，活塞上移，使杠桿A“B繞A“逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，也提升C點(diǎn)。 當(dāng)A“點(diǎn)回升到A點(diǎn)， C點(diǎn)回升C點(diǎn), E點(diǎn)回升E時(shí)，使油管a、b的小孔重新堵住，油動(dòng)機(jī)活塞停止移動(dòng)。,調(diào)節(jié)過程結(jié)束時(shí)，杠桿AB的位置為ACB。C點(diǎn)為原位置，B的位置較B高，A的位置較A略低。相應(yīng)的進(jìn)汽量或進(jìn)水量較原來多，機(jī)組轉(zhuǎn)速較原來略低。 特點(diǎn)：調(diào)速器的一次頻率調(diào)整，一定是有差調(diào)節(jié)（調(diào)整后原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或頻率有所變動(dòng)，轉(zhuǎn)速或頻率偏差不為0）,離心飛擺式自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)頻率的“二次調(diào)整”作用原理,調(diào)頻器轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪、蝸桿，抬高D點(diǎn)，杠桿DE繞F點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)； 錯(cuò)油門活塞再次下移開啟小孔，在油壓作用下，油動(dòng)機(jī)活塞再次向上移動(dòng)，進(jìn)一步增加進(jìn)汽或進(jìn)水量。機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，飛擺使A點(diǎn)由點(diǎn)A上升。 油動(dòng)機(jī)活塞向上移動(dòng)時(shí)，杠桿AB繞A逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)C、F、E點(diǎn)上移，再次堵塞錯(cuò)油門小孔，結(jié)束調(diào)節(jié)過程。 D點(diǎn)位移選擇恰當(dāng)，A點(diǎn)可能回到原來位置 特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)有差調(diào)節(jié)/無差調(diào)節(jié),電源有功功率靜態(tài)頻率特性 未配置自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)頻率特性,機(jī)組轉(zhuǎn)速很小，蒸汽或水在葉輪上加的轉(zhuǎn)矩很大，功率輸出小。 機(jī)組轉(zhuǎn)速很大，蒸汽或水在葉輪上加的轉(zhuǎn)矩很小，功率輸出小 額定條件時(shí)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩適中，功率輸出最大,線性直線,二次曲線,電源有功功率靜態(tài)頻率特性 配置有自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)(一次調(diào)頻),（1）頻率一次調(diào)整時(shí)的靜態(tài)頻率特性 調(diào)速器隨機(jī)組轉(zhuǎn)速的變動(dòng)不斷改變進(jìn)汽(水)量，相應(yīng)機(jī)組的靜態(tài)頻率特性平行移動(dòng)，使原動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)不斷從一根靜態(tài)頻率特性曲線向另一根靜態(tài)頻率特性曲線過渡。 連接不同曲線上運(yùn)行點(diǎn),得到有頻率一次調(diào)整時(shí)的靜態(tài)頻率特性。,為簡(jiǎn)化分析，直線1-2代替曲線1-2，直線2-3代替曲線2-3,圖5-24 一次調(diào)整時(shí)原動(dòng)機(jī)的靜態(tài)頻率特性,進(jìn)汽/水,斜線，功率增大，頻率減小，有差調(diào)節(jié),最大開度，Pm不變,一次調(diào)頻曲線,電源有功功率靜態(tài)頻率特性 配