第五章-電力系統(tǒng)有功功率的平衡和頻率調整PPT課件

第五章電力系統(tǒng)有功功率的平衡和頻率調整 第一節(jié)電力系統(tǒng)中有功功率的平衡第二節(jié)電力系統(tǒng)的頻率調整 第一節(jié)電力系統(tǒng)中有功功率的平衡 一 頻率變化對用戶和發(fā)電廠及系統(tǒng)本身的影響系統(tǒng)頻率的變化將引起工業(yè)用戶的電動機轉速的變化 這將影響產品的質量 當頻率降低 使電動機有功功率降低 將影響所有的轉動機械的出力 頻率的不穩(wěn)定 將會影響電子設備的準確性 系統(tǒng)頻率的變化 對發(fā)電機及電力系統(tǒng)本身也十分有害 發(fā)電廠的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 將使電動機停止運轉 會引起嚴重后果 1 有功功率的變動及其調整電力系統(tǒng)有功功率負荷 以下簡稱負荷 時刻都在作不規(guī)則變化 如右圖所示 對系統(tǒng)實際負荷變化曲線的分析表明 系統(tǒng)負荷可以看作是由三種具有不同變化規(guī)律的變動負荷所組成 第一種視變化幅度很小 變化周期短 負荷變動有很大的偶然性 第二種是變化幅度大 變化周期較長 第三種是變化緩慢的持續(xù)變動負荷 二 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡和備用容量 負荷的變化將引起頻率的相應變化 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整大體上分一次 二次 三次調整三種 頻率的一次調整 或稱為一次調頻 指由發(fā)電機組的調速器進行的 是對一次負荷變動引起的頻率偏移作調整 頻率的二次調整 或稱為二次調頻 指由發(fā)電機組的調頻器進行的 是對二次負荷變動引起的頻率偏移作調整 頻率的三次調整 或稱為三次調頻 是對三次負荷變動引起的頻率偏移作調整 將在有功功率平衡的基礎上 按照最優(yōu)化的原則在各發(fā)電廠之間進行分配 2 有功功率平衡和備用容量電力系統(tǒng)中 在任何時候 所有發(fā)電廠發(fā)出的有功功率的總和 而包括所有用戶的有功功率 所有發(fā)電廠廠用電有功負荷和網絡的有功損耗 即 為保證可靠供電和良好的電能質量 電力系統(tǒng)的有功功率平衡額定運行參數下確定 而且 還應具有一定的備用容量 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)電負荷的部分稱系統(tǒng)的備用容量 系統(tǒng)備用容量一般分負荷備用 事故備用 檢修備用和國民經濟備用等 1 負荷備用 是指調整系統(tǒng)中短時的負荷波動并擔負計劃外的負荷增加而設置的備用 負荷備用容量的大小應根據系統(tǒng)負荷的大小 運行經驗并考慮系統(tǒng)中各類用電的比重確定 一般為最大負荷的2 一5 大系統(tǒng)采用較小數值 小系統(tǒng)采用較大數值 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)正常供電所需的備用 事故備用容量的大小應根據系統(tǒng)容量 發(fā)電機臺數 單位機組容量 機組的事故概率 系統(tǒng)的可靠性指標等確定 般約為最大負荷的5 一10 但不得小于系統(tǒng)中最大機組的容量 3 檢修備用 為保證系統(tǒng)的發(fā)電設備進行定期檢修時 不致影響供電而在系統(tǒng)中留有的備用容量 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 一般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 以盡量減少因檢修停機所需的備用容量 4 國民經濟備用 是考慮到工農業(yè)用戶的超計劃生產 新用戶的出現等而設置的備用容量 其值根據國民經濟的增長情況而確定 一般約為系統(tǒng)最大負荷的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的形式存在于系統(tǒng)中 而不難想見 熱備用中至少應包括全部負荷備用和一部分事故備用 電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠主要有以下三類水力發(fā)電廠火力發(fā)電廠原子能發(fā)電廠 核電廠 各類發(fā)電廠由于其設備容量 機械特性 使用的動力資源等不同 而有著不同的技術經濟特性 必須結合它們的特點 合理地組織這些發(fā)電廠的運行方式 恰當安排它們在電力系統(tǒng)日負荷曲線和年負荷曲線中的位置 以提高電力系統(tǒng)運行的經濟性 三 各類發(fā)電廠的特點及合理組合 1 火力發(fā)電廠的主要特點 1 要支付燃料及運輸費用 不受自然條件的影響 2 有功出力最小限制 啟停時間長且啟停費用高 3 效率與蒸汽參數有關 高溫高壓設備效率最高 低溫低壓設備效率最低 4 熱電廠總效率較高 但與熱負荷相應的輸出功率是不可調節(jié)的強迫功率 一 各類發(fā)電廠的特點 2 水力發(fā)電廠的特點 1 必須釋放水量 強迫功率 2 出力調節(jié)范圍比火電機組大 啟停費用低 且操作簡單 3 不需燃料費 但一次投資大 抽水蓄能 水電廠的運行依水庫調節(jié)性能的不同在不同程度上受自然條件的影響 3 原子能發(fā)電廠的特點 1 最小技術負荷小 為額定負荷10 15 2 啟停費用高 負荷急劇變化時 調節(jié)費用高 啟停及急劇調節(jié)時 易于損壞設備 3 一次投資大 運行費用小 原則 1 充分利用水源 2 降低火電機組的單位煤耗 發(fā)揮高效機組的作用 3 盡量降低火力發(fā)電成本 根據上述原則 在夏季豐水期和冬季枯水期各類電廠在日負荷曲線中的安排示意圖 見圖5 2 二 各類發(fā)電廠的合理組合 圖5 2各類發(fā)電廠組合順序示意圖 a 枯水季節(jié) b 豐水季節(jié) 夏季豐水期 水量充足 水電廠應帶基本負荷以避免棄水 節(jié)約燃煤 在此期間 可抓緊時間進行火電廠設備的檢修 冬季枯水期 來水較少 應由凝汽式火電廠承擔基本負荷 水電廠則承擔尖峰負荷 1 耗量特性電力系統(tǒng)中有功功率負荷合理分配的目標是 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 耗量微增率 單位時間內輸入能量微增量與輸出功率微增量的比值 為耗量特性曲線上某一點切線的斜率 2 比耗量 單位時間內輸入能量與輸出功率之比 為耗量特性曲線上某一點縱坐標和橫坐標的比值 3 發(fā)電設備的效率 為比耗量的倒數 四 有功功率負荷的最優(yōu)分配 效率曲線和微增率曲線 耗量特性 2 目標函數和約束條件明確了有功功率負荷的大小和耗量特性 在系統(tǒng)中有一定的備用容量時 就可以考慮這些負荷在已運行發(fā)電設備或發(fā)電廠之間的最優(yōu)分配問題 在數學上 其性質是在一定的約束條件下 使某一函數為最優(yōu) 而這些約束條件和目標函數都是各種變量 狀態(tài)變量 控制變量 擾動變量的非線性函數 可表達為在滿足等約束條件 和不等式約束條件 的前提下 使目標函數 為最優(yōu) 有功負荷的最優(yōu)分配的目的在于 在供應同樣大小負荷有功功率的前提下 單位時間內的能源消耗最少 這目標函數應該是總耗量 原則上 這總耗量應與所有變量有關 但通常認為 它只是各發(fā)電設備所發(fā)有功功率的函數 即目標函數可寫作 等式約束條件 有功功率必須保持平衡的條件 對于每個節(jié)點 對于整個系統(tǒng) 若不計網損 不等式約束條件 為系統(tǒng)的運行限制 變量 各發(fā)電設備輸出有功功率 3 最優(yōu)分配負荷時的等耗量微增率準則根據給定的目標函數和等式約束條件建立一個新的 不受約束的目標函數 拉格朗日函數 對拉格朗日函數求導 得到最小值時應有的三個條件 求解 1 得到 這就是著名的等耗量微增率準則 表示為使總耗量最小 應按相等的耗量微增率在發(fā)電設備或發(fā)電廠之間分配負荷 第二節(jié)電力系統(tǒng)的頻率調整 一 電力系統(tǒng)負荷的有功功率 頻率靜態(tài)特性當頻率變化時 電力系統(tǒng)中的有功功率負荷也將發(fā)生變化 當電力系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運行時 系統(tǒng)中有功負荷隨頻率的變化特性稱為負荷的有功功率 頻率靜態(tài)特性 電力系統(tǒng)綜合負荷的有功功率與頻率的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)的有功負荷 為電力系統(tǒng)頻率為額定值時 整個系統(tǒng)的有功負荷 為上述有功負荷占的百分數 二 發(fā)電機組的有功功率 頻率靜態(tài)特性 1 自動調速系統(tǒng) 如右圖所示 調速系統(tǒng)由四個部分組成 1為轉速測量元件 飛擺 2為放大元件 錯油門 3為執(zhí)行機構 油動機 4為轉速控制機構 調頻器 概念介紹發(fā)電機的單位調節(jié)功率 發(fā)電機組原動機或電源頻率特性的斜率 標志著隨頻率的升降發(fā)電機組發(fā)出功率減少或增加的多寡 2 發(fā)電機組的有功功率 頻率靜態(tài)特性 發(fā)電機是調差系數 單位調節(jié)功率的倒數 發(fā)電機的單位調節(jié)功率與調差系數的關系 一般來說發(fā)電機的單位調節(jié)功率是可以整定的 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 負荷的單位調節(jié)功率 綜合負荷的靜態(tài)頻率特性的斜率 一般而言 簡述 由于負荷突增 發(fā)電機組功率不能及時變動而使機組減速 系統(tǒng)頻率下降 同時 發(fā)電機組功率由于調速器的一次調整作用而增大 負荷功率因其本身的調節(jié)效應而減少 經過一個衰減的振蕩過程 達到新的平衡 數學表達式 KS 稱為系統(tǒng)的單位調節(jié)功率 單位Mw Hz 表示原動機調速器和負荷本身的調節(jié)效應共同作用下系統(tǒng)頻率下降或上升的多少 三 頻率的一次調整 注意 取功率的增大或頻率的上升為正 為保證調速系統(tǒng)本身運行的穩(wěn)定 不能采用過大的單位調節(jié)功率 對于滿載機組 不再參加調整 對于系統(tǒng)有若干臺機參加一次調頻 具有一次調頻的各機組間負荷的分配 按其調差系數即下降特性自然分配 四 頻率的二次調整 當負荷變動幅度較大 0 5 1 5 周期較長 幾分鐘 僅靠一次調頻作用不能使頻率的變化保持在允許范圍內 這時需要籍調速系統(tǒng)中的調頻器動作 以使發(fā)電機組的功頻特性平行移動 從而改變發(fā)電機的有功功率以保持系統(tǒng)頻率不變或在允許范圍內 數學表達式如果 即發(fā)電機組如數增發(fā)了負荷功率的原始增量 則 即所謂的無差調節(jié) 對于N臺機 則 當系統(tǒng)負荷增加時 由以下三方面提供 二次調頻的發(fā)電機組增發(fā)的功率 發(fā)電機組執(zhí)行一次調頻 按有差特性的調差系數分配而增發(fā)的功率 由系統(tǒng)的負荷頻率調節(jié)效應所減少的負荷功率 頻率調整圖 五 調頻廠的選擇 調頻廠須滿足的條件 調整的容量應足夠大 調整的速度應足夠快 調整范圍內的經濟性能應該好 注意系統(tǒng)內及互聯(lián)系統(tǒng)的協(xié)調問題 通過分析各種電廠的特點 調頻廠的選擇原則為 系統(tǒng)中有水