電力系統(tǒng)分析(6)

1、v頻率調(diào)整的必要性v有功功率平衡和備用容量v電力系統(tǒng)的頻率特性v電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整 頻率一次調(diào)整、頻率二次調(diào)整、互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整v有功功率平衡和系統(tǒng)負(fù)荷在各類(lèi)發(fā)電廠間的合理分配6 電力系統(tǒng)的有功功率平衡和頻率調(diào)整系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜態(tài)特性電力系統(tǒng)的有功功率頻率靜態(tài)特性v頻率調(diào)整的必要性u(píng)頻率偏移對(duì)設(shè)備運(yùn)行的影響u電網(wǎng)頻率總在波動(dòng)：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子功率平衡u頻率允許偏移：(0.20.5)Hz; (0.41)%u負(fù)荷曲線組成：有功負(fù)荷分為三種不同變化規(guī)律的變動(dòng)負(fù)荷，如右圖1、2、3所示；異步電動(dòng)機(jī)：轉(zhuǎn)速和輸出功率降低；汽輪發(fā)電機(jī)：葉片脈振；發(fā)電廠輔機(jī)：給水泵、風(fēng)機(jī)、給

2、煤機(jī)出力下降，嚴(yán)重情況下可導(dǎo)致系統(tǒng)頻率崩潰，電機(jī)變壓器：無(wú)功損耗增加，調(diào)壓?jiǎn)栴}u負(fù)荷曲線組成第1種負(fù)荷分量：變化幅度小，變化周期短（一般10秒以內(nèi)） （調(diào)速器：一次調(diào)頻）第2種負(fù)荷分量：變化幅度較大，變化周期一般在10s3min的負(fù)荷，如電爐、延壓機(jī)械、電氣機(jī)車(chē)，等；（調(diào)頻器：二次調(diào)頻）第3種負(fù)荷分量：變化緩慢的持續(xù)變動(dòng)負(fù)荷，由工廠作息制度、居民生活規(guī)律、氣象條件等決定； （調(diào)度員：日運(yùn)行方式）據(jù)此頻率調(diào)整一次調(diào)整:由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行的對(duì)第一種 負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移的調(diào)整二次調(diào)整:由發(fā)電機(jī)的調(diào)頻器進(jìn)行的、對(duì)第二種 負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移的調(diào)整 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)

3、的負(fù)荷，即責(zé)成各發(fā)電廠按事先給定的發(fā) 電荷曲線發(fā)電。 v有功功率平衡和備用容量CSDGPPPP為保證頻率在允許范圍內(nèi)變動(dòng)，電力系統(tǒng)運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組發(fā)出的有功功率必須和負(fù)荷消耗的有功功率平衡。所有發(fā)電機(jī)組有功出力之和所有有功負(fù)荷所有發(fā)電廠廠用電有功功率之和網(wǎng)絡(luò)有功率損耗 為保證可靠供電和良好的電能質(zhì)量，系統(tǒng)還應(yīng)具有一定的備用容量，備用容量按用途分：備用容量按備用形式分：熱備用和冷備用負(fù)荷備用：為了適應(yīng)實(shí)際負(fù)荷的經(jīng)常波動(dòng)或一天內(nèi)計(jì)劃外的負(fù)荷增加而設(shè)置的備用，設(shè)計(jì)時(shí)一般按系統(tǒng)最大有功負(fù)荷的2一5估算。事故備用：事故備用容量的大小一般約為最大負(fù)荷的5一10 檢修備用：為保證發(fā)電設(shè)備進(jìn)行定期檢修時(shí)，不致

4、影響供電而留的備用容量。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)置的備用容量，一般約為系統(tǒng)最大負(fù)荷的3%5%v電力系統(tǒng)的頻率特性與頻率無(wú)關(guān)的負(fù)荷：照明、電弧爐、整流負(fù)荷，等與頻率一次方成正比：阻力矩為常數(shù)的負(fù)荷，如球磨機(jī)、切削機(jī)床、往復(fù)式水泵、壓縮機(jī)、卷?yè)P(yáng)機(jī)，等與頻率的二次方成正比：變壓器渦流損耗與頻率的三次方成正比：通風(fēng)機(jī)、凈水頭阻力不大的循環(huán)水泵與頻率更高次方成正比：凈水頭阻力很大的給水泵；u系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性23D0123D NNNN23D *01*2*3*PfffaaaaPfffPaafafafDDPKtgf*DDNNDDNDNP PfKKf fPfDPNfDNPOKD*

5、= 13；調(diào)度部門(mén)必須掌握的數(shù)據(jù)確定低頻減載切除負(fù)荷數(shù)量u發(fā)電機(jī)組的有功功率-頻率靜態(tài)特性fGPNfGNPO0f122121*GNGNGNNfffPPPf fPP Pf*111GGNNGGGNGNPKfffKKPP*0.040.062516.70.020.045025GGKK汽輪發(fā)電機(jī)：水輪發(fā)電機(jī)：負(fù)荷增大功率增加頻率降低 調(diào)速系統(tǒng)的工作原理（離心式機(jī)械液壓調(diào)速系統(tǒng)）發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)差系數(shù)、單位調(diào)節(jié)功率（發(fā)電機(jī)組功頻靜特性系數(shù)）u電力系統(tǒng)的有功功率-頻率靜態(tài)特性21000; ; GGDDDDGDGDfffPK fPK fPPPPKKf fP2f2PO1fBAD( )PfD( )PfD0PGPD

6、P0DGDPKKKf系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率 0*GNDNDGDNNPPPKKfffDNNPf00*GNDDNDGDDNNPPPPKKPf ff0*DGrDPKK kKfGNrDNPkP備用容量越大(kr1) ，系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率越大無(wú)備用容量(kr=1) ，發(fā)電機(jī)單位調(diào)節(jié)功率為零考慮一臺(tái)機(jī)組和一個(gè)負(fù)荷，計(jì)及兩者的頻率靜態(tài)特性采用標(biāo)幺值形式備用系數(shù)kr考慮一臺(tái)機(jī)組和一個(gè)負(fù)荷，計(jì)及兩者的頻率靜態(tài)特性采用標(biāo)幺值形式備用系數(shù)kr21000; ; GGDDDDGDGDfffPKfPKfPPPPKKf fP2f2PO1fBAD( )PfD( )Pf0DGDPK KKf系 統(tǒng) 的 單 位 調(diào) 節(jié) 功 率 0*GN

7、DNDGDNNPPPKKfffDNNPf00*GNDDNDGDDNNPPPPKKPf ff0*DGrDPKK kKfGNrDNPkP 備用容量越大備用容量越大(kr1) ，系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率越，系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率越大大 無(wú)備用容量無(wú)備用容量(kr=1) ，發(fā)電機(jī)單位調(diào)節(jié)功率為，發(fā)電機(jī)單位調(diào)節(jié)功率為零零v電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整u頻率的一次調(diào)整n臺(tái)機(jī)組的等值單位調(diào)節(jié)功率11 (1,2,., )GiGinnGGiGiGiiPKfinPPKfKf *11nnGiNGGiGiiiNPKKKf*1*nGiGiNNiGGGNGNK PfKKPP*1GNGnGiNiiPP1nGNGiNiPP單臺(tái)等值機(jī)組和系統(tǒng)負(fù)荷的一

8、次調(diào)頻* GiNGiGiiNPfPKff 0DGDPfKK fP2f2PO1fBAD( )PfD( )PfD0PGPDP計(jì)算等值單位調(diào)節(jié)功率時(shí)，如第j臺(tái)機(jī)組滿載運(yùn)行，則KGj = 0，或j = 調(diào)差系數(shù)越小，機(jī)組增加有功輸出越多（相對(duì)于自身額定值）u某電力系統(tǒng)中，一半機(jī)組的容量已經(jīng)完全利用，其余25%為火電廠，有10%備用容量，單位調(diào)節(jié)功率為16.6；25%為水電廠，有20%備用容量，單位調(diào)節(jié)功率為25；系統(tǒng)有功負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)KD*=1.5。*0.5 0 0.25 16.6 0.25 25 10.4GK 0.5 0.25 (1 0.1) 0.25 (1 0.2)0.925DP 1/0.

9、925 1.081rk *1.081 10.4 1.5 12.742K *r GDK kK KrG ND Nk P P0*0.05500.196Hz12.742DNPffK 0*12.742 0.2/50 5.097%DPK f （1）求系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率（2）求負(fù)荷增加5%時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率；（3）若允許頻率降低0.2Hz，系統(tǒng)能夠承受的負(fù)荷增量*1*nGiGiNNiGGGNGNKPfKKPPu某電力系統(tǒng)中，一半機(jī)組的容量已經(jīng)完全利用，其余25%為火電廠，無(wú)備用容量，單位調(diào)節(jié)功率為16.6；25%為水電廠，有10%備用容量，單位調(diào)節(jié)功率為25；系統(tǒng)有功負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)KD*=1.5。*0.

10、5 0 0.25 0 0.25 256.25GK 11.0260.5 0.25 0.25 (1 0.1)rk *1.026 6.25 1.57.912K 0.024500.8Hz1.5f （1）求系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率（2）求負(fù)荷增加5%時(shí)的系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)頻率，由于備用容量?jī)H為2.6%，余下部分由負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)來(lái)補(bǔ)償；fP2f1.026DNPO1f0.0260.05DNP0.0241.0DNPf11.0GNrDNGDNPk PPPu某電力系統(tǒng)中，一半機(jī)組的容量已經(jīng)完全利用，其余25%為火電廠，無(wú)備用容量，單位調(diào)節(jié)功率為16.6；25%為水電廠，有10%備用容量，單位調(diào)節(jié)功率為25；系統(tǒng)有功負(fù)荷的頻率調(diào)

11、節(jié)效應(yīng)系數(shù)KD*=1.5。*0.5 0 0.25 0 0.25 256.25GK 11.0260.50.250.25(10.1)rk*1.0266.251.57.912K 0*7.912 0.2/50 0.031651.026 6.25 0.004 0.02565DGrGPK fPkKf （1）求系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率（3）若允許頻率降低0.2Hz，系統(tǒng)能夠承受的負(fù)荷增量；fP2f1.026DNPO1f0.025650.03165DNP1.0DNP0.2Hzf 11.0GNrDNGDNPk PPPu頻率的二次調(diào)整同步器的工作原理功頻靜態(tài)特性的平移fP2PONf1P3P3 2 1同步器的不同位置，對(duì)應(yīng)

12、于一組平行的機(jī)組功頻靜態(tài)特性直線；維持機(jī)組轉(zhuǎn)速恒定，同步器位置越高，機(jī)組輸出功率越大；同步器位置同步器位置對(duì)應(yīng)的機(jī)組對(duì)應(yīng)的機(jī)組額定輸出功額定輸出功率率同步器位同步器位置對(duì)應(yīng)的置對(duì)應(yīng)的機(jī)組空載機(jī)組空載轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速負(fù)荷增加，所有具有備用容量的機(jī)組調(diào)速器動(dòng)作，系統(tǒng)頻率下降同步器動(dòng)作，增大機(jī)組輸出功率，系統(tǒng)功頻靜態(tài)特性平移，系統(tǒng)頻率恢復(fù)fO1fPABB0DP( )DP f( )DP ff2f2fEGP( )GP ffO1fPAB0DP( )DPf( )DPff2f( )GP f0DGDPKfKf 0DGGDPPKfKf u同步器的工作原理功頻靜態(tài)特性的平移fP3fO1f1P3P3 2 1利用同步器平移機(jī)組

13、功頻靜態(tài)特性，調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率和分配機(jī)組間的有功功率，就是頻率的二次調(diào)整( )DPf由于頻率的二次調(diào)整，系統(tǒng)增加的發(fā)電功率，由少數(shù)電廠或機(jī)組承擔(dān)剩余負(fù)荷增量，由全網(wǎng)具有調(diào)節(jié)容量的機(jī)組，通過(guò)調(diào)速器動(dòng)作，按照功頻靜態(tài)調(diào)節(jié)特性平衡；00DDGPPP00DDGGDPPPK fK f fO1fPA( )DP f2fEGP( )GP f( )DP f主調(diào)頻電主調(diào)頻電廠廠輸出功輸出功率增量率增量 按經(jīng)濟(jì)調(diào)按經(jīng)濟(jì)調(diào)度原則在度原則在主調(diào)頻廠主調(diào)頻廠間分配間分配 fO1fPBB0DP( )DPf( )DPff 2f 2fE( )GPfA( )DPf0DGGDPPK f K f 0DGGDPPfKK u互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)

14、整D AABG AAAD BABG BBBPPPK fPPPK f DAPGAPAKDBPGBPBKABPAB() ()()()DADBGAGBABABADBGBBDAGAABABPPPPffKKKPPKPPPKK 0DAGADBGBABABPPPPPKK二次調(diào)整可二次調(diào)整可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率無(wú)差調(diào)節(jié)率無(wú)差調(diào)節(jié)fO1fPABB0DP( )DPf( )DPff2f 2fCEGPu主調(diào)頻電廠的選擇u選擇主調(diào)頻電廠時(shí)，主要應(yīng)考慮：主調(diào)頻電廠：負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的頻率調(diào)整，即頻率的二次調(diào)整，一般選1-2個(gè)電廠；輔助調(diào)頻電廠：系統(tǒng)頻率超過(guò)某一規(guī)定的偏移范圍時(shí)才參與頻率調(diào)整，一般也只有少數(shù)電廠；非調(diào)頻電廠：系

15、統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，按照預(yù)先給定的負(fù)荷曲線；機(jī)組具有足夠的調(diào)節(jié)容量及調(diào)整范圍；調(diào)頻機(jī)組具有與負(fù)荷變化速度相適應(yīng)的調(diào)整速度；調(diào)整出力時(shí)符合安全及經(jīng)濟(jì)的原則；調(diào)頻引起的聯(lián)絡(luò)線功率波動(dòng)、中樞點(diǎn)電壓波動(dòng)是否越限；u各類(lèi)電廠調(diào)節(jié)能力對(duì)比枯水期：水電廠主調(diào)頻電廠，效率較低的火電機(jī)組輔助調(diào)頻；豐水期：水電廠帶穩(wěn)定負(fù)荷，避免棄水；中溫中壓凝汽式火電廠主調(diào)頻；v有功功率平衡和系統(tǒng)負(fù)荷在各類(lèi)發(fā)電廠間的合理分配u有功功率平衡實(shí)現(xiàn)額定頻率下的有功平衡，并具有備用容量u備用容量按作用分負(fù)荷備用：2%5%Pmax事故備用：5%10%Pmax PGmax檢修備用國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用() ()GCSLDLresPPPPPu熱備用旋轉(zhuǎn)備用（

16、Spinning Reserve）擔(dān)負(fù)頻率調(diào)整任務(wù)，處理如下：短時(shí)間負(fù)荷波動(dòng)；日負(fù)荷曲線的預(yù)測(cè)誤差；發(fā)電機(jī)組因偶然事故退出運(yùn)行；包含負(fù)荷備用和部分事故備用u冷備用停運(yùn)待命機(jī)組，包括檢修備用、國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用、部分事故備用熱備用不足：低頻減載水電機(jī)組低頻自啟動(dòng)u各類(lèi)發(fā)電廠負(fù)荷的合理分配A水電廠不可調(diào)功率B水電廠可調(diào)功率C熱電廠D核電廠E高溫高壓凝汽式火電廠F中溫中壓凝汽式火電廠G抽水蓄能機(jī)組H燃?xì)廨啓C(jī)v 有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配電力系統(tǒng)中有功功率負(fù)荷合理分配的目標(biāo)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。耗量特性 發(fā)電設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)消耗的能源與發(fā)出的有功功率的關(guān)系。/ F P /dPdF=

17、PFu耗量微增率: 耗量特性曲線上某點(diǎn)切線的斜率，表示在該點(diǎn)運(yùn)行時(shí)輸入增量對(duì)輸出增量之比u比耗量：特性曲線上某點(diǎn)的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)(即輸入與輸出)之比u發(fā)電設(shè)備的效率 ：比耗量的倒數(shù)有功負(fù)荷最優(yōu)分配的目標(biāo)函數(shù)和約束條件u目標(biāo)函數(shù):總能源消耗量。niGiiGnnGGPFPFPFPFF12211)()(.)()(第i臺(tái)設(shè)備發(fā)出有功功率PGi時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)消耗的能源u約束條件:等式約束:有功功率必須保持平衡PPPniLiniGi11若忽略網(wǎng)損，則011niLiniGiPP不等式約束:系統(tǒng)的運(yùn)行限制maxminmaxminmaxminiiiGiGiGiGiGiGiUUUQQQPPP等耗量微增率準(zhǔn)則電力系

18、統(tǒng)中的各發(fā)電機(jī)組按相等的耗量微增率運(yùn)行，可使總的能量損耗最小以兩套并聯(lián)機(jī)組間的負(fù)荷分配為例研究多元函數(shù)求極值，構(gòu)造一個(gè)不受約束的拉氏函數(shù)min)()(2211GGPFPFF約束條件021LDGGPPPmin)()()(212211LDGGGGPPPPFPFL為使L最小，有01GPL02GPL0L可得021LDGGPPP1110GGdFPdP 求解得： 2100021222111LDGGGGGGPPPdPPdFdPPdF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。該結(jié)論可推廣用于多個(gè)發(fā)電廠之間的負(fù)荷分配。三個(gè)火電廠并列運(yùn)行，各電廠的燃料消耗特性(t/h

19、)及功率約束條件如下： MWPMWPPFGGG2001000007. 03 . 0412111MWPMWPPFGGG2501200004. 032. 0322222MWPMWPPFGGG30015000045. 03 . 05 . 332333當(dāng)總負(fù)荷為400MW時(shí)，試分別確定發(fā)電廠間功率的經(jīng)濟(jì)分配（不計(jì)網(wǎng)損）。 解：按等耗量微增準(zhǔn)則 11110014.03 .0GGPdPdF22220008.032.0GGPdPdF330009. 03 . 0GP321643. 0572. 029.14GGGPPP321400321GGGPPP解得 MWPMWPGG77.987 .14712PG1低于下限，故應(yīng)取PG1=100MW 。其余的300MW負(fù)荷在電廠2和3之間重新分配30032GGPP32MWPMWPGG95.15205.14732都在限值以內(nèi)。本章小結(jié)負(fù)荷變化時(shí)，具有調(diào)速器的機(jī)組，只要還有