電力系統(tǒng)自動(dòng)化 10 電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)(二)

電力系統(tǒng)分析第四章電力系統(tǒng)有功功率和頻率調(diào)整第四章電力系統(tǒng)的有功功率和頻率控制4.1電力系統(tǒng)有功功率的平衡4.3電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配4.2電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整第二次課一次調(diào)頻與二次調(diào)頻評(píng)價(jià)電能質(zhì)量的指標(biāo)包括

、

、

。發(fā)電機(jī)有功出力不足，系統(tǒng)頻率將

（上升or下降）。發(fā)電機(jī)中針對(duì)短周期、小幅度負(fù)荷波動(dòng)的功率調(diào)節(jié)裝置稱為

，這種調(diào)整稱為頻率的

。發(fā)電機(jī)中針對(duì)較長周期、較大幅度負(fù)荷波動(dòng)的功率調(diào)節(jié)裝置

稱為

，這種調(diào)整稱為頻率的

。針對(duì)季節(jié)性負(fù)荷變化，電力系統(tǒng)采取的調(diào)頻措施是什么？此圖為（負(fù)荷的靜態(tài)調(diào)節(jié)特性）此圖為（發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)節(jié)特性）KD為負(fù)荷的（頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)），單位（KW/Hz）；KG為發(fā)電機(jī)的（單位調(diào)節(jié)功率），單位（KW/Hz）；

為發(fā)電機(jī)的（靜態(tài)調(diào)差系數(shù)），單位（Hz/KW）；頻率二次調(diào)整頻率二次調(diào)整定義為通過改變調(diào)頻機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的給定值，改變其輸出功率使電網(wǎng)頻率回到額定值。在一次調(diào)頻作用后，最終穩(wěn)定頻率會(huì)使機(jī)組功率偏離給定值。需通過調(diào)整預(yù)先指定的調(diào)頻機(jī)組的負(fù)荷設(shè)定值，使各機(jī)組的負(fù)荷變化量轉(zhuǎn)移到調(diào)頻機(jī)組上，同時(shí)將頻率恢復(fù)到額定值。變化周期較長、變動(dòng)幅度較大，有一定可預(yù)測性。頻率三次調(diào)整緩慢變化、變化幅度較大，由生產(chǎn)、生活、氣象待變化引起。根據(jù)預(yù)測的負(fù)荷曲線，按最優(yōu)化的原則對(duì)各發(fā)電廠、發(fā)電機(jī)組之間進(jìn)行有功功率的經(jīng)濟(jì)分配。頻率一次調(diào)整頻率一次調(diào)整定義為在調(diào)速系統(tǒng)給定值不變的情況下，利用汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速控制或調(diào)節(jié)器，感受電網(wǎng)頻率(周波)變化改變有功功率輸出，維持同步區(qū)域發(fā)電輸出與電網(wǎng)負(fù)荷平衡。一次調(diào)頻為有差調(diào)節(jié)。頻率調(diào)節(jié)的特點(diǎn)負(fù)荷突增?PLD，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：

PG1↑→PG2，f1↓→f2；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)衰減的振蕩過程由3→2，達(dá)到新的平衡；即整個(gè)過程為從平衡點(diǎn)1→新的平衡點(diǎn)2。4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整假設(shè)系統(tǒng)只有一臺(tái)發(fā)電機(jī)組、一個(gè)綜合負(fù)荷4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整☆KS稱為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，單位MW/Hz；表示負(fù)荷增加或減少時(shí)，在原動(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。2、數(shù)學(xué)表達(dá)式：發(fā)電機(jī)輸出有功增量與負(fù)荷實(shí)際增量相平衡標(biāo)幺值表示系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率kr=PGN/PDN為系統(tǒng)熱備用系數(shù)等式兩端同除以PDN/fN小結(jié)：系統(tǒng)中有功功率電源的出力不僅應(yīng)滿足在額定頻率下系統(tǒng)對(duì)有功功率的需求，而且應(yīng)有一定的備用。4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整3、對(duì)于系統(tǒng)有若干臺(tái)發(fā)電機(jī)組參加一次調(diào)頻：

系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率：

若系統(tǒng)中n臺(tái)機(jī)組全部參與調(diào)頻，等值單位調(diào)節(jié)功率為：若系統(tǒng)中只有m臺(tái)機(jī)組參與調(diào)頻，等值單位調(diào)節(jié)功率為：可見：n臺(tái)機(jī)組的等值單位調(diào)節(jié)功率遠(yuǎn)大于一臺(tái)機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率。這也就可以解釋為什么大系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定性更好！把n臺(tái)機(jī)組用一臺(tái)等值機(jī)代表，等值單位調(diào)節(jié)功率標(biāo)幺值：代入等值調(diào)差系數(shù)注意：當(dāng)PGi=PGi,max時(shí)其KGi=0頻率的一次調(diào)整的計(jì)算過程由負(fù)荷變化量，求出頻率偏差每臺(tái)機(jī)組的功率增量求系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率由上式推得小結(jié)：調(diào)差系數(shù)越小的機(jī)組增加的有功輸出相對(duì)越多。4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整例題4－3：某系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的總?cè)萘繛?475MW，系統(tǒng)總負(fù)荷3300MW，負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)KLD*=1.5；各發(fā)電機(jī)組的容量和調(diào)差系數(shù)分別為：水輪發(fā)電機(jī)組100MW5臺(tái)δ％=2.5；75MW5臺(tái)δ％=2.75

汽輪發(fā)電機(jī)組100MW6臺(tái)δ％=3.5；50MW20臺(tái)δ％=4.0

較小容量汽輪機(jī)組合計(jì)1000MWδ％=4.0試分別計(jì)算下述四種情況系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率KS（MW/Hz）：（1）全部機(jī)組都參加一次調(diào)整；（2）全部機(jī)組都不參加一次調(diào)整；（3）僅水輪機(jī)組參加一次調(diào)整；（4）僅水輪機(jī)組和20臺(tái)50MW的汽輪機(jī)組參加一次調(diào)整。4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整

各發(fā)電機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率：5×75MW水輪機(jī)組：6×100MW汽輪機(jī)組：20×50MW汽輪機(jī)組：1000MW小容量汽輪機(jī)組：負(fù)荷：解：首先分別計(jì)算負(fù)荷和各發(fā)電機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率5×100MW水輪機(jī)組：4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整（1）全部機(jī)組都參加一次調(diào)整：（2）全部機(jī)組都不參加一次調(diào)整：（3）僅水輪機(jī)組參加一次調(diào)整：（4）僅水輪機(jī)組和20臺(tái)50MW的汽輪機(jī)組參加一次調(diào)整：

然后根據(jù)不同情況計(jì)算KS：4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整補(bǔ)充1：計(jì)算（3）系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率的標(biāo)幺值？

方法一：根據(jù)標(biāo)幺值定義方法二：KS的標(biāo)幺值是以負(fù)荷的額定容量為基準(zhǔn)值，以此進(jìn)行換算：4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整(1)全部機(jī)組都參加一次調(diào)整：(3)僅水輪機(jī)組參加一次調(diào)整：補(bǔ)充2：負(fù)荷突然減少300MW時(shí)，(1)(3)系統(tǒng)頻率？參加一次調(diào)頻的發(fā)電機(jī)組越多，頻率偏移越少一次調(diào)頻一次調(diào)頻是控制系統(tǒng)頻率的一種重要方式，但由于它的調(diào)節(jié)作用的衰減性和調(diào)整的有差性，因此不能單獨(dú)依靠它來調(diào)節(jié)系統(tǒng)頻率。要實(shí)現(xiàn)頻率的無差調(diào)節(jié)，必須依靠頻率的二次調(diào)節(jié)。對(duì)異常情況下的負(fù)荷突變，一次調(diào)頻可以起到某種緩沖作用。電網(wǎng)的一次調(diào)頻能力是網(wǎng)內(nèi)各臺(tái)機(jī)組一次調(diào)頻能力的共同反映。不管是發(fā)電機(jī)組并入或丟失還是負(fù)荷的突變引起的電網(wǎng)頻率波動(dòng)，網(wǎng)內(nèi)所有機(jī)組一次調(diào)頻能力大小的總和，基本決定了電網(wǎng)頻率的變化過程。圖某電廠機(jī)組一次調(diào)頻曲線4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整1、基本原理：將發(fā)電機(jī)組的功頻靜特性曲線平行移動(dòng)，從而改變發(fā)電機(jī)的有功功率使負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏差保持在允許范圍內(nèi)；即二次調(diào)整使頻率偏差減小或?yàn)?。三、電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整2、頻率調(diào)整圖：一次調(diào)整后，

f2可能會(huì)超出頻率偏差允許范圍，此時(shí)調(diào)頻器進(jìn)行二次調(diào)整，即：使功頻靜特性曲線平行移動(dòng)由PG→P'G或P"G，到3點(diǎn)可有效縮小頻率變化范圍，到1?點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)頻率無差調(diào)節(jié)。

問題在大電網(wǎng)中運(yùn)行的機(jī)組可不投一次調(diào)頻嗎？若某些機(jī)組不投一次調(diào)頻，會(huì)降低電網(wǎng)的一次調(diào)頻性能。若發(fā)生電網(wǎng)分裂故障，局部電網(wǎng)會(huì)由于一次調(diào)頻性能太差，而出現(xiàn)頻率大幅度波動(dòng)，甚至出現(xiàn)大面積停電。帶基本負(fù)荷的機(jī)組可不參加一次調(diào)頻嗎？

若帶基本負(fù)荷的機(jī)組都不參加一次調(diào)頻，會(huì)大幅降低電網(wǎng)的一次調(diào)頻性能。并不是調(diào)頻機(jī)組才承擔(dān)一次調(diào)頻任務(wù)，所有機(jī)組都應(yīng)具有一次調(diào)頻能力。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組可以參與電網(wǎng)一次調(diào)頻嗎？目前對(duì)于風(fēng)電機(jī)組參與電力系統(tǒng)頻率調(diào)節(jié)主要研究基于雙饋感應(yīng)電機(jī)的變速風(fēng)電機(jī)組，因?yàn)槠滢D(zhuǎn)速運(yùn)行范圍較寬，既可以超同步速運(yùn)行，又可以亞同步速運(yùn)行，風(fēng)力機(jī)可以提供較充分的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能來參與電力系統(tǒng)頻率的調(diào)節(jié)，且雙饋?zhàn)兯亠L(fēng)電機(jī)組是風(fēng)電市場上的主流機(jī)型，是今后風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量大型化發(fā)展的主要選擇之一。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組一次調(diào)頻方式漿距角控制調(diào)整功率和轉(zhuǎn)速的最優(yōu)運(yùn)行曲線增加儲(chǔ)能設(shè)備(如電池系統(tǒng)、飛輪儲(chǔ)能系統(tǒng)、燃料電池等)4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整3）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:3、數(shù)學(xué)表達(dá)式：當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)，由以下三方面提供：1）二次調(diào)頻

的發(fā)電機(jī)組增發(fā)的功率2）發(fā)電機(jī)組執(zhí)行一次調(diào)頻，按有差特性調(diào)差系數(shù)分配而增發(fā)的功率4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整發(fā)電機(jī)輸出有功增量與負(fù)荷實(shí)際增量相平衡，則☆

當(dāng)二次調(diào)整發(fā)電機(jī)組增發(fā)的功率?PG0與負(fù)荷功率的原始增量?PLD相等時(shí)，?f=0，實(shí)現(xiàn)了無差調(diào)節(jié)?！钤谟衝臺(tái)發(fā)電機(jī)組的電力系統(tǒng)中，當(dāng)綜合負(fù)荷發(fā)生變動(dòng)時(shí)，所有機(jī)組都參與一次調(diào)頻，而二次調(diào)頻一般僅由一臺(tái)機(jī)組（s）承擔(dān)，則有：4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整當(dāng)負(fù)荷增加300MW時(shí)，分別計(jì)算：（1）全部機(jī)組都參加一次調(diào)整，二次調(diào)整機(jī)組增發(fā)功率為100MW時(shí)，系統(tǒng)頻率變?yōu)槎嗌?？?）僅水輪機(jī)組參加一次調(diào)整，系統(tǒng)頻率不低于49.8Hz時(shí)，二次調(diào)整機(jī)組應(yīng)增發(fā)多少功率？例題4-3(補(bǔ)充)：某系統(tǒng)發(fā)電機(jī)組的總?cè)萘繛?475MW，系統(tǒng)總負(fù)荷3300MW，負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)KLD*=1.5；各發(fā)電機(jī)組的容量和調(diào)差系數(shù)分別為：水輪發(fā)電機(jī)組100MW5臺(tái)σ％=2.5；75MW5臺(tái)σ％=2.75

汽輪發(fā)電機(jī)組100MW6臺(tái)σ％=3.5；50MW20臺(tái)σ％=4.0

較小容量汽輪機(jī)組合計(jì)1000MWσ％=4.04.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整解:(1)全部機(jī)組都參加一次調(diào)整，系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率KS為：二次調(diào)整機(jī)組增發(fā)功率100MW，即?PG0=100MW，則：4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整（2）僅水輪機(jī)組參加一次調(diào)整，系統(tǒng)單位調(diào)節(jié)功率KS為：系統(tǒng)頻率不低于49.8Hz時(shí)：無差調(diào)節(jié)?PG0=？4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整1、基本原理：

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）?PLD時(shí)，可能伴隨著與其他系統(tǒng)交換功率?Pt的變化：2、設(shè)A、B兩系統(tǒng)互聯(lián)：兩系統(tǒng)負(fù)荷變化（增加）分別為?PLDA和?PLDB，引起互聯(lián)系統(tǒng)的頻率變化（降低）?f，及聯(lián)絡(luò)線交換功率的變化

?Pab；?Pab對(duì)子系統(tǒng)A為負(fù)荷變化量，對(duì)子系統(tǒng)B為發(fā)電機(jī)增發(fā)功率。四、互聯(lián)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整互聯(lián)電力系統(tǒng)頻率變化?f取決于系統(tǒng)總的功率缺額和總的單位調(diào)節(jié)功率。?PA和?PB分別為子系統(tǒng)A和B的功率缺額4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整補(bǔ)充例題：A、B兩系統(tǒng)并列運(yùn)行，A系統(tǒng)負(fù)荷增大500MW時(shí)，B系統(tǒng)向A系統(tǒng)輸送的交換功率為300MW，若這時(shí)將聯(lián)絡(luò)線切除，切除后A系統(tǒng)的頻率為49Hz，B系統(tǒng)的頻率為50Hz。試求：

1）A、B兩系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率KA、KB；

2）A系統(tǒng)負(fù)荷增大750MW時(shí)聯(lián)合系統(tǒng)的頻率變化量。4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整解：1）設(shè)f為負(fù)荷增大后聯(lián)絡(luò)線切除前系統(tǒng)頻率，fA、fB分別為聯(lián)絡(luò)線切除后A、B系統(tǒng)頻率，?Pab（-300MW）對(duì)子系統(tǒng)A

為負(fù)荷變化量，對(duì)子系統(tǒng)B為發(fā)電機(jī)增發(fā)功率，則有：①②③聯(lián)立①②可得：4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整

又

，可得④

聯(lián)立③④可得：2）A系統(tǒng)負(fù)荷增大750MW時(shí)聯(lián)合系統(tǒng)頻率變化為：4.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整1、調(diào)頻廠須滿足的條件：五、頻率調(diào)頻廠的選擇2、調(diào)頻廠的選擇原則:系統(tǒng)中有水電廠時(shí)，選擇水電廠做調(diào)頻廠；當(dāng)水電廠不能做調(diào)頻廠時(shí)，選擇中溫中壓火電廠做調(diào)頻廠。調(diào)整的容量應(yīng)足夠大；調(diào)整的速度應(yīng)足夠快；調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性能應(yīng)該好；注意系統(tǒng)內(nèi)及互聯(lián)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題。4.6電力系統(tǒng)有功功率的平衡四、有功功率負(fù)荷曲線的預(yù)測1、電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度概述：

電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度是電力系統(tǒng)運(yùn)行的重要內(nèi)容之一，其主要任務(wù)是在保證電能質(zhì)量和供電安全性的前提下，使系統(tǒng)的運(yùn)行成本降至最低。系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度主要通過制定優(yōu)化的系統(tǒng)運(yùn)行計(jì)劃來實(shí)現(xiàn)。短期運(yùn)行計(jì)劃就是指日或周的系統(tǒng)發(fā)電計(jì)劃，其直接服務(wù)于系統(tǒng)的優(yōu)化運(yùn)行。系統(tǒng)的短期運(yùn)行計(jì)劃問題是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)優(yōu)化問題，但由于其所帶來的顯著經(jīng)濟(jì)效益，人們一直在積極研究，提出了各種方法來解決這個(gè)問題。4.1電力系統(tǒng)有功功率的平衡2、有功功率負(fù)荷預(yù)測目的：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，以此為依據(jù)按最優(yōu)準(zhǔn)則對(duì)各發(fā)電廠、發(fā)電機(jī)組之間進(jìn)行有功功率的經(jīng)濟(jì)分配。3、負(fù)荷曲線的編制：發(fā)電廠負(fù)荷曲線＝總負(fù)荷＋網(wǎng)損＋廠用電①參照長期積累的數(shù)據(jù)對(duì)用戶的用電計(jì)劃進(jìn)行調(diào)整；②確定網(wǎng)絡(luò)損耗和廠用電；③注意氣象、節(jié)假日等條件的變化。4、負(fù)荷預(yù)測方法：傳統(tǒng)預(yù)測方法和現(xiàn)代預(yù)測方法。1.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法2.模糊系統(tǒng)方法3.專家系統(tǒng)方法4.灰色系統(tǒng)方法5.遺傳算法6.小波分析方法4.2電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配2、主要內(nèi)容要求在保證系統(tǒng)安全的條件下，在所研究的周期內(nèi)，以小時(shí)為單位合理選擇電力系統(tǒng)中哪些機(jī)組應(yīng)該運(yùn)行、何時(shí)運(yùn)行及運(yùn)行時(shí)各機(jī)組的發(fā)電功率，其目標(biāo)是在滿足系統(tǒng)負(fù)載及其它物理和運(yùn)行約束的前提下使周期內(nèi)系統(tǒng)消耗的燃料總量或總費(fèi)用值為最少。引言：1、經(jīng)濟(jì)調(diào)度的第二個(gè)問題是有功功率的最優(yōu)分配，包括：

有功功率電源的最優(yōu)組合

有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配4.2電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配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，即通常所說的機(jī)組的合理開停，大體上包括三個(gè)部分：

1.機(jī)組的最優(yōu)組合順序；

2.機(jī)組的最優(yōu)組合數(shù)量；

3.機(jī)組的最優(yōu)開停時(shí)間。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；核心是按等耗量微增率準(zhǔn)則

進(jìn)行分配。各類發(fā)電廠的基本運(yùn)行特點(diǎn)?發(fā)電廠的效率：比耗量倒數(shù)；即。2、比耗量：耗量特性曲線上某點(diǎn)的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)之比，即單位時(shí)間內(nèi)能量的輸入和輸出之比，記為μ；即。4.2電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配一、基本概念1、耗量特性：反映發(fā)電設(shè)備或幾種發(fā)電設(shè)備的組合在單位時(shí)間內(nèi)能量輸入和輸出關(guān)系的曲線。W4.2電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配3、耗量微增率