電力系統(tǒng)的有功功率與頻率調(diào)整

電力系統(tǒng)的有功功率與頻率調(diào)整第1頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月10－1負(fù)荷頻率機(jī)制原動(dòng)機(jī)電網(wǎng)電網(wǎng):發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的體現(xiàn)。與平衡時(shí):和不變。隨機(jī)變化隨機(jī)變化，無(wú)法突變，隨機(jī)變化頻率偏移第2頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月頻率偏移的影響1.對(duì)用戶的影響：異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率有關(guān)，影響產(chǎn)品質(zhì)量；電子技術(shù)設(shè)備頻率的不穩(wěn)定影響電子技術(shù)設(shè)備的準(zhǔn)確性。2.對(duì)發(fā)電廠及系統(tǒng)本身的影響：

發(fā)電廠的廠用機(jī)械（泵和風(fēng)機(jī)）是用異步電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的系統(tǒng)低頻率運(yùn)行時(shí)，汽輪機(jī)葉片共振，縮短其壽命，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使葉片斷裂。頻率降低異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的勵(lì)磁電流增加系統(tǒng)無(wú)功增加電壓降低第3頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月歐美各國(guó)：+0.1HZ；

我國(guó)：+0.2HZ；

日本：+0.1HZ頻率偏移的允許范圍第4頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有功功率負(fù)荷的變動(dòng)及其分類控制調(diào)整1.變化周期在10s以內(nèi)，幅度很小2.變化周期在10～180s，幅度較大3.變化周期最長(zhǎng)，幅度最大，可預(yù)測(cè)一次調(diào)頻發(fā)電機(jī)調(diào)速器二次調(diào)頻調(diào)頻器三次調(diào)頻有功負(fù)荷最優(yōu)分配第5頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第6頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第7頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.電力系統(tǒng)負(fù)荷的頻率特性10－2電力系統(tǒng)的頻率特性負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)：第8頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：某一系統(tǒng)總有功負(fù)荷為PLN=3200MW（包括網(wǎng)損），系統(tǒng)的頻率為50HZ，若kL*=1.5，求kL=？解：即系統(tǒng)變化1HZ，可使PL變化

96MW。若PLN=3650MW，則

因此kL與系統(tǒng)負(fù)荷的大小有關(guān)。第9頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月調(diào)速器的工作原理2.發(fā)電機(jī)組的頻率特性第10頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)電機(jī)組的頻率特性工頻靜特性系數(shù)（單位調(diào)節(jié)功率）：靜態(tài)調(diào)差系數(shù)：(MW/Hz)發(fā)電機(jī)原動(dòng)機(jī)隨機(jī)組轉(zhuǎn)速變化不斷改變進(jìn)氣量或進(jìn)水量，而頻率將隨發(fā)電機(jī)功率的增大而線性的降低的特性。(Hz/MW)第11頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月使有一次調(diào)整的靜態(tài)頻率特性平行移動(dòng)調(diào)頻器的工作原理第12頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.電力系統(tǒng)的頻率特性第13頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月10－3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整1系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整第14頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月或式中KS：系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率。單位：兆瓦/赫，兆瓦/0.1赫

PL0:原始運(yùn)行點(diǎn)的負(fù)荷。f0:原始運(yùn)行點(diǎn)系統(tǒng)的頻率系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率取決于：只有通過(guò)控制、調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率來(lái)實(shí)現(xiàn)。第15頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例：兩臺(tái)容量為60MW的發(fā)電機(jī)共同承擔(dān)負(fù)荷，它們的調(diào)差系數(shù)為4%，3%，若空載時(shí)并聯(lián)運(yùn)行，其頻率f0為50HZ，試求：（1）總負(fù)荷為100MW時(shí)，這兩臺(tái)機(jī)各自承擔(dān)的功率。（2）為使總負(fù)荷為100MW時(shí)，兩臺(tái)機(jī)組能平均分擔(dān)負(fù)荷，它們的轉(zhuǎn)速分別應(yīng)增減多少？解：(1)兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組的KG第16頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月則兩臺(tái)發(fā)電機(jī)總的單位調(diào)節(jié)功率為設(shè)帶100MW負(fù)荷時(shí)頻率為fL，不計(jì)負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)。兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組發(fā)出的功率分別為：（2）平均承擔(dān)負(fù)荷各為50MW時(shí)第17頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

即： （1）同理： （2） （3） (1)—(3)得：即f01比f(wàn)0上升： ,轉(zhuǎn)速上升0.477%(2)--(3)得：

f02比f(wàn)0下降： ,轉(zhuǎn)速下降0.357%第18頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整第19頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一次調(diào)整時(shí)，負(fù)荷的原始增量可以分解成兩部分：,

既有一次調(diào)整又有二次調(diào)整，則次負(fù)荷增量可分解成三部分：，，當(dāng)進(jìn)行二次調(diào)整時(shí)，系統(tǒng)中負(fù)荷的功率主要由調(diào)頻機(jī)組或調(diào)頻電廠承擔(dān)。因此系統(tǒng)中調(diào)頻電廠功率的變化遠(yuǎn)大于其它電廠。若調(diào)頻廠遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，則有可能使調(diào)頻廠與系統(tǒng)其它部分的聯(lián)絡(luò)線上流通功率超出允許值。因此就產(chǎn)生了這樣一個(gè)問(wèn)題，系統(tǒng)調(diào)頻的同時(shí)還必須控制聯(lián)絡(luò)線上流通的功率。第20頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月為了討論方便，將一個(gè)系統(tǒng)分為兩部分或看成兩個(gè)系統(tǒng)聯(lián)合。如圖所示。為使討論更具普遍意義，設(shè)兩系統(tǒng)A、B均有二次調(diào)整的電廠，其中：

KA、KB——聯(lián)合前A、B系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率。 ——A、B調(diào)頻廠的功率變量 ——A、B系統(tǒng)的負(fù)荷變量3互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整第21頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月——聯(lián)絡(luò)線的交換功率，A

B為正。聯(lián)合前：A系統(tǒng)有：

B系統(tǒng)有：聯(lián)合后：聯(lián)絡(luò)線上有功率從A到B，對(duì)A系統(tǒng)可當(dāng)作一個(gè)負(fù)荷增加，即： （a）對(duì)B系統(tǒng)可看作一個(gè)電源功率，即 （b）聯(lián)合后，兩系統(tǒng)的頻率應(yīng)相等，即 ，第22頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月于是將（a）和式（b）相加可得：即： 將上式代入以上任意一式，可得：為了使以上各式更簡(jiǎn)潔，令

B系統(tǒng)功率缺額A系統(tǒng)功率缺額第23頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月則以上各式可改寫(xiě)成： （10－26a） （10-26b）

（10-26c） 聯(lián)合系統(tǒng)頻率的變化取決于系統(tǒng)總的功率缺額和系統(tǒng)總的單位調(diào)節(jié)功率。第24頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月Ⅰ：A系統(tǒng)沒(méi)有功率缺額，即 ，則 增大。Ⅱ：，則減少。Ⅲ：若B系統(tǒng)功率的缺額完全由A系統(tǒng)增發(fā)的功率所補(bǔ)償，即 ，則 ， 這時(shí)，雖然系統(tǒng)頻率保持不變，但B系統(tǒng)的功率缺額完全要從A系統(tǒng)經(jīng)聯(lián)絡(luò)線送到B系統(tǒng)。（如果此功率很大，有可能超過(guò)聯(lián)絡(luò)線允許功率）。這也就是調(diào)頻廠設(shè)在遠(yuǎn)離負(fù)荷中心（大水電廠）而且要實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)的情況。

第25頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例題：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，如果這時(shí)將聯(lián)絡(luò)線切除，則切除后，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)單位調(diào)節(jié)功率KA、KB；（2）A系統(tǒng)負(fù)荷增大750MW，聯(lián)合系統(tǒng)的頻率變化量。第26頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月ABAABB49HZ50HZ第27頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聯(lián)絡(luò)線切除前：

即：2KB=3KA1聯(lián)絡(luò)線切除后：解法一：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)功率。則對(duì)A系統(tǒng)切除后有即： 2

第28頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)B系統(tǒng)有：

即： 3由2、3得：將fA=49HZ，fB=50HZ代入上式得： 4解1、4得：

KA=500MW/HZ，KB=750MW/HZ第29頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月解法二：因負(fù)荷變化前聯(lián)合系統(tǒng)的頻率等于聯(lián)絡(luò)線切除后B系統(tǒng)的頻率，即50HZ。所以：代入1得：KB=750MW/HZ。（2）即A系統(tǒng)負(fù)荷增加750MW，聯(lián)合系統(tǒng)頻率下降0.6HZ第30頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月凡是承擔(dān)系統(tǒng)二次頻率調(diào)整的電廠稱為調(diào)頻廠。 主調(diào)頻廠（1~2個(gè)）：負(fù)責(zé)全系統(tǒng)頻率的調(diào)整 輔助調(diào)頻廠（少數(shù)幾個(gè)）：當(dāng)頻率偏移超過(guò)某規(guī)定的范圍才參與頻率調(diào)整。調(diào)頻廠4調(diào)頻廠的選擇第31頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（主）調(diào)頻廠必須滿足一定的要求：(1)應(yīng)擁有足夠的調(diào)整容量及調(diào)整范圍；(2)調(diào)頻機(jī)組調(diào)整速度應(yīng)足夠快。（具有與負(fù)荷變化相適應(yīng)的速度）。(3)調(diào)整出力時(shí)符合安全經(jīng)濟(jì)原則。調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性能應(yīng)較好。(4)系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線工作不應(yīng)困難。第32頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月從調(diào)整容量和調(diào)整速度這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量，系統(tǒng)中有水電廠時(shí)，首先應(yīng)選水電廠作調(diào)頻電廠；沒(méi)有水電廠或水電廠不宜擔(dān)負(fù)調(diào)頻任務(wù)時(shí)，如洪水季節(jié)，則選中溫中壓火電廠。另外如果一個(gè)調(diào)頻電廠調(diào)整容量不夠大時(shí)，可選擇幾個(gè)調(diào)頻廠，其中又可分為主調(diào)頻廠和輔助調(diào)頻廠。如頻率偏移在 內(nèi)時(shí)，僅由主調(diào)頻廠進(jìn)行調(diào)頻，超出此范圍時(shí)，輔助調(diào)頻廠也參加調(diào)頻。

第33頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月在實(shí)際系統(tǒng)中，僅靠一臺(tái)機(jī)組進(jìn)行二次調(diào)頻時(shí)，速度就跟不上，因此需要幾臺(tái)機(jī)組同時(shí)進(jìn)行二次調(diào)頻。這樣靠手動(dòng)就有困難，因此現(xiàn)代電力系統(tǒng)無(wú)例外的采用自動(dòng)調(diào)頻方式。同時(shí)控制若干臺(tái)機(jī)組的調(diào)頻器進(jìn)行調(diào)頻，自動(dòng)調(diào)頻不僅解決了速度問(wèn)題，在經(jīng)濟(jì)上也是有利的。它可使負(fù)荷的變動(dòng)由若干臺(tái)機(jī)組承擔(dān)，而不是手動(dòng)時(shí)僅由極少數(shù)的機(jī)組承擔(dān)。這對(duì)聯(lián)絡(luò)線的傳輸容量也有利。

第34頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)荷預(yù)測(cè)有功功率最優(yōu)分配發(fā)電機(jī)組的最優(yōu)組合有功功率負(fù)荷在已運(yùn)行機(jī)組間的最優(yōu)分配（重點(diǎn)）10－4有功功率最優(yōu)分配第35頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.有功功率負(fù)荷曲線的預(yù)測(cè)

進(jìn)行有功功率或頻率的三次調(diào)整，即有功功率最優(yōu)分配必須根據(jù)日負(fù)荷的變化情況，即常說(shuō)的日負(fù)荷變化曲線。有功功率的預(yù)測(cè)方法很多，具體有：“回歸分析”，如線性回歸“時(shí)間序列分析”，如指數(shù)平滑法等。這些方法在此不作討論。但不管運(yùn)用那一種方法，都要運(yùn)用累積的運(yùn)行記錄。一般實(shí)測(cè)的負(fù)荷曲線如圖所示。為便于計(jì)算，往往要對(duì)負(fù)荷曲線進(jìn)行加工（如圖所示）。第36頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第37頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.最大負(fù)荷特征點(diǎn)不變加工原則：2.最小負(fù)荷特征點(diǎn)不變3.加工前后曲線下的面積不變即總電量不變。多年來(lái)，實(shí)際電力系統(tǒng)中編制系統(tǒng)有功功率日負(fù)荷曲線的方法是：根據(jù)各大量用戶未來(lái)若干天申報(bào)的預(yù)測(cè)負(fù)荷，并參照長(zhǎng)期實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)，綜合調(diào)整用戶的用電；綜合用電負(fù)荷加上網(wǎng)損就是系統(tǒng)承擔(dān)的負(fù)荷容量。

因此編制負(fù)荷還必須知道廠用電和網(wǎng)絡(luò)損耗。各發(fā)電廠可投入的發(fā)電容量＝負(fù)荷用電＋廠用電＋系統(tǒng)網(wǎng)損第38頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

不變損耗（與負(fù)荷無(wú)關(guān)）——主要是系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗變壓器的空載損耗。（6-10%）可變損耗（與負(fù)荷的平方有關(guān)）——主要是系統(tǒng)變壓器和線路電阻中的損耗。水電廠：0.1~1%廠用電火電廠：5~8%原子能廠：4~5%上述編制日負(fù)荷曲線時(shí)，還必須注意天氣的變化。如：下雨，農(nóng)灌負(fù)荷下降；陰天，照明負(fù)荷上升。一般只要有足夠的資料和經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用上述方法其誤差不超過(guò)2~3% 第39頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2有功功率電源和備用容量有功電源系統(tǒng)中的有功電源是各種類型發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)。但并不是所有發(fā)電機(jī)都以額定功率運(yùn)行，這是因?yàn)榘l(fā)電設(shè)備不可能全部不間斷投入運(yùn)行；同時(shí)，投入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)也并不都以額定功率運(yùn)行。如：發(fā)電機(jī)要定期檢修；水電廠發(fā)電機(jī)與水頭有關(guān)，如果水頭過(guò)分偏低，則其就不可能以額定功率運(yùn)行。一般，系統(tǒng)調(diào)度所都能及時(shí)掌握各電廠預(yù)計(jì)可投入的發(fā)電機(jī)及其可發(fā)功率。第40頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月設(shè)各發(fā)電廠（或發(fā)電機(jī)）可投入的發(fā)電功率為，則所有發(fā)電廠的發(fā)電機(jī)可發(fā)功率，才是真正可供調(diào)度的系統(tǒng)電源容量。從系統(tǒng)可靠性和電能質(zhì)量方面來(lái)講，系統(tǒng)備用容量越大越好，從經(jīng)濟(jì)性方面來(lái)講，系統(tǒng)備用容量不宜過(guò)大。

系統(tǒng)備用容量=-總的系統(tǒng)發(fā)電負(fù)荷（負(fù)荷+網(wǎng)損+廠用電）第41頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、備用容量?jī)煞N分法：第一種：1、負(fù)荷備用：為滿足系統(tǒng)中短時(shí)的負(fù)荷波動(dòng)和一日中計(jì)劃外的負(fù)荷增加而在系統(tǒng)中留有的備用容量。負(fù)荷備用容量的大小，要根據(jù)系統(tǒng)總負(fù)荷的大小和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，并考慮系統(tǒng)中各類用戶的比重來(lái)確定。一般取最大負(fù)荷的（2~5）%，大系統(tǒng)取較小數(shù)值，小系統(tǒng)取大值。第42頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、事故備用：為防止系統(tǒng)中某些發(fā)電設(shè)備發(fā)生偶然性事故影響供電而在系統(tǒng)中留有的備用容量。其大小要根據(jù)系統(tǒng)容量、發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)、單機(jī)容量、機(jī)組的事故概率、系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)等確定。5~10%且系統(tǒng)中一臺(tái)最大機(jī)組的容量。3、檢修備用：為保證系統(tǒng)發(fā)電設(shè)備進(jìn)行定期檢修時(shí)不至影響供電而在系統(tǒng)中留有的備用容量。它與系統(tǒng)負(fù)荷大小關(guān)系不大，只與負(fù)荷性質(zhì)、發(fā)電機(jī)臺(tái)數(shù)、設(shè)備的新舊程度、檢修時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)。若安排得下，則不需設(shè)檢修備用。

第43頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月檢修：大修：安排在一年最小負(fù)荷季節(jié)進(jìn)行。小修：利用節(jié)假日4、國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用：考慮到負(fù)荷的超計(jì)劃增長(zhǎng)而設(shè)置的備用。這要根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)情況來(lái)確定。

第44頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二種1、熱備用：指運(yùn)轉(zhuǎn)中的發(fā)電機(jī)可能發(fā)的最大出力與系統(tǒng)發(fā)電負(fù)荷的差。也稱旋轉(zhuǎn)備用。2、冷備用：處在停機(jī)狀態(tài)下的發(fā)電設(shè)備可能發(fā)的最大功率。檢修中的發(fā)電設(shè)備不屬于冷備用。從供電可靠性來(lái)講，熱備用越多越好，因?yàn)榘l(fā)電設(shè)備從停運(yùn)到發(fā)額定功率需要花較長(zhǎng)的時(shí)間。而從經(jīng)濟(jì)性方面來(lái)講，熱備用又不宜過(guò)多。第45頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各種備用容量的相互關(guān)系大概如下所示：

發(fā)電負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)電設(shè)備可能發(fā)的最大功率。負(fù)荷備用（2~5%）——熱備用（要求快）

事故備用（5~10%）熱備用一般發(fā)生事故時(shí)，不太可冷備用能又遇上負(fù)荷的突然增加。如遇上，則切除部檢修備用（根據(jù)需要）分不太重要的負(fù)荷。

國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用第46頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)中具有了備用容量，就可以來(lái)討論各發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間負(fù)荷最優(yōu)分配及系統(tǒng)頻率的調(diào)整。第47頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第48頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配

電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配，是在保證整個(gè)系統(tǒng)的安全、可靠和電能質(zhì)量的前提下，合理的分配有功功率使電能的產(chǎn)生和傳輸?shù)馁M(fèi)用最小。它也稱為電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行或電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。第49頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有功電源的最優(yōu)組合：最優(yōu)組合的數(shù)量機(jī)組的最優(yōu)啟停時(shí)間最優(yōu)組合的順序有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配：有功功率最優(yōu)分配系統(tǒng)中有功負(fù)荷在各個(gè)發(fā)電廠和發(fā)電設(shè)備間的合理運(yùn)行。第50頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有功電源的最優(yōu)組合這類問(wèn)題的研究較后一種內(nèi)容開(kāi)展得遲，具體方法有：最優(yōu)組合排序法；動(dòng)態(tài)規(guī)劃法；整數(shù)規(guī)劃法。有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配這一研究領(lǐng)域已有七十多年的歷史，通常使用方法有兩類：經(jīng)典法；數(shù)學(xué)規(guī)劃法。這里我們介紹最常用的經(jīng)典法，即按所謂等耗量微增率準(zhǔn)則分配負(fù)荷，實(shí)際上就是系統(tǒng)中熱備用容量的分配。

第51頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)和合理組合第一類問(wèn)題的研究較復(fù)雜，況且還沒(méi)有像第二類問(wèn)題中通用的方法，因此這里不對(duì)第一類問(wèn)題作詳細(xì)討論。下面僅就各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)，及它們承擔(dān)負(fù)荷的合理順序作一般性說(shuō)明。1，各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)：凝汽式火電廠 火力發(fā)電廠熱電廠可調(diào)節(jié) 水力發(fā)電廠常規(guī)水電廠不可調(diào)節(jié)抽水蓄能電廠核電廠

目前電廠的主要種類有：第52頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月火力發(fā)電廠的特點(diǎn)有：（1）鍋爐和汽機(jī)都有一個(gè)最小技術(shù)出力鍋爐：汽機(jī)：（2）鍋爐汽機(jī)退出運(yùn)行和再投入運(yùn)行不僅要耗費(fèi)能量還要花費(fèi)時(shí)間，又容易損壞設(shè)備，因此火電廠不宜頻繁的開(kāi)停機(jī)。一般火電廠從點(diǎn)火到滿負(fù)荷運(yùn)行要幾個(gè)小時(shí)（8~9）。（3）鍋爐汽機(jī)承擔(dān)急劇變化的負(fù)荷時(shí)，與開(kāi)停機(jī)類似。

第53頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）火力發(fā)電廠的鍋爐和汽機(jī)有如下之分：高溫高壓：效率高，功率調(diào)節(jié)范圍窄。鍋爐、汽機(jī)中溫中壓：效率較前者低但可靈活調(diào)節(jié)的范圍比前者寬。（承擔(dān)變化負(fù)荷）低溫低壓：效率低，系統(tǒng)不用，應(yīng)逐步淘汰。（5）熱電廠與一般火電廠的區(qū)別在于熱電廠的技術(shù)最小負(fù)荷取決于熱負(fù)荷，此功率稱強(qiáng)迫功率。熱電廠抽汽式背壓式熱電廠效率高，調(diào)節(jié)不靈活。效率比高溫高壓電廠高。

第54頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月水電廠的特點(diǎn)：

（1）為綜合利用水能，水電廠必須釋放一定水量，這一水量對(duì)應(yīng)的功率也稱強(qiáng)迫功率。下游的灌溉綜合利用通航工業(yè)用水、生活用水水庫(kù)養(yǎng)殖（2）水輪機(jī)也有一個(gè)技術(shù)最小出力。這要視具體情況而定，如：水頭，水輪機(jī)的型式等。（3）水輪機(jī)退出運(yùn)行和再度投入運(yùn)行耗費(fèi)很少能量，所需時(shí)間也較短，且操作簡(jiǎn)單。這是水電廠的主要優(yōu)點(diǎn)，因此水電廠適合于承擔(dān)挑峰負(fù)荷。第55頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（4）水輪機(jī)承擔(dān)急劇變化負(fù)荷時(shí)，不需耗費(fèi)額外的能量和花費(fèi)時(shí)間。（5）水電廠水頭過(guò)分低落時(shí)，水輪發(fā)電機(jī)可發(fā)的功率要降低。即：水電廠的額定功率是與某一設(shè)計(jì)水頭有關(guān)的，如水頭太低，則可發(fā)功率就不在額定范圍內(nèi)變化。（6）水電廠按其有無(wú)調(diào)節(jié)水庫(kù)以及調(diào)節(jié)水庫(kù)的大小或調(diào)節(jié)周期的長(zhǎng)短可分為很多種類。

第56頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月無(wú)調(diào)節(jié)：其功率取決于上游的水量又稱徑流式水電廠。一般一晝夜內(nèi)天然來(lái)水量常規(guī)水電廠不變，因此所發(fā)功率基本不變。日調(diào)節(jié)洪水季節(jié)：為避免棄水有調(diào)節(jié)：年調(diào)節(jié)一般滿發(fā)。多年調(diào)節(jié)枯水季節(jié)：調(diào)峰承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷，進(jìn)行有功最優(yōu)分配。其中，耗水量由水庫(kù)調(diào)度所給定。

第57頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

原子能發(fā)電廠的特點(diǎn)：（1）其核反應(yīng)堆的負(fù)荷基本沒(méi)有限制，其技術(shù)最小負(fù)荷主要取決于汽輪機(jī)，約10~15%（與火電廠同）。（2）其反應(yīng)堆退出運(yùn)行和再投入運(yùn)行或承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷時(shí)，也要耗費(fèi)能量花費(fèi)時(shí)間，還易于損壞設(shè)備。一般擔(dān)負(fù)平穩(wěn)負(fù)荷。（3）原子能發(fā)電廠一次投資大，運(yùn)行費(fèi)用小。應(yīng)充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，一般滿發(fā)。第58頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、各類發(fā)電廠的合理組合綜上所述：

火電廠一般承擔(dān)基本不變的負(fù)荷，其中高溫高壓機(jī)組效率高，調(diào)節(jié)范圍窄，因此它優(yōu)先投入，承擔(dān)基荷。其次是中溫中壓機(jī)組，低溫低壓機(jī)組效率低，一般只在高峰負(fù)荷發(fā)必要的功率。

原子能電廠雖然調(diào)節(jié)范圍寬，但其承擔(dān)變動(dòng)負(fù)荷時(shí)也要耗費(fèi)能量和花費(fèi)時(shí)間，并且其運(yùn)行費(fèi)用小，因此應(yīng)充分發(fā)揮其效益，一般承擔(dān)基荷。

第59頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

水電廠：無(wú)調(diào)節(jié)水電廠的功率及有調(diào)節(jié)水電廠的強(qiáng)迫功率應(yīng)先投入。 洪水期：為避免棄水，也優(yōu)先投入?？菟冢撼袚?dān)高峰負(fù)荷，起調(diào)頻作用?？菟谒姀S可調(diào)功率承擔(dān)高峰負(fù)荷，可使火電廠的負(fù)荷平穩(wěn)，減少開(kāi)停增加的額外消耗，并且水電廠調(diào)節(jié)快。

可調(diào)功率第60頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月各類電廠承擔(dān)負(fù)荷的大致順序如圖：

負(fù)荷曲線的最高部位（峰值部分）是承擔(dān)調(diào)頻任務(wù)發(fā)電廠的工作位置。系統(tǒng)中的負(fù)荷備用就設(shè)置在此類電廠中。由圖可知，枯水季節(jié)，系統(tǒng)中大型水電廠擔(dān)任調(diào)頻任務(wù)；洪水季節(jié)，中溫中壓火電廠擔(dān)任調(diào)頻任務(wù)。一般低溫低壓機(jī)組容量低，設(shè)備舊，不能擔(dān)負(fù)調(diào)頻任務(wù)第61頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有功負(fù)荷最優(yōu)分配時(shí)的目標(biāo)函數(shù)和約束條件1、耗量特性電力系統(tǒng)中有功負(fù)荷的最優(yōu)分配的目的是滿足一定約束條件下，使系統(tǒng)所消耗的（一次）能源（或費(fèi)用）最小。為此必須知道單位時(shí)間內(nèi)消耗的能源與輸出有功的關(guān)系，也即是發(fā)電機(jī)組（或發(fā)電廠）輸入與輸出的關(guān)系。此關(guān)系稱為耗量特性。如下圖所示。 第62頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(1)火電廠縱坐標(biāo)表示單位時(shí)間內(nèi)消耗的燃料（或費(fèi)用）F，如：噸標(biāo)準(zhǔn)煤/小時(shí)或元/小時(shí)。橫坐標(biāo)為以千瓦或兆瓦表示的電功率。(2)水電廠縱坐標(biāo)表示單位時(shí)間內(nèi)所消耗的水量W，其單位為（立方米/秒）橫坐標(biāo)與火電廠同。第63頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月耗量特性：F（W）~PG

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，即單位時(shí)間內(nèi)輸入能量和輸出功率之比。若耗量特性曲線縱橫坐標(biāo)單位相同，則的倒數(shù)，即為發(fā)電機(jī)組的效率。第64頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月耗量微增率：耗量特性曲線上某一點(diǎn)切線的斜率。

即或

比耗量與耗量微增率的單位是相同的，如噸/兆瓦.小時(shí)，但是完全不同的兩個(gè)概念。它們的大小一般也不同。第65頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月耗量特性曲線上僅有一個(gè)特殊點(diǎn)m的與相等。m點(diǎn)為從原點(diǎn)與耗量特性曲線的切點(diǎn)。顯然m點(diǎn)比耗量的數(shù)值最小，稱為最小比耗量。這里順便指出，剛開(kāi)始人們按比耗量從?。ㄐ矢撸┑酱髱ж?fù)荷，后面我們將看到這并不是有功負(fù)荷最優(yōu)分配。

第66頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一般發(fā)電機(jī)組的耗量特性是從試驗(yàn)得到的。

現(xiàn)代大型火力發(fā)電機(jī)組多為鍋爐—汽機(jī)—發(fā)電機(jī)單元組合。實(shí)驗(yàn)是可直接從鍋爐每小時(shí)的燃料消耗與發(fā)電機(jī)有功功率的關(guān)系作出曲線。小型發(fā)電廠可能是幾臺(tái)鍋爐通過(guò)蒸汽母管供給汽輪發(fā)電機(jī)組，試驗(yàn)只能給出全廠的耗量特性，考慮到某些鍋爐、汽機(jī)因檢修而退出運(yùn)行的情況，應(yīng)做出不同的鍋爐汽機(jī)組合的耗量特性。2、目標(biāo)函數(shù)和約束條件有了各發(fā)電機(jī)組（或發(fā)電廠）的耗量特性，當(dāng)系統(tǒng)具有一定的備用容量時(shí)，就可以將系統(tǒng)負(fù)荷在已運(yùn)行的各發(fā)電機(jī)組之間進(jìn)行最優(yōu)分配。 第67頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月有功最優(yōu)分配的目標(biāo)函數(shù)和約束條件。目標(biāo)函數(shù)為系統(tǒng)總耗量，即下式：

式中表示第i發(fā)電機(jī)組（或發(fā)電廠）發(fā)出有功時(shí)單位時(shí)間內(nèi)所消耗的能源。

第68頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月約束條件為：（1）電力系統(tǒng)有功功率必須平衡對(duì)每個(gè)節(jié)點(diǎn)應(yīng)有：

i=1,2,…,n對(duì)整個(gè)系統(tǒng)有：

若（所有有功的總和），在某一時(shí)刻為常數(shù) 網(wǎng)絡(luò)總損耗第69頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月則上式可寫(xiě)成：

若不記網(wǎng)絡(luò)損耗，則上式可簡(jiǎn)寫(xiě)成

（2）有功及無(wú)功的不等式約束

i=1,2,…,n

第70頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月——取發(fā)電機(jī)組的額定功率 ——視發(fā)電機(jī)組的類型而異 ——取決于發(fā)電機(jī)定子繞組和轉(zhuǎn)子繞組的溫升。 ——主要由發(fā)電機(jī)并列運(yùn)行的穩(wěn)定性決定。（3）系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)電壓的約束

這由電能質(zhì)量的要求決定。一般在進(jìn)行有功負(fù)荷最優(yōu)計(jì)算時(shí)，先只考慮等式約束，而將不等式約束作為檢驗(yàn)條件來(lái)處理。第71頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月純火電系統(tǒng)有功負(fù)荷的最優(yōu)分配先討論純火電系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配，即有功負(fù)荷在各有功發(fā)電機(jī)組（或發(fā)電廠）間的最優(yōu)分配。先不計(jì)網(wǎng)損，只考慮等式約束，即對(duì)如下問(wèn)題求解：對(duì)上述問(wèn)題求使其在滿足功率平衡的條件下，目標(biāo)函數(shù)小。數(shù)學(xué)上這類問(wèn)題屬求條件極值，可用拉格朗日乘數(shù)法求解。第72頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月 用拉格朗日乘數(shù)法建立一個(gè)新的、無(wú)約束的目標(biāo)函數(shù)——即拉格朗日函數(shù)第73頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月簡(jiǎn)寫(xiě)成：第74頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月式中前幾個(gè)式子 分別表示發(fā)電機(jī)組1，2，…，n承擔(dān)有功負(fù)荷時(shí)的耗量微增率第75頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月即：這就是著名的等耗量微增率準(zhǔn)則。它表示為了使系統(tǒng)總耗量最小，各發(fā)電機(jī)組應(yīng)按相等的耗量微增率分配負(fù)荷。不等式約束的處理：1）無(wú)功及電壓的不等式約束雖然也要遵守，但它與有功負(fù)荷的最優(yōu)分配無(wú)直接聯(lián)系，可先不予考慮，等到求得有功最優(yōu)分配后，并用計(jì)算潮流分布進(jìn)行考驗(yàn)時(shí)再來(lái)考慮。第76頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）有功不等式的處理相當(dāng)簡(jiǎn)單，即用檢驗(yàn)的方法解決。若按等耗量微增率準(zhǔn)則確定的某發(fā)電機(jī)組i應(yīng)發(fā)的有功低于PGimin，該發(fā)電機(jī)就發(fā)PGimin，高于PGmax，時(shí)則就發(fā)PGmax。

PGimin，第i機(jī)組所發(fā)功率=PGi，

PGmax，如圖5-9說(shuō)明這種情況，機(jī)組1，2可按等耗量微增率準(zhǔn)則分配負(fù)荷，而機(jī)組3，4只能以PG3min和PG4max承擔(dān)負(fù)荷。第77頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第78頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月步驟：（1）先設(shè)耗量微增率的初值為（2）求與對(duì)應(yīng)的各發(fā)電設(shè)備（機(jī)組、發(fā)電廠）應(yīng)發(fā)的功率。在發(fā)電機(jī)組很多時(shí)，一般用計(jì)算機(jī)計(jì)算，這時(shí)要確定耗量特性和耗量微增率特性的數(shù)學(xué)模型。一般用曲線擬合法獲得，通常發(fā)電機(jī)組的耗量與發(fā)電機(jī)出力PGi的關(guān)系為：第79頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其中為常數(shù)，實(shí)際計(jì)算時(shí)，只列出二次項(xiàng)即已足夠。由此式求是很容易的。也可將PGi看成是的多項(xiàng)式，即：

式中為常數(shù).這樣由第80頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（3）檢驗(yàn)由初值求得的是否能滿足有功平衡方程。（4）如不能滿足要求，則有兩種情況 時(shí)，取新的 時(shí)，取新的并從第（2）步重復(fù)計(jì)算；知道滿足要求為止。（5）若功率平衡，則計(jì)算系統(tǒng)總耗量。 第81頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月以上計(jì)算步驟可用下圖表示：第82頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例5-1已知系統(tǒng)中有兩臺(tái)發(fā)電機(jī)組，它們的耗量特性如下：

其中a1，a2，b1，b2，c1，c2均為常數(shù)。如系統(tǒng)中有功負(fù)荷為PL。求兩臺(tái)機(jī)組所分配的負(fù)荷。解：先求兩臺(tái)機(jī)組的燃料耗量微增率第83頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)“等耗量微增率準(zhǔn)則”及等式約束，可得如下聯(lián)立方程：解此方程組，可得：第84頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四水火電混合系統(tǒng)有功負(fù)荷的最優(yōu)分配一般水電廠消耗的水量由水庫(kù)調(diào)度所給定。為了使討論問(wèn)題簡(jiǎn)單，下面只討論一個(gè)火力發(fā)電廠（或機(jī)組）和一個(gè)水力發(fā)電廠（機(jī)組）間的負(fù)荷分配，同時(shí)也不計(jì)網(wǎng)損，且認(rèn)為水電廠的水頭不變（固定）。即：H不變，Q(W)~P的關(guān)系就確定下來(lái)了。

這時(shí)，目標(biāo)函數(shù)為：

第85頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月等式約束：

不等式約束為：?jiǎn)挝粫r(shí)間的耗水量第86頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月以上各式中我們以下標(biāo)“T”表示火電廠，下標(biāo)“H”表示水電廠。K2表示水電廠2在[0，T]時(shí)間段內(nèi)的耗水量。與純火電系統(tǒng)同，我們先不考慮不等式約束。所不同的是，這里目標(biāo)函數(shù)和約束條件都是對(duì)時(shí)間t

的積分。為此將[0，T]分成若干段，在每一段中認(rèn)為F1，W2不變，上式可寫(xiě)成如下求和的形式：第87頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月其中t：[0，T]間隔內(nèi)分成的時(shí)間段數(shù) ：第k時(shí)間段的時(shí)間； F1.k：發(fā)電機(jī)組1在第k時(shí)間段內(nèi)的單位時(shí)間耗量； PT1.k：火電廠1在第k時(shí)間段內(nèi)的功率； W2.k：發(fā)電機(jī)組2在第k時(shí)間段內(nèi)的單位時(shí)間耗水量； PH2.k：水電廠（機(jī)組）2在第k時(shí)間段內(nèi)的功率；只要時(shí)間段分得足夠短（如分成24個(gè)小時(shí)），可將每一時(shí)間段內(nèi)的功率看成不變。

PL.k—第k時(shí)間段內(nèi)的負(fù)荷功率。K=1，2，…，t第88頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月下面應(yīng)用拉格朗日乘數(shù)法，構(gòu)成不受約束的拉格朗日函數(shù)。由于不等式約束增加了，因此其相應(yīng)的拉格朗日乘數(shù)也應(yīng)增加。新的拉格朗日函數(shù)為：

式中： 和都是拉格朗日乘子，是由于引入水電廠而增加的。增加使其單位也變成能量第89頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月對(duì)上式求最小值。其必要條件為

t個(gè)方程t個(gè)方程t個(gè)方程1個(gè)方程即： k=1,2,…,tk=1,2,…,tk=1,2,…,t第90頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月共有（3t+1）個(gè)方程，而變量 也恰好為（3t+1）個(gè)，因此可以求解。兩式即為t個(gè)有功平衡方程和水量平衡方程。前兩式表示在第k時(shí)間段內(nèi)水火電廠有功最優(yōu)分配的必要條件。由此可得： k=1,2,…,t

從嚴(yán)格意義上講，火力發(fā)電機(jī)組間最優(yōu)分配負(fù)荷的條件是對(duì)某一瞬間而言的，但這時(shí)只要將時(shí)間段取得足夠小（如一個(gè)小時(shí)），上式同樣可以表示某一瞬間水、火發(fā)電機(jī)第91頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月組有功功率負(fù)荷最優(yōu)分配的條件。只要將上式中的“k”去掉即可： 令

重新寫(xiě)成： ——火力發(fā)電機(jī)組煤耗量微增率——水力發(fā)電機(jī)組的水耗量微增率第92頁(yè)，課件共102頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月上式表示只要將水力發(fā)電廠耗量微增率乘一個(gè)待求的拉格朗日乘數(shù)，就可以將純火電系統(tǒng)中的“等耗量微增率準(zhǔn)則”推廣到水火電系統(tǒng)中有功負(fù)荷的最優(yōu)分配。下面來(lái)確定待求系數(shù)

可以約去是因?yàn)榛鹆Πl(fā)電機(jī)組有功出力的增加量與水力發(fā)電機(jī)組有功出力的減少量肯定相等。