電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析第五章

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析第五章第1頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、電力系統(tǒng)頻率變化的影響1、對(duì)用戶的影響（1）異步電機(jī)轉(zhuǎn)速：紡織工業(yè)、造紙工業(yè)（2）異步電機(jī)功率下降（3）電子設(shè)備的準(zhǔn)確度2、對(duì)發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的影響（1）對(duì)發(fā)電廠廠用機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的影響（2）對(duì)汽輪機(jī)葉片的影響（3）對(duì)異步電機(jī)及變壓器勵(lì)磁的影響，增加無(wú)功消耗。第2頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、電力系統(tǒng)運(yùn)行頻率與有功功率平衡的關(guān)系

要保持電力系統(tǒng)在某一頻率下運(yùn)行，就必須保證在該頻率下電力系統(tǒng)的有功率功率平衡；有功不足，頻率下降；有功過(guò)剩，頻率升高。第3頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、頻率變化原因及分類1、負(fù)荷波動(dòng)分類P1—一類負(fù)荷波動(dòng)周期短；幅值小；由用電設(shè)備的投入和退出引起；不可預(yù)測(cè)。P2—二類負(fù)荷波動(dòng)周期較長(zhǎng)，幅值較大；由大容量用電設(shè)備的投入和退出引起，不可預(yù)測(cè)。P3——三類負(fù)荷波動(dòng)周期最長(zhǎng)，幅值最大；由生產(chǎn)生活規(guī)律和氣象條件變化引起；可以預(yù)測(cè)。第4頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、頻率變化原因負(fù)荷變化破壞電力系統(tǒng)的有功率平衡關(guān)系。3、電力系統(tǒng)頻率的調(diào)整方法及頻率調(diào)整分類①頻率調(diào)整方法根據(jù)負(fù)荷變化調(diào)整有功電源（發(fā)電機(jī)）出力。②頻率調(diào)整分類

一次調(diào)整—針對(duì)第一類負(fù)荷變動(dòng)進(jìn)行的調(diào)整，由于這類負(fù)荷的變動(dòng)周期很短、幅值較小，又具有很強(qiáng)的偶然性，所以只能靠自動(dòng)裝置（調(diào)速器）來(lái)實(shí)現(xiàn)。

二次調(diào)整—針對(duì)第二類負(fù)荷變動(dòng)進(jìn)行的調(diào)整，由調(diào)頻器改變調(diào)頻電廠的機(jī)組出力來(lái)實(shí)現(xiàn)。第5頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

三次調(diào)整—針對(duì)第三類負(fù)荷變動(dòng)進(jìn)行的調(diào)整，由于此類負(fù)荷基本上可以預(yù)測(cè)，所以通常都是根據(jù)預(yù)測(cè)的負(fù)荷曲線按最優(yōu)分配原則在系統(tǒng)各發(fā)電機(jī)（發(fā)電廠）之間進(jìn)行分配。所以三次調(diào)整又稱為負(fù)荷的最優(yōu)分配，由人工完成。

第6頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、電力系統(tǒng)有功率平衡及備用容量1、電力系統(tǒng)的負(fù)荷與電源容量◆綜合負(fù)荷=系統(tǒng)中所有負(fù)荷之和；◆供電負(fù)荷=綜合負(fù)荷+網(wǎng)損；◆發(fā)電負(fù)荷=供電負(fù)荷+廠用負(fù)荷；◆系統(tǒng)額定容量=系統(tǒng)裝機(jī)額定容量之和；◆系統(tǒng)電源容量=系統(tǒng)中可運(yùn)行機(jī)組的可發(fā)容量之和。2、有功功率平衡與系統(tǒng)備用容量①有功功率平衡：（額定頻率下）②系統(tǒng)備用容量：定義：系統(tǒng)備用容量=系統(tǒng)電源容量-發(fā)電負(fù)荷≈

（15～20）%第7頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月作用：在系統(tǒng)出現(xiàn)第一類、第二類負(fù)荷的波動(dòng)、負(fù)荷的超計(jì)劃增長(zhǎng)、事故導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)退出運(yùn)行和設(shè)備檢修導(dǎo)致的設(shè)備退出運(yùn)行情況下，保證電力系統(tǒng)在要求頻率水平下的功率平衡，以保證供電可靠性和電能質(zhì)量。第8頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分類：

按用途：

負(fù)荷備用—針對(duì)一類、二類負(fù)荷波動(dòng)和預(yù)測(cè)外負(fù)荷設(shè)置（2%~5%）。事故備用—針對(duì)事故導(dǎo)致發(fā)電設(shè)備退出設(shè)置（5%~10%，且不小于系統(tǒng)最大一臺(tái)機(jī)組的額定容量）。檢修備用—針對(duì)發(fā)電設(shè)備檢修退出運(yùn)行設(shè)置（視情況）。國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用—針對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的超計(jì)劃增長(zhǎng)設(shè)置（3%~5%）

按形式：

熱備用—系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)組所具有的備用容量；冷備用—系統(tǒng)中可運(yùn)行而未運(yùn)行機(jī)組的可發(fā)容量。第9頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)電負(fù)荷負(fù)荷備用（熱備用）運(yùn)行機(jī)組可發(fā)容量事故備用（熱備用）可運(yùn)行機(jī)（冷備用）組的可發(fā)檢修備用（冷備用）容量國(guó)名經(jīng)濟(jì)備用（冷備用）第10頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月五、有功電源的合理組合1、有功負(fù)荷最優(yōu)分配的內(nèi)容①有功電源的最優(yōu)組合（冷備用分布）◆最優(yōu)組合順序◆最優(yōu)組合數(shù)量◆最優(yōu)開停機(jī)時(shí)間②有功負(fù)荷最優(yōu)分配（熱備用分布）2、有功電源的合理組合順序1）各類發(fā)電廠的特點(diǎn)①凝汽式火力發(fā)電廠礦物能源、環(huán)境污染、燃料及運(yùn)輸費(fèi)用。第11頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月高溫高壓：運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較好、出力可調(diào)范圍小、不易頻繁開停機(jī)、不易承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷。中溫中壓：運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性較差、出力調(diào)節(jié)范圍較大、不易頻繁開停機(jī)、不易承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷。②熱電廠礦物能源、環(huán)境污染、燃料及運(yùn)輸費(fèi)用、供熱情況下發(fā)電時(shí)效率高，但存在強(qiáng)迫功率、不易頻繁開停機(jī)、不易承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷。③核電廠礦物能源、環(huán)境不良影響小、建設(shè)投資大、周期長(zhǎng)、發(fā)電成本低、不易承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷、不易頻繁開停機(jī)。第12頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月④水電廠可再生能源、環(huán)境不良影響小、開停機(jī)時(shí)間短、調(diào)節(jié)速度快、開停機(jī)及調(diào)節(jié)出力時(shí)經(jīng)濟(jì)性好、建設(shè)周期長(zhǎng)，投資大、出力受水頭影響。

徑流式水電站：強(qiáng)迫功率、無(wú)調(diào)節(jié)能力；

具有調(diào)節(jié)庫(kù)容的水電站：存在強(qiáng)迫功率、技術(shù)最小出力小，調(diào)節(jié)范圍大。第13頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2）各類發(fā)電廠合理組合順序第14頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析第五章電力系統(tǒng)的有功功率平衡與頻率調(diào)整（電力系統(tǒng)有功負(fù)荷的最優(yōu)分配—頻率的三次調(diào)整）主講周任軍第15頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、有功負(fù)荷的最優(yōu)分配1、目的

滿足負(fù)荷需求，經(jīng)濟(jì)合理分配各發(fā)電機(jī)組有功出力，使系統(tǒng)總的能源消耗（燃料費(fèi)用、市場(chǎng)調(diào)度總費(fèi)用）最少。2、發(fā)電機(jī)的耗量特性①耗量特性

火電廠：

水電廠：第16頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月汽輪發(fā)電機(jī)組耗量特性曲線水輪發(fā)電機(jī)組耗量特性曲線②比耗量火力發(fā)電機(jī)組：

水力發(fā)電機(jī)組：

反映發(fā)電機(jī)在該運(yùn)行狀態(tài)下平均效率的高低。第17頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③耗量微增率火力發(fā)電機(jī)組：水力發(fā)電機(jī)組：反映發(fā)電機(jī)組在該運(yùn)行狀態(tài)下，出力增加或減少單位值時(shí)，能源消耗增加或減少的多少。第18頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、有功負(fù)荷的最優(yōu)分配（火電廠、不計(jì)能源消耗受限）①目標(biāo)函數(shù)②約束條件

等約束條件：（或潮流方程）

不等約束條件：第19頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③簡(jiǎn)單最優(yōu)分配

◆不計(jì)不等約束、不計(jì)網(wǎng)損影響情況下，根據(jù)拉格朗日乘數(shù)法有：C*取得極值條件，即原函數(shù)在滿足等約束條件下取得極值條件為：（1）

（2）即：（3）等耗量微增率準(zhǔn)則

（4）--—等耗量微增率準(zhǔn)則第20頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月◆計(jì)及有功不等約束時(shí)，有功負(fù)荷的最優(yōu)分配先不考慮不等約束條件，按等耗量微增率準(zhǔn)則對(duì)負(fù)荷進(jìn)行分配；對(duì)于分配功率超過(guò)上限的機(jī)組取上限，低于下限的機(jī)組取下限；從總負(fù)荷中減去按上限或下限發(fā)電機(jī)組的出力，將剩余的負(fù)荷在剩余機(jī)組中再按等耗量微增率準(zhǔn)則進(jìn)行分配。◆節(jié)點(diǎn)電壓及無(wú)功不等約束條件的考慮

不能違背；與有功負(fù)荷最優(yōu)分配無(wú)直接關(guān)系；有功負(fù)荷最優(yōu)分配后，在潮流計(jì)算中考慮。第21頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月◆考慮網(wǎng)損時(shí)，有功負(fù)荷的最優(yōu)分配目標(biāo)函數(shù)不變：等約束條件：拉格朗日函數(shù)：取得極值條件：第22頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月最優(yōu)分配原則：

★將各發(fā)電機(jī)的耗量微增率用相應(yīng)的網(wǎng)損修正系數(shù)修正后，在滿足等約束條件下，按等網(wǎng)損微增率準(zhǔn)則分配。4、例題1第23頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、能源消耗受限制（既有火電廠，又有水電廠）時(shí)，有功負(fù)荷的最優(yōu)分配（一水一火）1、目標(biāo)在整個(gè)運(yùn)行時(shí)間段內(nèi)滿足用戶的電力需求，合理分配水火電廠的負(fù)荷，使總?cè)剂舷牧孔钌佟?、最優(yōu)分配原則目標(biāo)函數(shù)：等約束條件：第24頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月拉格朗日函數(shù)：取得極值條件：第25頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月最優(yōu)分配原則：即在每個(gè)時(shí)間段內(nèi)，在滿足功率平衡的情況下，按分配，并使總的水量消耗等于規(guī)定值。第26頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、的物理意義及計(jì)算①物理意義

就發(fā)電而言，每噸標(biāo)準(zhǔn)煤相當(dāng)于立方米水，稱為水煤換算系數(shù)。第27頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②與允許耗水量的關(guān)系越大，水輪發(fā)電機(jī)分配得到的出力越小，耗水量越小。反之，允許的耗水量越大，則的取值應(yīng)越小。第28頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

③的確定

采用迭代法，步驟如下：（1）給定出,按最優(yōu)分配原則求（2）將與允許耗水量進(jìn)行比較，若，則重??；若，則重取。再按所取循環(huán)計(jì)算，直到，則即為所求。例題2第29頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、多個(gè)火電廠和多個(gè)水電廠的負(fù)荷分配

給定與已知比較

……直到與相等，則最后一次

求得的就是最優(yōu)分配。一種概念?，F(xiàn)代電力系統(tǒng)中優(yōu)化調(diào)度方法……第30頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例目標(biāo)函數(shù)：

等式約束條件：不等式約束:總費(fèi)用火電費(fèi)用水電費(fèi)用……優(yōu)化模型及求解第31頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析第五章電力系統(tǒng)的有功功率平衡與頻率調(diào)整3主講周任軍第32頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月負(fù)荷的變化將引起頻率的相應(yīng)變化，電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整大體上分一次、二次、三次調(diào)整。

頻率的一次調(diào)整（或稱為一次調(diào)頻）指由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行的，是對(duì)一次負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移作調(diào)整。

頻率的二次調(diào)整（或稱為二次調(diào)頻）指由發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻器進(jìn)行的，是對(duì)二次負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移作調(diào)整。

頻率的三次調(diào)整（或稱為三次調(diào)頻）是對(duì)三次負(fù)荷變動(dòng)引起的頻率偏移作調(diào)整。將在有功功率平衡的基礎(chǔ)上，按照最優(yōu)化的原則在各發(fā)電廠之間進(jìn)行分配。

第33頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月一、電力系統(tǒng)綜合負(fù)荷的有功靜態(tài)頻率特性1、負(fù)荷有功功率靜態(tài)頻率特性第34頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

當(dāng)頻率偏離額定值不大時(shí)，負(fù)荷有功－頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來(lái)表示。KL*(KL)由系統(tǒng)負(fù)荷性質(zhì)決定，無(wú)法調(diào)整。通常負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)或稱為負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)、負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率，表示負(fù)荷隨頻率的變化程度。第35頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2、發(fā)電機(jī)有功功率—靜態(tài)頻率特性①調(diào)速器工作原理1轉(zhuǎn)速測(cè)量元件—離心飛擺及其附件；2放大元件—錯(cuò)油門(或稱配壓閥)；3執(zhí)行機(jī)構(gòu)—油動(dòng)機(jī)(或稱接力器)；4轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)或稱同步器(調(diào)頻器)FLASH第36頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月②調(diào)頻器工作原理第37頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月③發(fā)電機(jī)有功功率—靜態(tài)頻率特性◆無(wú)調(diào)速器時(shí)◆有調(diào)速器時(shí)第38頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月◆有調(diào)頻器時(shí)第39頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月④發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)、單位調(diào)節(jié)功率

◆調(diào)差系數(shù):某臺(tái)機(jī)組負(fù)荷改變時(shí)相應(yīng)的頻率偏移若2為額定運(yùn)行點(diǎn)，1為空載運(yùn)行點(diǎn)：第40頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月◆單位調(diào)節(jié)功率

調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)，表示頻率變化時(shí)發(fā)電機(jī)組輸出功率的變化量。發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率與調(diào)差系數(shù)的關(guān)系：一般來(lái)說(shuō)發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率是可以整定的：汽輪發(fā)電機(jī)組=3~5或=33.3~20水輪發(fā)電機(jī)組=2~4或=50~25第41頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月二、電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整1、工作過(guò)程2、電力系統(tǒng)的有功功率

—靜態(tài)頻率特性

發(fā)電機(jī)功率增量

稱為電力系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率。第42頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率定義：

第43頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月標(biāo)幺值表示系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率kr=PGN/PLN為備用系數(shù)

等式兩端同除以PLN/fN第44頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3、多機(jī)系統(tǒng)中等值發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率

結(jié)論：參與一次調(diào)整的發(fā)電機(jī)數(shù)量越多，等值發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率越大，從而系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率越大。4、一次調(diào)整的特點(diǎn)

◆不能實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)，因而在負(fù)荷變化較大的情況下（如第二類負(fù)荷變化）不能保證系統(tǒng)頻率在要求的范圍；

◆參與一次調(diào)整的發(fā)電機(jī)數(shù)量越多，同樣負(fù)荷變化情況下，系統(tǒng)頻率波動(dòng)越小。

第45頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月5、一次調(diào)整的計(jì)算

①計(jì)算系統(tǒng)等值發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率

②計(jì)算系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率③計(jì)算電力系統(tǒng)的頻率偏移④計(jì)算各發(fā)電機(jī)增發(fā)的功率（需要時(shí)）第46頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月注：取功率的增大或頻率的上升為正；為保證調(diào)速系統(tǒng)本身運(yùn)行的穩(wěn)定，不能采用過(guò)大的單位調(diào)節(jié)功率；對(duì)于滿載機(jī)組，不再參加調(diào)整。對(duì)于系統(tǒng)有若干臺(tái)機(jī)參加一次調(diào)頻：具有一次調(diào)頻的各機(jī)組間負(fù)荷的分配，按其調(diào)差系數(shù)即下降特性自然分配。第47頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月三、電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整負(fù)荷變動(dòng)幅度較大（0.5%~1.5%），周期較長(zhǎng)（幾分鐘）僅靠一次調(diào)頻作用不能使頻率的變化保持在允許范圍內(nèi)需要調(diào)頻器動(dòng)作可以實(shí)現(xiàn)無(wú)差調(diào)節(jié)第48頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1、調(diào)整過(guò)程2、計(jì)算分析若則3、系統(tǒng)負(fù)荷變化的提供：二次調(diào)頻的發(fā)電機(jī)組增發(fā)的功率；發(fā)電機(jī)組執(zhí)行一次調(diào)頻，按有差特性的調(diào)差系數(shù)分配而增發(fā)的功率；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

第49頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月四、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率調(diào)整第50頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聯(lián)絡(luò)線功率例4－6例4－7第51頁(yè)，課件共56頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月聯(lián)合電力系統(tǒng)的接線圖及參數(shù)如下，聯(lián)絡(luò)線的功率傳輸限制為300MW，頻率偏移超出才進(jìn)行二次調(diào)頻，當(dāng)子系統(tǒng)A出現(xiàn)功率缺額200MW時(shí)，如系統(tǒng)A不參加一次調(diào)頻，聯(lián)絡(luò)線的功率