電力系統(tǒng)第五章：有功功率平衡和頻率調(diào)整

第五章

有功功率平衡和頻率調(diào)整05十二月2023內(nèi)容提要頻率偏移產(chǎn)生的原因、影響、以及允許的頻率偏離量？保持頻率偏移量不超過一定范圍的條件（如何保持有功功率的平衡）電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整有功功率的最優(yōu)分配05十二月20235.1電力系統(tǒng)的頻率偏移

頻率變化的原因?頻率變化對負(fù)荷的影響

(1)異步機(jī)(2)電子設(shè)備(3)電動(dòng)機(jī)頻率變化對電力系統(tǒng)的影響

(1)水泵、風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)

(2)汽輪機(jī)的葉片

(3)變壓器的勵(lì)磁頻率允許偏移的范圍：50Hz±(0.2~0.5)Hz

系統(tǒng)中負(fù)荷的變化你答對了嗎?05十二月20235.2電力系統(tǒng)有功功率的平衡

運(yùn)行中：

規(guī)劃、設(shè)計(jì)：備用容量:

1.按作用形式分

負(fù)荷備用(2-5%PLmax)檢修備用(可能不安排)事故備用(5-10%PLmax或系統(tǒng)中最大一臺單機(jī)容量）國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展備用(3-5%PLmax）05十二月20232、按存在形式分為兩者差一個(gè)網(wǎng)損兩者差一個(gè)廠用電

熱備用:運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)電設(shè)備可能發(fā)的最大功率與發(fā)電負(fù)荷之差(旋轉(zhuǎn)備用)冷備用:未運(yùn)轉(zhuǎn)的、但能隨時(shí)啟動(dòng)的發(fā)發(fā)電設(shè)備可以發(fā)的最大功率

(不含檢修中的設(shè)備)負(fù)荷的分類:

1.用電負(fù)荷

2.供電負(fù)荷

3.發(fā)電負(fù)荷05十二月2023有功功率負(fù)荷變動(dòng)曲線05十二月2023有功功率負(fù)荷變動(dòng)曲線

據(jù)此圖,負(fù)荷可以分為三種:

第一種變動(dòng)幅度很小，周期又很短。

變動(dòng)有很大的偶然性

屬于這一種的主要有電爐、壓延機(jī)械、電氣機(jī)車等帶有沖擊性的負(fù)荷

這一種是由于生產(chǎn)、生活、氣象等變化引起的負(fù)荷變動(dòng)

第二種變動(dòng)幅度較大，周期也較長.

第三種變動(dòng)幅度最大，周期也最長.該種負(fù)荷基本可以預(yù)計(jì)。05十二月2023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)的負(fù)荷，即責(zé)成各發(fā)電廠按事先給定的發(fā)電負(fù)荷曲線發(fā)電。05十二月20235.3電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配有功功率的最優(yōu)分配:有功功率電源的最優(yōu)組合

即指系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠的合理組合,也就是所謂的機(jī)組合理開停.有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配

即指系統(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.最常用的是按等耗量微增率準(zhǔn)則分配.05十二月2023火電廠外景05十二月2023各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)和合理組合(1)火電廠特點(diǎn)：

需燃料及運(yùn)輸費(fèi)用，但不受自然條件影響效率與蒸汽參數(shù)有關(guān)受鍋爐、汽輪機(jī)最小技術(shù)負(fù)荷限制，有功出力調(diào)整范圍較窄，增減速度慢，參數(shù)越高范圍越窄(高溫高壓30%，中溫中壓75%)機(jī)組投入退出，承擔(dān)急劇負(fù)荷響應(yīng)時(shí)間長，多耗能量，易損壞設(shè)備熱電廠抽汽供熱，效率高，但技術(shù)最小負(fù)荷取決于熱負(fù)荷，為強(qiáng)迫功率05十二月2023豐滿水電廠外景05十二月2023(2)水電廠特點(diǎn)：不要燃料費(fèi)，水力可梯級開發(fā)，連續(xù)使用，但受自然條件影響。出力調(diào)節(jié)范圍大，50%以上,增減負(fù)荷速度快，操作容易，可承擔(dān)急劇變化的負(fù)荷決定發(fā)電量的除水量外還有水位差保證出力抽水蓄能機(jī)組（天荒坪6×30萬千瓦）必須與火電配合維持航運(yùn)、灌溉、需一定水量，對應(yīng)強(qiáng)迫功率05十二月2023秦山核電站外景05十二月2023(3)核電廠特點(diǎn)：可調(diào)容量大，退、投、增、減負(fù)荷消耗能量、時(shí)間，易損壞設(shè)備一次投資大，運(yùn)行費(fèi)低，盡量利用承擔(dān)基本負(fù)荷應(yīng)指出:

洪水季節(jié)往往由系統(tǒng)中的大型水電廠承擔(dān)調(diào)頻任務(wù);枯水季節(jié)這任務(wù)就轉(zhuǎn)移給中溫中壓火電廠.抽水蓄能電廠在其發(fā)電期間也可參加調(diào)頻.但低溫低壓火電廠則因容量不足,設(shè)備陳舊,不能擔(dān)負(fù)調(diào)頻任務(wù).05十二月2023有功功率電源的最優(yōu)組合各類發(fā)電廠組合順序示意圖枯水季節(jié):05十二月2023洪(豐)水季節(jié):05十二月2023最優(yōu)分配負(fù)荷的目標(biāo)函數(shù)和約束條件1.

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。如圖所示:

比耗量:

單位時(shí)間內(nèi)輸入能量與輸出功率之間的比值.耗量微增率:

耗量特性曲線上某點(diǎn)切線的斜率

05十二月20232.目標(biāo)函數(shù)和約束條件目標(biāo)函數(shù)

有功負(fù)荷最優(yōu)分配的目的：在供應(yīng)同樣大小負(fù)荷用功功率的前提下，單位時(shí)間內(nèi)的能源消耗最少。這里的目標(biāo)函數(shù)就應(yīng)該是總耗量最少。即為為網(wǎng)絡(luò)總損耗以表示某發(fā)電設(shè)備發(fā)出有功功率時(shí)單位時(shí)間內(nèi)所需消耗的能源。等式約束條件05十二月2023不計(jì)網(wǎng)絡(luò)損耗時(shí)，上式可改寫為:

不等式條件各節(jié)點(diǎn)發(fā)電設(shè)備有功功率、無功功率和電壓大小不得逾越的限額:05十二月2023用拉格郎日乘數(shù)法求解可建立如下拉格朗日函數(shù):

式中為拉格朗日乘數(shù)05十二月2023

以兩臺機(jī)為例

目標(biāo)函數(shù):

等式約束條件:

等耗量微增率準(zhǔn)則所以可得:它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。05十二月2023根據(jù)等耗量微增率準(zhǔn)則得:

進(jìn)而可以求得.對不等式約束條件的考慮:

有功功率越限,則按限額發(fā)電,剩余功率在其他機(jī)組間重新按等耗量微增率原則分配.05十二月2023等耗量微增率準(zhǔn)則的推廣應(yīng)用實(shí)踐中:由于能源消耗受限制

有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配其在火力發(fā)電廠與

水力發(fā)電廠之間的最優(yōu)分配問題

消耗的水量受水庫調(diào)度的約束05十二月2023

上式中用小的時(shí)間段這和來表示積分效果，表示火電廠的燃料，表示水電廠消耗的水量。

水電的約束條件為了簡化分析，將負(fù)荷的分配局限于一個(gè)火電一個(gè)水力發(fā)電設(shè)備之間，并略去網(wǎng)損。同理由:新的拉格朗日函數(shù):05十二月2023

得:

若時(shí)間段取的很短,則可將式中的下標(biāo)“k”可略去，可改寫為：

由上可知，只要將水力發(fā)電廠的水耗量乘以某一個(gè)待定的拉格朗日乘數(shù)，就可將等耗量微增率準(zhǔn)則應(yīng)用到火力發(fā)電廠與水力發(fā)電廠之間負(fù)荷的最優(yōu)分配。

即水煤轉(zhuǎn)換系數(shù)05十二月2023網(wǎng)損的修正等式約束條件修正為：

05十二月2023式中為網(wǎng)損微增率(靈敏度)

05十二月2023５.４電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整一、頻率調(diào)整的必要性所有用電設(shè)備都是按系統(tǒng)額定頻率設(shè)計(jì)的，電力系統(tǒng)的頻率變動(dòng)對用戶、發(fā)電廠和電力系統(tǒng)本身都會(huì)產(chǎn)生不利影響;頻率過低時(shí)，甚至?xí)拐麄€(gè)系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電;因此必須保持頻率在額定值上下，且偏移不超過一定范圍。05十二月2023調(diào)速系統(tǒng)的基本原理二、自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)05十二月2023調(diào)速系統(tǒng)的基本原理二、自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)05十二月2023三、電源有功功率靜態(tài)頻率特性原動(dòng)機(jī)未配置自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)，其機(jī)械功率與頻率的關(guān)系：原動(dòng)機(jī)配置自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)后：

原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率靜態(tài)頻率特性05十二月2023簡化之：四、發(fā)電機(jī)的頻率特性如上圖，發(fā)電機(jī)頻率特性的斜率為

05十二月2023發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率（單位MW/HZ）該單位調(diào)節(jié)功率和機(jī)組的調(diào)差系數(shù)有互為倒數(shù)的關(guān)系。機(jī)組的調(diào)差系數(shù)：

05十二月2023單位調(diào)節(jié)功率的標(biāo)么值為:調(diào)差系數(shù)％或與之對應(yīng)的發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率是可以整定.所以電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整問題主要就與調(diào)差系數(shù)或與之對應(yīng)的發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率有關(guān)。05十二月2023五、負(fù)荷的頻率特性

負(fù)荷從電網(wǎng)中取用有功功率與電網(wǎng)頻率的關(guān)系如圖:

其標(biāo)么值為：負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性

負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率(單位)不能整定05十二月2023電力系統(tǒng)的一次調(diào)頻（調(diào)速器作用）初始運(yùn)行點(diǎn)O，當(dāng)負(fù)荷增加則:

系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率系數(shù)05十二月2023一次調(diào)頻為有差調(diào)頻。

n臺發(fā)電機(jī)：n臺都參加一次調(diào)整：

只有m臺參加一次調(diào)整：當(dāng)發(fā)電機(jī)滿載時(shí)，負(fù)荷功率增大，則相當(dāng)于為0,

但當(dāng)負(fù)荷功率減小時(shí)，，所以仍可以參加調(diào)頻。05十二月2023電力系統(tǒng)的二次調(diào)頻:

手動(dòng)或自動(dòng)調(diào)節(jié)調(diào)頻器使發(fā)電機(jī)

組的頻率特性平行的上下移動(dòng)．初始運(yùn)行點(diǎn)O，當(dāng)負(fù)荷增加二次調(diào)整增發(fā)的功率系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率頻率的二次調(diào)整05十二月2023

n臺機(jī)組：第n臺參加二次調(diào)頻，

n臺全部參加一次調(diào)頻:無差調(diào)頻:

若,即發(fā)電機(jī)如數(shù)增發(fā)了負(fù)荷功率的原始增量,亦即實(shí)現(xiàn)了所謂的無差調(diào)節(jié).如上圖虛線所示.注意:以上公式中以功率增大和頻率上升為正。05十二月2023多機(jī)系統(tǒng)的頻率調(diào)整多機(jī)系統(tǒng)在負(fù)荷變化時(shí)，帶調(diào)速器的機(jī)組，只要有可調(diào)容量，都參加一次調(diào)整。二次調(diào)整由少數(shù)機(jī)組(廠)承擔(dān)——主調(diào)頻機(jī)組(廠)，負(fù)荷增量主要由它們承擔(dān)，可依次分為第一、第二、……調(diào)頻機(jī)(廠)主調(diào)頻廠一般在負(fù)荷中心，要求：

(1)有足夠可調(diào)容量；

(2)有一定調(diào)整速度；

(3)調(diào)整時(shí)能符合安全、經(jīng)濟(jì)的要求；

(4)一般選水電廠、中溫中壓火電廠。

(5)主調(diào)頻廠起全系統(tǒng)功率平衡的作用，可作平衡節(jié)點(diǎn)05十二月2023互聯(lián)電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)互聯(lián)的益處？潛在威脅？聯(lián)合前:A,B系統(tǒng)均為獨(dú)立電力系統(tǒng)互聯(lián)后:

05十二月2023其中