电力系统稳态分析-第五章.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力系统稳态分析,第五章 电力系统的有功功率平衡,与频率调整,（,电力系统的有功功率平衡,）,主讲 周任军,一、电力系统频率变化的影响,1,、对用户的影响,（,1,）异步电机转速：纺织工业、造纸工业,（,2,）异步电机功率下降,（,3,）电子设备的准确度,2,、对发电厂和电力系统的影响,（,1,）对发电厂厂用机械设备运行的影响,（,2,）对汽轮机叶片的影响,（,3,）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无功消耗。,二、电力系统运行频率与有功功率平衡的关系,要保持电力系统在某,一频率下运行，就必须保,证在该频率下电力系统的,有功率功率平衡；有功不,足，频率下降；有功过剩,，频率升高。,三、频率变化原因及分类,1,、负荷波动分类,P1,一类负荷波动,周期短；幅值小；由用电设备,的投入和退出引起；不可预测。,P2,二类负荷波动,周期较长，幅值较大；由大容,量用电设备的投入和退出引起，,不可预测。,P3,三类负荷波动,周期最长，幅值最大；由生产,生活规律和气象条件变化引起；可,以预测。,2,、频率变化原因,负荷变化破坏电力系统的有功率平衡关系。,3,、电力系统频率的调整方法及频率调整分类,频率调整方法,根据负荷变化调整有功电源（发电机）出力。,频率调整分类,一次调整,针对第一类负荷变动进行的调整，由于这类,负荷的变动周期很短、幅值较小，又具有很强的偶然性，所以,只能靠自动装置（调速器）来实现。,二次调整,针对第二类负荷变动进行的调整，由调频器改,变调频电厂的机组出力来实现。,三次调整,针对第三类负荷变动进行的调整，由于此类负,荷基本上可以预测，所以通常都是根据预测的负荷曲线按最优,分配原则在系统各发电机（发电厂）之间进行分配。所以三次,调整又称为负荷的最优分配，由人工完成。,四、电力系统有功率平衡及备用容量,1,、电力系统的负荷与电源容量,综合负荷,=,系统中所有负荷之和；,供电负荷,=,综合负荷,+,网损；,发电负荷,=,供电负荷,+,厂用负荷；,系统额定容量,=,系统装机额定容量之和；,系统电源容量,=,系统中可运行机组的可发容量之和。,2,、有功功率平衡与系统备用容量,有功功率平衡：,（额定频率下）,系统备用容量：,定义：,系统备用容量,=,系统电源容量,-,发电负荷,（,15,20,）,%,作用：,在系统出现第一类、第二类负荷的波动、负荷的超计划增,长、事故导致的发电机退出运行和设备检修导致的设备退出运,行情况下，保证电力系统在要求频率水平下的功率平衡，以保,证供电可靠性和电能质量。,分类：,按用途：,负荷备用,针对一类、二类负荷波动和预测外负荷设置,（,2%5%,）,。,事故备用,针对事故导致发电设备退出设置,（,5%10%,，,且不小于系统最大一台机组的额定容量）。,检修备用,针对发电设备检修退出运行设置,（视情况）,。,国民经济备用,针对国民经济的超计划增长设置,（,3%5%,）,按形式：,热备用,系统运行机组所具有的备用容量；,冷备用,系统中可运行而未运行机组的可发容量。,发电负荷,负荷备用 （热备用）运行机组可发容量,事故备用 （热备用）可运行机,（冷备用）组的可发,检修备用 （冷备用）容量,国名经济备用（冷备用）,五、有功电源的合理组合,1,、有功负荷最优分配的内容,有功电源的最优组合（,冷备用分布,）,最优组合顺序,最优组合数量,最优开停机时间,有功负荷最优分配（,热备用分布,）,2,、有功电源的合理组合顺序,1,）各类发电厂的特点,凝汽式火力发电厂,矿物能源、环境污染、燃料及运输费用。,高温高压：,运行经济性较好、出力可调范围小、不易频繁,开停机、不易承担急剧变动负荷。,中温中压：,运行经济性较差、出力调节范围较大、不易频,繁开停机、不易承担急剧变动负荷。,热电厂,矿物能源、环境污染、燃料及运输费用、供热情况下发,电时效率高，但存在强迫功率、不易频繁开停机、不易承担急,剧变动负荷。,核电厂,矿物能源、环境不良影响小、建设投资大、周期长、发,电成本低、不易承担急剧变动负荷、不易频繁开停机。,水电厂,可再生能源、环境不良影响小、开停机时间短、调节速度,快、开停机及调节出力时经济性好、建设周期长，投资大、出,力受水头影响。,径流式水电站：,强迫功率、无调节能力；,具有调节库容的水电站：,存在强迫功率、技术最小出力,小，调节范围大。,2,）各类发电厂合理组合顺序,电力系统稳态分析,第五章 电力系统的有功功率平衡,与频率调整,（,电力系统有功负荷的最优分配,频率的三次调整,）,主讲 周任军,一、有功负荷的最优分配,1,、目的,满足负荷需求，经济合理分配各发电机组有功出力，使系统总的能源消耗（燃料费用、,市场,调度总费用）最少。,2,、发电机的耗量特性,耗量特性,火电厂：,水电厂：,汽轮发电机组耗量特性曲线 水轮发电机组耗量特性曲线,比耗量,火力发电机组：,水力发电机组：,反映发电机在该运行状态下平均效率的高低。,耗量微增率,火力发电机组：,水力发电机组：,反映发电机组在该运行状态下，出力增加或减少单位值,时，能源消耗增加或减少的多少。,3,、有功负荷的最优分配（火电厂、不计能源消耗受限）,目标函数,约束条件,等约束条件：,（,或 潮流方程,）,不等约束条件：,简单最优分配,不计不等约束、不计网损影响情况下，根据拉格朗日乘,数法有：,C,*,取得极值条件，即原函数在满足等约束条件下取得极值,条件为：（,1,）,（,2,）,即：,（,3,）,等耗量微,增率准则,（,4,）,-,等耗量微增率准则,计及有功不等约束时，有功负荷的最优分配,先不考虑不等约束条件，按等耗量微增率准则对负荷进行,分配；,对于分配功率超过上限的机组取上限，低于下限的机组取,下限；,从总负荷中减去按上限或下限发电机组的出力，将剩余的,负荷在剩余机组中再按等耗量微增率准则进行分配。,节点电压及无功不等约束条件的考虑,不能违背；,与有功负荷最优分配无直接关系；,有功负荷最优分配后，在潮流计算中考虑。,考虑网损时，有功负荷的最优分配,目标函数不变：,等约束条件：,拉格朗日函数：,取得极值条件：,最优分配原则：,将各发电机的耗量微增率用相应的网损修正系数修正,后，在满足等约束条件下，按等网损微增率准则分配。,4,、例题,1,二、能源消耗受限制（既有火电厂，又有水电,厂）时，有功负荷的最优分配,（一水一火）,1,、目标,在整个运行时间段内满足用户的电力需求，合理分配水火电,厂的负荷，使总燃料消耗量最少。,2,、最优分配原则,目标函数：,等约束条件：,拉格朗日函数：,取得极值条件：,最优分配原则：,即在每个时间段内，在满足功率平衡的情况下，按,分配，并使总的水量消耗等于规定值。,3,、,的物理意义及计算,物理意义,就发电而言，每吨标准煤相当于 立方米水，称为水煤,换算系数。,与允许耗水量 的关系,越大，水轮发电机分配得到的出力 越小，耗水量,越小。反之，允许的耗水量越大 ，则 的取值应越小。,的确定,采用,迭代法,，步骤如下：,（,1,）给定出,按最优分配原则求,（,2,）将 与允许耗水量 进行比较，若 ，,则重取 ；若 ，则重取 。,再按所取,循环计算，直到 ，则 即为所求。,例题,2,三、多个火电厂和多个水电厂的负荷分配,给定,与已知 比较,直到 与 相等，则最后一次,求得的 就是最优分,配。,一种概念。现代电力系统中优化调度方法,例,目标函数：,等式约束条件：,不等式约束,:,总费用,火电费用,水电费用,优化模型及求解,电力系统稳态分析,第五章 电力系统的有功功率平衡,与频率调整,3,主讲 周任军,负荷的变化将引起频率的相应变化，电力系统的有功功率和频率调整大体上分一次、二次、三次调整。,频率的一次调整,（或称为一次调频）指由发电机组的调速器进行的，是对一次负荷变动引起的频率偏移作调整。,频率的二次调整,（或称为二次调频）指由发电机组的调频器进行的，是对二次负荷变动引起的频率偏移作调整。,频率的三次调整,（或称为三次调频）是对三次负荷变动引起的频率偏移作调整。将在有功功率平衡的基础上，按照最优化的原则在各发电厂之间进行分配。,一、电力系统综合负荷的有功静态频率特性,1,、负荷有功功率静态频率特性,当频率偏离额定值不大时,，负荷有功频率静态特性用一条近似直线来表示。,K,L*,(K,L,),由系统负荷性质决定，,无法调整,。通常,负荷的,频率调节效应系数,或称为负荷的,频率调节效应、负荷的单位调节功率，,表示负荷随频率的变化程度。,2,、发电机有功功率,静态频率特性,调速器工作原理,1,转速测量元件,离心飞摆及其附件；,2,放大元件,错油门,(,或称配压阀,),；,3,执行机构,油动机,(,或称接力器,),；,4,转速控制机构或称同步器,(,调频器,),FLASH,调频器工作原理,发电机有功功率,静态频率特性,无调速器时,有调速器时,有调频器时,发电机的调差系数、单位调节功率,调差系数,:,某台机组负荷改变时相应的频率偏移,若,2,为额定运行点，,1,为空载,运行点：,单位调节功率,调差系数的倒数，表示频率变化时发电机组输出功率的变化量。,发电机的单位调节功率与调差系数的关系：,一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：,汽轮发电机组,=35,或,=33.320,水轮发电机组,=24,或,=5025,二、电力系统频率的一次调整,1,、工作过程,2,、电力系统的有功功率,静态频率特性,发电机功率增量,称为,电力系统的单位调节功率,。,系,统的单位调节功率定义：,标幺值表示,系统的单位调节功率,k,r,=,P,GN,/,P,LN,为备用系数,等式两端同除以,P,LN,/f,N,3,、多机系统中等值发电机的单位调节功率,结论：,参与一次调整的发电机数量越多，等值发电机的单,位调节功率越大，从而系统的单位调节功率越大。,4,、一次调整的特点,不能实现无差调节，因而在负荷变化较大的情况下（如,第二类负荷变化）不能保证系统频率在要求的范围；,参与一次调整的发电机数量越多，同样负荷变化情况,下，系统频率波动越小。,5,、一次调整的计算,计算系统等值发电机的单位调节功率,计算系统的单位调节功率,计算电力系统的频率偏移,计算各发电机增发的功率,（需要时）,注：,取功率的增大或频率的上升为正；,为保证调速系统本身运行的稳定，不能采用过大的单位调节功率；,对于满载机组，不再参加调整。,对于系统有若干台机参加一次调频：,具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其调差系数即下降特性自然分配。,三、电力系统频率的二次调整,负荷变动幅度较大 （,0.5%1.5%,），周期较长（几分钟）,仅靠一次调频作用不能使频率的变化保持在允许范围内,需要调频器动作,可以实现无差调节,1,、调整过程,2,、计算分析,若 则,3,、系统负荷变化的提供：,二次调频的发电机组增发的功率 ；,发电机组执行一次调频，按有差特性的调差系数分配而增发的功率 ；,由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率,四、互联网络的频率调整,联络线功率,例46,例47,联合电力系统的接线图及参数如下，联络线的功率传输限制为,300MW,，频率偏移超出,才进行二次调频，当子系统,A,出现功率缺额,200MW,时，如系统,A,不参加一次调频，联络线的功率是否越限？,例题（一、二次调频）,解：,系统,A,不参加一次调频，不进行二次调频时的频率偏移,调频器不动作,不进行频率的二次调整。,联络线上的功率变化,联络线传输功率校验,联络线传输功率未超越其传输极限功率。,四、调频电厂选择,1,、二次调频过程中的负荷转移,为调整过程稳定和保证调整不破坏系统负荷的最优分配，,系统只设置一个调频电厂。,结论：,二次调整,结束后，负荷变化绝,大部分为调速机组所,承担。,2,、对调频电厂的要求,调频电厂应有足够的调节容量；,调频厂的调节容量可由下式确定。,式中：,调整速度快，调整过程经济性和安全性要好；,不增加调整过程中系统联络线工作困难。,3,、调频厂选择,枯水季节：,由具有调节库容的大型水电厂担任；,洪水季节：,由中温中压火力发电厂担任。,当一个电厂的调节容量不能满足要求时，可以在系统中设,置一个或几个辅助调频厂，但辅助调频厂只能在主调频厂满发,后仍不能满足要求时才参加二次调整，且任何时候都应只有一,个电厂参与二次调整，以保证调节过程的稳定性。,