电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,Subject,subject,subject,subject,subject,第五章,电力系统有功功率平衡与频率调整,Subject,subject,subject,subject,subject,第五章,电力系统稳态分析,Subject,subject,subject,subject,subject,第五章,电力系统有功功率平衡与频率调整,Subject,subject,subject,subject,subject,第五章,电力系统稳态分析,5 电力系统有功功率平衡与频率调整,衡量电能质量指标：,频率、电压、波形,我国电力系统关于频率要求：,f,N,50Hz,允许偏移范围为,0.2,0.5Hz,（系统规模越大，对频率控制要求越严格。）,频率与有功功率基本关系,转速,n,发电机输出电磁功率,原动机输入机械功率,5.1,概述,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第1页,概述,一、频率偏移影响,频率降低引发电动机输出功率降低，影响其驱动设备正常运行。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第2页,概述,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第3页,二、引发频率偏移原因,并联运行发电机保持同时是电力系统正常运行必要条件。,由频率、转速、有功功率之间基本关系：,转速,n,发电机转速由作用于转子轴上转矩决定；,原动机机械转矩,-,驱动,发电机电磁转矩,-,制动,转矩平衡,则转子可维持,同时转速,，对应,频率即为,额定频率,；,概述,发电机输出电磁功率（转矩）,原动机输入功率（转矩）,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第4页,概述,而,转矩正比于功率,，故额定状态下转矩平衡，即对应着,有功功率平衡,-,输入机械功率与输出电磁功率,。,系统电能是不能储备，系统能量生产、消费是时刻动态平衡，即,电磁功率与负荷功率相等,；,负荷时刻改变，对应电磁功率改变，有功平衡被打破，转速就会改变：,负荷增大时，制动大过驱动，转子减速，频率下降；,反之，转子加速，频率上升。,频率调整（简称调频）目标,：重新建立有功功率平衡，使转子转速恢复同时，频率到达额定频率。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第5页,概述,三、有功功率平衡,-,为了到达有功平衡，必须经过负荷预测得到未来负荷曲线，借此安排发电计划，使得发电机发出有功功率与网络损耗及负荷需求有功平衡。,电磁功率平衡方程式：,即：发电机发出总有功功率,=,全部有功负荷,+,系统有功损耗,+,电厂厂用电,该方程任何时刻均成立。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第6页,概述,备用容量,作用：,确保供电可靠性、满足用户功率需求及维持频率稳定,。,定义：,备用容量系统可用电源容量发电负荷,分类：,备用容量分类方法有两种,-,按用途分,按其备用形式分,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第7页,概述,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第8页,概述,(1),负荷备用：,(2),事故备用：,(3),检修备用：,(4),国民经济备用：,(1),热备用,/,旋转备用,(2),冷备用,（,2,）按其,备用形式,分,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第9页,5.2,负荷和电源频率静特征,一、系统综合,负荷,有功,频率静特征,负荷实际取用多大有功功率，除了与生产状态、系统电压相关外，还同频率相关：,如图中曲线,1,、,1,所表示：,频率升高，负荷有功功率自动增加；反之，自动降低。,系统综合负荷增大，负荷频率特征曲线平行上移至,1,；反之，平行下移。,负荷频率静态特征,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第10页,负荷和电源频率静特征,负荷单位调整效应是,负荷自然属性,，故而,该系数,不可控，不可人为调整。,负荷单位调整功率,（也叫，,有功负荷频率调整效应系数,）：,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第11页,负荷和电源频率静特征,二、,发电机,组有,功频,率,静特征,负荷改变时，转速对应改变，频率也将随之改变；,为了保持系统频率在一定范围，要对发电机进行速度调整,-,原动机附设调速器,。,调速器分为：机械式和电气液压式,调速基本原理：,依据负荷功率改变情况，对应调整汽轮机汽门开度，改变进汽量，即改变原动机驱动功率。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第12页,负荷和电源频率静特征,机组调速器调频：,负荷功率增加,（转子转轴上出现减速转矩，,f,将下降,）；,此时调速器将,调整原动机出力，使其输出功率增加,，从而使,f,回升，但仍低于,f,N,；,即,机组发电功率会随频率下降而增大一部分,-,发电机功率静态特征（反比改变）,。,f,f,n,f,1,P,GN,P,G1,P,f,P,G,1,2,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第13页,负荷和电源频率静特征,功频静特征斜率,R,，称为,发电机组调差系数,：,调差系数还可用百分数形式表示：,f,f,n,f,1,P,GN,P,G1,P,f,P,G,1,2,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第14页,负荷和电源频率静特征,也称为发电机,单位调整功率,，为调差系数倒数：,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第15页,负荷和电源频率静特征,因为机组,调速器,调整范围有限,，只能实现,有差调整,；,若一次调频后，频率偏移仍超出允许范围，则必须深入采取办法：,机组,调频器,/,同时器调频,经过控制调频器来调整机组输出功率，其效果是能够整个,平移发电机组功频静态特征曲线,，如图中由,1,平行移动到,2,，又称作,二次调频,，可实现无差调整,。,f,f,n,f,1,P,GN,P,G1,P,f,P,G,1,2,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第16页,5.3,电力系统频率调整,系统负荷不一样改变规律（三种）及其引发频率偏移调整方法：,（,1,）变动,周期最短,（小于,10s,），改变,幅度最小,由小负荷经常性投切造成，随机性强。,调速器,一次调频,（,2,）变动,周期较长,（在,10s,180s,），改变,幅度较大,-,由一些冲击性、间歇性负荷变动引发，如工业大电机、电炉等。,调频器,/,同时器,二次调频,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第17页,电力系统频率调整,（,3,）变动,周期最长，改变幅度最大且迟缓,，是日负荷曲线基本部分：,主要受气象、生产作息制度、人们生活规律影响，基本,能够预计,。,依据预测负荷，在各发电厂间进行最优发电负荷分配。,“,三次调频,”,，,不惯用概念,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第18页,电力系统频率调整,初始，系统有功平衡：,P,1,f,N,一次调频过程,图解：,负荷初始增量,：,系统频率改变：,负荷调整效应,：,即,负荷功率自动降低部分。,一、系统频率一次调整,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第19页,一次调频,负荷实际增量,：,发电机,增发功率,：,依据,有功输入输出平衡,，有：,负荷实际增量,=,发电机增发功率,即,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第20页,一次调频,进而有：,又称为,电力系统单位调整功率,-,即,计及发电机和负荷调整效应时,引发频率单位改变时负荷改变量。,显然,K,值越大越好,，说明一定负荷改变引发频率改变就越小。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第21页,一次调频,小结,由发电机组,调速器自动进行,频率调整。,全部机组均参加一次调频,（,除非机组已满载,）,所以：,系统中有功功率电源出力不但应满足在额定频率下系统对有功功率需求，而且应有一定备用。,整个调整实际是由,负荷和发电机共同完成,。,只能是,有差调整,。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第22页,电力系统频率调整,二、系统频率二次调整（二次调频）,频率二次调整,：,经过操作调频器来调整发电,机组输出功率，平行移动机组功频静特征，从而使负荷改变引发频率偏移在允许波动范围内。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第23页,二次调频,注意：,不一样于一次调频，并非全部机组均参加二次调频；,普通只选定部分电厂机组担任二次调频任务,-,调频厂,。,调频厂：负有二次调频任务电厂，分为,主调频厂和辅助调频厂,（,非调频厂,：只按调度部门分配负荷发电，故又称为基载电厂或固定出力电厂）。,调频厂应满足条件,:,1),足够调整容量,2),较快调整速度,3),安全性和经济性很好,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第24页,二次调频,调频厂选择,:,水电厂：调整速度快、操作方便且,调整范围大，其调整范围只受发电,机容量限制。,火电厂：调整速度受锅炉及汽轮机出力增减速度限制，还受锅炉最小出力限制。,首选：水电厂（适于枯水期）,其次：近负荷中心中温中压火电厂（适于丰水期，让水电厂充分发电。）,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第25页,二次调频,二次调频,图解：,负荷初始增量,:,频率改变,:,f1-f2-f2,负荷调整效应,:,负荷,实际增量,：,发电机,一次调频增发功率,:,发电机,二次调频增发功率,：,（线路,cd,段）,（线路,ac,段）,（线路,ad,段）,（线路,bc,段）,E,F,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第26页,二次调频,依据,有功平衡,，有：,发电机增发功率,=,负荷实际增量,即有,即若,全部负荷初始增量全部由二次调频增发功率负担,，则实现,无差调整,。,E,F,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第27页,二次调频,小结,(1),因为二次调频深入增加了发电机出力，在一样频率偏移下，系统能承受负荷改变量增加了。,(2),能够做到,无差调整,。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第28页,5.4 电力系统有功功率经济分配,系统有功功率最优分配，包含：,有功电源最优组合,-,系统中发电设备和发电厂合理组合，即所谓机组合理开停（,冷备用容量合理分布,问题）。,有功负荷经济分配,-,系统中有功负荷在各个正在运行发电设备或发电厂之间合理分配（,热备用容量合理分布,问题）。,一、有功电源最优组合,包含三个部分：,机组,最优组合次序,、最优,组合数量,和最优,开停时间,。,各电厂组合基本要求：,-,分担系统负荷时，要依据各类电厂技术特点，按效率优先标准安排，已到达经济合理利用资源目标。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第29页,电力系统有功功率经济分配,详细标准：,(1),充分利用水源：,枯水期：无调整水电以及有调整水电厂强迫功率首先投入，有调整水电厂可调功率负担高峰负荷。,丰水期：全部水电厂优先投入。,(2),核电厂连续稳定负担额定容量负荷,（因其早期投资大，但运行费用低）,(3),降低火电机组单位功率煤耗，优先投入高效机组，并尽可能降低火电厂成本,（少烧油，多烧劣质煤、当地煤）。,高温高压高效机组在负荷曲线腰荷处运行；,中温中压相对低效率机组，可调功率大，在枯水期可代替部分水电厂可调功率运行。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第30页,电力系统有功功率经济分配,不一样季节，各类电厂在日负荷曲线中安排：,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第31页,电力系统有功功率经济分配,二、有功负荷经济分配,（一）发电机组耗量特征,耗量特征,反应发电机组单位时间内,能量输入（,消耗能源,）和输,出（,发出有功,）关系曲线。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第32页,电力系统有功功率经济分配,耗量微增率：,耗量特征曲线上某点切线斜,率，表示在该点,输入增量与输,出增量之比,，用,表示。,比耗量：,耗量特征曲线上某点纵坐标和横坐标之比，即输入和输出之比：,效率：,比耗量倒数。,i,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第33页,电力系统有功功率经济分配,（二）目标函数和约束条件,有功负荷最优分配目标：,在满足对一定量负荷连续供电前提下，使发电设备在生产电能过程中,单位时间内所消耗能源最少,。,在数学上可表示为：,在满足条件,等式约束,f(x,u,d)=0,和不等式约束,g(x,u,d)0,前提下，,使目标函数,F=F(x,u,d),最优，即到达最小值。,-,针对要到达有功最优分配目标，此处目标函数即,机组总能源消耗量,，等式约束为,有功平衡,，不等式约束即为机组,功率运行极限,。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第34页,电力系统有功功率经济分配,目标函数建立,N,台机组火电厂内，已知各机组耗量特征为,F,i,（,P,Gi,），即表示第,i,台机组发出,P,Gi,有功功率时单位时间内所需消耗燃料。,则，电厂总耗煤量为：,此即目标函数。,等式约束条件,即有功功率必须保持平衡，有：,即,n,台机组发电功率之和,=,总电厂负荷。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第35页,电力系统有功功率经济分配,不等式约束条件,即运行中各机组发出有功及无功功率不允许超出其上下限。,有功功率最优分配问题,-,正式转化为，,求,目标函数条件极值,拉格朗日乘数法,。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第36页,电力系统有功功率经济分配,（三）,等耗量微增率准则,以两台机组电厂为例，,如图所表示：,构建目标函数：,等式约束条件：,建立一个新,拉格朗日方程,：,为拉格朗日乘数，是待定系数,。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第37页,电力系统有功功率经济分配,为求上式极值，应分别将其,对各变量求偏导，令偏导数为零,；,因为有三个变量，所以,得到三个条件,，分别为：,显然,深入可写为,：,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第38页,电力系统有功功率经济分配,即，此时,两台机组耗量微增率相等,：,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第39页,电力系统有功功率经济分配,推而广之：,目标,：全系统（厂）供给一定大小有功功率负荷，在单位时间内总能耗量最小。,数学模型,约束条件：等式约束,不考虑网损,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第40页,电力系统有功功率经济分配,求解,：计及等式约束条件,建立,拉格朗日方程,：,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第41页,电力系统有功功率经济分配,-,机组间负荷最优分配标准,依据,i,，,可得各机组出力：,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第42页,电力系统有功功率经济分配,前述分析表明：,按各机组耗量微增率相等标准安排发电机发电功率，总能源消耗量最小,，即,-,等耗量微增率准则,。,显然，此种情况下确定各机组发电功率，已然满足等式约束条件。,对不等式约束处理，即功率上下限约束：,普通,先不考虑该约束条件进行经济分配计算,；,功率上下限,普通,用来校验,：,若满足不等式约束条件，此分配方案必定为最优方案。,若发觉越限，越限发电厂按极限分配负荷，其余发电厂再重新按经济分配。,电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程,第43页,