电力系统有功功率和频率调整.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,*,*,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,*,*,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,*,*,电力系统分析,第四章 电力系统有功功率和频率调整,电力系统有功功率和频率调整,第1页,第四章 电力系统有功功率和频率调整,4.1 电力系统有功功率平衡,4.2 电力系统有功功率最优分配,4.3 电力系统频率调整,电力系统有功功率和频率调整,第2页,4.1 电力系统有功功率平衡,引言：,衡量电能质量指标包含：频率质量、电压质量和波形质量，分别以,频率偏移、电压偏移和波形畸变率,表示。,衡量运行经济性主要指标为：,比耗量和线损率,线损率：线路损耗电能与始端输入电能比值 ；,比耗量：生产单位电能所消耗一次能源。,有,功功率最优分布包含：,有功功率负荷预测、有功功率电源最优组合、,有功功率负荷在运行机组间最优分配,等。,电力系统有功功率和频率调整,第3页,4.1 电力系统有功功率平衡,2、频率与有功平衡关系：,1）转矩平衡与功率平衡：,2）转矩不平衡时，转子转速改变，,引发频率改变：,1、频率偏差概念：实际频率与额定频率之间差值；,我国频率额定值是50,Hz,，偏移范围为（0.20.5）,Hz,。,一、频率偏差及频率调整必要性,电力系统有功功率和频率调整,第4页,4.1 电力系统有功功率平衡,对用户影响：,（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）电子设备准确度。,对发电厂和电力系统影响：,（1）对发电厂厂用机械设备运行影响；,（2）对汽轮机叶片影响；,（3）对异步电机及变压器励磁影响，增加无功消耗。,3、频率调整必要性（频率改变影响）：,电力系统有功功率和频率调整,第5页,4.1 电力系统有功功率平衡,依据有功负荷随时间不规则改变按其,改变幅度和周期,，将负荷变动分为三类：,（1）,变动幅度很小，改变周期很短，,这种负荷变动有很大偶然性，属随机负荷变动；,（2）,变动幅度较大，改变周期较长，,属于这种负荷主要有：电炉、电气机车等带有冲击性负荷变动；,（3）,变动幅度最大，改变周期最长，,其变动基本上能够预计，是由生产、生活、气象等改变引发负荷变动。,二、有功功率负荷改变及调整,1、有功负荷变动分类：,电力系统有功功率和频率调整,第6页,4.1 电力系统有功功率平衡,有功功率负荷改变及调整,这三种负荷变动都将使电力系统频率发生一定改变，有,功功率电源输出功率也发生改变。,电力系统有功功率和频率调整,第7页,4.1 电力系统有功功率平衡,依据负荷变动分类，有功平衡和频率调整也对应分为三类：,a.一次调频：,由发电机调速器进行；,b.二次调频：,由发电机调频器进行；,c.三次调频：,由调度部门依据负荷预测曲线进行最优分配。,前两种是事后，第三种是事前。,一次调频时全部运行中发电机组都能够参加，取决于发,电机组是否已经满负荷发电，这类发电厂称为负荷监视厂；,二次调频是由平衡节点来负担；,三次调频则属于电力系统经济运行调度范围。,2、有功平衡和频率调整：,电力系统有功功率和频率调整,第8页,4.1 电力系统有功功率平衡,1、有功功率平衡：,有功功率电源：,电力系统各类发电厂发电机；,系统电源容量（系统装机容量）：,系统中全部发电厂机组,额定容量总和；,备用容量：,系统电源容量大于发电负荷部分。,三、有功功率平衡和备用容量,即确保有功功率电源发出有功与系统发电负荷相平衡。,2、相关一些基本概念：,电力系统有功功率和频率调整,第9页,4.1 电力系统有功功率平衡,作用：为了确保供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量,必须大于发电负荷。,分类：按存在形式分为：热备用和冷备用；,按作用分为：负荷备用、事故备用、检修备用、国民,经济备用等。,3、备用容量分类：,1、负荷备用：调整负荷波动或超计划负荷增加；,2、事故备用：,发电设备发生偶然事故时，维持系统正常供电所需备用；,3、检修备用：使系统中发电设备能定时检修而设置；,4、国民经济备用：着眼未来,电力系统有功功率和频率调整,第10页,4.1 电力系统有功功率平衡,四、有功功率负荷曲线预测,1、电力系统经济调度概述：,电力系统经济调度,是电力系统运行主要内容之一，其主要任务是在确保电能质量和供电安全性前提下，使系统运行成本降至最低。系统经济调度主要经过制订优化系统运行计划来实现。,短期运行计划就是指日或周系统发电计划，其直接服务于系统优化运行。,系统短期运行计划问题是一个十分复杂系统优化问题，但因为其所带来显著经济效益，人们一直在主动研究，提出了各种方法来处理这个问题。,电力系统有功功率和频率调整,第11页,4.1 电力系统有功功率平衡,2、有功功率负荷预测目标：,电力系统经济调度第一个问题就是研究用户需求，即进,行电力负荷预测，以此为依据按最优准则对各发电厂、发电,机组之间进行有功功率经济分配。,3、负荷曲线编制：发电厂负荷曲线总负荷网损厂用电,参考长久积累数据对用户用电计划进行调整；,确定网络损耗和厂用电；,注意气象、节假日等条件改变。,4、负荷预测方法：,传统预测方法和当代预测方法。,1.人工神经网络法 2.含糊系统方法 3.教授系统方法 4.灰色系统方法,5.遗传算法 6.小波分析,方法,电力系统有功功率和频率调整,第12页,4.2 电力系统有功功率最优分配,2、主要内容,要求在确保系统安全条件下，在所研究周期内，,以小时为单位,合理选择电力系统中,哪些机组应该运行,、,何时运行,及,运行时各机组发电功率,，其目标是在满足系统负载及其它物理和运行约束前提下,使周期内系统消耗燃料总量或总费用值为最少,。,引言：,1、经济调度第二个问题是有功功率最优分配，包含：,有功功率电源最优组合,有功功率负荷最优分配,电力系统有功功率和频率调整,第13页,4.2 电力系统有功功率最优分配,有功功率电源最优组合：系统中,发电设备或发电厂,合理组合，即通常所说机组合理开停，大致上包含三个部分：,1.机组最优组合次序；,2.机组最优组合数量；,3.机组最优开停时间。,有功功率负荷最优分配：是指系统,有功功率负荷,在各个正在运行发电设备或发电厂之间,合理分配,；,关键是按,等耗量微增率准则,进行分配。,各类发电厂基本运行特点?,电力系统有功功率和频率调整,第14页,发电厂效率：比耗量倒数；即 。,2、比耗量：,耗量特征曲线上某点纵坐标,和横坐标之比，即单位时间内,能量输入和输出之比，记为；即 。,4.2 电力系统有功功率最优分配,一、基本概念,1、耗量特征：,反应发电设备或几个发电设备,组合在单位时间内能量输入,和输出关系曲线。,W,电力系统有功功率和频率调整,第15页,4.2 电力系统有功功率最优分配,3、耗量微增率：耗量特征曲线上某点切线斜率，表示在该点,能量输入增量与输出增量之比，即,电力系统有功功率和频率调整,第16页,4.2 电力系统有功功率最优分配,1、目标函数：,有功负荷最优分配目标：在满足,有功功率平衡,前提下，,合理分配,各发电机组出力,，使发电设备在生产电能过程,中所消耗,能源最少或成本最少,。,二、有功功率负荷最优分配目标函数和约束条件,单位时间内总能源消耗最少（,n,火电厂系统）：,该目标函数是各发电设备发出有功功率函数，,描述是,单位时间内能源总消耗量。,耗量特征相互独立,电力系统有功功率和频率调整,第17页,4.2 电力系统有功功率最优分配,当消耗能源受到限制（含有水力发电厂）时，目标函数,就不再是单位时间内消耗能源，而是一定运行时间,内,能源消耗：,（1）等式约束条件：系统有功功率平衡,若不计网损，则,2、约束条件：,电力系统有功功率和频率调整,第18页,4.2 电力系统有功功率最优分配,（2）不等式约束条件：,若系统含有水电厂，除有功功率平衡条件外，还有一个,约束条件（用水量C）：,电力系统有功功率和频率调整,第19页,4.2 电力系统有功功率最优分配,求解：,建立一个新、不受约束目标函数拉格朗日函数,三、等耗量微增率准则,1、,以两台火电机组为例，忽略有功网损：,假定各台机组燃,料消耗量和输出功率不受限制，确定负荷功率在两台机组,间分配，使总燃料消耗量最小。,目标函数：,等式约束条件：,电力系统有功功率和频率调整,第20页,4.2 电力系统有功功率最优分配,对拉格朗日目标函数求导，得到最小值时应有三个条件：,即 时，单位时间内总能源消耗最少。,电力系统有功功率和频率调整,第21页,4.2 电力系统有功功率最优分配,这就是著名,等耗量微增率准则,：为使总耗量最小，应,按,相等耗量微增率,在发电设备或发电厂之间分配负荷。,2、扩展到n个火力发电系统：,等耗量微增率准则,电力系统有功功率和频率调整,第22页,4.2 电力系统有功功率最优分配,3、考虑不等式约束条件时处理方案：,1）先不考虑不等式约束条件，按等耗量微增率准则进行经济,分配计算；,2）若发觉,P,Gi,分配计算结果越限，越限发电厂按极限分配,负荷：即低于其下限,P,Gimin,时，取,P,Gi,P,Gimin,；高于其上限,P,Gimax,时，取,P,Gi,P,Gimax,；,3）对其余不越限发电设备，按等耗量微增率准则重新进行,经济分配。,电力系统有功功率和频率调整,第23页,4.2 电力系统有功功率最优分配,解：(1)按所给耗量特征可得各厂微增耗量特征为：,依据等耗量微增率准则：,电力系统有功功率和频率调整,第24页,4.2 电力系统有功功率最优分配,例题41：某火电厂三台机组并联运行，各机组燃料消耗特征及功率约束条件以下：,试确定当总负荷分别为400MW、700MW时，发电厂间功率经济分配（不计网损影响）？,电力系统有功功率和频率调整,第25页,4.2 电力系统有功功率最优分配,(2),总负荷为400MW，即,可得：,校验不等式约束条件：,剩下负荷功率300MW，应在电厂2和3之间重新分配：,经校验，三个发电厂有功功率都在不等式约束范围内。,电力系统有功功率和频率调整,第26页,4.2 电力系统有功功率最优分配,校验不等式约束条件：,剩下负荷功率450MW，应在电厂1和3之间重新分配：,经校验，三个发电厂有功功率都在不等式约束范围内。,(3),总负荷为700MW，即,可得：,电力系统有功功率和频率调整,第27页,4.2 电力系统有功功率最优分配,作业题：已知某火电厂有两台机组，其耗量特征分别为：,每台机组额定容量均为100 MW，技术最小负荷均为,20MW。试求：1）当电厂负荷为120 MW时，两台机,组怎样经济分配负荷？2）当电厂负荷为50MW时，两,台机组又怎样经济分配负荷？,电力系统有功功率和频率调整,第28页,4.2 电力系统有功功率最优分配,a.设耗量微增率初值 ；,b.求与 对应各发电设备应发功率 ；,4、等耗量微增率准则迭代求解基本步骤：,c.校验求得 是否满足功率平衡条件：；,自b开始重新计算，直到满足有功功率平衡条件。,d.不满足有功平衡时，若 ，取 ；,若 ，取 ；,电力系统有功功率和频率调整,第29页,4.2 电力系统有功功率最优分配,四、考虑网损时有功负荷最优分配,网损修正系数,网损微增率,电力系统有功功率和频率调整,第30页,4.2 电力系统有功功率最优分配,以两套设备为例：,将水电厂耗量微增率乘以一个拉格朗日系数，就能够同,样应用等耗量微增率准则；,水煤转换系数表示发出一样有功时，用水量所代替火电,耗煤量。,五、水、火电混合系统有功功率经济分配,水煤转换系数,电力系统有功功率和频率调整,第31页,4.3 电力系统频率调整,频率是电力系统运行一个主要质量指标，直接影响着负荷正常运行；要维持频率在正常范围内，,其必要条件是系统必须含有充裕可调有功电源。,电力系统频率调整：一次调频和二次调频。,引言：,复习：有功与频率关系？,思索：负荷功频特征？发电机组,功频特征？,电力系统有功功率和频率调整,第32页,4.3 电力系统频率调整,1、综合负荷有功静态频率特征：,负荷吸收有功大小随,系统频率改变静态特征；在实际中，用直线表示。,综合负荷单位调整功率：,一、电力系统频率特征,（负荷频率调整效应系数）,标幺值形式：,（近似计算时，取其标幺值大小为1.5,）,电力系统有功功率和频率调整,第33页,4.3 电力系统频率调整,补充例题1：,某电力系统总有功负荷为4000MW时系统频率为50Hz，负荷频率调整效应系数标幺值K,LD*,=1.5，计算负荷单位调整功率？,解：依据定义,电力系统有功功率和频率调整,第34页,4.3 电力系统频率调整,2、发电机组有功静态频率特征,1 为转速测量元件,离心飞摆及其附件；,2 为放大元件,错油门(或称配压阀)；,3 为执行机构,油动机(或称接力器)；,4 为转速控制机构或称同,步器(调频器),1）调速器、调频器工作原理,电力系统有功功率和频率调整,第35页,4.3 电力系统频率调整,2）发电机组有功静态频率特征：即原动机机械功率静态,频率特征，频率随发电机有功增大而有所降低特征。,发电机单位调整功率：,标幺值形式：,发电机调速器调整（一次调频）是一个,有差调整,过程，,而调频器调整（二次调频）则能够实现,无差调整,。,电力系统有功功率和频率调整,第36页,4.3 电力系统频率调整,惯用百分数表示为：,机组调差系数：单位调整功率倒数，即,发电机单位调整功率与调差系数关系：,电力系统有功功率和频率调整,第37页,4.3 电力系统频率调整,频率一次调整有差调整性质反应在功频静特征直线,负斜,率上,，,即,负荷变动时原动机转速或频率随负荷增加而降低；,二次调频既可做到有差调整，也可做到无差调整，反应在,平,移一组特征曲线,上。,电力系统有功功率和频率调整,第38页,4.3 电力系统频率调整,补充例题2：某一容量为100MW发电机，调差系数整定为,4%，当系统频率为50Hz时，发电机出力为60MW；若系统,频率下降为49.5Hz时，发电机出力是多少？,依据定义：,解：依据发电机单位调整功率与调差系数关系：,电力系统有功功率和频率调整,第39页,负荷突增,P,LD,，发电机组功率不能及时变动而使机组减,速，系统频率下降；同时，发电机组功率因为调速器,一次调整作用而增大：,P,G1,P,G2,，,f,1,f,2,；,负荷功率因其本身调,节效应而降低，经过一,个衰减振荡过程由32，,到达新平衡；即整个过程为从平衡点1新平衡点2。,4.3 电力系统频率调整,二、电力系统频率一次调整,1、过程概述：假设系统只有一台发电机组、一个综合负荷,电力系统有功功率和频率调整,第40页,4.3 电力系统频率调整,K,S,称为系统单位调整功率，单位MW/Hz；表示负荷增,加或降低时，,在原动机调速器和负荷本身调整效应共同,作用下,系统频率下降或上升多少。,2、数学表示式：发电机输出有功增量与负荷实际增量相平衡,电力系统有功功率和频率调整,第41页,4.3 电力系统频率调整,3、对于系统有若干台发电机组参加一次调频：,系统单位调整功率：,若系统中n台机组全部参加调频，等值单位调整功率为：,若系统中只有m台机组参加调频，等值单位调整功率为：,电力系统有功功率和频率调整,第42页,4.3 电力系统频率调整,例题43：某系统发电机组总容量为3475MW，系统总负荷,3300MW，负荷频率调整效应系数K,LD*,=1.5；各发电机组,容量和调差系数分别为：,水轮发电机组 100MW 5台,=2.5；75MW 5台=2.75,汽轮发电机组 100MW 6台=3.5；50MW 20台=4.0,较小容量汽轮机组累计1000MW =4.0,试分别计算下述四种情况系统单位调整功率K,S,（MW/Hz）：,（1）全部机组都参加一次调整；,（2）全部机组都不参加一次调整；,（3）仅水轮机组参加一次调整；,（4）仅水轮机组和20台50MW汽轮机组参加一次调整。,电力系统有功功率和频率调整,第43页,4.3 电力系统频率调整,各发电机组单位调整功率：,575MW水轮机组：,6100MW汽轮机组：,2050MW汽轮机组：,1000MW小容量汽轮机组：,负荷：,解：首先分别计算负荷和各发电机组单位调整功率,5100MW水轮机组：,电力系统有功功率和频率调整,第44页,4.3 电力系统频率调整,（1）全部机组都参加一次调整：,（2）全部机组都不参加一次调整：,（3）仅水轮机组参加一次调整：,（4）仅水轮机组和20台50MW汽轮机组参加一次调整：,然后依据不一样情况计算K,S,：,电力系统有功功率和频率调整,第45页,4.3 电力系统频率调整,补充1：计算（3）系统单位调整功率标幺值？,方法一：依据标幺值定义,方法二：K,S,标幺值是以负荷额定容量为基准值，以此进,行换算：,电力系统有功功率和频率调整,第46页,4.3 电力系统频率调整,(1)全部机组都参加一次调整：,(3)仅水轮机组参加一次调整：,补充2：负荷突然降低300MW时，(1)(3)系统频率？,参加一次调频发电机组越多，频率偏移越少,电力系统有功功率和频率调整,第47页,4.3 电力系统频率调整,1、基本原理：,将发电机组功频静特征曲线平行移动，从而,改变发电机有功功率使负荷变动引发频率偏差保持在,允许范围内；即二次调整使频率偏差减小或为0。,三、电力系统频率二次调整,2、频率调整图：,一次调整后，,f,2,可能会超出频率偏差允许范围，此时调频器进行二次调整，即：使功频静特征曲线平行移动由,P,G,P,G,或,P,G,，,到3点可有效缩小频率改变范围，到1,点可实现频率无差调整。,电力系统有功功率和频率调整,第48页,4.3 电力系统频率调整,3）由系统负荷频率调整效应所,降低负荷功率:,3、数学表示式：,当系统负荷增加时，由以下三方面提供：,1）,二次调频,发电机组,增发功率,2）发电机组执行,一次调频,，按有差,特征调差系数分配而,增发功率,电力系统有功功率和频率调整,第49页,4.3 电力系统频率调整,发电机输出有功增量与负荷实际增量相平衡，则,当二次调整发电机组增发功率P,G0,与负荷功率原始增,量P,LD,相等时，,f,=0，实现了无差调整。,在有n台发电机组电力系统中，当综合负荷发生变动时，,全部机组都参加一次调频，而二次调频普通仅由一台机组,（s）负担，则有：,电力系统有功功率和频率调整,第50页,4.3 电力系统频率调整,当负荷增加300MW时，分别计算：,（1）全部机组都参加一次调整，二次调整机组增发功率为100,MW时，系统频率变为多少？,（3）仅水轮机组参加一次调整，系统频率不低于49.8Hz时，,二次调整机组应增发多少功率？,例题4-3(补充)：某系统发电机组总容量为3475MW，系统总,负荷3300MW，负荷频率调整效应系数K,LD*,=1.5；各发电机,组容量和调差系数分别为：,水轮发电机组 100MW 5台,=2.5；75MW 5台=2.75,汽轮发电机组 100MW 6台=3.5；50MW 20台=4.0,较小容量汽轮机组累计1000MW =4.0,电力系统有功功率和频率调整,第51页,4.3 电力系统频率调整,解:(1)全部机组都参加一次调整，系统单位调整功率K,S,为：,二次调整机组增发功率100MW，即P,G0,=100MW，则：,电力系统有功功率和频率调整,第52页,4.3 电力系统频率调整,（2）仅水轮机组参加一次调整，系统单位调整功率K,S,为：,系统频率不低于49.8Hz时：,无差调整,P,G0,=？,电力系统有功功率和频率调整,第53页,4.3 电力系统频率调整,1、基本原理：,由几个地域系统互联为一个大系统情况，对某一个地域,系统而言，负荷改变（增加）,P,LD,时，可能伴伴随与其它,系统交换功率,P,t,改变：,2、设A、B两系统互联：,两系统负荷改变（增加）分别为,P,LDA,和,P,LDB,，引发互联,系统频率改变（降低）,f,，及联络线交换功率改变,P,ab,；,P,ab,对子系统A为,负荷改变量,，对子系统B为,发电,机增发功率,。,四、互联电力系统频率调整,电力系统有功功率和频率调整,第54页,4.3 电力系统频率调整,互联电力系统频率改变,f,取决于系统,总功率缺额和总单位调整功率。,P,A,和P,B,分别为子系统A和B功率缺额,电力系统有功功率和频率调整,第55页,4.3 电力系统频率调整,1、调频厂须满足条件：,五、频率调频厂选择,2、调频厂选择标准:,系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂；,当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调频厂。,调整容量应足够大；,调整速度应足够快；,调整范围内经济性能应该好；,注意系统内及互联络统协调问题。,电力系统有功功率和频率调整,第56页,4.3 电力系统频率调整,作业题：,某系统有容量为100MW四台发电机组并联运行，每台发电机组调差系数为4，系统频率为50Hz时，总负荷,为320MW，负荷频率调整效应系数K,LD*,=1.5。,当负荷增加50MW时，以下情况下，系统频率为多少？,1）机组平均分配负荷；2）两台机组满载，余下负荷由,另外两台机组负担。,机组平均分配负荷。当负荷增加50MW 时，试计算：,3）假如机组二次调频增发20MW有功功率，系统频率为多,少？4）假如要使频率仍维持在50Hz，机组二次调频应增发,多少功率？,电力系统有功功率和频率调整,第57页,