有功功率和頻率調(diào)整.ppt

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1、1,電力系統(tǒng)分析基礎(chǔ)Power System Analysis Basis（五）,主講人：張明勝,2,,,,,,,,,1、電力系統(tǒng)中有功功率的平衡 2、有功功率的最優(yōu)分配 各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)和合理組合 不計(jì)網(wǎng)損時(shí)水、火電廠間的經(jīng)濟(jì)功率分配 計(jì)及網(wǎng)損時(shí)各發(fā)電廠間的經(jīng)濟(jì)功率分配 3、電力系統(tǒng)頻率的調(diào)整 電力系統(tǒng)負(fù)荷及電源的頻率靜態(tài)特性 頻率的一、二次調(diào)整，互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整,3,一.電力系統(tǒng)頻率變化的影響 對用戶的影響 （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 對發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的影響 （1）對發(fā)電廠廠用機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的影響 （2）對汽輪機(jī)葉片的影響

2、（3）對異步電機(jī)及變壓器勵磁的影響，增加無 功消耗。,,5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡,4,二 頻率與有功平衡的關(guān)系 頻率由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速決定 轉(zhuǎn)速與其軸上的轉(zhuǎn)矩平衡有關(guān) 轉(zhuǎn)矩平衡與功率平衡,5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡,5,三有功功率負(fù)荷的 變化及其調(diào)整,5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡,6,系統(tǒng)負(fù)荷可以看作由以下三種具有不同變化規(guī)律的變動 負(fù)荷組成：,（1）變動周期小于10s，變化幅度小:小操作、線路搖擺等,（3）變動周期最大，變化幅度最大：氣象、生產(chǎn)、生活規(guī)律,（2）變動周期在（10s，180s），變化幅度較大：大電機(jī)、電 爐啟停,,7,5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡,備用容量：15%

3、20% 作用：為了保證供電可靠性及電能質(zhì)量合格，系統(tǒng)電源容量應(yīng)大于發(fā)電負(fù)荷。 定義：備用容量 系統(tǒng)可用電源容量 發(fā)電負(fù)荷,有功功率平衡：,四、有功功率電源和備用容量,系統(tǒng)電源容量：可投入發(fā)電設(shè)備的可發(fā)功率之和,8,,備用容量的分類,9,系統(tǒng)中有備用容量時(shí)，可考慮有功功率的最優(yōu)分配問題，包括有功電源的最優(yōu)組合及有功負(fù)荷的最優(yōu)分配。 有功電源的最優(yōu)組合：系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備和發(fā)電廠的合理組合。包括：機(jī)組的最優(yōu)組合順序，機(jī)組的最優(yōu)組合數(shù)量，機(jī)組的最優(yōu)開停時(shí)間。 有功負(fù)荷的最優(yōu)分配：系統(tǒng)中的有功負(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。,10,承擔(dān)急劇變化負(fù)荷時(shí)與投、退相似，額外耗能、費(fèi)時(shí),一、

4、各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn),1 火電廠,,,支付燃料費(fèi)用,技術(shù)最小負(fù)荷,,鍋爐 25%70%,汽機(jī) 10%15%,效率與蒸汽參數(shù)有關(guān),,高溫高壓：效率高、調(diào)節(jié)范圍小,中溫中壓：較前者低、但調(diào)節(jié)范圍大,低溫低壓：指標(biāo)最差、不用于調(diào)節(jié),熱電廠：抽氣供熱，效率最高，有不可調(diào)節(jié)的強(qiáng)迫功率,火電廠,11,2 水電廠 （1）不需燃料費(fèi)，但一次投資大 （2）出力調(diào)節(jié)范圍比火電機(jī)組大 （3）啟停費(fèi)用低，且操作簡單 （4）出力受水頭影響 （5）抽水蓄能 （6）必須釋放水量強(qiáng)迫功率,一、 各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn),12,3 核電廠 （1）最小技術(shù)負(fù)荷小，為額定負(fù)荷1015。 （2）啟停費(fèi)用高；負(fù)荷急劇變化時(shí)，調(diào)節(jié)費(fèi)用高；啟

5、停及急劇調(diào)節(jié)時(shí)，易于損壞設(shè)備。 （3）一次投資大，運(yùn)行費(fèi)用小。,一、 各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn),13,原則 （1）充分利用水源。 （2）降低火電機(jī)組的單位煤耗，發(fā)揮高效機(jī)組的作用。 （3）盡量降低火力發(fā)電成本，增加燃用劣質(zhì)煤、當(dāng)?shù)孛骸?二、 各類發(fā)電廠的合理組合,14,枯水期,豐水期,抽水,發(fā)電,15,1、 發(fā)電機(jī)組的耗量特性：反映發(fā)電機(jī)組單位時(shí)間內(nèi)能量輸入和輸出關(guān)系的曲線。,耗量特性,三、電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,16,比耗量：耗量特性曲線上某點(diǎn)的縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)之比，即輸入和輸出之比 效率：比耗量倒數(shù) 耗量微增率：耗量特性曲線上某點(diǎn)切線的斜率，表示在該點(diǎn)的輸入增量與輸出增量之比。,效率曲線和微

6、增率曲線,1、發(fā)電機(jī)組的耗量特性,17,有功負(fù)荷最優(yōu)分配的目的：在滿足對一定量負(fù)荷持續(xù)供電的前提下，使發(fā)電設(shè)備在生產(chǎn)電能的過程中單位時(shí)間內(nèi)所消耗的能源最少。 滿足條件： 等式約束 f(x、u、d)=0 不等式約束 g(x、u、d)0 使 目標(biāo)函數(shù) F=F(x、u、d) 最優(yōu),2、目標(biāo)函數(shù)和約束條件,18,(1) 目標(biāo)函數(shù),系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)消耗的燃料（火電機(jī)組）,該目標(biāo)函數(shù)是各發(fā)電設(shè)備發(fā)出有功功率的函數(shù)，描述的是單位時(shí)間內(nèi)能源的消耗量。,2、目標(biāo)函數(shù)和約束條件,19,(2) 約束條件,等式約束 不等式約束,,,,忽略有功網(wǎng)損,,2、目標(biāo)函數(shù)和約

7、束條件,20,以兩臺火電機(jī)組為例，忽略有功網(wǎng)損；假定各臺機(jī)組的燃料消耗量和輸出功率不受限制，要求：確定負(fù)荷功率在兩臺機(jī)組間的分配，使總的燃料消耗量最小。 等式約束 目標(biāo)函數(shù),,,3、等耗量微增率準(zhǔn)則,21,作圖法求解（只有兩臺機(jī)組） 在OO上找到一點(diǎn)作垂線， 與兩條耗量特性曲線的交點(diǎn) 間距離最短。 在耗量特性曲線具有凸性的情 況下，兩條曲線的切線平行時(shí)， 燃料消耗量最少。 曲線的切線即斜率，就是該點(diǎn)的耗量微增率。,3、等耗量微增率準(zhǔn)則,22,切線平行時(shí)，斜率相等，也就是耗量微增率相等。這就是等微增率準(zhǔn)則。 物理意義,,,23,（1）.不計(jì)網(wǎng)損的有功最優(yōu)分配 目標(biāo)函數(shù)最小： 等

8、式約束條件： 這是多元函數(shù)求條件極值問題，可以利用拉格朗日乘數(shù)法求解。 構(gòu)造拉格朗日函數(shù),,,,4、多個(gè)發(fā)電廠間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配,24,求拉格朗日函數(shù)的無條件極值,,,,,,,25,不等式約束的處理,功率上下限約束 先不考慮該約束條件進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分配計(jì)算，若發(fā)現(xiàn)越限，越限的發(fā)電廠按極限分配負(fù)荷，其余發(fā)電廠再按經(jīng)濟(jì)分配。 節(jié)點(diǎn)電壓及無功功率約束 在經(jīng)濟(jì)功率分配后的潮流計(jì)算中處理。,,,,26,1、定義：,負(fù)荷,,與用戶的生產(chǎn)狀態(tài)有關(guān),,與頻率無關(guān)照明、電爐等,與接入點(diǎn)系統(tǒng)電壓有關(guān),與系統(tǒng)頻率有關(guān)僅考慮頻率因素,,假設(shè)不變,2、負(fù)荷性質(zhì)：,與頻率的一次方成正比球磨機(jī)、卷揚(yáng)機(jī)等,與頻率的二次方成正比變

9、壓器的渦流損耗等,與頻率的三次方成正比通風(fēng)機(jī)、循環(huán)水泵等,與頻率的高次方成正比靜水頭阻力大的給水泵,一、負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性,27,,,,,28,負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性簡化表達(dá),,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表示。,,,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。,,29,二、 發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜態(tài)特性,調(diào)速器的工作原理,1 為轉(zhuǎn)速測量元件離心飛擺及其附件； 2 為放大元件錯油門(或稱配壓閥)； 3 為執(zhí)行機(jī)構(gòu)油動機(jī)(或稱接力器)； 4 為轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)或稱同步器(調(diào)頻器),30,調(diào)頻器的工作原理,31,（1）、無調(diào)速系統(tǒng)時(shí): PT=c1f-c2

10、f2,（2）、有調(diào)速系統(tǒng)時(shí),二、 發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜態(tài)特性,32,（3）、有調(diào)頻器時(shí),二、 發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜態(tài)特性,33,2、概念介紹 發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率：發(fā)電機(jī)組原動機(jī)或電源頻率特性的斜率。 標(biāo)志著隨頻率的升降發(fā)電機(jī)組發(fā)出功率減少或增加的多寡。,二、 發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜態(tài)特性,34,發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)：單位調(diào)節(jié)功率的倒數(shù)。,二、 發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜態(tài)特性,35,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： 一般來說發(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 =35或 =33.320 水輪發(fā)電機(jī)組 =24或 =5025,二、 發(fā)電機(jī)組的有功功率頻

11、率靜態(tài)特性,36,三、 頻率的一次調(diào)整,簡述：由于負(fù)荷突增，發(fā)電機(jī)組功率不能及時(shí)變動而使機(jī)組減速，系統(tǒng)頻率下降，同時(shí)，發(fā)電機(jī)組功率由于調(diào)速器的一次調(diào)整作用而增大，負(fù)荷功率因其本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少，經(jīng)過一個(gè)衰減的振蕩過程，達(dá)到新的平衡。,37,,,,,,,,系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率：計(jì)及發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)時(shí)，引起頻率單位變化時(shí)的負(fù)荷變化量。,,38,注意： 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，不能采用過大的單位調(diào)節(jié)功率； 對于滿載機(jī)組，不再參加調(diào)整。 對于系統(tǒng)有若干臺機(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。,三、 頻率的

12、一次調(diào)整,39,頻率的二次調(diào)整：通過操作調(diào)頻器，使發(fā)電機(jī)組的頻率特性平行的移動，從而使負(fù)荷變化引起的頻率偏移在允許的波動范圍內(nèi)。,1.主調(diào)頻廠的選擇 調(diào)頻廠：負(fù)有二次調(diào)頻任務(wù)的電廠，分為主調(diào)頻廠和輔助 調(diào)頻廠。 調(diào)頻廠應(yīng)滿足的條件： 1）足夠的調(diào)整容量 2）較快的調(diào)整速度 3）調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性較好,四、頻率的二次調(diào)整,40,調(diào)整容量: 水電廠火電廠中溫中壓電廠（75）高溫高壓電廠（30） 調(diào)整速度： 水電廠火電廠調(diào)頻廠選擇： 首選：水電廠 其次：中溫中壓電廠,四、頻率的二次調(diào)整,41,頻率調(diào)整圖,四、頻率的二次調(diào)整,42,3. 當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加時(shí)，由以下三方面提供： 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 。,四、頻率的二次調(diào)整,43,4. 數(shù)學(xué)表達(dá)式 如果 ，即發(fā)電機(jī)組如數(shù)增發(fā)了負(fù)荷功率的原始增量，則 ，即所謂的無差調(diào)節(jié)。 對于N臺機(jī)，且由第s臺機(jī)組擔(dān)負(fù)二次調(diào)整的任務(wù)，則：,四、頻率的二次調(diào)整,,,,,,五、互連系統(tǒng)頻率的調(diào)整,聯(lián)絡(luò)線功率,,,,,,B系統(tǒng)不參加二次調(diào)整,