1、第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整第五章第五章 電力系統有功功率的平衡和電力系統有功功率的平衡和頻率調整頻率調整v第一節 電力系統中有功功率的平衡v第二節 電力系統的頻率調整第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整第一節 電力系統中有功功率的平衡 一、頻率變化對用戶和發電廠及系統本身的影響 系統頻率的變化將引起工業用戶的電動機轉速的變化，這將影響產品的質量。當頻率降低，使電動機有功功率降低，將影響所有的轉動機械的出力。頻率的不穩定，將會影響電子設備的準確性。 系統頻率的變化，對發電機及電力系統本身也十分有害。發電廠的廠用機械多使用異步電動機帶動，系統頻率降低使電動機出力降低，若頻率降低過

2、多，將使電動機停止運轉，會引起嚴重后果。 我國額定頻率為50Hz，允許偏差（0.2-0.5）Hz 第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整1、有功功率的變動及其調整 電力系統有功功率負荷（以下簡稱負荷）時刻都在作不規則變化，如右圖所示。系統負荷可以看作是由三種具有不同變化規律的變動負荷所組成：第一種P1變化幅度很小，變化周期短，負荷變動有很大的偶然性；第二種P2變化幅度大，變化周期較長；第三種P3是變化緩慢的持續變動負荷。二、電力系統中有功功率的平衡和備用容量第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整二、電力系統中有功功率的平衡和備用容量頻率的一次調整（一次調頻）針對P1，發電機調速器動作（有差

3、調節）頻率的二次調整（二次調頻）針對P2，發電機調頻器動作（無差調節）頻率的三次調整（三次調頻）針對P3，有功負荷最優分配原則平衡功率第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整2、有功功率平衡和備用容量 電力系統中，在任何時候，所有發電廠發出的有功功率的總和 ，而 包括所有用戶的有功功率 、所有發電廠廠用電有功負荷 和網絡的有功損耗 ，即GpLPDPSPCPCSDLGPPPPP 為保證可靠供電和良好的電能質量，電力系統的有功功率平衡額定運行參數下確定。而且，還應具有一定的備用容量，也就是在系統最大負荷情況下，系統電源容量大于發電負荷的部分稱系統的備用容量。 系統備用容量一般分負荷備用、事故備用、

4、檢修備用和國民經濟備用等。第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整（1）負荷備用：是指調整系統中短時的負荷波動并擔負計劃外的負荷增加而設置的備用。負荷備用容量的大小應根據系統負荷的大小、運行經驗并考慮系統中各類用電的比重確定。一般為最大負荷的2一5，大系統采用較小數值，小系統采用較大數值（2）事故備用：是使電力用戶在發電設備發生偶然性事故時不受嚴重影響，維持系統正常供電所需的備用。事故備用容量的大小應根據系統容量、發電機臺數、單位機組容量、機組的事故概率、系統的可靠性指標等確定，般約為最大負荷的5一10 ，但不得小于系統中最大機組的容量。第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整（3）檢修備用：

5、為保證系統的發電設備進行定期檢修時，不致影響供電而在系統中留有的備用容量。所以發電設備運行一段時間以后，都必須進行檢修。檢修分大修和小修。一般大修時分批分期安排在一年中最小負荷季節進行。小修則利用節假日進行，以盡量減少因檢修停機所需的備用容量。（4）國民經濟備用：是考慮到工農業用戶的超計劃生產，新用戶的出現等而設置的備用容量，其值根據國民經濟的增長情況而確定，一般約為系統最大負荷的3%5% 負荷備用、事故備用、檢修備用、國民經濟備用歸納起來以熱備用和冷備用的形式存在于系統中。而不難想見，熱備用中至少應包括全部負荷備用和一部分事故備用第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整 電力系統中的發電廠主

6、要有以下三類水力發電廠火力發電廠原子能發電廠（核電廠） 各類發電廠由于其設備容量、機械特性、使用的動力資源等不同，而有著不同的技術經濟特性。必須結合它們的特點，合理地組織這些發電廠的運行方式，恰當安排它們在電力系統日負荷曲線和年負荷曲線中的位置，以提高電力系統運行的經濟性。三、各類發電廠的特點及合理組合第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整1、火力發電廠的主要特點（1）要支付燃料及運輸費用，不受自然條件的影響。（2）有功出力最小限制，啟停時間長且啟停費用高。（3）效率與蒸汽參數有關，高溫高壓設備效率最高，低溫低壓設備效率最低。 （4）熱電廠總效率較高，但與熱負荷相應的輸出功率是不可調節的強迫

7、功率。（一）各類發電廠的特點第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整 2、水力發電廠的特點（1）必須釋放水量強迫功率。（2）出力調節范圍比火電機組大，啟停費用低，操作簡單。（3）不需燃料費，但一次投資大，抽水蓄能，水電廠的運行依水庫調節性能的不同在不同程度上受自然條件的影響。3、原子能發電廠的特點（1）最小技術負荷小，為額定負荷1015。（2）啟停費用高；負荷急劇變化時，調節費用高；啟停及 急劇調節時，易于損壞設備。（3）一次投資大，運行費用小。第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整原則（1）充分利用水源。 （2）降低火電機組的單位煤耗，發揮高效機組的作用。 （3）盡量降低火力發電成本。 根

8、據上述原則，在夏季豐水期和冬季枯水期各類電廠在日負荷曲線中的安排示意圖，見圖5-2。（二）各類發電廠的合理組合（二）各類發電廠的合理組合第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整圖5-2 各類發電廠組合順序示意圖（a）枯水季節 （b）豐水季節第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整夏季豐水期，水量充足，水電廠應帶基本負荷以避免棄水、節約燃煤。在此期間，可抓緊時間進行火電廠設備的檢修。冬季枯水期，來水較少，應由凝汽式火電廠承擔基本負荷，水電廠則承擔尖峰負荷。第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整1、耗量特性 電力系統中有功功率負荷合理分配的目標是，在滿足一定約束條件的前提下，盡可能節約消耗的能源

9、。 (1)耗量微增率 ：單位時間內輸入能量微增量與輸出功率微增量的比值。為耗量特性曲線上某一點切線的斜率。(2)比耗量 ：單位時間內輸入能量與輸出功率之比。為耗量特性曲線上某一點縱坐標和橫坐標的比值。(3)發電設備的效率 ：為比耗量的倒數。dPdWPWdPdFPF/ /或PWPF/ /或四、有功功率負荷的最優分配第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整效率曲線和微增率曲線 耗量特性2、目標函數和約束條件 明確了有功功率負荷的大小和耗量特性，在系統中有一定的備用容量時，就可以考慮這些負荷在已運行發電設備或發電廠之間的最優分配問題。在數學上，其性質是在一定的約束條件下，使某一函數為最優，而這些約束

10、條件和目標函數都是各種變量狀態變量、控制變量、擾動變量的非線性函數?？杀磉_為在滿足如下：第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整0d)u,(?xf0d)u,g(x,d)u,C(x,C niGiGnnGGppFpFpFF12211)(.)()(及不等式約束條件的前提下，使目標函數為最優 有功負荷的最優分配的目的在于：在供應同樣大小負荷有功功率 的前提下，單位時間內的能源消耗最少。這目標函數應該是總耗量。原則上，這總耗量應與所有變量有關，但通常認為，它只是各發電設備所發有功功率 的函數，即目標函數可寫作niGip1Gip等約束條件第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整 等式約束條件：有功功率必須

11、保持平衡的條件。 對于每個節點： 對于整個系統： 若不計網損：0sincos1ijijijijnjjiLiGiBGUUPP011PPPniLiniGi011niLiniGiPP第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整不等式約束條件：為系統的運行限制。變量：各發電設備輸出有功功率。 maxminmaxminmaxminiiiGiGiGiGiGiGiUUUQQQPPP第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整3、最優分配負荷時的等耗量微增率準則 根據給定的目標函數和等式約束條件建立一個新的、不受約束的目標函數拉格朗日函數。 對拉格朗日函數求導，得到最小值時應有的三個條件： 21212211*LLGG

12、GGPPPPPFPFC拉格朗日乘子第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整 求解（1）得到： 這就是著名的等耗量微增率準則，表示為使總耗量最小，應按相等的耗量微增率在發電設備或發電廠之間分配負荷。21212121222111,00LLGGGGGGGGPPPPPPfdPPdFdPPdF第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整第二節 電力系統的頻率調整一、電力系統負荷的有功功率頻率靜態特性 當頻率變化時，電力系統中的有功功率負荷也將發生變化。當電力系統處于穩態運行時，系統中有功負荷隨頻率的變化特性稱為負荷的有功功率-頻率靜態特性。 電力系統綜合負荷的有功功率與頻率的關系用數學式表示為式中， 為電力

13、系統頻率為 時，整個系統的有功負荷， 為電力系統頻率為額定值 時，整個系統的有功負荷， 為上述有功負荷占 的百分數。332210NLNNLNNLNLNLffPaffPaffPaPaPLPfLNPNfiaLNP第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整二、發電機組的有功功率頻率靜態特性1、自動調速系統 如右圖所示：調速系統由四個部分組成：1為轉速測量元件（飛擺）；2為放大元件（錯油門）；3為執行機構（油動機）；4為轉速控制機構（調頻器）。第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整1.概念介紹1)發電機的單位調節功率：發電機組原動機或電源頻率特性的斜率。 標志著隨頻率的升降發電機組發出功率減少或增加的

14、多寡。* /GGGNGGNGNGNPKMw HzfP fKK fPPf 2、發電機組的有功功率頻率靜態特性第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整2)發電機是調差系數：單位調節功率的倒數。發電機的單位調節功率與調差系數的關系：一般來說發電機的單位調節功率是可以整定的：汽輪發電機組 =35或 =33.320水輪發電機組 =24或 =5025100100% 0 000NNGNNGNGNNGNNGfffPffPPffPffPf100%1*GK%*GK%*GK第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整3)負荷的單位調節功率：綜合負荷的靜態頻率特性的斜率。 一般而言：LNNLLNNLLLLPfKfPfPK

15、HzMwfPK/ *5 . 1*LK第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整1)簡述：由于負荷突增，發電機組功率不能及時變動而使機組減速，系統頻率下降，同時，發電機組功率由于調速器的一次調整作用而增大，負荷功率因其本身的調節效應而減少，經過一個衰減的振蕩過程，達到新的平衡。2)數學表達式：KS：稱為系統的單位調節功率，單位Mw/Hz。表示原動機調速器和負荷本身的調節效應共同作用下系統頻率下降或上升的多少。SLGLLGLKKKfPfKKP/00三、 頻率的一次調整第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整3)注意：取功率的增大或頻率的上升為正；為保證調速系統本身運行的穩定，不能采用過大的單位調節功

16、率；對于滿載機組，不再參加調整。 對于系統有若干臺機參加一次調頻： 具有一次調頻的各機組間負荷的分配，按其調差系數即下降特性自然分配。LGSKKK第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整四、頻率的二次調整1.當負荷變動幅度較大（0.5%1.5%），周期較長（幾分鐘），僅靠一次調頻作用不能使頻率的變化保持在允許范圍內，這時需要籍調速系統中的調頻器動作，以使發電機組的功頻特性平行移動，從而改變發電機的有功功率以保持系統頻率不變或在允許范圍內。2.數學表達式 如果 ，即發電機組如數增發了負荷功率的原始增量，則 ，即所謂的無差調節。 對于N臺機，則：SLGGLLGGLKKKfPPfKKPP000000

17、GLPP0fSLGGLKKKfPP00第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整3.當系統負荷增加時，由以下三方面提供：v二次調頻的發電機組增發的功率 ；v發電機組執行一次調頻，按有差特性的調差系數分配而增發的功率 ；v由系統的負荷頻率調節效應所減少的負荷功率 。GPGKfLKf第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整4.頻率調整圖第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整五、 調頻廠的選擇 調頻廠須滿足的條件：v調整的容量應足夠大；v調整的速度應足夠快；v調整范圍內的經濟性能應該好；v注意系統內及互聯系統的協調問題。通過分析各種電廠的特點，調頻廠的選擇原則為：v系統中有水電廠時，選擇水電廠做調頻廠；v當水電廠不能做調頻廠時，選擇中溫中壓火電廠做調頻廠。第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率調整六、 互聯系統的頻率調整 由幾個地區系統互聯為一個大系統的情況，對某一個地區