1、電力系統(tǒng)分析第五章1第1頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四第五章電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整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)網(wǎng)及損時(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2第2頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四一.電力系統(tǒng)頻率變化的影響對(duì)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(duì)發(fā)電廠和電力系統(tǒng)的影響（1）對(duì)發(fā)電廠廠用機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的影響（

2、2）對(duì)汽輪機(jī)葉片的影響（3）對(duì)異步電機(jī)及變壓器勵(lì)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3第3頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四二 頻率與有功平衡的關(guān)系頻率由發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q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)中有功功率的平衡負(fù)荷變化MT：由于慣性大變化慢ME：有功負(fù)荷變化快產(chǎn)生瞬時(shí)不平衡轉(zhuǎn)矩不平衡 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化 頻率變化(+0.2HZ+0.5HZ)4第4頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四三有功功率負(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5第5頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四 系

3、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(dòng) 負(fù)荷組成：（1）變動(dòng)周期小于10s，變化幅度小:小操作、線路搖擺等（3）變動(dòng)周期最大，變化幅度最大：氣象、生產(chǎn)、生活規(guī)律（2）變動(dòng)周期在（10s，180s），變化幅度較大：大電機(jī)、電 爐啟停調(diào)速器頻率的一次調(diào)整調(diào)頻器頻率的二次調(diào)整根據(jù)預(yù)測(cè)負(fù)荷，在各機(jī)組間進(jìn)行最優(yōu)負(fù)荷分配電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行調(diào)度（發(fā)電計(jì)劃）6第6頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四5.1電力系統(tǒng)中有功功率的平衡備用容量：15%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：8760

4、t(h)P(MW)發(fā)電負(fù)荷備用容量新增容量四、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7第7頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四按作用分：(1)負(fù)荷備用：滿足負(fù)荷波動(dòng)、計(jì)劃外的負(fù)荷增量2%5%(2)事故備用：發(fā)電機(jī)因故退出運(yùn)行而預(yù)留的容量5%10%(3)檢修備用：發(fā)電機(jī)計(jì)劃?rùn)z修4%5%(4)國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用：滿足工農(nóng)業(yè)超計(jì)劃增長(zhǎng)3%5%按其存在形式分：(1)熱備用(2)冷備用備用容量的分類8第8頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四系統(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

5、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。5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配9第9頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四承擔(dān)急劇變化負(fù)荷時(shí)與投、退相似，額外耗能、費(fèi)時(shí)一、 各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)1 火電廠5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配支付燃料費(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，

6、有不可調(diào)節(jié)的強(qiáng)迫功率火電廠10第10頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四2 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(jiǎn)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)5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配11第11頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四3 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)5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配12

7、第12頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四原則（1）充分利用水源。（2）盡可能利用原子能。（3）降低火電機(jī)組的單位煤耗，發(fā)揮高效機(jī)組的作用。（4）盡量降低火力發(fā)電成本，增加燃用劣質(zhì)煤、當(dāng)?shù)孛骸６?各類發(fā)電廠的合理組合5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配13第13頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四枯水期豐水期抽水發(fā)電14第14頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四1、 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。三、電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配耗量特性15第15頁(yè)，共51頁(yè)，202

8、2年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四比耗量：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。效率曲線和微增率曲線 1、發(fā)電機(jī)組的耗量特性5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配16第16頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四有功負(fù)荷最優(yōu)分配的目的：在滿足對(duì)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5.2

9、電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配17第17頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四(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5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配18第18頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四(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)和約束條件5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配19第19頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四以兩臺(tái)火電機(jī)組為例，忽略有功網(wǎng)損；假定各臺(tái)機(jī)組的燃料消耗量和輸出功率不受限制，要求：確定負(fù)

10、荷功率在兩臺(tái)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5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配20第20頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四作圖法求解（只有兩臺(tái)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5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配21第21頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四切線平行時(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22第22

11、頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四（1）.不計(jì)網(wǎng)損的有功最優(yōu)分配目標(biāo)函數(shù)最小：等式約束條件：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5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配23第23頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四求拉格朗日函數(shù)的無條件極值24第24頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四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。

12、25第25頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四（2）.考慮網(wǎng)損的有功最優(yōu)分配等式約束變?yōu)槟繕?biāo)函數(shù)不變拉格朗日函數(shù)為經(jīng)過網(wǎng)損修正后的等微增率準(zhǔn)則網(wǎng)損修正系數(shù)網(wǎng)損微增率的物理意義：某發(fā)電廠所發(fā)功率的變化引起的網(wǎng)路總損耗的變化阻抗矩陣法網(wǎng)損微增率26第26頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四目標(biāo)：在整個(gè)運(yùn)行周期內(nèi)滿足用戶的電力需求，合理分配水火電廠的負(fù)荷，使總?cè)剂舷牧孔钌佟５仁郊s束：目標(biāo)函數(shù)最小：這是一個(gè)求泛函極值問題，一般應(yīng)用變分法求解。5、水、火發(fā)電廠間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配27第27頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)

13、9分，星期四變分法求解，分段處理等式約束：目標(biāo)函數(shù)：5、水、火發(fā)電廠間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配5.2電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配28第28頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四拉格朗日函數(shù)5、水、火發(fā)電廠間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配29第29頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四5、水、火發(fā)電廠間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配任一瞬間：其中：水煤換算系數(shù)1m3水量相當(dāng)于2噸煤的消耗豐水期小，枯水期大30第30頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四 水、火電廠之間的經(jīng)濟(jì)分配仍按等微增率原則分配，只不過，水電廠微增率乘一個(gè)2后分配，水電廠在一定時(shí)間內(nèi)可消耗水量越多，單位重量燃料可折

14、換的水量越大， 2 從而2H也越小，水電廠應(yīng)分配更多負(fù)荷。由于j事先未知，須假設(shè)j的初值，分配計(jì)算求出各段負(fù)荷，然后計(jì)算出T時(shí)間內(nèi)的用水量物理解釋：計(jì)算：與Wj比較結(jié)束計(jì)算增大j0 ，重復(fù)計(jì)算減小j0 ，重復(fù)計(jì)算5、水、火發(fā)電廠間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配31第31頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四1、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?yè)P(yáng)機(jī)等與頻率的二次方成正比變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5.3電力系

15、統(tǒng)的頻率調(diào)整一、負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性32第32頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整33第33頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性簡(jiǎn)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。34第34頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四二、 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(cè)量元件離心飛擺及其附件；2 為放大元件錯(cuò)油門(或稱配壓閥)；3 為執(zhí)行機(jī)構(gòu)油動(dòng)機(jī)(或稱接力器)；4 為轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)或稱同步器(

16、調(diào)頻器)35第35頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四調(diào)頻器的工作原理36第36頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四（1）、無調(diào)速系統(tǒng)時(shí): PT=c1f-c2f2（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5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整37第37頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四（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5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整38第38頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四2、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(dòng)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

17、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5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整39第39頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整發(fā)電機(jī)的調(diào)差系數(shù)：?jiǎn)挝徽{(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40第40頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整發(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)組的有功功率頻率靜態(tài)特性41第41頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四fPOP0PLf

18、0PGPLPL0AP0Bf0O B A 三、 頻率的一次調(diào)整5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整簡(jiǎn)述：由于負(fù)荷突增，發(fā)電機(jī)組功率不能及時(shí)變動(dòng)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。42第42頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四系統(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。fPOP0PLf0PGPLPL0AP0Bf0O B A 43第43頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四注意：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(duì)于滿載機(jī)組，不再參加調(diào)整。 對(duì)于系統(tǒng)有若干臺(tái)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、 頻率的一次調(diào)整5.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整44第44頁(yè)，共51頁(yè)，2022年，5月20日，18點(diǎn)9分，星期四頻率的二次調(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(dòng)，從而使負(fù)荷變化引起的頻率偏移在允許的波動(dòng)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：