电力系统稳态分析-第五章.ppt

电力系统稳态分析,第五章电力系统的有功功率平衡与频率调整（电力系统的有功功率平衡）主讲周任军,一、电力系统频率变化的影响1、对用户的影响（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）电子设备的准确度2、对发电厂和电力系统的影响（1）对发电厂厂用机械设备运行的影响（2）对汽轮机叶片的影响（3）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无功消耗。,二、电力系统运行频率与有功功率平衡的关系要保持电力系统在某一频率下运行，就必须保证在该频率下电力系统的有功率功率平衡；有功不足，频率下降；有功过剩，频率升高。,三、频率变化原因及分类1、负荷波动分类P1一类负荷波动周期短；幅值小；由用电设备的投入和退出引起；不可预测。P2二类负荷波动周期较长，幅值较大；由大容量用电设备的投入和退出引起，不可预测。P3三类负荷波动周期最长，幅值最大；由生产生活规律和气象条件变化引起；可以预测。,2、频率变化原因负荷变化破坏电力系统的有功率平衡关系。3、电力系统频率的调整方法及频率调整分类①频率调整方法根据负荷变化调整有功电源（发电机）出力。②频率调整分类一次调整针对第一类负荷变动进行的调整，由于这类负荷的变动周期很短、幅值较小，又具有很强的偶然性，所以只能靠自动装置（调速器）来实现。二次调整针对第二类负荷变动进行的调整，由调频器改变调频电厂的机组出力来实现。,三次调整针对第三类负荷变动进行的调整，由于此类负荷基本上可以预测，所以通常都是根据预测的负荷曲线按最优分配原则在系统各发电机（发电厂）之间进行分配。所以三次调整又称为负荷的最优分配，由人工完成。,四、电力系统有功率平衡及备用容量1、电力系统的负荷与电源容量◆综合负荷系统中所有负荷之和；◆供电负荷综合负荷网损；◆发电负荷供电负荷厂用负荷；◆系统额定容量系统装机额定容量之和；◆系统电源容量系统中可运行机组的可发容量之和。2、有功功率平衡与系统备用容量①有功功率平衡（额定频率下）②系统备用容量定义系统备用容量系统电源容量-发电负荷≈（15～20）,作用在系统出现第一类、第二类负荷的波动、负荷的超计划增长、事故导致的发电机退出运行和设备检修导致的设备退出运行情况下，保证电力系统在要求频率水平下的功率平衡，以保证供电可靠性和电能质量。,分类按用途负荷备用针对一类、二类负荷波动和预测外负荷设置（25）。事故备用针对事故导致发电设备退出设置（510，且不小于系统最大一台机组的额定容量）。检修备用针对发电设备检修退出运行设置（视情况）。国民经济备用针对国民经济的超计划增长设置（35）按形式热备用系统运行机组所具有的备用容量；冷备用系统中可运行而未运行机组的可发容量。,发电负荷负荷备用（热备用）运行机组可发容量事故备用（热备用）可运行机（冷备用）组的可发检修备用（冷备用）容量国名经济备用（冷备用）,五、有功电源的合理组合1、有功负荷最优分配的内容①有功电源的最优组合（冷备用分布）◆最优组合顺序◆最优组合数量◆最优开停机时间②有功负荷最优分配（热备用分布）2、有功电源的合理组合顺序1）各类发电厂的特点①凝汽式火力发电厂矿物能源、环境污染、燃料及运输费用。,高温高压运行经济性较好、出力可调范围小、不易频繁开停机、不易承担急剧变动负荷。中温中压运行经济性较差、出力调节范围较大、不易频繁开停机、不易承担急剧变动负荷。②热电厂矿物能源、环境污染、燃料及运输费用、供热情况下发电时效率高，但存在强迫功率、不易频繁开停机、不易承担急剧变动负荷。③核电厂矿物能源、环境不良影响小、建设投资大、周期长、发电成本低、不易承担急剧变动负荷、不易频繁开停机。,④水电厂可再生能源、环境不良影响小、开停机时间短、调节速度快、开停机及调节出力时经济性好、建设周期长，投资大、出力受水头影响。径流式水电站强迫功率、无调节能力；具有调节库容的水电站存在强迫功率、技术最小出力小，调节范围大。,2）各类发电厂合理组合顺序,电力系统稳态分析,第五章电力系统的有功功率平衡与频率调整（电力系统有功负荷的最优分配频率的三次调整）主讲周任军,一、有功负荷的最优分配1、目的满足负荷需求，经济合理分配各发电机组有功出力，使系统总的能源消耗（燃料费用、市场调度总费用）最少。2、发电机的耗量特性①耗量特性火电厂水电厂,汽轮发电机组耗量特性曲线水轮发电机组耗量特性曲线②比耗量火力发电机组水力发电机组反映发电机在该运行状态下平均效率的高低。,③耗量微增率火力发电机组水力发电机组反映发电机组在该运行状态下，出力增加或减少单位值时，能源消耗增加或减少的多少。,3、有功负荷的最优分配（火电厂、不计能源消耗受限）①目标函数②约束条件等约束条件（或潮流方程）不等约束条件,,,,,,,③简单最优分配◆不计不等约束、不计网损影响情况下，根据拉格朗日乘数法有C*取得极值条件，即原函数在满足等约束条件下取得极值条件为（1）（2）即（3）等耗量微增率准则（4）,--等耗量微增率准则,◆计及有功不等约束时，有功负荷的最优分配先不考虑不等约束条件，按等耗量微增率准则对负荷进行分配；对于分配功率超过上限的机组取上限，低于下限的机组取下限；从总负荷中减去按上限或下限发电机组的出力，将剩余的负荷在剩余机组中再按等耗量微增率准则进行分配。◆节点电压及无功不等约束条件的考虑不能违背；与有功负荷最优分配无直接关系；有功负荷最优分配后，在潮流计算中考虑。,◆考虑网损时，有功负荷的最优分配目标函数不变等约束条件拉格朗日函数取得极值条件,最优分配原则★将各发电机的耗量微增率用相应的网损修正系数修正后，在满足等约束条件下，按等网损微增率准则分配。4、例题1,二、能源消耗受限制（既有火电厂，又有水电厂）时，有功负荷的最优分配（一水一火）1、目标在整个运行时间段内满足用户的电力需求，合理分配水火电厂的负荷，使总燃料消耗量最少。2、最优分配原则目标函数等约束条件,,,,拉格朗日函数取得极值条件,最优分配原则即在每个时间段内，在满足功率平衡的情况下，按分配，并使总的水量消耗等于规定值。,,,,3、的物理意义及计算①物理意义就发电而言，每吨标准煤相当于立方米水，称为水煤换算系数。,,,,,,,,②与允许耗水量的关系越大，水轮发电机分配得到的出力越小，耗水量越小。反之，允许的耗水量越大，则的取值应越小。,,③的确定采用迭代法，步骤如下（1）给定出,按最优分配原则求（2）将与允许耗水量进行比较，若，则重取；若，则重取。再按所取循环计算，直到，则即为所求。,例题2,三、多个火电厂和多个水电厂的负荷分配给定与已知比较直到与相等，则最后一次求得的就是最优分配。,一种概念。现代电力系统中优化调度方法,例,目标函数等式约束条件不等式约束,总费用,火电费用,水电费用,,,优化模型及求解,电力系统稳态分析,第五章电力系统的有功功率平衡与频率调整3主讲周任军,负荷的变化将引起频率的相应变化，电力系统的有功功率和频率调整大体上分一次、二次、三次调整。频率的一次调整（或称为一次调频）指由发电机组的调速器进行的，是对一次负荷变动引起的频率偏移作调整。频率的二次调整（或称为二次调频）指由发电机组的调频器进行的，是对二次负荷变动引起的频率偏移作调整。频率的三次调整（或称为三次调频）是对三次负荷变动引起的频率偏移作调整。将在有功功率平衡的基础上，按照最优化的原则在各发电厂之间进行分配。,一、电力系统综合负荷的有功静态频率特性1、负荷有功功率静态频率特性,,当频率偏离额定值不大时，负荷有功－频率静态特性用一条近似直线来表示。,KL*KL由系统负荷性质决定，无法调整。通常,,负荷的频率调节效应系数或称为负荷的频率调节效应、负荷的单位调节功率，表示负荷随频率的变化程度。,2、发电机有功功率静态频率特性①调速器工作原理,1转速测量元件离心飞摆及其附件；2放大元件错油门或称配压阀；3执行机构油动机或称接力器；4转速控制机构或称同步器调频器,FLASH,②调频器工作原理,③发电机有功功率静态频率特性◆无调速器时◆有调速器时,◆有调频器时,④发电机的调差系数、单位调节功率,◆调差系数某台机组负荷改变时相应的频率偏移若2为额定运行点，1为空载运行点,,◆单位调节功率,调差系数的倒数，表示频率变化时发电机组输出功率的变化量。,发电机的单位调节功率与调差系数的关系一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的汽轮发电机组35或33.320水轮发电机组24或5025,二、电力系统频率的一次调整1、工作过程2、电力系统的有功功率静态频率特性发电机功率增量称为电力系统的单位调节功率。,系统的单位调节功率定义,,,标幺值表示系统的单位调节功率,krPGN/PLN为备用系数,等式两端同除以PLN/fN,,3、多机系统中等值发电机的单位调节功率结论参与一次调整的发电机数量越多，等值发电机的单位调节功率越大，从而系统的单位调节功率越大。4、一次调整的特点◆不能实现无差调节，因而在负荷变化较大的情况下（如第二类负荷变化）不能保证系统频率在要求的范围；◆参与一次调整的发电机数量越多，同样负荷变化情况下，系统频率波动越小。,5、一次调整的计算①计算系统等值发电机的单位调节功率②计算系统的单位调节功率③计算电力系统的频率偏移④计算各发电机增发的功率（需要时）,注取功率的增大或频率的上升为正；为保证调速系统本身运行的稳定，不能采用过大的单位调节功率；对于满载机组，不再参加调整。对于系统有若干台机参加一次调频具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其调差系数即下降特性自然分配。,三、电力系统频率的二次调整,负荷变动幅度较大（0.51.5），周期较长（几分钟）仅靠一次调频作用不能使频率的变化保持在允许范围内需要调频器动作可以实现无差调节,1、调整过程2、计算分析若则3、系统负荷变化的提供二次调频的发电机组增发的功率；发电机组执行一次调频，按有差特性的调差系数分配而增发的功率；由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率,四、互联网络的频率调整,,,联络线功率,,,例4－6例4－7,联合电力系统的接线图及参数如下，联络线的功率传输限制为300MW，频率偏移超出才进行二次调频，当子系统A出现功率缺额200MW时，如系统A不参加一次调频，联络线的功率是否越限,例题（一、二次调频）,解①系统A不参加一次调频，不进行二次调频时的频率偏移,调频器不动作,不进行频率的二次调整。②联络线上的功率变化,③联络线传输功率校验,联络线传输功率未超越其传输极限功率。,四、调频电厂选择1、二次调频过程中的负荷转移为调整过程稳定和保证调整不破坏系统负荷的最优分配，系统只设置一个调频电厂。结论二次调整结束后，负荷变化绝大部分为调速机组所承担。,2、对调频电厂的要求◆调频电厂应有足够的调节容量；调频厂的调节容量可由下式确定。式中◆调整速度快，调整过程经济性和安全性要好；◆不增加调整过程中系统联络线工作困难。,,3、调频厂选择枯水季节由具有调节库容的大型水电厂担任；洪水季节由中温中压火力发电厂担任。当一个电厂的调节容量不能满足要求时，可以在系统中设置一个或几个辅助调频厂，但辅助调频厂只能在主调频厂满发后仍不能满足要求时才参加二次调整，且任何时候都应只有一个电厂参与二次调整，以保证调节过程的稳定性。,