05第五章电力系统的有功功率和频率调整.ppt
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1、电力系统分析根底Power System Analysis Basis五 主讲人:栗然第一页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第一页,编辑于星期六:十一点 四十五分。1第五章电力系统的有功功率和频率调整第五章电力系统的有功功率和频率调整1、电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡2、有功功率的最优分配有功功率的最优分配各类发电厂的运行特点和合理组合各类发电厂的运行特点和合理组合不计网损时水、火电厂间的经济功率分配不计网损时水、火电厂间的经济功率分配计网及损时各发电厂间的经济功率分配计网及损时各发电厂间的经济功率分配3、电力系统频率的调整、电力系统频率的调整电力系统负荷及电源的频率静态特
2、性电力系统负荷及电源的频率静态特性频率的一、二次调整,互联系统的频率调整频率的一、二次调整,互联系统的频率调整第二页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第二页,编辑于星期六:十一点 四十五分。2一一.电力系统频率变化的影响电力系统频率变化的影响对用户的影响对用户的影响1 1异步电机转速:纺织工业、造纸工业异步电机转速:纺织工业、造纸工业2 2异步电机功率下降异步电机功率下降3 3电子设备的准确度电子设备的准确度对发电厂和电力系统的影响对发电厂和电力系统的影响1 1对发电厂厂用机械设备运行的影响对发电厂厂用机械设备运行的影响2 2对汽轮机叶片的影响对汽轮机叶片的影响3 3对异步电机及变压器励磁的影
3、响,增加无对异步电机及变压器励磁的影响,增加无 功消耗。功消耗。5.15.1电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡第三页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第三页,编辑于星期六:十一点 四十五分。3二二 频率与有功平衡的关系频率与有功平衡的关系频率频率由发电机转速决定由发电机转速决定转速与其轴上的转矩平衡有关转速与其轴上的转矩平衡有关转矩平衡与功率平衡转矩平衡与功率平衡5.15.1电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡负荷变化负荷变化M MT T:由于惯性大变化慢:由于惯性大变化慢M ME E:有功负荷变化快:有功负荷变化快产生瞬时不平衡产生瞬时不平衡转矩转矩不平衡不平衡 发
4、电机转速变化发电机转速变化 频率变化频率变化(+0.2HZ0.2HZ+0.5HZ)0.5HZ)第四页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第四页,编辑于星期六:十一点 四十五分。4三有功功率负荷的 变化及其调整5.15.1电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡第五页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第五页,编辑于星期六:十一点 四十五分。5 系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动 负荷组成:负荷组成:1 1变动周期小于变动周期小于10s10s,变化幅度小,变化幅度小:小操作、线路摇摆等小操作、线路摇摆等3 3变动周期最大,变化幅度
5、最大:气象、生产、生活规律变动周期最大,变化幅度最大:气象、生产、生活规律2变动周期在变动周期在10s,180s,变化幅度较大:大电机、电,变化幅度较大:大电机、电 炉启停炉启停调速器调速器频率的一次调整频率的一次调整调频器调频器频率的二次调整频率的二次调整根据预测负根据预测负荷,在各机荷,在各机组间进行最组间进行最优负荷分配优负荷分配电力系统的经济运行调度(发电计划)电力系统的经济运行调度(发电计划)第六页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第六页,编辑于星期六:十一点 四十五分。65.15.1电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡备用容量:备用容量:15%15%20%20%作用:作
6、用:为了保证供电可靠性及电能质量为了保证供电可靠性及电能质量合格,系统电源容量应大于发电负荷。合格,系统电源容量应大于发电负荷。定义:定义:备用容量备用容量 系统可用电源系统可用电源容量容量 发电负荷发电负荷 有功功率平衡:有功功率平衡:8760t(h)P(MW)发电负荷发电负荷备用容备用容量量新增容新增容量量四、有功功率电源和备用容量四、有功功率电源和备用容量系统电源容量系统电源容量:可投入:可投入发电设备的可发功率之和发电设备的可发功率之和第七页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第七页,编辑于星期六:十一点 四十五分。7按作用分:按作用分:(1)负荷备用:满足负荷波动、计划外负荷备用:满足
7、负荷波动、计划外的负荷增量的负荷增量2%5%(2)事故备用:发电机因故退出运行而事故备用:发电机因故退出运行而预留的容量预留的容量5%10%(3)检修备用:发电机计划检修检修备用:发电机计划检修4%5%(4)国民经济备用:满足工农业超计划国民经济备用:满足工农业超计划增长增长3%5%按其存在形式分:按其存在形式分:(1)热备用热备用(2)冷备用冷备用备用容量的分类备用容量的分类第八页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第八页,编辑于星期六:十一点 四十五分。8系统中有备用容量时,可考虑有功功率的最优分配问题,包系统中有备用容量时,可考虑有功功率的最优分配问题,包括有功电源的最优组合及有功负荷的最
8、优分配。括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配。有功电源的最优组合有功电源的最优组合:系统中发电设备和发电厂的合理组合。:系统中发电设备和发电厂的合理组合。包括:机组的最优组合顺序,机组的最优组合数量,机组的最优开包括:机组的最优组合顺序,机组的最优组合数量,机组的最优开停时间。停时间。有功负荷的最优分配有功负荷的最优分配:系统中的有功负荷在各个正在运行:系统中的有功负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配。的发电设备或发电厂之间的合理分配。5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配第九页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第九页,编辑于星期六:十一点 四十
9、五分。9承担急剧变化负荷时与投、退相似,额外耗能、费时承担急剧变化负荷时与投、退相似,额外耗能、费时一、一、各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点1 1 火电厂火电厂5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配支付燃料费用支付燃料费用技术最小负荷技术最小负荷锅炉锅炉 25%70%25%70%汽机汽机 10%15%10%15%效率与蒸汽效率与蒸汽参数有关参数有关高温高压:效率高、调节范围小高温高压:效率高、调节范围小中温中压:较前者低、但调节范围大中温中压:较前者低、但调节范围大低温低压:指标最差、不用于调节低温低压:指标最差、不用于调节热电厂:抽气供热,效率最高,有不
10、可调节的强迫功率热电厂:抽气供热,效率最高,有不可调节的强迫功率火火电电厂厂第十页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第十页,编辑于星期六:十一点 四十五分。102 2 水电厂水电厂1 1不需燃料费,但一次投资大不需燃料费,但一次投资大2 2出力调节范围比火电机组大出力调节范围比火电机组大3 3启停费用低,且操作简单启停费用低,且操作简单4 4出力受水头影响出力受水头影响5 5抽水蓄能抽水蓄能6 6必须释放水量强迫功率必须释放水量强迫功率一、一、各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配第十一页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第
11、十一页,编辑于星期六:十一点 四十五分。113 核电厂核电厂1最小技术负荷小,为额定负荷最小技术负荷小,为额定负荷1015。2启停费用高;负荷急剧变化时,调节费用启停费用高;负荷急剧变化时,调节费用高;启停及急剧调节时,易于损坏设备。高;启停及急剧调节时,易于损坏设备。3一次投资大,运行费用小。一次投资大,运行费用小。一、一、各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配第十二页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第十二页,编辑于星期六:十一点 四十五分。12原那么原那么1充分利用水源。充分利用水源。2降低火电机组的单位煤耗,发挥高效
12、降低火电机组的单位煤耗,发挥高效机组的作用。机组的作用。3尽量降低火力发电本钱,增加燃用劣尽量降低火力发电本钱,增加燃用劣质煤、当地煤。质煤、当地煤。二、二、各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配第十三页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第十三页,编辑于星期六:十一点 四十五分。13枯水期枯水期丰水期丰水期抽水抽水发电发电第十四页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第十四页,编辑于星期六:十一点 四十五分。141 1、发电机组的耗量特性发电机组的耗量特性:反映发电机组单位时间内反映发电机组单位时间内能量能量输入输入和和输出输出
13、关系的曲线。关系的曲线。耗量特性耗量特性三、电力系统有功功率的最优分配三、电力系统有功功率的最优分配5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配第十五页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第十五页,编辑于星期六:十一点 四十五分。15比耗量:比耗量:耗量特性曲线上某点耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比,即输的纵坐标和横坐标之比,即输入和输出之比入和输出之比效率:效率:比耗量倒数比耗量倒数耗量微增率耗量微增率:耗量特性曲线上某点:耗量特性曲线上某点切线的斜率,表示在该点的输入增量切线的斜率,表示在该点的输入增量与输出增量之比。与输出增量之比。效率曲线和微增率曲线效率曲线
14、和微增率曲线 1 1、发电机组的耗量特性发电机组的耗量特性5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配第十六页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第十六页,编辑于星期六:十一点 四十五分。16有功负荷最优分配的目的有功负荷最优分配的目的:在满足对一定量负荷持续供电的前:在满足对一定量负荷持续供电的前提下,使发电设备在生产电能的过程中单位时间内所消耗的能源提下,使发电设备在生产电能的过程中单位时间内所消耗的能源最少。最少。满足条件:满足条件:等式约束等式约束 f(x、u、d)=0 不等式约束不等式约束 g(x、u、d)0 使使 目标函数目标函数 F=F(x、u、d)最优最优
15、2、目标函数和约束条件、目标函数和约束条件5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配第十七页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第十七页,编辑于星期六:十一点 四十五分。17(1)(1)目标函数目标函数系统单位时间内消耗的燃料火电机组系统单位时间内消耗的燃料火电机组该目标函数是各发电设备发出有功功率的函数,描述的该目标函数是各发电设备发出有功功率的函数,描述的是单位时间内能源的消耗量。是单位时间内能源的消耗量。2、目标函数和约束条件目标函数和约束条件5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配第十八页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第十八页,编
16、辑于星期六:十一点 四十五分。18(2)(2)约束条件约束条件等式约束等式约束不等式约束不等式约束忽略有功网损忽略有功网损2、目标函数和约束条件、目标函数和约束条件5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配第十九页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第十九页,编辑于星期六:十一点 四十五分。19以两台火电机组为例,忽略有功网损;假定各台机组的燃料消耗量和输出以两台火电机组为例,忽略有功网损;假定各台机组的燃料消耗量和输出功率不受限制,要求:功率不受限制,要求:确定负荷功率在两台机组间的分配,使总的燃确定负荷功率在两台机组间的分配,使总的燃料消耗量最小料消耗量最小。等式约
17、束等式约束 目标函数目标函数3、等耗量微增率准那么、等耗量微增率准那么5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配第二十页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第二十页,编辑于星期六:十一点 四十五分。20作图法求解只有两台机组作图法求解只有两台机组 在在OO上找到一点作垂线,上找到一点作垂线,与两条耗量特性曲线的交点与两条耗量特性曲线的交点 间距离最短。间距离最短。在耗量特性曲线具有凸性的情在耗量特性曲线具有凸性的情 况下,两条曲线的切线平行时,况下,两条曲线的切线平行时,燃料消耗量最少。燃料消耗量最少。曲线的切线即斜率,就是该点的耗量微增率。曲线的切线即斜率,就是该点的
18、耗量微增率。3、等耗量微增率准那么、等耗量微增率准那么5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配第二十一页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第二十一页,编辑于星期六:十一点 四十五分。21切线平行时,斜率相等,也就是耗量微增率相等。这切线平行时,斜率相等,也就是耗量微增率相等。这就是等微增率准那么。就是等微增率准那么。物理意义物理意义第二十二页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第二十二页,编辑于星期六:十一点 四十五分。221 1.不计网损的有功最优分配不计网损的有功最优分配目标函数最小:目标函数最小:等式约束条件:等式约束条件:这是多元函数求条件极值问题,可以利用拉
19、格朗日乘数法求解。这是多元函数求条件极值问题,可以利用拉格朗日乘数法求解。构造拉格朗日函数构造拉格朗日函数 4、多个发电厂间的负荷经济分配多个发电厂间的负荷经济分配5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配第二十三页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第二十三页,编辑于星期六:十一点 四十五分。23求拉格朗日函数的无条件极值求拉格朗日函数的无条件极值第二十四页,编辑于星期五:二十一点 十八分。第二十四页,编辑于星期六:十一点 四十五分。24不等式约束的处理不等式约束的处理功率上下限约束功率上下限约束 先不考虑该约束条件进行经济分配计算,假设发现越先不考虑该约束条件进行经
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- 05 第五 电力系统 有功功率 频率 调整
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