电力系统有功功率和频率调整优秀PPT.ppt

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1、电力系统有功功率和频率调整1你现在浏览的是第一页，共45页13-1 13-1 有功平衡和频率调整有功平衡和频率调整 1.1.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）异步电机转速变化）异步电机转速变化-影响产品质量（纺织工业、影响产品质量（纺织工业、造纸工业等）造纸工业等）（2 2）异步电机功率变化）异步电机功率变化-影响效率影响效率（3 3）电子设备的精度）电子设备的精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

2、及变压器励磁的影响，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。2你现在浏览的是第二页，共45页2 2 频率与有功平衡的关系频率与有功平衡的关系转矩平衡与功率平衡转矩平衡与功率平衡转矩不平衡时转矩不平衡时,转子转转子转 速变化速变化,引起频率变化引起频率变化保持频率恒定不变是十分困难的保持频率恒定不变是十分困难的 !3你现在浏览的是第三页，共45页3有功功率负荷的变化及其调整4你现在浏览的是第四页，共45页 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

3、化幅度小，变化幅度小:小操作、小负荷的投切及波动小操作、小负荷的投切及波动等等（3 3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产班制、生活规律）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产班制、生活规律（2）变动周期在（变动周期在（10s10s180s180s），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）5你现在浏览的是第五页，共45页4 4 有功功率平

4、衡与备用容量有功功率平衡与备用容量备用容量：备用容量：15%15%25%25%作用：作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容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。应大于发电负荷。定义：定义：备用容量备用容量 系统可用电源容量系统可用电源容量 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量备用容量新增容新增容量量6你现在浏览的是第六页，共45页按作用分：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

5、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7你现在浏览的是第七页，共45页1.1.负荷的有功功率频率静态特性（负荷功频特性）负荷的有功功率频率静态特性（负荷功频特性）13-2 电力系统的频率特性电力系统的频率特性8你现在浏览的是第八页，共45页负荷的有功功率频率静态特性负荷的有功功率频率静态特性简化表达简化表达当频率偏离额定值不大时当频率偏离额定值不大时，负荷

6、有功频率静态特性用一条近，负荷有功频率静态特性用一条近似直线来表示。似直线来表示。负荷的负荷的频率调节效应系频率调节效应系数数或称为负荷的或称为负荷的频率调节频率调节效应效应，表示负荷随频率的，表示负荷随频率的变化程度。变化程度。例例13131 19你现在浏览的是第九页，共45页2 2 发电机组的有功功率频率静态特性发电机组的有功功率频率静态特性调速器的工作原理调速器的工作原理1 为转速测量元件为转速测量元件离心飞摆及其附件；离心飞摆及其附件；2 为放大元件为放大元件错油门错油门(或称配压阀或称配压阀)；3 为执行机构为执行机构油动机油动机(或称接力器或称接力器)；4 为转速控制机构或称为转速

7、控制机构或称同步器同步器(调频器调频器)10你现在浏览的是第十页，共45页调频器的工作原理调频器的工作原理11你现在浏览的是第十一页，共45页发电机组的有功功率频率静态特性发电机组的有功功率频率静态特性（1 1）静态调差系数静态调差系数:某台机组负荷改变时相应的频率偏移某台机组负荷改变时相应的频率偏移若若2 2为额定运行点，为额定运行点，1 1为空载为空载运行点：运行点：12你现在浏览的是第十二页，共45页单位调节功率单位调节功率:调差系数的倒数，表示频率变化时发调差系数的倒数，表示频率变化时发电机组输出有功功率的变化量。电机组输出有功功率的变化量。小结：小结：调差系数越小，单位调节功率越大，

8、频率偏移越小。说明系调差系数越小，单位调节功率越大，频率偏移越小。说明系统的运行频率越稳定。统的运行频率越稳定。注意：注意：调差系数是可以整定的，它是由发电机的速度调节机构决定调差系数是可以整定的，它是由发电机的速度调节机构决定的，受机构的限制，汽轮机一般为：的，受机构的限制，汽轮机一般为：16.725水轮机一般为：水轮机一般为：255013你现在浏览的是第十三页，共45页3 电力系统的有功功率频率静态特性电力系统的有功功率频率静态特性PfP1f1ACBP2f214你现在浏览的是第十四页，共45页负荷功率的实际增量：负荷功率的实际增量：它同发电机功率增量平衡：它同发电机功率增量平衡：系统的单位

9、调节功率系统的单位调节功率：计及发电机组和负荷的调节效：计及发电机组和负荷的调节效应时，系统频率单位变化时引起有功负荷的变化量。应时，系统频率单位变化时引起有功负荷的变化量。PfP1f1ACBP2f215你现在浏览的是第十五页，共45页标幺值表示系统的单位调节功率系统的单位调节功率kr=PGN/PDN为备用系数为备用系数 等式两端同除以等式两端同除以PDN/fN小结：小结：系统中有功功率电源的出力不仅应满足在额定频系统中有功功率电源的出力不仅应满足在额定频率下系统对有功功率的需求，而且应有一定的备用。率下系统对有功功率的需求，而且应有一定的备用。16你现在浏览的是第十六页，共45页13-3 电

10、力系统的频率调整电力系统的频率调整一、频率的一次调整一、频率的一次调整n台装有调速器的机组并列运行时，系统频率变化台装有调速器的机组并列运行时，系统频率变化 f f时时n台机组的等值单台机组的等值单位调节功率位调节功率结论：结论：n台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的单位调节功率。（单位调节功率。（上式公式中若发电机已满载，其单位上式公式中若发电机已满载，其单位调节功率调节功率 为为0）17你现在浏览的是第十七页，共45页把把n台机组用一台等值机代替，等值单位调节功率标幺值台机组用一台等值机代替，等值单位调节功率标幺值代入代入18你现在浏览的是第十八

11、页，共45页频频率率的的一一次次调调整整的的计计算算过过程程例例13-2 例例13-3求出频率偏差求出频率偏差每台机组的功每台机组的功率增量率增量小结：小结：调差系数越小的机组增调差系数越小的机组增加的有功输出相对越多。加的有功输出相对越多。19你现在浏览的是第十九页，共45页频率的二次调整频率的二次调整：通过操作调频器，使发电机组的频率特性平：通过操作调频器，使发电机组的频率特性平行移动，从而将负荷变化引起的频率偏移控制在允许的波动范围行移动，从而将负荷变化引起的频率偏移控制在允许的波动范围内。内。1.主调频厂的选择主调频厂的选择调频厂：调频厂：担负二次调频任务的电厂，分为主调频厂和辅助担负

12、二次调频任务的电厂，分为主调频厂和辅助 调频厂。调频厂。调频厂应满足的条件：调频厂应满足的条件：1 1）足够的调整容量）足够的调整容量2 2）较快的调整速度）较快的调整速度3 3）调整范围内的经济性较好）调整范围内的经济性较好二、频率的二次调整二、频率的二次调整20你现在浏览的是第二十页，共45页调整容量调整容量:水电厂水电厂 火电厂火电厂 中温中压电厂（中温中压电厂（7575）高温高压电厂（高温高压电厂（3030）调整速度：调整速度：水电厂水电厂 火电厂火电厂调频厂选择：调频厂选择：首选：水电厂首选：水电厂 其次：中温中压电厂其次：中温中压电厂21你现在浏览的是第二十一页，共45页2.2.频

13、率二次调整的过程频率二次调整的过程pf0f1ABf2CEF22你现在浏览的是第二十二页，共45页频率的二次调整频率的二次调整结论：结论：（1）由于二次调频增加了发电机的出力，在同样）由于二次调频增加了发电机的出力，在同样 的频率偏移下，系统能承受的负荷变化量增加了。的频率偏移下，系统能承受的负荷变化量增加了。（2）能够做到）能够做到无差调节无差调节。AE EF FC23你现在浏览的是第二十三页，共45页多台机组并列运行（三台机组，多台机组并列运行（三台机组，1号机组为主调频机组）号机组为主调频机组）例例13-413-4例例13-513-5调频机组未动作时调频机组未动作时调频机组动作后调频机组动

14、作后24你现在浏览的是第二十四页，共45页13-4 13-4 互联系统的频率调整互联系统的频率调整25你现在浏览的是第二十五页，共45页联络线功率联络线功率例例13-613-6例例13-713-7B系统不参加系统不参加二次调整二次调整26你现在浏览的是第二十六页，共45页13-4 13-4 各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合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优分配。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

15、发电设备和发电厂的合理组合。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的发电：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。设备或发电厂之间的合理分配。27你现在浏览的是第二十七页，共45页一、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（1 1）燃料及运输费用）燃料及运输费用（2 2）有功出力最小限制）有功出力最小限制（3 3）效率与蒸汽参数有关）效率与蒸汽参数有关（4 4）启停时间长且启停费用高）启停时间长且启停费用高（5 5）热电厂总效率较高，但与热负荷相应的输出功率是不可）热电厂总效率较高，但与热负荷相应的输出功率是不可

16、调节的强迫功率。调节的强迫功率。28你现在浏览的是第二十八页，共45页一、一、各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点2 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29你现在浏览的是第二十九页，共45页一、一、各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点3 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10

17、15。（2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高；启停及）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。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。30你现在浏览的是第三十页，共45页二、各类发电厂的合理组合二、各类发电厂的合理组合原则原则（1 1）充分利用水源。）充分利用水源。（2 2）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。（3 3）尽量降低火力发电成本。）尽量降低火力发电成本。31你现在浏览的是第三十一页，共45页枯水期枯水期丰水期丰水期抽水抽水发电发电32你现在浏览的是

18、第三十二页，共45页4.5 4.5 电力系统有功功率的最优分配电力系统有功功率的最优分配1 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能量反映发电机组单位时间内能量输入输入和和输输出出关系的曲线。关系的曲线。耗量特性耗量特性33你现在浏览的是第三十三页，共45页4.5 4.5 电力系统有功功率的最优分配电力系统有功功率的最优分配比耗量：比耗量：耗量特性曲线上某点的纵坐耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，即输入和输出之比标和横坐标之比，即输入和输出之比效率：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：耗量特性曲线上某点切线的斜率，表示在该点的输点

19、切线的斜率，表示在该点的输入增量与输出增量之比。入增量与输出增量之比。效率曲线和微增率曲线效率曲线和微增率曲线 34你现在浏览的是第三十四页，共45页二、目标函数和约束条件二、目标函数和约束条件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。能源最少。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35你现在浏览的是第

20、三十五页，共45页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。述的是单位时间内能源的消耗量。36你现在浏览的是第三十六页，共45页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37你现在浏览的是第三十七页，共45页三、三、等耗量微增率准则等耗量微增率准则以两台火电机组为例，忽略有功网损；假定各台机组的燃料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：消

21、耗量和输出功率不受限制，要求：确定负荷功率在两台机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组间的分配，使总的燃料消耗量最小。等式约束等式约束 目标函数目标函数38你现在浏览的是第三十八页，共45页三、三、等耗量微增率准则等耗量微增率准则作图法求解（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，况下，两条曲线的切线平行时，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，就是该点的曲线的切线即斜

22、率，就是该点的耗量微增率。耗量微增率。39你现在浏览的是第三十九页，共45页切线平行时，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。这就是等微增率准则。就是等微增率准则。物理意义物理意义40你现在浏览的是第四十页，共45页四、多个发电厂间的负荷经济分配四、多个发电厂间的负荷经济分配1.1.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 41你现在浏览的是第四十一页，

23、共45页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42你现在浏览的是第四十二页，共45页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，若发现越限，先不考虑该约束条件进行经济分配计算，若发现越限，越限的发电厂按极限分配负荷，其余发电厂再按经济越限的发电厂按极限分配负荷，其余发电厂再按经济分配。分配。节点电压及无功功率约束节点电压及无功功率约束 在经济功率分配后的潮流计算中处理。在经济功率分配后的潮流计算中处理。例例4843你现在浏览的是第四十三页，共45页2.2.考虑网损的有功最优分配考虑网损的有功最优分配等式约束变为等式约束变为目标

24、函数不变目标函数不变拉格朗日函数为拉格朗日函数为经过网损修正后的经过网损修正后的等微增率准则等微增率准则网损修正系数网损修正系数44你现在浏览的是第四十四页，共45页五、一个水电厂和一个火电厂间有功负荷的最优分配五、一个水电厂和一个火电厂间有功负荷的最优分配目标：目标：在整个运行周期内满足用户的电力需求，合理分配水火在整个运行周期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。电厂的负荷，使总燃料消耗量最少。等式约束等式约束：目标函数最小目标函数最小：这是一个求泛函极值问题，一般应用变分法求解。这是一个求泛函极值问题，一般应用变分法求解。45你现在浏览的是第四十五页，共45页