5-电力系统稳态分析第5章.

电力系统的有功功率和频率调整第五章问题的提出针对电力系统优质、经济的要求电能质量的三个方面：频率质量（频率偏移）：主要与有功分配和频率调整有关—第五章电压质量（电压偏移）：主要与无功分配和电压调整有关—第六章波形质量（波形畸变率）：波形畸变与谐波及其治理有关。经济性：电力系统领域研究的重要问题之一，由于学时限制不作为基本内容2目录5.1电力系统有功功率的平衡5.2电力系统中有功功率的最优分配各类发电厂的运行特点和合理组合5.3电力系统的频率调整3学时：5作业：《电力系统稳态计算》思考题：5-4、5-5、5-6习题：5-4、5-6、5-75.1电力系统有功功率的平衡有功负荷的变动和调整控制有功负荷曲线的预计有功功率电源和备用容量4有功负荷的变动和调整控制5PΣ—实际不规则的负荷变动P1—第一种负荷变动P2—第二种负荷变动P3—第三种负荷变动图5-1有功负荷的变动和调整控制（续1）6变动幅度很小，周期很短，有很大的偶然性，主要由中小型用电设备的投切引起。变动幅度较大，周期较长，主要由冲击性负荷（如电炉、压延机械、电气机车等）引起。变动幅度最大，周期最长，由生产、生活、气象等变化引起的负荷变动，基本可预测，可编制为负荷曲线。图5-1有功负荷的变动和调整控制（续2）7电力系统中负荷变动的幅度愈大，周期就愈长。有功负荷的变动和调整控制（续3）频率的一次调整（一次调频）频率的二次调整（二次调频）频率的三次调整8•针对第一种负荷变动引起的频率偏移进行调整•由于负荷变化迅速，必须由发电厂原动机调速器自动跟踪调整有功负荷的变动和调整控制（续3）频率的一次调整（一次调频）频率的二次调整（二次调频）频率的三次调整9•针对第二种负荷变动引起的频率偏移进行调整•由运行人员或自动发电控制系统（AGC）操作调频器进行调整•承担二次调频任务的发电厂称为调频厂，其母线通常可设为潮流计算中的平衡节点。有功负荷的变动和调整控制（续3）频率的一次调整（一次调频）频率的二次调整（二次调频）频率的三次调整10按经济调度的原则分配第三种有规律变化的负荷，责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。这类发电厂称为负荷监视厂。负荷控制：三种调整之外的新手段。个别负荷大量或长时间超计划用电以致影响系统运行质量时，由系统运行管理部门在远方将其部分或全部切除的控制方式。有功功率负荷曲线的预计电力系统负荷预测的重要内容制定调度计划（三次调整）的主要依据11预测方法传统方法（经验法）新方法回归分析、时间序列、神经网络，等编制有功日负荷曲线的传统方法累积实测的有功功率日负荷曲线，进行加工收集用电大户申报的未来若干天的预计负荷参照长期积累的实测数据，汇总、调整用电量计入网络损耗，得到供电量在可投入的发电容量中扣除厂用电，得到可承担系统负荷的发电容量12加工原则：加工前后最大、最小负荷及曲线下的面积相等12345网络损耗和厂用电网络损耗一般占系统总负荷的6-10%不变损耗：与负荷大小无关（变压器空载损耗）可变损耗：与负荷的平方成正比（变压器和线路电阻中的损耗）厂用电发电厂本身消耗的功率（自用功率）各类发电厂的厂用电占电厂最大负荷的比例：水电厂0.1%～1%；火电厂5%～8%；核电厂4%～5%13“网损率”和“厂用电率”都是电量考核指标。注意电力系统的有功功率电源电力系统有功电源：各类发电厂的发电机电力系统可供调度的电源容量：各发电厂可投入发电设备的可发功率之和可供调度的电源容量总装机容量机组的定期检修停机水电厂发电机组由于水头降低而降额运行14有功功率备用容量什么是有功功率备用容量？（可供调度的）系统电源容量大于发电负荷的部分。为什么需要设置备用容量？保证供电可靠性和良好的电能质量有功备用容量的分类15按形式分类热备用冷备用按用途分类负荷备用事故备用检修备用国民经济备用有功备用容量按形式分类16•又称旋转备用（spinningreserve）•运转中的发电设备最大可发功率与系统发电负荷之差热备用•未运转、但能随时启用的发电设备最大可发功率•检修中的发电设备不属于冷备用冷备用电力系统必须设置一定量的热备用，但热备用容量也不宜设置过多。注意有功备用容量按用途分类17•调整短期负荷波动并承担（日）计划外的负荷增加而设置的备用•一般为最大负荷的2%-5%负荷备用•为保证用户在某些发电设备发生偶然性事故时不受严重影响而设置的备用•一般为最大负荷的5%-10%，同时不得小于系统中最大机组的容量。事故备用12有功备用容量按用途分类（续）18•为保证发电设备定期检修时不影响供电而设置的备用•备用容量的大小与负荷关系不密切•只有在负荷季节性低落期间和节假日安排不下所有设备的大、小修时才需要设置检修备用。检修备用•为负荷的超计划增长而设置的备用国民经济备用34各种备用容量的关系19（可供调度的）系统电源容量系统发电负荷备用容量负荷备用2%～5%事故备用5%～10%检修备用（视需要）国民经济备用热备用冷备用运转中发电设备可发的最大功率目录5.1电力系统有功功率的平衡5.2电力系统有功功率的最优分配各类发电厂的运行特点和合理组合5.3电力系统的频率调整205.2电力系统有功功率的最优分配有功电源的最优组合：机组的合理开停（机组的最优启停调度问题）实质：冷备用容量的合理分布常用方法：最优组合顺序法、动态规划法有功负荷的最优分配：一定量的负荷在运行中的发电机或发电厂中的合理分配（负荷的经济调度或最优潮流问题）实质：热备用容量的合理分布常用方法：等耗量微增律准则21各类发电厂的运行特点发电方式分类（按一次能源形式）22火电利用煤、石油、天然气等燃烧所产生的热能，在锅炉中将水变成高温高压蒸汽，推动汽轮机，带动发电机发电。水电利用河流的水能发电，发电功率与流量和落差的乘积成正比。核电利用核燃料在反应堆中产生的热能，将水变成蒸汽，推动汽轮机，带动发电机发电。新能源风力发电、光伏发电、燃料电池，……火电厂主要运行特点为维持锅炉燃烧的稳定性和汽轮机尾部温度不因轻载而升高，锅炉和汽轮机都具有技术最小负荷，一般限制火力发电机组出力不低于额定负荷的70％锅炉和汽轮机退出运行和再度投入或承担急剧变动负荷时会耗能、费时、易损坏设备火电厂的锅炉和汽轮机分为：高温高压－效率高，灵活调节的范围窄中温中压－效率较低，但灵活调节的范围较宽低温低压－技术经济指标最差，应淘汰热电厂（供热式火力发电厂）效率高，最小负荷取决于热负荷（强迫功率）23核电厂主要运行特点反应堆的负荷没有限制，汽轮机的技术最小负荷为额定负荷的10%-15%反应堆和汽轮机退出运行和再度投入或承担急剧变动负荷时会耗能、费时、易损坏设备核电厂一次投资大，运行费用小24水电厂主要运行特点水电厂的强迫功率：为保证河流下游的灌溉、通航，向下游释放一定水量时发出的功率水轮机技术最小负荷视水电厂的具体条件而异水轮机的退出运行和再度投入操作简单，所需时间短、不需额外耗能水轮机承担急剧变动负荷时，不需额外耗能和花费时间水头过分低落时，水轮机组可发功率降低25水电厂主要运行特点（续）水电厂的分类26无调节水库水电厂•所发功率取决于河流的天然流量•一昼夜所发功率基本不变有调节水库水电厂•运行方式取决于水库调度所给定的水电厂耗水量。洪水季节（丰水期）满负荷运行，枯水季节承担急剧变动负荷•按库容或调节周期分为：日调节、月调节、季调节、年调节、多年调节等调节方式抽水蓄能水电厂•用于调节（减小）系统有功功率负荷的峰谷差•电厂上、下方各有一个水库。低谷负荷时，抽水蓄能；高峰负荷时，放水发电。•一次抽水蓄能、放水发电循环的总效率只有70%。小结：各发电厂运行特点要点27火电厂•有最小技术出力限制（锅炉、汽机的技术最小负荷；热电厂的强迫功率取决于热负荷）•可调范围小，调节过程耗时、耗能、易损坏设备•效率与蒸汽参数有关水电厂•强迫功率取决于耗水量要求和水电厂具体条件•可调范围大,可快速启停、快速增减负荷•出力受水文条件限制•运行方式受库容及航运、灌溉等限制核电厂•一次性投资大、运行费用小•出力调节过程耗时、耗能、易损坏设备日负荷曲线最低点以下的部分，24小时内不变。各类发电厂的合理组合基荷和峰荷的概念28Pt基荷峰荷基荷和最大负荷之间的部分，经常变动。各类发电厂的合理组合（续）考虑各类发电厂的运行特点火电厂以承担基本不变的负荷为宜。高温高压电厂优先投入，中温中压电厂其次。核电厂原则上应承担额定负荷。无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库水电厂的强迫功率应首先投入。有调节水库水电厂的可调功率：丰水期优先投入，枯水期后投入。抽水蓄能电厂承担高峰负荷。考虑可靠性、网络损耗、频率质量、稳定性，等2930枯水期丰水期图5-4各类发电厂组合顺序示意图目录5.1电力系统有功功率的平衡5.2电力系统有功功率的最优分配各类发电厂的运行特点和合理组合5.3电力系统的频率调整315.3电力系统的频率调整频率调整的必要性电力系统的有功频率静态特性频率的一次调整频率的二次调整一、二次调频的综合计算(算例)互联系统联络线功率的计算调频厂的选择32频率调整的必要性互联交流电力系统在稳态运行时具有同一频率。当系统中出现有功功率不平衡时，如有功电源不足或负荷增长时，将会引起系统频率下降，反之，将造成频率升高。频率变动对用电设备、发电厂和电力系统本身都会产生不利影响。由于电力负荷的不确定性和多变性，为了保证频率质量（限制频率偏移在允许的范围之内），必须不断调节有功功率电源的输出功率。这就是频率调整的内容。33保证频率质量的首要条件：系统有充足有功备用容量。电力系统的有功频率静态特性发电机的有功频率静态特性自动调速系统退出时的频率特性自动调速系统投入时的频率特性负荷的有功频率静态特性电力系统稳态运行频率的确定34发电机的有功频率静态特性35TPGPMPLP调速系统GT调节阀MLreff自动调速系统示意图fTP发电机的有功频率静态特性（续1）自动调速系统退出时的频率特性（汽、水门开度恒定）36*12**20TdPCCfdf令*1212fCC当时，有2*1*2*TPCfCf*f*TP1.0发电机的有功频率静态特性（续2）自动调速系统投入时的原动机频率特性调速系统分类：机－液调速系统用机械装置测速，用液压装置作为执行机构电－液调速系统用电气装置测速，用液压装置作为执行机构机－液调速系统的工作原理离心飞摆式调速系统（p202，图5-22）3738测速元件放大元件执行机构调频器发电机的有功频率静态特性（续3）一次调整39图5-24有一次调整时原动机的静态频率特性发电机的有功频率静态特性（续4）二次调整40图5-25有二次调整时原动机的静态频率特性发电机的有功频率静态特性（续5）有差调节：负荷变动时，原动机的转速或频率将有所变动（随负荷增大而降低）。无差调节：负荷变动时，原动机的转速或频率保持不变一次调频总是有差的，二次调频可实现无差调节。41发电机的有功频率静态特性（续6）调速系统的控制原理42fkPkf（飞摆）TP（汽门位置）GT调速汽门（导水叶）进汽（水）--u（油动机）0u0TPfrefPkfkffkkfkPPfrefPT10GPGKfKPPGGT0fKPPGGG0忽略损耗GTPP原动机的频率特性发电机的频率特性reff发电机的有功频率静态特性（续7）发电机的频率特性43fKPPGGG0图5-26f0GPmaxGP0fPG发电机的单位调节功率发电机的调差系数空载频率虚拟起始功率01GrefpPfk(MW/Hz)GGPKtgf1(Hz/MW)GGftgPK01reffffk物理意义：表征随系统频率的升降机组发出功率减少或增加的多寡。发电机的有功频率静态特性（续7）发电机频率特性的标么值参数标么值单位调节功率标么值调差系数百分数调差系数44GNNGNGN