合工大-电力系统稳态分析5

电力系统稳态分析合肥工业大学杨向真[e-mail]电力系统稳态分析2016/1/111电力系统稳态分析合肥工业大学补充2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学2节点电压方程：节点功率方程------潮流方程：1(YU)i1,2,,nniijjjI***1(P)j(QQ)(YU)iiiiiGiLiGiLinijjijSUIPjQPU单相分析相电流相电压每相功率节点电压方程：节点功率方程------潮流方程：1YUi1,2,,n3nijjijI*****113(P)j(QQ)(YU)3(YU)3iiiiiGiLiGiLinnijjijjiijjSUIPjQPUU三相分析线电流线电压三相功率潮流方程适合于单相、三相系统以及标幺制系统第五章PS的有功功率和频率调整2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学31.PS中有功功率的平衡2.PS中有功功率的最优分配3.PS的频率调整PS基本概念元件和电力网络等值电路和参数计算PF手算方法PF计算机算法有功和频率调整无功和电压调整2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学4前言正常、稳态运行状况的分析和计算正常、稳态运行状况的优化和调整保证正常、稳态运行状况的电能质量和经济性频率质量电压质量波形质量频率偏移电压偏移波形畸变率比耗量线损率或网损率生产单位电能所需消耗的一次能源（火电厂，煤耗率）线路上损耗的电能与线路始端输入电能的比值12%100%100%zzzWWWWW线损率变压器上的损耗是否是线损（或网损）？第三、四章第五、六章2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学55.1PS中有功功率的平衡有功功率平衡节点有功功率平衡系统有功功率平衡1(cossin)niGiLiijijijijijjPPPUUGB11nnGiLiiiPPP线路总损耗有功功率不平衡对频率的影响频率（基波频率）与转速有关，转速决定于发电机电磁转矩（随负荷变化）和原动机机械转矩（改变有时滞）负荷增加时，电磁功率增加，原动机功率未增加，则转速下降，频率下降负荷减小时，电磁功率减小，原动机功率未减小，则转速上升，频率增大60fnp包含了变压器损耗实际负荷P∑变动不规则，且时刻波动不规则的负荷波动可由以下三种有规律可循的负荷波动P1：变动幅度很小，周期很短，具有很大的偶然性P2：变动幅度较大，周期较长，冲击性负荷（电炉、压延机械、电气机车）P3：变动幅度最大，周期最长，可预计，由生产、生活、气象等变化引起的负荷波动电力系统中负荷变动的幅度愈大，周期愈大一、有功功率负荷的变动和调整2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学6有功功率负荷的波动平衡节点，担任调频任务一、有功功率负荷的变动和调整2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学7有功功率和频率的调整一次频率调整：由发电机组的调速器进行，针对第一种负荷波动P1二次频率调整：由发电机组的调频器进行，针对第二种负荷波动P2三次频率调整（系统调度）：按最优化准则分配第三种有规律的负荷P3，即各发电厂按事先给定的发电曲线发电负荷控制：个别负荷大量或长时间超计划用电，影响系统的运行质量时，系统运行管理部分在远方将其部分或全部切除的控制方式与之前潮流计算的区别：负荷不再是固定值非平衡节点（大多数），除按照负荷曲线发电外，同时参与一次调频；平衡节点：除弥补网络损耗外，还需弥补计划外负荷波动。参与一次调频还能称为PQ/PV节点吗？二、有功功率负荷曲线的预计2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学8电力系统经济调度的第一个问题就是研究用户的需求，即进行电力负荷预测，有功功率负荷预测是制定调度计划的主要依据电力系统负荷预测精度的影响：直接影响经济调度的效益，提高预测的精度可降低备用容量、减少临时出力调整和避免计划外开停机组，利于电网运行的经济性和安全性。负荷预测分类：安全监视过程中的超短期负荷预测；日调度计划日负荷预测；周负荷预测；年负荷预测；规划电源和网络发展时需要用1~20年的负荷预测值。二、有功功率负荷曲线的预计2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学9对累积实测的有功功率日负荷曲线进行加工加工原则：（1）加工前后两种曲线上最大、最小负荷等特征点应一致；（2）两种曲线下的面积，即消耗的电量应该相等，没有附加误差。用户申报＋计划调整（经验型）供电负荷：根据各用电大户申报的预计负荷，并参照长期累积的实测数据，汇总、调整用户的用电，并加上网络损耗。供电量：同时掌握各发电厂预计可投入的发电设备和发电容量，并扣除厂用电。另外，应特别注意气象条件的变化，与编制人员经验有关。编制有功日负荷曲线的传统方法（经验法）：Pt0实测曲线加工曲线发电机组发电量不可能时刻变动二、有功功率负荷曲线的预计2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学10网络损耗和厂用电网损约为系统总负荷的6%~10%厂用电包括：水电厂的厂用电率非常小（电厂最大负荷0.1%~1%）火电厂的厂用电率大得多（电厂最大负荷的5%~8%）核电厂厂用电率则为4%~5%=100%电力网损耗电量电力网络损耗供电量所有送电、变电和配电环节所消耗的电量在给定时间内，系统所有发电厂的总电量减去厂用电网损率或线损率网损包括：与负荷大小无关的不变损耗（变压器空载损耗）与负荷的平方成正比的可变损耗（变压器和线路电阻中的损耗）在有足够资料和经验情况下，运用上述方法编制的负荷曲线误差可不超过2%~3%二、有功功率负荷曲线的预计2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学111.回归分析；2.时间序列分析；3.指数平滑方法；传统预测方法现代预测方法1.人工神经网络法；2.模糊系统方法；3.专家系统方法；4.灰色系统方法；5.遗传算法；6.小波分析方法等新方法（数学分析法）三、有功功率电源和备用容量2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学12有功功率电源系统总装机容量：系统中实际安装的发电机组额定容量总和系统可供调度的电源容量可能小于总装机容量定期停机检修（并非所有机组全部不间断投入运行）水电厂发电机因水头极度降低不能按照额定容量发电等（并非满功率发电）可供调度的系统电源容量：各发电厂预计可投入运行的发电机组的可发功率之和系统备用容量系统备用容量=系统电源容量-发电负荷（包括网络损耗和厂用电）系统备用容量分类：按形式分类和按用途分类系统备用容量按形式分类2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学13热备用和冷备用（1）热备用：运转中的发电设备可能发出的最大功率与系统发电负荷之差，又称运转备用或旋转备用。作用：即时抵偿由于随机事件引起的功率缺额，比如：短时间的负荷波动、日负荷曲线的预测误差、发电机组突然退出等不宜过多：从保证可靠供电和良好电能质量着眼，越多越好；从保证系统运行的经济性着眼，不宜过多（2）冷备用：未运转但随时待命启动的发电设备可能发的最大功率。检修中的发电设备不属于冷备用。系统备用容量按用途分类2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学14负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用（1）负荷备用：调整系统中短时的负荷波动并担负计划外的负荷增加而设置的备用。一般为最大负荷的2%~5%，大系统采用较小值，小系统采用较大值；（2）事故备用：使电力用户在发电设备发生偶然性事故时不受严重影响并维持系统正常供电所需的备用。一般为最大负荷的5%~10%，且不得小于最大机组容量；（3）检修备用：使系统中的发电设备能定期检修而设置的备用，只有在负荷季节性低落期间或节假日安排不下所有设备的大小修时才设置。（4）国民经济备用：考虑负荷超计划增长而设置的备用。系统备用容量间的相互关系2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学15（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5.2PS中有功功率的最优分配2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学16①机组的最优组合顺序②机组的最优组合数量③机组的最优开停时间1.有功功率电源的最优组合：是指系统中发电设备或发电厂的合理组合。通常所说的机组的合理开停，大体上包括三个部分：2.有功功率负荷的最优分配①最优化：是指人们在生产过程或生活中为某个目的而选择的一个“最好”方案或一组“得力”措施以取得“最佳”效果这样一个宏观过程。概述②有功功率负荷的最优分配：是指系统的有功功率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。常用的是按等耗量微增率准则进行分配。一、有功功率电源的最优组合2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学17各类发电厂的运行特点火电厂（1）锅炉的技术最小负荷PGmin，取决于锅炉燃烧的稳定性，约为额定负荷的25～70％，汽轮机的技术最小负荷约为额定负荷的10～15％；取决于锅炉。（2）锅炉和汽轮机的启停耗能、耗时且易损坏设备；不宜频繁开停机（3）锅炉和汽轮机有低温低压、中温中压、高温高压，亚临界压力，超高温高压等：高温高压：效率高，调节范围窄，技术要求高。中温中压：效率相对较低，调节范围相对较宽低温低压：效率最低，技术经济指标最差，应淘汰；（4）热电厂（供热式火力发电厂）：技术最小负荷取决于热负荷（强迫功率），抽气供热，效率较高。mxminaGGGPPP一、有功功率电源的最优组合2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学18核电厂：（1）核反应堆负荷没有限制；技术最小负荷取决于汽轮机，约为额定负荷的10～15％；（2）启停耗能，耗时且易损坏设备；（3）一次投资大，运行费用小。水电厂：（1）保证下游的灌溉、通航，需向下游释放一定水量，称为强迫功率；（2）水轮机最小技术负荷由具体条件而异；（3）启停简单，用时较短，便于增减负荷（4）水头低时，可发功率降低（5）按照有无调节水库的功能分为：无调节、有调节、抽水蓄能等无调节水库：发电功率取决于河流天然流量，基本不变有调节水库：运行方式取决于水库调度给定的耗水量。洪水季节：给定耗水量较大，尽量满负荷发电；枯水季节：给定耗水量小，为了节约火电厂耗能，主要承担急剧变动的负荷，各类发电厂的合理组合2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学19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（基荷），中温中压电厂其次。原子能电厂：一次投资大，运行费用小，原则上应持续承担额定容量负荷，在负荷曲线的更基底部分运行（基荷）。水电厂（1）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先投入；（2）有调节水库水电厂的可调功率功率洪水季节先投入；枯水季节后投入，甚至几经开停（3）抽水蓄能水电厂低谷负荷蓄能；高峰发电；保证火电厂或电子能电厂负荷更平稳不能忽视保证可靠供电、降低网损、维持良好电能质量和足够的系统稳定性等要求负荷曲线的最高处是兼负调整系统频率任务的发电厂的工作位置。枯水季节：大水电厂承担调频；洪水季节：中温中压火电厂抽水蓄能电厂也可参与调频2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学20有功功率负荷的最优分配：是指系统的有功功率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。经典的方法是按等耗量微增率准则进行分配，现代采用数学规划的方法。电力系统最优运行：是电力系统分析的一个重要分支，研究的问题主要是在保证用户用电需求的前提下，如何优化地调度系统中各发电机组和系统中可调状态变量的运行工况，从而使系统发电所消耗的总燃料耗量或网络损耗达到最小。二、有功功率负荷的最优分配2016/1/11电力系统稳态分析合肥工业大学21优化问题的数学描述：min()..()0()fxsthxggxg从上述意义上讲，PS有功功率最优分配问题是一组非线性规划问题，可描述为满足非线性约束条件时非线性函数的最小值问题，其标准形式为：即在满足h(x)=0的等式约束条件下和g(x)不等式的条件下,求取目