电力系统分析-PowerPoint演示文稿

电力系统分析东南大学电气工程学院第五章电力系统的运行与管理5.1电力系统的运行与管理问题5.2电力系统的有功平衡与频率调整5.3电力系统的无功平衡与电压调整5.4电力系统有功、无功经济分配5.7能量管理系统EMS5.1电力系统的运行与管理问题(1)电力系统运行与管理的主要内容有：1）调整系统频率在规定范围内。系统频率偏移过大的危害：„对用户的影响:生产效率下降,产生次品和废品。„对发电厂的影响：汽轮机叶片谐振，发电机温度升高，电压下降，辅机功能下降。„对系统运行的影响：互联电力系统的解列，发电机解列。5.1电力系统的运行与管理问题(2)2)监视和控制电压在规定范围内。系统电压过低或过高都会影响用电设备运行的安全性和经济性。3）确保运行调度的经济性。4）安全分析和安全控制。5）尽可能满足环保要求。6）对复杂市场要求所提出的运行方式评估其可操作性能量管理系统(EMS)-EnergyManagementSystem对电力系统运行进行统一调度的系统称为EMS。主要包括运行计划编制和实时控制管理。„数据采集和监控系统(SCADA系统)„自动发电控制(AGC)„经济调度控制(EDC)„电力系统状态估计(StateEstimator)„安全分析(SecurityAnalysis)„调度员模拟培训系统(DTS)。CentralGeneratingStationStep-UpTransformerDistributionSubstationReceivingStationDistributionSubstationDistributionSubstationCommercialIndustrialCommercialGasTurbineRecipEngineCogenerationRecipEngineFuelcellMicro-turbineFlywheelResidentialPhotovoltaicsBatteriesResidentialDataConcentrator调度中心DatanetworkUsers监控系统电力一次系统典型EMS系统配置图数据采集与监控系统采集电力系统运行的实时数据的自动化系统。主要功能有：„数据采集与数据处理——由装设在发电厂、变电所内的远动终端RTU(Remoteterminalunit)采集数据，通过RTU与调度中心之间的通信通道传送信息。„监视和报警——越限报警、故障报警、故障记录、远方操作等，以协助调度人员进行电力系统的实时运行管理。„事件顺序记录及事故追忆„数据管理状态估计SE(StateEstimator)„对系统中某一时间断面的遥测遥信信息进行数据处理。„提高实时数据的精度„剔除不良数据„补充测量的不足以建立高质量的实时数据库状态估计在电力调度自动化系统中的作用安全分析SA(SecurityAnalysis)„电力系统的安全可以用该系统免遭事故破坏的能力来度量„若发生任何一种事故均不会发生用户停电、潮流、电压越限、稳定性破坏，则称此系统处于正常安全状态„安全分析的主要内容是对运行中的电力系统进行各种可能发生的预想事故的预计算N-1准则安全控制SC(SecurityControl)„保持电力系统处于安全运行状态的控制安全状态不安全状态恢复状态紧急状态恢复控制紧急控制校正控制预防控制正常状态自动发电控制AGC(AutomaticGenerationControl)　„跟踪负荷的变化进行一次调频与二次调频„对计划性的负荷变化按发电计划调整出力。对于偏离计划的负荷变化实现在线的负荷经济分配，也就是所谓的三次调频„监视和调整备用容量以满足系统的安全要求电压与无功功率控制　„在线运行时电压与无功功率控制的目的是：„保证用户的电压水平以保证用电设备的高效率运行。„合理利用无功能源使网损最小。„保持系统中枢点电压以满足电压稳定性的要求。„在调度中心通过实时数据库中的信息，每隔一定时间进行一次电压——无功优化计算，确定实时情况下为使电压与无功进入最优化方式时各种调节设备(静止补偿器、发电机无功、调相机无功出力、变压器分接头)的调节量，并进行远方自动控制。　调度员培训仿真DTS(DispatcherTrainingSimulator)　„培训调度人员使之有能力对电力系统进行运行管理„调度员在培训仿真器上工作，与在实际调度中心管理一个实际电力系统一样„在仿真器上模拟系统的各种运行方式、事故及操作的全系统场景　电力系统的可调可控点5.2电力系统的有功平衡与频率调整5.2.1电力系统的有功平衡功率平衡关系：∑PG－电网中所有发电机发出功率的总和。∑PL－电网用户负荷总和。∑∆Pl－网络中线路和变压器上的有功功率损耗。∑∆Pg－网络内发电厂本身厂用电总和。glLGPPPPΣΔ+ΣΔ+Σ=Σ2fωπ=TGPP≡发电机输出电磁功率原动机输入功率TGTGPPPP≥⎧⎨≤⎩有功功率负荷的变动及其分类控制„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：（1）变动周期小于10s，变化幅度小（3）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（10s，180s），变化幅度较大调速器频率的一次调整调频器频率的二次调整根据预测负荷，在各机组间进行最优负荷分配频率的三次调整5.2电力系统的有功平衡与频率调整„为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统中的发电设备容量应大于系统的负荷。„备用容量：系统中的发电容量大于负荷的部分，分为热备用和冷备用。„热备用：指运行着的发电设备可能发的最大功率与当前系统实际的负荷之差，也称旋转备用；„冷备用：指系统中那些未运行的发电设备可能发的最大功率。按作用分：(1)负荷备用：满足负荷波动、计划外的负荷增量(2)事故备用：发电机因故退出运行能顶上的容量(3)检修备用：发电机计划检修(4)国民经济备用：满足工农业超计划增长按其存在形式分：(1)热备用(2)冷备用有功功率电源的最优组合„各发电厂（机组）在承担系统负荷时的合理组合„各类发电厂的运行特点：火电厂：(1)需支付燃料费用(2)最小技术出力(3)可调范围小(4)热电厂中，热负荷输出功率是强迫功率(5)运行效率与蒸汽参数有关：高温高压中温中压水电厂：(1)无需支付燃料费用(2)受水库容量限制(3)可调范围大。机组投切增减负荷不增加能耗，时间短(4)有强迫功率，视不同水电厂而定调峰机组核电站：(1)一次投资大(2)运行费用小(3)承担急剧负荷变动、投切时，需增加能耗，时间长承担基荷各类发电厂（机组）的合理组合基本原则：合理利用水资源，分枯水期与洪水期区别对待有调节能力的水电机组调峰基荷调峰基荷(1)(3)(2)(4)(5)(6)无调节水电厂、强迫功率核电站当地燃料火电厂热电厂可调高温高压中温中压5.2.2发电机与负荷的功率——频率特性1.电力网负荷的功率——频率特性负荷的功率—频率静特性：系统的其他因素保持不变，负荷吸取的有功功率的大小随系统频率变化的静态关系（额定频率附近）。fPKLLΔΔ=负荷功频静特性的斜率：负荷的单位调节功率电力网负荷的功率——频率特性LNNLNLNLLLPfKffPPfPK=ΔΔ=ΔΔ=∗∗∗负荷的单位调节功率KL*∆PL－负荷变化量；PLN－额定频率下的系统负荷；∆f－系统频率变化量；fN－系统额定运行频率；负荷的单位调节功率标志了随频率的升降，负荷消耗功率增加或减小的程度。其大小与额定条件下负荷的频率调节效应相等。发电机的功率频率——特性2.发电机的功率频率——特性1）原动机未配置自动调速系统时：221221fCfCCCPm′−′=−=ωω发电机的功率频率——特性2)原动机配置自动调速系统后：发电机组的一次调频发电机的功—频静特性：发电机原动机随机组转速变化不断改变进气量或进水量，而频率将随发电机功率的增大而线性的降低的特性。fPKGGΔΔ−=发电机功频静特性直线的斜率：发电机组通过调速器实现频率的调整称为一次调频。发电机的单位调节功率发电机的单位调节功率:NGNGNGNGGPfKffPPK⋅=ΔΔ−=*式中：PGN－发电机额定功率。ｆN－系统额定频率。ΔPG－发电机功率变化量。Δｆ－系统频率变化量。****1GGPfKΔΔ−=−=σ100%100%0×−=×ΔΔ−=⋅NNNGGNfffPPffσ发电机组的调差系数：()()GNNGNNGPffPffPf−=−−−=ΔΔ−=000σ发电机组的调差系数100%×⋅=σNGNGfPK有二次调整的功频静特性„发电机组通过调频器实现频率的调整称为二次调频5.2.3电力系统频率的一次调整„１.电力系统的一次调频当系统中装有ｎ台有调速器的发电机组时：fPKfPKfPKGNGNGGGGΔΔ−=⋅⋅⋅ΔΔ−=ΔΔ−=2211fKPfKPfKPGNGNGGGGΔ×−=Δ⋅⋅⋅Δ×−=ΔΔ×−=Δ2211KG越大（调差系数越小）的机组增加的有功输出相对越多。电力系统频率的一次调整fKfKPPGSniGiniiGSGΔ−=Δ−=Δ=Δ∑∑==⋅⋅11GNGGGSKKKK+++=L21在图中起始运行点--O点，系统负荷与发电机发出功率相平衡。000PPPGSL==ｎ台机组参加调频时：电力系统频率的一次调整„当系统负荷突然增加，系统工作于新的平衡点O'fKPLLΔ=ΔfKPGSGSΔ−=ΔGSLLPPPPPPΔ+=Δ+Δ+=′0000LLGSPPPΔ+Δ=Δ0电力系统频率的一次调整„KS——系统的单位调节功率。SLKPf0Δ−=Δ()fKfKKPPPSGSLLGSLΔ−=Δ+−=Δ−Δ=Δ0LGSSKKK+=发电机组的二次调频发电机组的二次调频是通过调频器实现的，其作用是使发电机的功频静特性平行移动。5.2.4电力系统频率的二次调整OOO′′⎯⎯⎯→⎯′⎯⎯⎯→⎯运行点运行点初始运行点二次调频一次调频电力系统功率二次调整„二次调频后，负荷的变化量由三部分组成：„二次调整后，发电机组增发的功率ΔPG0（图中线段OC）。„调速器动作，发电机增发的功率：图中线段BC)(00ffKfKGG−″−=′′Δ−„负荷本身因调节效应而减少的功率：图中线段AB。)(00ffKfKLL−″=′′Δ电力系统功率二次调整fKKPPLGGLΔ+−=Δ−Δ)(00SGLLGGLKPPKKPPff0000Δ−Δ−=+Δ−Δ−=′′Δ=Δ5.2.5互联系统的频率控制5.2.5互联系统的频率控制„将A、B系统看做一个整体：fKKPPPPBAGBGALBLAΔ+−=Δ−Δ−Δ+Δ)(BAGBLBGALAKKPPPPf+Δ−Δ+Δ−Δ−=Δ)()(对A系统单独分析：fKPPPAGAABLAΔ−=Δ−Δ+Δ5.2.5互联系统的频率控制„对B系统单独分析：fKPPPBGBABLBΔ−=Δ−Δ−Δ联立求解得：BAGALABGBLBAABKKPPKPPKP+Δ−Δ−Δ−Δ=Δ)()(令：GALAAPPPΔ−Δ=ΔGBLBBPPPΔ−Δ=Δ5.2.5互联系统的频率控制BABAKKPPf+Δ+Δ−=ΔBAABBAABKKPKPKP+Δ−Δ=ΔΔPA、ΔPB－A、B系统的功率缺额。互联系统的调频方式0=ΔfAGALAABPPPPΔ−=Δ−Δ−=Δ)(1）保持频率无偏差的调整方式：BGBLBABPPPPΔ=Δ−Δ=Δ联络线上功率变化量的大小取决于两系统的功率缺额。如果两系统均有二次调频且都能平衡各自负荷的变化量，即ΔPA=ΔPB=0，则ΔPAB=0。当一个系统出现大的负荷的变化量，而且又不能由本系统的二次调频补偿，需另一系统支援，会产生联络线功率增大。互联系统的调频方式BBAAKPKPfΔ−=Δ−=Δ0=ΔABPfKPAAΔ−=ΔfKPBBΔ−=Δ2）保持联络线交换功率不变的调整方式：采用这种方式调频，只需监视联络线功率，当ΔPAB=0时停止调频。系统负荷的变化由各自的发电机调频得到；2个系统的频率变化相等。互联系统的频率调整方式3）按频率及交换功率均可偏移，并且不能增加（只能减少）的调整方式：0=ΔAP0=ΔBP如果A、B系统都有二次调频，当ΔPA=0、ΔPB=0时，有：0=Δf0=ΔABP如果A系统有二次调频，而