电力系统分析第四章-新

电力系统分析第四章电力系统有功功率和频率调整第四章电力系统有功功率和频率调整4.1电力系统有功功率的平衡4.2电力系统有功功率的最优分配4.3电力系统的频率调整4.1电力系统有功功率的平衡引言：衡量电能质量的指标包括：频率质量、电压质量和波形质量，分别以频率偏移、电压偏移和波形畸变率表示。衡量运行经济性的主要指标为：比耗量和线损率线损率：线路损耗电能与始端输入电能的比值；比耗量：生产单位电能所消耗的一次能源。z1ΔW×100%W有功功率的最优分布包括：有功功率负荷预测、有功功率电源的最优组合、有功功率负荷在运行机组间的最优分配等。4.1电力系统有功功率的平衡2、频率与有功平衡的关系：1）转矩平衡与功率平衡：2）转矩不平衡时，转子转速变化，引起频率变化：TETEM=MP=Ppnf=601、频率偏差的概念：实际频率与额定频率之间的差值；我国频率额定值是50Hz，偏移范围为±（0.2～0.5）Hz。一、频率偏差及频率调整的必要性4.1电力系统有功功率的平衡★对用户的影响：（1）异步电机转速：纺织工业、造纸工业；（2）异步电机功率下降；（3）电子设备的准确度。★对发电厂和电力系统的影响：（1）对发电厂厂用机械设备运行的影响；（2）对汽轮机叶片的影响；（3）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无功消耗。3、频率调整的必要性（频率变化的影响）：4.1电力系统有功功率的平衡根据有功负荷随时间不规则变化按其变化幅度和周期，将负荷变动分为三类：（1）变动幅度很小，变化周期很短，这种负荷变动有很大的偶然性，属随机负荷变动；（2）变动幅度较大，变化周期较长，属于这种负荷的主要有：电炉、电气机车等带有冲击性的负荷变动；（3）变动幅度最大，变化周期最长，其变动基本上可以预计，是由生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。二、有功功率负荷的变化及调整1、有功负荷变动的分类：4.1电力系统有功功率的平衡有功功率负荷的变化及调整☆这三种负荷变动都将使电力系统的频率发生一定的变化，有功功率电源的输出功率也发生变化。4.1电力系统有功功率的平衡根据负荷变动的分类，有功平衡和频率调整也相应分为三类：a.一次调频：由发电机调速器进行；b.二次调频：由发电机调频器进行；c.三次调频：由调度部门根据负荷预测曲线进行最优分配。☆前两种是事后的，第三种是事前的。☆一次调频时所有运行中的发电机组都可以参加，取决于发电机组是否已经满负荷发电，这类发电厂称为负荷监视厂；二次调频是由平衡节点来承担；三次调频则属于电力系统经济运行调度的范畴。2、有功平衡和频率调整：4.1电力系统有功功率的平衡1、有功功率平衡：GiLDiLoss,ΣP=P+ΔP有功功率电源：电力系统各类发电厂的发电机；系统电源容量（系统装机容量）：系统中所有发电厂机组额定容量的总和；备用容量：系统电源容量大于发电负荷的部分。三、有功功率平衡和备用容量即保证有功功率电源发出有功与系统发电负荷相平衡。2、相关的一些基本概念：4.1电力系统有功功率的平衡作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量必须大于发电负荷。分类：按存在形式分为：热备用和冷备用；按作用分为：负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用等。3、备用容量的分类：1、负荷备用：调整负荷波动或超计划负荷增加；2、事故备用：发电设备发生偶然事故时，维持系统正常供电所需的备用；3、检修备用：使系统中发电设备能定期检修而设置；4、国民经济备用：着眼未来4.1电力系统有功功率的平衡四、有功功率负荷曲线的预测1、电力系统经济调度概述：电力系统经济调度是电力系统运行的重要内容之一，其主要任务是在保证电能质量和供电安全性的前提下，使系统的运行成本降至最低。系统经济调度主要通过制定优化的系统运行计划来实现。短期运行计划就是指日或周的系统发电计划，其直接服务于系统的优化运行。系统的短期运行计划问题是一个十分复杂的系统优化问题，但由于其所带来的显著经济效益，人们一直在积极研究，提出了各种方法来解决这个问题。4.1电力系统有功功率的平衡2、有功功率负荷预测目的：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，以此为依据按最优准则对各发电厂、发电机组之间进行有功功率的经济分配。3、负荷曲线的编制：发电厂负荷曲线＝总负荷＋网损＋厂用电①参照长期积累的数据对用户的用电计划进行调整；②确定网络损耗和厂用电；③注意气象、节假日等条件的变化。4、负荷预测方法：传统预测方法和现代预测方法。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4.2电力系统有功功率的最优分配2、主要内容要求在保证系统安全的条件下，在所研究的周期内，以小时为单位合理选择电力系统中哪些机组应该运行、何时运行及运行时各机组的发电功率，其目标是在满足系统负载及其它物理和运行约束的前提下使周期内系统消耗的燃料总量或总费用值为最少。引言：1、经济调度的第二个问题是有功功率的最优分配，包括：有功功率电源的最优组合有功功率负荷的最优分配4.2电力系统有功功率的最优分配有功功率电源的最优组合：系统中发电设备或发电厂的合理组合，即通常所说的机组的合理开停，大体上包括三个部分：1.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。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；核心是按等耗量微增率准则进行分配。各类发电厂的基本运行特点?发电厂的效率：比耗量倒数；即。2、比耗量：耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，即单位时间内能量的输入和输出之比，记为μ；即。4.2电力系统有功功率的最优分配＝＝μF/PμW/P或＝＝ηP/FηP/W或一、基本概念1、耗量特性：反映发电设备或几种发电设备的组合在单位时间内能量输入和输出关系的曲线。W4.2电力系统有功功率的最优分配＝＝＝＝ΔFdFΔWdWλλΔPdPΔPdP或3、耗量微增率：耗量特性曲线上某点切线的斜率，表示在该点的能量输入增量与输出增量之比，即4.2电力系统有功功率的最优分配Σn1G12G2nGniGii=1F=F(P)+F(P)++F(P)=F(P)1、目标函数：☆有功负荷最优分配的目的：在满足有功功率平衡的前提下，合理分配各发电机组出力，使发电设备在生产电能的过程中所消耗的能源最少或成本最少。二、有功功率负荷最优分配的目标函数和约束条件①单位时间内总能源消耗最少（n火电厂系统）：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总消耗量。耗量特性相互独立4.2电力系统有功功率的最优分配()mτiGi0i=1mminF=F(P)dt表示系统中火电厂数目②当消耗的能源受到限制（含有水力发电厂）时，目标函数就不再是单位时间内消耗的能源，而是一定运行时间τ内的能源消耗：nnGiLDii=1i=1P-P-ΔP=0（1）等式约束条件：系统有功功率的平衡若不计网损，则2、约束条件：4.2电力系统有功功率的最优分配GiminGiGimaxGiminGiGimaximiniimaxPPPQQQUUU（2）不等式约束条件：τjHj0W(P)dt=C定值☆若系统含有水电厂，除有功功率平衡条件外，还有一个约束条件（用水量C）：4.2电力系统有功功率的最优分配G1G2LDP+P-P=0()()Σ1G12G2minF=FP+FP求解：建立一个新的、不受约束的目标函数――拉格朗日函数三、等耗量微增率准则1、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，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。目标函数：等式约束条件：4.2电力系统有功功率的最优分配对拉格朗日目标函数求导，得到最小值时应有的三个条件：即时，单位时间内总能源消耗最少。1G1G1G12G2G2G2G1G2LDdFPL=0=-λPdPdFPL=0=-λPdPL=0=P+P-Pλ4.2电力系统有功功率的最优分配★这就是著名的等耗量微增率准则：为使总耗量最小，应按相等的耗量微增率在发电设备或发电厂之间分配负荷。nnΣGiLDii=1i=1L=F-λP-PGiGiiGiFL=-λ=0PPdF=λ(i=1,2,,n)dP2、扩展到n个火力发电系统：等耗量微增率准则4.2电力系统有功功率的最优分配3、考虑不等式约束条件时的解决方案：1）先不考虑不等式约束条件，按等耗量微增率准则进行经济分配计算；2）若发现PGi的分配计算结果越限，越限的发电厂按极限分配负荷：即低于其下限PGimin时，取PGi＝PGimin；高于其上限PGimax时，取PGi＝PGimax；3）对其余的不越限发电设备，按等耗量微增率准则重新进行经济分配。4.2电力系统有功功率的最优分配11G1G122G2G233G3G3dFλ==0.3+0.0014PdPdFλ==0.32+0.0008PdPdFλ==0.3+0.0009PdP123λ=λ=λ；G1G2G3G3G2P=14.29+0.572P=0.643PP=22.22+0.889P解：(1)按所给耗量特性可得各厂的微增耗量特性为：根据等耗量微增率准则：4.2电力系统有功功率的最优分配例题4－1：某火电厂三台机组并联运行，各机组的燃料消耗特性及功率约束条件如下：试确定当总负荷分别为400MW、700MW时，发电厂间功率的经济分配（不计网损的影响）？，，，21G1G1G122G2G2G223G3G3G3F=4+0.3P+0.0007Pt/h100MWP200MWF=3+0.32P+0.0004Pt/h120MWP250MWF=3.5+0.3P+0.00045Pt/h150MWP300MW4.2电力系统有功功率的最优分配G1G2G3P+P+P=400MWG1G1P100MWP=100MW取G2G3P+P=300MW；；G1G2G3P=100MWP=147.05MWP=152.95MW(2)总负荷为400MW，即；；G1G2G3P=98.77MWP=147.7MWP=153.53MW可得：校验不等式约束条件：剩余的负荷功率300MW，应在电厂2和3之间重新分配：经校验，三个发电厂的有功功率都在不等式约束范围内。4.2电力系统有功功率的最优分配G2G2P250MWP=250MW取G1G3P+P=450MW；；G1G2G3P=176MWP=250MWP=274MW校验不等式约束条件：剩余的负荷功率450MW，应在电厂1和3之间重新分配：经校验，三个发电厂的有功功率都在不等式约束范围内。G1G2G3P+P+P=700MW(3)总负荷为700MW，即可得：；；G1G2G3P=168.5MWP=296.6MWP=261.9MW4.2电力系统有功功率的最优分配21G1G1F=0.01P+1.2P+2522G2G2F=0.015P+1.5P+10作业题：已知某火电厂有两台机组，其耗量特性分别为：每台机组的额定容量均为100MW，技术最小负荷均为20MW。试求：1）当电厂负荷为120MW时，两台机组如何经济分配负荷？2）当电厂负荷为50MW时，两台机组又如何经济分配负荷？4.2电力系统有功功率的最优分配a.设耗量微增率的初值；(0)λb.求与对应的各发电设备应发功率；iGi(0)GidFPλ=dP(0)GiP4、等耗量微增率准则的迭代求解基本步骤：c.校验求得的是否满足功率平衡条件：；nnGiLDii=1i=1P-P=0(0)GiP自b开始重新计算，直到满足有功功率平衡条件。d.不满足有功平衡时，若，取；若，取；iΣGiGiGiiiiGiGiΣGidFΔPL=-λ1-=0PdPPdFdF1=α=λ(i=1,2,,n)dPdPΔP1-P4.2电力系统有功功率的最优分配nnΣGiLDiΣi=1i=1L=F-λP-P-ΔP四、考虑网损时的有功负荷最优分配网损修正系数