第五章电力系统有

第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析第五章电力系统有功功率的平衡和频率调整§5.1电力系统有功功率的平衡§5.2电力系统的频率调整第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析2019/8/3§5.1电力系统有功功率的平衡一、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响1.对电动机：①转速变化：160(1)nsPf②影响产品质量：1fP功率2.对电子设备：影响准确性。3.对发电厂及电力系统：发电厂厂用机械多为异步电动机。4.对变压器及异步电动机：IfUQ励磁第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析2019/8/3二、电力系统中有功功率的平衡和备用容量1.有功功率负荷的变化及调整(1)三种不同变化规律tPP1P2P3P∑(2)频率调整一次调频：调整发电机组的调速器，针对P1引起的频率偏移。二次调频：由发电机的调频器进行，针对P2引起的频率偏移。三次调频：针对P3引起的频率偏移，在有功功率平衡的基础上，按最优化的原则在各发电厂之间进行经济分配。——季节性调频第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析2019/8/32.有功功率平衡和备用容量有功功率平衡GLPP++PPP用户厂用电损耗应具备一定的备用SSS备用电源发电(1)负荷备用为满足短时的负荷波动和一天中计划外的负荷而留。一般为：2%~5%SLmax(2)事故备用保证偶然事故，能维持正常供电所需。一般为：5%~10%SLmax(3)检修备用保证定期检修，不影响正常供电所需。(4)国民经济备用为满足超计划生产，新用户出现等设置的备用。备用形式：热备用，冷备用。第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析2019/8/3三、各类发电厂的特点及合理组合1.各类发电厂的特点(1)火电①不受自然条件的影响，但成本较高，对环境影响较大。②不同的发电设备，效率不同：h高温高压h中温中压h低温低压③有功出力调整范围较小，投入、退出时间较长，且能耗较大。④热电厂的总效率高于凝气式火电厂，但与热负荷相应的发电功率是强迫功率。(2)水电①受自然条件的影响，但成本较低，对环境影响较小。②发电效率较高。③有功出力调整范围较宽，负荷调整响应速度快，无额外能耗。④与保证灌溉、通航相应的发电功率是强迫功率。第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析2019/8/3(3)核电①不受自然条件的影响，运行费用少，但一次投入大。②投入、退出时间长，能耗较大，且易于损坏设备。③出力调整范围较宽，最小负荷取决汽轮机，约5%~10%SLN。2.各类发电厂的合理组合原则①充分利用水力资源；②尽量↓火电单位煤耗h高温高压：带稳定负荷h低温低压：带变动负荷热电厂带与热负荷相应的电负荷③尽量↓烧油电厂的发电量。第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析2019/8/3tP各类发电厂的组合顺序枯水期水、热电强迫功率核电燃烧当地劣质燃料火电厂热电厂可调功率高温高压火电厂中温中压火电厂水电可调功率tP丰水期水、热电强迫功率核电燃烧当地劣质燃料火电厂热电厂可调功率高温高压火电厂中温中压火电厂第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析2019/8/3四、有功功率负荷最优分配1.耗量特性F(或W)=f(PG)F：燃料，W：水量，PG：发电量PGF或WPGm,h,l耗量特性PG分配目标：满足一定约束条件时，尽可能节约能源。(1)比耗量mGFWPm或发电效率1=hmmh(2)耗量微增率ldddGFWPl或mn(单位同m)m点：l=mlm第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析2019/8/32.目标函数和约束条件•目标函数：FΣ最小。FΣ=F1(PG1)+F2(PG2)+…+Fn(PGn)=ΣFi(PGi)•约束条件：①有功平衡ΣPG-ΣPL-△PΣ=0②各发电厂设备参数不超过极限范围。PGimin≤PGi≤PGimaxQGimin≤QGi≤QGimaxUGimin≤UGi≤UGimax等约束条件不等约束条件第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析2019/8/33.最优分配负荷时的等耗量微增率准则(忽略网损)①求条件极值方法(拉格朗日乘数法)目标函数：C=C(PG1,PG2)等约束条件f(PG1,PG2)=0拉格朗日函数C*=C(PG1,PG2)-lf(PG1,PG2)l：拉格朗日乘数②以两套火力发电设备为例目标函数：C=C(PG1,PG2)=F1(PG1)+F2(PG2)等约束条件f(PG1,PG2)=PG1+PG2-PL=0拉格朗日函数C*=[F1(PG1)+F2(PG2)]-l[PG1+PG2-PL]第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析2019/8/3求条件极值，即FΣ=F1(PG1)+F2(PG2)的最小值。应满足条件：12***000GGCCPCPl，，即C*=[F1(PG1)+F2(PG2)]-l[PG1+PG2-PL]111d0d()GGFPPl222d0d()GGFPPlf(PG1,PG2)=PG1+PG2-PL=0112212dddd()()GGGGFPFPPPl即12lll等耗量微增率准则：12=lll且ΣPG-ΣPL=0为使总耗量最小，应按等耗量微增率准则在发电厂之间分配负荷。例同一发电厂内两套发电设备共同供电，它们的耗量特性分别为F1=2.5+0.25PG1+0.0014P2G1吨/小时F2=5.0+0.18PG2+0.0018P2G2吨/小时它们的可发有功功率上下限分别为PG1min=20MW;PG1max=100MWPG2min=20MW;PG2max=100MW(1)试求负荷的最优分配方案；(2)设两套设备平均分配负荷，试求负荷为100MW时，每小时多消耗的燃料。解题思路：（1）由耗量特性F1、F2，求耗量微增率l1、l2；（2）按功率下限分布负荷时的耗量微增率l1、l2，比较大小；（3）功率增大时，首先增加l小的机组出力；（4）功率增大到一定时，按l1=l2来分配负荷。解（1）由耗量特性F1、F2，求耗量微增率l1、l2；F1=2.5+0.25PG1+0.0014P2G1吨/小时F2=5.0+0.18PG2+0.0018P2G2吨/小时dddGFWPl或l1=0.25+0.0028PG1；l2=0.18+0.0036PG2；PG1min=20MW;PG1max=100MWPG2min=20MW;PG2max=100MW（2）按功率下限分布负荷时的耗量微增率l1、l2PL=40MW时，PG1=20MW，l1=0.306PG2=20MW，l2=0.288（3）功率增大时，首先增加PG2的出力；l1l2（4）功率增大到l2=l1=0.306时，才增加PG1的出力l2=0.18+0.0036PG2=0.306PG2=35MW对应负荷为PL=PG1+PG2=20+35=55MW（5）功率PL55MW，再增大时，按l1=l2来分配负荷。计算公式10.250.0028GPl20.180.0036GPl12LGGPPPl1=0.25+0.0028PG1；l2=0.18+0.0036PG2计算结果负荷最优分配方案（MW）l0.2520.2880.3060.3450.3770.4560.4720.4870.5030.5190.5300.540PG12020203445.373.57984.690.496100100PG22030354654.776.58185.489.69497100PL40505580100150160170180190197200约束条件：PG1min=20MW;PG1max=100MWPG2min=20MW;PG2max=100MWPL197MW，再增大时，增加的负荷由PG2承担。(2)设两套设备平均分配负荷，试求负荷为100MW时，每小时多消耗的燃料。•平均分配负荷PG1=PG2=50MW耗量为F1=2.5+0.25PG1+0.0014P2G1=18.5吨/小时F2=5.0+0.18PG2+0.0018P2G2=18.5吨/小时F∑=F1+F2=37吨/小时•最优分配负荷PG1=45.3MWPG2=54.7MW耗量为F1=2.5+0.25PG1+0.0014P2G1=16.698吨/小时F2=5.0+0.18PG2+0.0018P2G2=20.232吨/小时F∑=F1+F2=36.93吨/小时•每小时多消耗的燃料F=37-36.93=0.07吨/小时第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析2019/8/3§5.2电力系统的频率调整一、电力系统负荷的有功功率-频率特性PL=f(f)0LLNaPP=1LNNaPff()+22LNNfaPf()+33LNNfaPf()+式中，PL：f时，整个系统的有功负荷；PLN：fN时，整个系统的有功负荷；a0,a1,a2,…各负荷占PLN的百分数。fPLfNPLNbKL=tgb=LPf有功负荷自动调节效应或***/=/LNLLNLPPffPfKKL取决于各类负荷，不可控，调度部门应掌握。一般KL*=1~3：△f:1%时，△PL:1%~3%第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析2019/8/3二、发电机的有功功率-频率特性PG=f(f)ACDFEBabⅠⅡⅢⅣ1.自动调速系统发电机同步转速60/nPf一次调频当PL↑f↓n↓A↓→A’A’C’F’进气B’A’’B↑→B’A’↑,C’↑→A’’,C一次调频的结果：进气↑PG↑A↓→A’’n↓→n’’有差调整2.发电机的有功功率-频率特性PG=f(f)fPGfNPGNf0a一次调频的结果：当PL↑PG↑n↓f↓斜率=tgGGPKfa（MW/Hz）“-”:△PG，△f变化方向相反。KG:发电机的单位调节功率标幺值***/=/GNGGGNPPffKfP=NGNGKfP机组调差系数01%=00%NNfff由图得0=GNNGPKff%=100%GNNGPKf取基准值=NGBGNPfK*%=0110%GK%与KG可以整定，但有范围：汽轮机：%=3%~5%水轮机：%=2%~4%第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析2019/8/3三、频率的一次调整(同时考虑KG，KL)fPPLPGP0f0Of0’PL’△PL0AO’BP0’1.负荷增加△PL0：△PL0=AO=AB+BO=KL·△f+KG·△f=(KL+KG)·△f或△PL0/△f=KL+KG=KSKS:电力系统的单位调节功率标幺值*0/=/NLSLPKfPf一般，KL不可控，只有调KG，故KS不可能很大。原因见P98所以依靠调速器进行的一次调频，只能限制周期短，幅度小的负荷变动引起的频率偏移。第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析2019/8/3例5-1设某系统的参数如下：水轮机组：100MW/台×5台=500MW，%=2.5%75MW/台×5台=375MW，%=2.75%汽轮机组：100MW/台×6台=600MW，%=3.5%50MW/台×20台=375MW，%=4.0%小容量机组：100MW，%=4.0%，系统总负荷3300MW，负荷的单位调节功率KL*=1.5，试计算下列情况系统的KS：①全部机组都参加调频；②全部机组都不参加调频；③仅水轮机参加调频。解(1)求各发电机组的KG、KG*(标幺值以系统总负荷为基准值)计算公式%=100%GNNGPKf基准值=LGBNKPf*=100%%GNLGPKP第5章电力系统有功功率的平衡和频率调整现代电力系统分析2019/8/3%=100%GNNGPKf*=100%%GNLGPKP100MW×5水轮机组：2=100%.50505%0GK=400(MW/Hz)*50033002.5=100%%GK=6.0675MW×5水轮机组