第七章电力系统有功功率和频率调整.ppt

第七章电力系统的质量控制 一 频率调整的必要性 1 电力系统频率变化的影响对用户的影响 1 异步电机转速变化 影响产品质量 2 异步电机功率下降 3 电子设备的准确度 第二节电力系统的频率质量控制 频率调整FrequencyRegulation 第二节电力系统的频率质量控制 频率调整FrequencyRegulation 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 2 频率调整的目标 就是将系统的频率保持在允许的偏差范围内 我国电力系统额定频率为50Hz 现行的 电力工业技术管理法规 中规定 频率偏差的允许范围 大系统为 0 2Hz 小系统可放宽至 0 5Hz 电力系统的频率为什么会偏离额定值 转矩平衡与功率平衡转矩不平衡时 转子转速变化 引起频率变化保持频率恒定不变是十分困难的 第二节电力系统的频率质量控制 频率调整FrequencyRegulation 二 电力系统的有功频率特性和有功平衡 一 有功负荷1 负荷波动性质的分析 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 小操作 线路摇摆等 3 变动周期最大 变化幅度最大 如因气象 作息时间 人们生活习惯等引起的负荷变化 2 变动周期在 10s 180s 变化幅度较大 大电机 电炉启停 2 负荷的有功频率特性 第二节电力系统的频率质量控制 频率调整FrequencyRegulation 电力系统中有功负荷与频率的关系 归纳为以下几类 1 与频率变化无关的负荷 如照明 电阻炉 整流负荷等 2 与频率成正比的负荷 如压缩机 卷扬机等 3 与频率的二次方成比例的负荷 如变压器中的涡流损耗等 4 与频率的三次方成比例的负荷 如通风机 静水头阻力不大的循环水泵等 5 与频率的更高次方成比例的负荷 如静水头阻力很大的给水泵等 负荷的有功频率特性简化表达 当频率偏离额定值不大时 负荷有功频率特性用一条近似直线来表示 负荷的频率调节效应系数或称为负荷的频率调节效应 表示负荷随频率的变化程度 二 有功电源及其有功频率特性 即发电机组的有功频率特性 反映了发电机输出的有功功率和频率之间的关系 发电机输出的有功功率PG增加时频率有所下降 PG减小时频率有所上升 依靠调速器的动作实现频率的一次调整 单位调节功率 表示频率变化时发电机组输出功率的变化量 物理意义 当系统频率变化1Hz时发动机组输出有功功率的变化量 注意 定义中的负号及 角的位置 使得KG恒为正值 单位调节功率用标幺值表示 式中 称为发电机组的调差系数 通常由额定运行点和空载运行点定出 在额定运行点 单位调节功率与调差系数的关系 发电机组的调差系数可以整定 整定后在运行过程中不再变动 即发电机组有功频率特性曲线的斜率固定 三 有功平衡 activepowerbalance 有功平衡与频率的关系 f1 D B 四 频率调整的分析和计算 analysisandcomputationoffrequencyregulation 一 频率的一次调整 thefirstregulationoffrequency 负荷功率的实际增量 它同发电机功率增量平衡 D f3 系统的单位调节功率 计及发电机和负荷的调节效应时 引起频率单位变化时的负荷变化量 一 频率的一次调整n台装有调速器的机组并列运行时 系统频率变化 f时 n台机组的等值单位调节功率 结论 n台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的单位调节功率 同除以 则 表明系统带负荷的程度 越小 带负荷越沉重 时满载 综上所述 结论一 频率偏差的大小与负荷的变化量的大小成正比 与系统的单位调节功率成反比 结论二 负荷的增量由两部分供给 一部分是发电机多发的有功功率 另外一部分是负荷自身具有的正调节效应随频率下降而少取用的功率 结论三 就一次调频而言 希望系统的单位调节功率KS越大越好 实际不可能 其中KD是不可控的 而KG也不可能为无穷大 必为一个限值 所以是有差调节 结论四 机组的调差系数越小 承担的功率增量就越大 机组的额定容量越大 承担的功率增量也越大 例题 某电力系统的发电机组总容量为3600MW 各类发电机组的容量和调差系数如下 水轮机组100MW5台汽轮机组200MW6台系统总负荷为3000MW 负荷的频率调节效应系数为KD 1 5 设原来运行时f 50Hz 现负荷突然增加300MW 试完成 1 设所有机组均具有调节能力 求频率偏差和各类发电机组承担的功率增量 2 如仅水轮机组具有调节能力 频率偏差为多少 23 解 求各类发电机组的 水轮机组 100MW汽轮机组 200MW 1 24 各类发电机组承担的功率增量为 水轮机组 汽轮机组 2 只有水轮机组参与调节 25 小结 1 负荷的有功频率特性 2 有功电源的有功频率特性 3 有功平衡 一次调频调速器二次调频调频电厂本次课的重点 一次调频的原理和计算 频率的二次调整 通过操作调频器 使发电机组的频率特性平行的移动 从而使负荷变化引起的频率偏移在允许的波动范围内 1 主调频厂的选择调频厂 负有二次调频任务的电厂 分为主调频厂和辅助调频厂 调频厂应满足的条件 1 足够的调整容量2 较快的调整速度3 调整范围内的经济性较好 二 频率的二次调整 thesecondregulationoffrequency 27 调整容量 水电厂 火电厂中温中压电厂 75 高温高压电厂 30 调整速度 水电厂 火电厂调频厂选择 首选 水电厂其次 中温中压电厂 28 2 频率二次调整的过程 29 频率的二次调整 结论 1 由于二次调频增加了发电机的出力 在同样的频率偏移下 系统能承受的负荷变化量增加了 2 可以做到无差调节 30 三 互联系统的频率调整 31 联络线功率 B系统不参加二次调整 32 互联系统的频率调整常采用如下三种方式 1 频率保持不变 f 02 联络线功率保持不变 PAB 03 PDA PGA PDB PGB 0 33 四 各类发电厂的合理组合 系统中有备用容量时 可考虑有功功率的最优分配问题 包括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配 有功电源的最优组合 系统中发电设备和发电厂的合理组合 有功负荷的最优分配 系统中的有功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 34 一 各类发电厂的运行特点 1火电厂 1 燃料及运输费用 2 有功出力最小限制 3 效率与蒸汽参数有关 4 启停时间长且启停费用高 35 一 各类发电厂的运行特点 2水电厂 1 不需燃料费 但一次投资大 2 出力调节范围比火电机组大 3 启停费用低 且操作简单 4 出力受水头影响 5 抽水蓄能 6 必须释放水量 强迫功率 36 一 各类发电厂的运行特点 3核电厂 1 一次投资大 运行费用小 2 启停费用高 负荷急剧变化时 调节费用高 启停及急剧调节时 易于损坏设备 3 效率高 宜满载运行 一般不用其带变动负荷 37 二 各类发电厂的合理组合 原则 1 充分利用水源 2 降低火电机组的单位煤耗 发挥高效机组的作用 3 尽量降低火力发电成本 38 4有功功率平衡与备用容量 备用容量 15 20 作用 为了保证供电可靠性及电能质量合格 系统电源容量应大于发电负荷 定义 备用容量 系统可用电源容量 发电负荷 有功功率平衡 五 有功功率平衡与备用容量 39 备用容量的分类 40 4 5电力系统有功功率的最优分配 1发电机组的耗量特性 反映发电机组单位时间内能量输入和输出关系的曲线 耗量特性 41 4 5电力系统有功功率的最优分配 比耗量 耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比 即输入和输出之比效率 比耗量倒数耗量微增率 耗量特性曲线上某点切线的斜率 表示在该点的输入增量与输出增量之比 效率曲线和微增率曲线 42 二 目标函数和约束条件 有功负荷最优分配的目的 在满足对一定量负荷持续供电的前提下 使发电设备在生产电能的过程中单位时间内所消耗的能源最少 满足条件 等式约束f x u d 0不等式约束g x u d 0使目标函数F F x u d 最优 43 1目标函数 系统单位时间内消耗的燃料 火电机组 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消耗量 44 2约束条件 等式约束不等式约束 忽略有功网损 45 三 等耗量微增率准则 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 要求 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 等式约束目标函数 46 三 等耗量微增率准则 作图法求解 只有两台机组 在OO 上找到一点作垂线 与两条耗量特性曲线的交点间距离最短 在耗量特性曲线具有凸性的情况下 两条曲线的切线平行时 燃料消耗量最少 曲线的切线即斜率 就是该点的耗量微增率 47 切线平行时 斜率相等 也就是耗量微增率相等 这就是等微增率准则 物理意义 48 四 多个发电厂间的负荷经济分配 1 不计网损的有功最优分配目标函数最小 等式约束条件 这是多元函数求条件极值问题 可以利用拉格朗日乘数法求解 构造拉格朗日函数 49 求拉格朗日函数的无条件极值 50 不等式约束的处理 功率上下限约束先不考虑该约束条件进行经济分配计算 若发现越限 越限的发电厂按极限分配负荷 其余发电厂再按经济分配 节点电压及无功功率约束在经济功率分配后的潮流计算中处理 例4 8 51 2 考虑网损的有功最优分配 等式约束变为目标函数不变拉格朗日函数为 经过网损修正后的等微增率准则 网损修正系数 52 五 一个水电厂和一个火电厂间有功负荷的最优分配 目标 在整个运行周期内满足用户的电力需求 合理分配水火电厂的负荷 使总燃料消耗量最少 等式约束 目标函数最小 这是一个求泛函极值问题 一般应用变分法求解 调整容量 水电厂 火电厂中温中压电厂 75 高