电力系统五PPT课件

.第1、5章电力系统有效电力的平衡和频率调整，第1节电力系统有效电力的平衡第2节电力系统的频率调整，第2章阐述正常、稳态运行状况的优化和调整，主要论述有效电力和频率的调整，系统有效电力的最佳分布和频率调整的问题。 有效功率和频率的关系电力系统的一次调频电力系统的二次调频有效功率的最佳分配(三次调频)互连系统的频率和输电功率的调整，3，5.1电力系统的有效功率的平衡，一、频率的变化对用户、电厂和系统本身的影响，电力设备是以额定频率设计的：好的技术经济用户的观点：要求提供合格的f高质量电力商品。 影响示例：马达f降低，转速变化，马达有效功率降低，影响产品质量。 电子设备：对f敏感，要求更高，现代投资环境。 火力发电厂主要设备：泵、风机、煤炭机械都是异步机，f下降，异步电动机和变压器的励磁电流大幅度增加，消耗的无功功率增加，系统所需的无功功率增加，电压降低，调压困难，输出有效功率降低，f进一步降低，引起恶性循环。4、汽轮机叶片： f偏移引起谐振，缩短寿命，严重时可能断裂。 频率偏移的允许范围规定，目前中国500.2Hz，发达国家： 500.1Hz随着频率自动控制技术的进步，中国的一部分电网已经达到500.1Hz。5、2、有功功率和系统频率的关系，在稳定状态下，所有系统各点的频率相等，所有发电机都保持同步运行。 每台发电机的转速与系统频率的关系为： 1、电力系统的频率与发电机的转速的关系、n:发电机的转速、p发电机的极对数。 发电机的转速取决于原动机的机械电力PM和发电机输出地电磁电力PE。 6、电网f:用发电机转速表现。 发电机PM和PE平衡后，和f不变，负载PL随机变化，PE随机变化，PM不能突变，f随机变化。 结论频率偏移是不可避免的。 为了将系统的频率保持在额定值附近，需要不断调整原动机的输入功率，使发电机的输出功率和系统负载的有效功率的变化相匹配，以免发电机的稳定转速过大。 因此，系统频率的控制与负载的有效电力的变化和发电机间的分配和发电机的电力的控制密切相关，7、1、有效电力的变动及其调整、3、电力系统中的有效电力的平衡和备用容量、电力系统的有效电力负载(以下简称负载)总是不规则地变化。 分析系统实际负荷变化曲线，可以认为系统负荷由变化规律不同的3种变动负荷组成：第一是变化幅度小，变化周期短(以几秒为周期)，负荷变动具有大偶然性的第二是变化幅度大，变化周期长(数分钟周期) 频率的一次调整(或称为频率调制)是对第一种负载变动引起的频率偏差进行调整，由发电单元的调速器进行调整，当调速器的速度系统感觉到发电机的转速变化(例如转速降低)时，调速器的致动器自动调节发电机的电力(增加发电机的电力) 通过调速器来平衡负载变动的方式，通常被称为频率的一次调整的频率调制取决于所有运行中的发电单元能够参加，从而发电单元是否以满负载发电。 负载的变化引起频率的变化，电力系统的有效功率和频率调整大致可分为一次、二次、三次调整三种。 另外，频率的三次调整(或三次频率调制)调整由于第三负载变动而引起的频率偏差。 在有效电力平衡的基础上，按照优化原则在各发电站之间进行分配。频率的二次调整(或二次频率调制)调整由于第二负载变动引起的频率偏差。 由于仅靠发电单元的调速器的动作不能满足频率偏差的要求，所以用发电单元的频率调制器进行调整这一调整，被称为电力系统频率的二次调整的二次频率调制工厂多是系统的平衡节点。10，2，有效电力电源，运行的发电设备的可发电电力之和真的是可以计划的系统电源容量，不能小于包括网络损失和工厂电力在内的系统(总)的发电负载。 电力系统中有效的电力电源是各种发电站的发电机。 系统总安装容量=所有发电机额定容量之和。 但是，系统中的电源容量并不总是等于所有发电机的额定容量之和。 这是因为并非所有的发电机组都是无中断地运转(停运、检查等)，所运转的发电机组也并非全部以额定容量发电。 系统中的电源容量=能投入发电设备的发电率之和。11、3、在有效电力平衡和备用容量的电力系统中，随时，所有发电厂发电的有效电力的合计，包括所有用户的有效电力、所有发电厂的电力有效负载和网络的有效损失，即可靠的电力供给和良好的电力质量，以确保电力系统的另外，在系统的最大负载情况下，系统的电源容量比发电负载大的部分应该称为系统的备用容量。 系统备用容量一般分为负荷备用、事故备用、检查备用、国民经济备用等。 (5-1)、12、(1)负荷备用：为调整系统内短时间的负荷变动，负担计划外的负荷增加而设置的备用。 负载备用容量的大小要考虑系统负载的大小、运行经验、系统各种功耗的比重来决定。 一般为最大负载的2%1.5%，大系统采用小数值，小系统采用大数值。 (2)事故备用：为了防止电力用户在发电设备偶然发生事故时受到严重影响，维持系统的正常电力供给所必须的备用。 事故备用容量的大小必须根据系统容量、发电机台数、单位机组容量、机组事故概率、系统可靠性指标等决定。 -通常约为最大负载的5%10%，但不能小于系统的最大单元容量。13、(3)检查备用：在系统发电设备定期检查时，保证系统剩馀的备用容量，不影响电力供给。 因此，发电设备运行一段时间后必须进行检查。 检查分为修理和修理。 一般的大修理时的分割是分一年中最小负荷的季节进行的。 修理使用休息日进行，尽可能减少检查停机所需的备用容量。 (4)国民经济备用：是考虑到工农业用户的超计划生产、新用户的出现等而设置的备用容量，其值是根据国民经济的增长情况决定的，一般约为系统最大负荷的3%5%。 负荷备用和事故备用，必须在系统每天的运行过程中加以考虑和安排。 检查备用在安排每年的运行方式时考虑。 国民经济备用是电力系统规划和设计时考虑的内容。14、负荷备用、事故备用、检查备用、国民经济备用汇总后以热备盘和冷备用的形式存在于系统中。 很难想象热备盘至少包括所有的负荷备用和一部分事故备用。 热备件：运行中的所有发电机组能发电的最大电力之和与全系统的发电负荷之差，称为运行备用或旋转备用。 负载备用必须以热备盘的形式存在于系统中，事故备用的一部分必须以热备盘的形式存在，另一部分必须以冷备用的形式存在。 冷备件：冷备件容量是指系统中停止运行但随时可以启动的发电机组的最大输出的总和。 冷备用可以作为检查备用、国民经济备用和一部分事故备用。15、电力系统发电站主要根据以下三种水电站火力发电厂(核电站)各发电站的设备容量、机械特性、所使用的动力资源等具有不同的技术经济特性。 有必要结合其特点，合理组织这些电厂的运行方式，合理配置电力系统在日负荷曲线和年负荷曲线中的位置，提高电力系统运行的经济性。 四、各种电厂的特点和合理结合，16、1、热电厂的主要特征(1)必须支付燃料和运输费用，不受自然条件的影响。 (2)热电厂锅炉和汽轮机有技术最小负荷限制，起停时间长，起停费用高。 (3)参数不同的火力发电设备，效率不同。 高温高压设备效率最高，灵活调节范围窄，中温中压设备效率比前者低，但灵活调节范围比前者宽，低温低压设备效率最低，技术经济指标最低。 (4)火力发电站(有热负荷的火力发电站)，由于抽气热供给，总效率比一般的凝结水式火力发电站高，但是，对应热负荷的输出是不能调节的强制电力。 (1)各种电厂的特征，17，3，水电站的特征(1)水量强制电力。 (2)输出调节范围比热电厂大，其最小技术负荷由水电站具体条件确定，起停费用低，操作简单。 (3)不需要燃料费，但一次投资大，水电站的运行根据水库的调节性能，在一定程度上受到自然条件的影响。 核电站的特征(1)原子炉负荷几乎没有限制，最小技术负荷依赖于涡轮，是额定负荷的1015%。 (2)起停费用高，负荷急剧变化时，调整费用高，起停时或急剧调节时，容易损坏机器。 (3)一次投资大，运行成本小。18、(4)水电站分为水库调节的有无、水库的大小和功能不调节、日调节、季节调节、年调节、多年调节、抽水蓄能等种类。 没有调节的水库水电站随时取决于河流的天然流量，如果天然流量不变化，这个水电站的输出也几乎没有变化。 水库水电站的运行方式的调节主要是在水库计划中指定的水电站的消费量、洪水季节、指定的消费量大，在大多数情况下，在满负荷运行的枯水季节，给予的水消费量少，为了尽量有效地利用这一部分的水消费量，节约了火电站的燃料消费，激烈地日调节、季节调节、年调节、多年调节的要点取决于水库容量，水库容量越大，调节能力越强。19、原则(1)利用水源。 (2)降低火力发电机组单位煤炭消耗量，发挥高效机组的作用。 (3)尽量降低火力发电的成本。 根据上述原则，夏天丰水期和冬天缺水期各发电站在日负荷曲线上的配置图如图5-2所示。 (二)各种电厂的合理组合，二十、热电厂：承担基本不变的负荷，不频繁停止设备，不增减负荷。 由于高温高压发电站效率最高，所以优先投入，中温中压发电站、低温低压发电站的设备陈旧、效率低。 在高峰负载期间只能发电必要的电力。 核电站：可调容量大，一次投资大，运行费用小，要继续负担额定容量的负荷，在负荷曲线的基础部分运行。 无调节水库水电站：所有电力首先要接通。 有时调节水库水电站：强制电力调不开，先接通。 在丰水季节，为了防止扔水，要优先投入，缺水季节反而要负担峰值负荷。 使火力发电站的负荷变得更平稳，减少设备的停止和负荷的增减，节约总燃料消耗。 抽水蓄能电站：山谷时，水轮发电集团是以电动机泵方式运行的，考虑到负荷，高峰负荷时发电与普通的水力发电站相同。，21，图5-2示意性地表示各发电站组合的顺序的图(a )枯水季节(b )丰水季节，22，夏季丰水期，水量足够，水力发电站必须具有基本的负荷，弃水省煤。 在此期间，可以紧急进行火力发电厂设备的检查。 冬季缺水期，自来水少，凝结水式火力发电厂负担基本负荷，水力发电厂负担高峰负荷。23、有效电力负载的最佳分配：指系统有效电力负载分别在运行的发电设备和发电厂之间合理分配，经典方法按等消费量微增率的标准进行分配。 五、有效电力负载的优化分配、电力系统的优化运行：研究问题主要是在保证用户的电需求的基础上，如何优化系统各发电机组和系统状态变量的运行情况，使系统发电消耗的总燃料消耗量和网络损失最小化。24、1、消耗量特性电力系统中有效电力负荷的合理分配的目标是在满足一定的制约条件的基础上，尽可能节约消耗的能量。 五、有效功率负载的最佳分配，(5-2)、(1)比消耗量：单位时间内输入能量与输出功率的比。 消耗量特性曲线上某点的纵轴和横轴的比。 另外，图5-3的消耗量特性是，如图5-3所示，纵轴是每单位时间消耗的燃料f (或水量w )吨/时间，横轴是用kW或MW表示的电力。25、图5-4的效率曲线和微增长率曲线、图5-3的消耗量特性、(2)发电设备的效率：消耗量特性在纵横坐标单位相同的情况下，26、2、目标函数和制约条件明确了有效电力负载的大小和消耗量特性，在系统有一定的备用容量的情况下，这些负载已经运转的发数学上，其性质是在一定制约条件下优化某些函数，而这些制约条件和目标函数都是各种变量的状态变量、控制变量、扰动变量的非线性函数。 等制约条件：在满足不等式制约条件的前提下，最佳化目标函数，最佳化有效负载分配的目的，在供给相同大小的负载有效功率的前提下，可以表现为每单位时间的能量消耗最少。 此目标函数必须是总消耗量。 原则上，该总消耗量应该与所有的变量有关，但通常认为这是各发电设备发电的有效电力的函数，目标函数可以写，(5-4)、(5-5)、(5-6)、28，式制约条件：有效电力必须保持平衡的条件关于各节点：系统整体：没有网络损失时：(5-7)、(5-8)、(5-9)、29，不等式制约条件：发电设备的各节点的有效功率、无效功率和电压的大小不可超过的限额，即(5-10 )，在上式中，取得正常发电设备的额定有效功率依赖于发电机的定子和转子线圈的温度上升，主要依赖于发电机的并联运转的稳定性和定子端部的温度上升等。 和取决于对电能质量的要求。 30、30、3 .为了简化分配负荷时的等消耗量微增率标准的分析，将有效负荷的分配限制在两个发电设备或两个火电厂之间，而省略网络损失。 为了分析这种方法，使用条件极值的拉格朗日乘数法来确定满足等约束条件时的目标函数的最小值，并且根据给定的目标函数和方程式约束建立新的不受约束的目标函数拉格朗日函数。 导出拉格朗日函数并得到最小值所需的三个条件是、(5-11 )、31、(5-12 )、原因是(5-13 )、32、(5-14 )、(5-15 )，另外，为了分别向发电设备1、2负担有效电力、时间消耗量的微增率，还需要(5 这是著名的等效消耗量微增率的标准，表示为了使总消耗量最小化，应该以相等的消耗量微增率在发电设备或发电站之间分配负荷。 式(5-14 )的第三式是作为给定的等制约条件的电力平衡的条件。确实，以上分析方法和推导出的结论可以促进更多的发电设备和电厂之间的负荷分配，公式(5-15 )应重写为对(5-16 )、34等微增量标准的物理解释：对于某些有效的电力分配，煤消耗微增量应该改写为各机组的煤消耗微在单元I的煤消耗微增长率小于单元j的情况下，即使使单元I的输出稍微增加，同时使单元j减少