电力系统分析第四章-新

1、电力系统分析电力系统分析 第四章第四章 电力系统有功功率和频率调整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 4.1 电力系统有功功率的平衡电力系统有功功率的平衡 4.2 4.2 电力系统有功功率的最优分配电力系统有功功率的最优分配 4.3 4.3 电力系统的频率调整电力系统的频率调整 4.1 电力系统有功功率的平衡 引言：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，分别以量，分别以表示。表示。 衡量运行经济性的主要指标为：衡量运行经济性的主要指标为： 线损率：线路损耗电能与始端输入电能的比值线损

2、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。比耗量：生产单位电能所消耗的一次能源。 z 1 W 100% W 有功功率的最优分布包括：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、有功功率负荷预测、有功功率电源的最优组合、 等。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：、频率与有功平衡的关系： 1）转矩平衡与功率平衡：）转矩平衡与功率平衡： 2）转矩不平衡时，转子转速变化，）转矩不平衡时，转子转速变化， 引起频率变化：引起频率变化： TETE M= MP = P pn f = 60 1、频率偏差的概念：实际频率与额

3、定频率之间的差值；、频率偏差的概念：实际频率与额定频率之间的差值； 一、频率偏差及频率调整的必要性一、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：对用户的影响： （1 1）异步电机转速：纺织工业、造纸工业；）异步电机转速：纺织工业、造纸工业； （2 2）异步电机功率下降；）异步电机功率下降； （3 3）电子设备的准确度。）电子设备的准确度。 对发电厂和电力系统的影响：对发电厂和电力系统的影响： （1 1）对发电厂厂用机械设备运行的影响；）对发电厂厂用机械设备运行的影响； （2 2）对汽轮机叶片的影响；）对汽轮机叶片的影响； （3 3）对异步电机及变压器励磁的影响，

4、增加无功消耗。）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）：、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根据有功负荷随时间不规则变化按其变化幅度和周期变化幅度和周期，将，将 负荷变动分为三类：负荷变动分为三类： （1 1）变动幅度很小，变化周期很短，变动幅度很小，变化周期很短，这种负荷变动有很大这种负荷变动有很大 的偶然性，属随机负荷变动；的偶然性，属随机负荷变动； （2 2）变动幅度较大，变化周期较长，变动幅度较大，变化周期较长，属于这种负荷的主要属于这种负荷的主要 有：电炉、电气机车等带有

5、冲击性的负荷变动；有：电炉、电气机车等带有冲击性的负荷变动； （3 3）变动幅度最大，变化周期最长，变动幅度最大，变化周期最长，其变动基本上可以预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。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二、有功功率负荷的变化及调整 1 1、有功负荷变动的分类：、有功负荷变动的分类： 4.1 电力系统有功功率的平衡 有功功率负荷有功功率负荷 的变化及调整的变化及调整 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。功功率电

6、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：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：一次调频：由发电机调速器进行；由发电机调速器进行； b. 二次调频：二次调频：由发电机调频器进行；由发电机调频器进行； c. 三次调频：三次调频：由调度部门根据负荷预测曲线进行最优分配。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。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

7、发电，这类发电厂称为负荷监视厂；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；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。三次调频则属于电力系统经济运行调度的范畴。 2 2、有功平衡和频率调整：、有功平衡和频率调整： 4.1 电力系统有功功率的平衡 1 1、有功功率平衡：、有功功率平衡： GiLDiLoss, P=P+ P 有功功率电源：有功功率电源：电力系统各类发电厂的发电机；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）：系统电源容量（系统装机容量）：系统中所有发电厂机组系统中所有发电厂机组 额定容量的总和；额定容

8、量的总和； 备用容量：备用容量：系统电源容量大于发电负荷的部分。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。即保证有功功率电源发出有功与系统发电负荷相平衡。 2 2、相关的一些基本概念：、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。必须大于发电负荷。 分类：按存在形式分为：热备用和冷备用；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

9、民按作用分为：负荷备用、事故备用、检修备用、国民 经济备用等。经济备用等。 3 3、备用容量的分类：、备用容量的分类： 负荷备用：负荷备用：调整负荷波调整负荷波 动或超计划负荷增加；动或超计划负荷增加； 事故备用：事故备用： 发电设备发生偶然事故时，维持发电设备发生偶然事故时，维持 系统正常供电所需的备用；系统正常供电所需的备用； 检修备用：检修备用：使系统中发电使系统中发电 设备能定期检修而设置；设备能定期检修而设置；国民经济备用：国民经济备用：着眼未来着眼未来 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四、有功功率负荷曲线的预测 1 1、电力系统经济调度概述：、电力系统经济

10、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。统运行计划来实现。 系统的短期运行计划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著经济效益，人们一直在积极研究，提出了各种方

11、法来解决 这个问题。这个问题。 4.1 电力系统有功功率的平衡 2 2、有功功率负荷预测目的：、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。机组之间进行有功功率的经济分配。 3 3、负荷曲线的编制：发电厂负荷曲线总负荷网损厂用电、负荷曲线的编制：发电厂负荷曲线总负荷网损厂用电 参照长期积累的数据对用户的用电计划进行调整；参照长期积累的数据对用户的用电计划进行调整； 确定网络

12、损耗和厂用电；确定网络损耗和厂用电； 注意气象、节假日等条件的变化。注意气象、节假日等条件的变化。 4 4、负荷预测方法：、负荷预测方法： 传统预测方法和现代预测方法。传统预测方法和现代预测方法。 1.1.人工神经网络法人工神经网络法 2.2.模模 糊系统方法糊系统方法 3.3.专家系统专家系统 方法方法 4.4.灰色系统方法灰色系统方法 5.5.遗传算法遗传算法 6.6.小波分析小波分析 方法方法 4.2 电力系统有功功率的最优分配 2 2、主要内容、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，要求在保证系统安全的条件下，在所研究的周期内，以小以小 时为单位时为单位合理选择电力系

13、统中合理选择电力系统中哪些机组应该运行哪些机组应该运行、何时运行何时运行 及及运行时各机组的发电功率运行时各机组的发电功率，其目标是在满足系统负载及其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它物理和运行约束的前提下 。 引言：引言： 1 1、经济调度的第二个问题是有功功率的最优分配，包括：、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电源的最优组合 有功功率负荷的最优分配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：有功功率电源的最优组合：系统中系统中发电设备或发电厂发电设备或发电厂 的合理的合理 组合，即通

14、常所说的机组的合理开停，大体上包括三个部分：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. 1. 机组的最优组合顺序；机组的最优组合顺序； 2. 2. 机组的最优组合数量；机组的最优组合数量； 3. 3. 机组的最优开停时间。机组的最优开停时间。 有功功率负荷的最优分配：有功功率负荷的最优分配：是指系统的是指系统的有功功率负荷有功功率负荷 在各个在各个 正在运行的发电设备或发电厂之间的正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配合理分配 ； 核心是按核心是按进行分配。进行分配。 各类发电厂各类发电厂 的基本运行的基本运行 特点特点? ? 发电厂的效率：比耗量倒数；即发电厂的效率：比耗

15、量倒数；即 。 2 2、比耗量：、比耗量： 耗量特性曲线上某点的纵坐标耗量特性曲线上某点的纵坐标 和横坐标之比，即单位时间内和横坐标之比，即单位时间内 能量的输入和输出之比，记为能量的输入和输出之比，记为；即；即 。 4.2 电力系统有功功率的最优分配 F/P W/P或或 P/F P/W或或 一、基本概念一、基本概念 1 1、耗量特性：、耗量特性： 反映发电设备或几种发电设备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的组合在单位时间内能量输入 和输出关系的曲线。和输出关系的曲线。 W 4.2 电力系统有功功率的最优分配 FdFWdW PdPPdP 或或 3 3、耗量微增率、耗量微增

16、率：耗量特性曲线上某点切线的斜率，表示在该点：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 n 1G12G2nGniGi i=1 F = F (P)+ F (P)+ F (P)=F (P ) 1 1、目标函数：、目标函数： 有功负荷最优分配的目的：在满足有功负荷最优分配的目的：在满足的前提下，的前提下， 合理分配合理分配，使发电设备在生产电能的过程，使发电设备在生产电能的过程 中所消耗的中所消耗的。 二、有功功率负荷最优分配的目标函数和约束条件二、有功功率负荷最优分配的目标函数和约束条件 单位时间

17、内总能源消耗最少（单位时间内总能源消耗最少（n火电厂系统）：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，该目标函数是各发电设备发出有功功率的函数，描述的是描述的是 单位时间内能源的总消耗量。单位时间内能源的总消耗量。 耗量特性相互独立耗量特性相互独立 4.2 电力系统有功功率的最优分配 () m iGi 0 i=1 mminF =F (P )dt表表示示系系统统中中火火电电厂厂数数目目 当消耗的能源受到限制（含有水力发电厂）时，目标函数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，而是一定运行时间就不再是单位时间内消耗的能源，而是一定运行时间内

18、内 的能源消耗：的能源消耗： nn GiLDi i=1i=1 P -P-P = 0 （1 1）等式约束条件：系统有功功率的平衡）等式约束条件：系统有功功率的平衡 nn GiLDi i=1i=1 P-P= 0若不计网损，则若不计网损，则 2 2、约束条件：、约束条件： 4.2 电力系统有功功率的最优分配 GiminGiGimax GiminGiGimax iminiimax PPP QQQ UUU （2 2）不等式约束条件：）不等式约束条件： jHj 0 W (P)dt =C定定值值 若系统含有水电厂，除有功功率平衡条件外，还有一个若系统含有水电厂，除有功功率平衡条件外，还有一个 约束条件（用水

19、量约束条件（用水量C）：）： 4.2 电力系统有功功率的最优分配 G1G2LD P + P- P= 0 ()() 1G12G2 minF = F P+ FP 1G12G2G1G2LD L= FP+ FP- P + P- P 求解：求解： 建立一个新的、不受约束的目标函数建立一个新的、不受约束的目标函数拉格朗日函数拉格朗日函数 三、等耗量微增率准则三、等耗量微增率准则 1 1、以两台火电机组为例，忽略有功网损：以两台火电机组为例，忽略有功网损：假定各台机组的燃假定各台机组的燃 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

20、料消耗量最小。间的分配，使总的燃料消耗量最小。 目标函数：目标函数： 等式约束条件：等式约束条件：拉格朗日函数求拉格朗日函数求 极值基本方法？极值基本方法？ 4.2 电力系统有功功率的最优分配 1G12G2G1G2LD L= FP+ FP- P + P- P 对拉格朗日目标函数求导，得到最小值时应有的三个条件：对拉格朗日目标函数求导，得到最小值时应有的三个条件： 即即 时，单位时间内总能源消耗最少。时，单位时间内总能源消耗最少。 12 = = 1G1 G1G1 2G2 G2G2 G1G2LD dFPL = 0 =- PdP dFPL = 0 =- PdP L = 0 = P+ P- P 1G1

21、2G2 G1G2 dFPdFP = dPdP 4.2 电力系统有功功率的最优分配 这就是著名的这就是著名的：为使总耗量最小，应：为使总耗量最小，应按按 相等的耗量微增率相等的耗量微增率 在发电设备或发电厂之间分配负荷。在发电设备或发电厂之间分配负荷。 ： nnn iGiGiLDi i=1i=1i=1 minF =F(P ) P -P=0目目标标函函数数约约束束条条件件： nn GiLDi i=1i=1 L= F - P -P GiGi i Gi FL =- =0 PP dF = (i = 1,2,n) dP 12n = = = 2、扩展到、扩展到n个火力发电系统：个火力发电系统： 4.2 电力

22、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：、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）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；分配计算； 2）若发现）若发现PGi的分配计算结果越限，越限的发电厂按极限分配的分配计算结果越限，越限的发电厂按极限分配 负荷：即负荷：即低于其下限低于其下限PGimin时，取时，取PGiPGimin；高于其上限；高于其上限 PGimax时，取时，取PGiPGimax； 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）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

23、配。经济分配。 4.2 电力系统有功功率的最优分配 例题例题41：某火电厂三台机组并联运行，各机组的燃料消耗：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：特性及功率约束条件如下： 试确定当总负荷分别为试确定当总负荷分别为400MW、700MW时，发电厂间功率时，发电厂间功率 的经济分配（不计网损的影响）？的经济分配（不计网损的影响）？ ， ， ， 2 1G1G1G1 2 2G2G2G2 2 3G3G3G3 F = 4+0.3P +0.0007P t/h 100MWP200MW F = 3+0.32P +0.0004P t/h 120MWP250MW F = 3.5+0.

24、3P +0.00045P t/h 150MWP300MW 4.2 电力系统有功功率的最优分配 1 1G1 G1 2 2G2 G2 3 3G3 G3 dF = 0.3+0.0014P dP dF = 0.32+0.0008P dP dF = 0.3+0.0009P dP 123 = = ； G1G2G3G3G2 P= 14.29+0.572P=0.643P P= 22.22+0.889P 解：解：(1) (1) 按所给耗量特性可得各厂的微增耗量特性为：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：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 G1G2G3 P+ P

25、+ P= 400MW G1G1 P100MWP= 100MW取取 G2G3 P+ P= 300MW ； G1G2G3 P= 100MWP= 147.05MWP= 152.95MW (2)(2) 总负荷为总负荷为400MW，即，即 ； G1G2G3 P =98.77MWP=147.7MWP=153.53MW 可得：可得： 校验不等式约束条件：校验不等式约束条件： 剩余的负荷功率剩余的负荷功率300MW，应在电厂，应在电厂2和和3之间重新分配：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。经校验，三个发电厂的有功功率都在不等式约束范围内。 ； G1G2G3G3G2 P= 14.

26、29+0.572P= 0.643P P= 22.22+0.889P 4.2 电力系统有功功率的最优分配 G2G2 P250MWP= 250MW取取 G1G3 P+ P= 450MW ； G1G2G3 P= 176MWP= 250MWP= 274MW 校验不等式约束条件：校验不等式约束条件： 剩余的负荷功率剩余的负荷功率450MW，应在电厂，应在电厂1和和3之间重新分配：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。经校验，三个发电厂的有功功率都在不等式约束范围内。 ； G1G2G3G3G2 P= 14.29+0.572P= 0.643P P= 22.22+0.889P G1

27、G2G3 P + P + P=700MW(3)(3) 总负荷为总负荷为700MW，即，即 可得：可得：； G1G2G3 P= 168.5MWP= 296.6MWP= 261.9MW 4.2 电力系统有功功率的最优分配 2 1G1G1 F = 0.01P+ 1.2P+ 25 2 2G2G2 F = 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：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每台机组的额定容量均为100 MW，技术最小负荷均为，技术最小负荷均为 20MW。试求：。试求：1）当电厂负荷为）当电厂负荷为120 MW时，两

28、台机时，两台机 组如何经济分配负荷？组如何经济分配负荷？2）当电厂负荷为）当电厂负荷为50MW时，两时，两 台机组又如何经济分配负荷？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设耗量微增率的初值 ； (0) b. 求与求与 对应的各发电设备应发功率对应的各发电设备应发功率 ； iGi(0) Gi dFP = dP (0) Gi P 4、等耗量微增率准则的迭代求解基本步骤：、等耗量微增率准则的迭代求解基本步骤： c. 校验求得的校验求得的 是否满足功率平衡条件：是否满足功率平衡条件： ； nn GiLDi i=1i=1 P -P=0 (0) Gi P

29、 自自b开始重新计算，直到满足有功功率平衡条件。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，若不满足有功平衡时，若 ，取，取 ； 若若 ，取，取 ； GiLDi P P (1)(0) i GiGiGi ii i GiGi Gi dFPL =- 1-= 0 PdPP dFdF1 = = (i = 1, 2, , n) dPdPP 1- P 4.2 电力系统有功功率的最优分配 n iGi i=1 F =F (P )min目目标标函函数数不不变变： nn GiLDi i=1i=1 L = F - P -P- P 四、考虑网损时的有功负荷最优分配四、考虑网损时的有功负荷最优分配

30、网损修正系数网损修正系数 网损微增率网损微增率 nn GiLDi i=1i=1 P-P- P = 0等等式式约约束束条条件件改改变变： 4.2 电力系统有功功率的最优分配 1T1T1H2LD2PH22 L= FP- P + P- P+W-C ， 1T12H2 2T12H2 T1H2 dFPdWP = = = = dPdP 即 以两套设备为例：以两套设备为例： 将水电厂的耗量微增率将水电厂的耗量微增率乘以一个拉格朗日系数，就可以同乘以一个拉格朗日系数，就可以同 样应用等耗量微增率准则；样应用等耗量微增率准则； 水煤转换系数表示发出同样有功时，用水量所代替的火电水煤转换系数表示发出同样有功时，用水

31、量所代替的火电 耗煤量。耗煤量。 五、水、火电混合系统有功功率的经济分配五、水、火电混合系统有功功率的经济分配 水煤转换系数水煤转换系数 4.3 电力系统的频率调整 频率是电力系统运行的一个重要的质量指标，直接影频率是电力系统运行的一个重要的质量指标，直接影 响着负荷的正常运行；要维持频率在正常的范围内，响着负荷的正常运行；要维持频率在正常的范围内， 电力系统频率调整：一次调频和二次调频。电力系统频率调整：一次调频和二次调频。 引言：引言： 复习：有功与频率的关系？复习：有功与频率的关系？ 思考：负荷的功频特性？发电机组的思考：负荷的功频特性？发电机组的 功频特性？功频特性？ 4.3 电力系统

32、的频率调整 ， LD LDLD P K=K 0 f LDNN LD*LD LDNLDN Pff K=K PfP 负荷吸收有功的大小随负荷吸收有功的大小随 系统频率变化的静态特性；在实际中，用直线表示。系统频率变化的静态特性；在实际中，用直线表示。 综合负荷的单位调节功率：综合负荷的单位调节功率： 一、电力系统频率特性一、电力系统频率特性 （负荷的频率调节效应系数）（负荷的频率调节效应系数） 标幺值形式：标幺值形式： （近似计算时，取其标幺值大小为（近似计算时，取其标幺值大小为1.51.5） 4.3 电力系统的频率调整 补充例题补充例题1： 某电力系统总有功负荷为某电力系统总有功负荷为4000M

33、W时系统频率为时系统频率为50Hz，负荷的，负荷的 频率调节效应系数标幺值频率调节效应系数标幺值KLD*=1.5，计算负荷单位调节功率？，计算负荷单位调节功率？ （） LD LD LDN LDLD* N 4000 1.5120 50 =MW/Hz P K= f P K= K= f 解：根据定义解：根据定义 4.3 电力系统的频率调整 1 1 为转速测量元件为转速测量元件 离心飞摆及其附件；离心飞摆及其附件； 2 2 为放大元件为放大元件 错油门错油门( (或称配压阀或称配压阀) )； 3 3 为执行机构为执行机构 油动机油动机( (或称接力器或称接力器) )； 4 4 为转速控制机构或称同为转

34、速控制机构或称同 步器步器( (调频器调频器) ) 1 1）调速器、调频器工作原理）调速器、调频器工作原理 4.3 电力系统的频率调整 2 2）发电机组的有功静态频率特性：）发电机组的有功静态频率特性：即原动机机械功率的静态即原动机机械功率的静态 频率特性，频率随发电机有功增大而有所降低的特性。频率特性，频率随发电机有功增大而有所降低的特性。 G GG P K = , K 0 f GNN G*G GNGN P ff K= K PfP 发电机的单位调节功率：发电机的单位调节功率： 标幺值形式：标幺值形式： 发电机的发电机的调速器调整（一次调频）调速器调整（一次调频）是一个是一个的过程，的过程，

35、而而调频器调整（二次调频）调频器调整（二次调频）则可以实现则可以实现。 4.3 电力系统的频率调整 G GN G N * 1 f P %=100 P %=100 f K 常用百分数表示为：常用百分数表示为： G f P 机组调差系数：单位调节功率的倒数，即机组调差系数：单位调节功率的倒数，即 发电机的单位调节功率与调差系数的关系：发电机的单位调节功率与调差系数的关系： GNGN GG* NN PP1 K= K=100 f% f G* 1 K=100 % 或 4.3 电力系统的频率调整 频率一次调整的有差调节性质反映在功频静特性直线的频率一次调整的有差调节性质反映在功频静特性直线的 即即负荷变动

36、时原动机的转速或频率随负荷增加而降低负荷变动时原动机的转速或频率随负荷增加而降低； 二次调频既可做到有差调节，也可做到无差调节，反映在二次调频既可做到有差调节，也可做到无差调节，反映在 4.3 电力系统的频率调整 （） GN G N 100 100 =100 = 50 MW/Hz 450 P K= % f GG1G2 G 12 PP- P K= -= - ff - f GG G2G1G -50(50 - 49.5)= -25MW 60+ 25 = 85MW P = -Kf = P= P- P = 补充例题补充例题2：某一容量为：某一容量为100MW的发电机，调差系数整定为的发电机，调差系数整定

37、为 4%，当系统频率为，当系统频率为50Hz时，发电机出力为时，发电机出力为60MW；若系统；若系统 频率下降为频率下降为49.5Hz时，发电机的出力是多少？时，发电机的出力是多少？ 根据定义：根据定义： 解：根据发电机的单位调节功率与调差系数的关系：解：根据发电机的单位调节功率与调差系数的关系： 负荷突增负荷突增PLD，发电机组功率不能及时变动而使机组减，发电机组功率不能及时变动而使机组减 速，系统频率下降；速，系统频率下降； 同时，发电机组功率由于调速器的同时，发电机组功率由于调速器的 一次调整作用而增大一次调整作用而增大 ： PG1PG2，f1 f2 ； 负荷功率因其本身的调负荷功率因其

38、本身的调 节效应而减少，经过一节效应而减少，经过一 个衰减的振荡过程由个衰减的振荡过程由32， 达到新的平衡；即整个过程为从平衡点达到新的平衡；即整个过程为从平衡点1新的平衡点新的平衡点2。 4.3 电力系统的频率调整 二、电力系统频率的一次调整二、电力系统频率的一次调整 1 1、过程概述：假设系统只有一台发电机组、一个综合负荷、过程概述：假设系统只有一台发电机组、一个综合负荷 4.3 电力系统的频率调整 GG LDLD P =Kf = P+ Kf LD GL LG D LD S D P P=K + K = K + K= K f f KS 称为系统的单位调节功率，单位称为系统的单位调节功率，单

39、位MW/Hz；表示负荷增；表示负荷增 加或减少时，加或减少时，在在原动机调速器和负荷本身的调节效应共同原动机调速器和负荷本身的调节效应共同 作用下作用下 系统频率下降或上升的多少。系统频率下降或上升的多少。 2 2、数学表达式：发电机输出有功增量与负荷实际增量相平衡、数学表达式：发电机输出有功增量与负荷实际增量相平衡 N S*S LDN f K= K P 标标幺幺值值： 4.3 电力系统的频率调整 n GEGi i=1 K=K m GEGi i=1 K=K 3 3、对于系统有若干台发电机组参加一次调频：、对于系统有若干台发电机组参加一次调频： SGELD K = K+ K 系统的单位调节功率：

40、系统的单位调节功率： 若系统中若系统中n台机组全部参与调频，等值单位调节功率为：台机组全部参与调频，等值单位调节功率为： 若系统中只有若系统中只有m台机组参与调频，等值单位调节功率为：台机组参与调频，等值单位调节功率为： 4.3 电力系统的频率调整 例题例题43：某系统发电机组的总容量为：某系统发电机组的总容量为3475MW，系统总负荷，系统总负荷 3300MW，负荷的频率调节效应系数，负荷的频率调节效应系数KLD*=1.5；各发电机组的；各发电机组的 容量和调差系数分别为：容量和调差系数分别为： 水轮发电机组水轮发电机组 100MW 5台台=2.5；75MW 5台台=2.75 汽轮发电机组汽

41、轮发电机组 100MW 6台台 =3.5；50MW 20台台=4.0 较小容量汽轮机组合计较小容量汽轮机组合计1000MW =4.0 试分别计算下述四种情况系统单位调节功率试分别计算下述四种情况系统单位调节功率KS（MW/Hz）：）： （1）全部机组都参加一次调整；）全部机组都参加一次调整； （2）全部机组都不参加一次调整；）全部机组都不参加一次调整； （3）仅水轮机组参加一次调整；）仅水轮机组参加一次调整； （4）仅水轮机组和）仅水轮机组和20台台50MW的汽轮机组参加一次调整。的汽轮机组参加一次调整。 4.3 电力系统的频率调整 GNGN GG* NN PP K= K=100 f% f 各

42、发电机组的单位调节功率：各发电机组的单位调节功率： （） G2 375 K=100 = 273 MW/Hz 2.7550 575MW水轮机组：水轮机组： （） G3 600 K=100 = 343 MW/Hz 3.550 6100MW汽轮机组：汽轮机组： （） G4 1000 K=100 = 500 MW/Hz 4.050 2050MW汽轮机组：汽轮机组： （） G5 1000 K=100 = 500 MW/Hz 4.050 1000MW小容量汽轮机组：小容量汽轮机组： （） LDN LDLD* N P3300 K= K= 1.5= 99 MW/Hz f50 负荷：负荷： 解：首先分别计算负荷

43、和各发电机组的单位调节功率解：首先分别计算负荷和各发电机组的单位调节功率 （） G1 500 K=100 = 400 MW/Hz 2.550 5100MW水轮机组：水轮机组： 4.3 电力系统的频率调整 （） 5 SGELDGiLD i=1 2115K= K+ K=K+ K=MW/Hz （） SLD 99K = K=MW/Hz （） SG1G2LD 772K = K+ K+ K=MW/Hz （） SG1G2G4LD 1272K = K+ K+ K+ K=MW/Hz （1）全部机组都参加一次调整：）全部机组都参加一次调整： （2）全部机组都不参加一次调整：）全部机组都不参加一次调整： （3）仅水

44、轮机组参加一次调整：）仅水轮机组参加一次调整： （4）仅水轮机组和）仅水轮机组和20台台50MW的汽轮机组参加一次调整：的汽轮机组参加一次调整： 然后根据不同情况计算然后根据不同情况计算KS： 4.3 电力系统的频率调整 GNN G*GS*G*LD* LDNLDN Pf K= K=100K= K+ K P% P GN G1* LDN GN2 G2* LDN 500 100 =100 = 6.1 2.53300 375 100 =100 = 4.1 2.753300 P K= % P P K= % P S*G1*G2*LD* K= K+ K+ K= 6.1+ 4.1+1.5 = 11.7 N S

45、*S LDN f K= K P S* 50 K=77211.7 3300 方法一：根据标幺值定义方法一：根据标幺值定义 方法二：方法二：KS的标幺值是以负荷的额定容量为基准值，以此进的标幺值是以负荷的额定容量为基准值，以此进 行换算：行换算： 4.3 电力系统的频率调整 LDLDNLD2 S N2 LD S 2N PPP K = fff P300 f =0.142Hz K2115 f = ff = 50.142Hz （） SG1G2LD 772K =K +K +K=MW/Hz LD 2N S P300 f =0.389Hzf = ff = 50.389Hz K772 （） 5 SGiLD i=

46、1 2115K =K +K=MW/Hz (1)全部机组都参加一次调整：全部机组都参加一次调整： (3)仅水轮机组参加一次调整：仅水轮机组参加一次调整： 补充补充2：负荷突然减少：负荷突然减少300MW时，时，(1)(3)系统频率？系统频率？ 4.3 电力系统的频率调整 将发电机组的功频静特性曲线平行移动，从而将发电机组的功频静特性曲线平行移动，从而 改变发电机的有功功率使负荷变动引起的频率偏差保持在改变发电机的有功功率使负荷变动引起的频率偏差保持在 允许范围内；即二次调整使频率偏差减小或为允许范围内；即二次调整使频率偏差减小或为0 0。 三、电力系统频率的二次调整三、电力系统频率的二次调整 一

47、次调整后，一次调整后， f2可能会超出频率可能会超出频率 偏差允许范围，此时调频器进行偏差允许范围，此时调频器进行 二次调整，即：使功频静特性曲二次调整，即：使功频静特性曲 线平行移动由线平行移动由PGPG或或PG，到到 3点可有效缩小频率变化范围，点可有效缩小频率变化范围， 到到1点可实现频率无差调节。点可实现频率无差调节。 4.3 电力系统的频率调整 - G0G3G4 P= PP GG P =Kf- - LD Kf3 3）由系统的负荷频率调节效应所）由系统的负荷频率调节效应所 3 3、数学表达式：、数学表达式： 当系统负荷增加时，由以下三方面提供：当系统负荷增加时，由以下三方面提供： 1

48、1）的发电机组的发电机组 2 2）发电机组执行）发电机组执行，按有差，按有差 特性调差系数分配而特性调差系数分配而 4.3 电力系统的频率调整 G0GLDLD LDG0 GLDS PKf = P+ Kf PP = K + K= K f n LDGs0 GELDSGEGi i=1 PP = K+ K= K K=K f 其其中中： 发电机输出有功增量与负荷实际增量相平衡，则发电机输出有功增量与负荷实际增量相平衡，则 当二次调整发电机组增发的功率当二次调整发电机组增发的功率PG0与负荷功率的原始增与负荷功率的原始增 量量PLD 相等时，相等时，f =0，实现了无差调节。，实现了无差调节。 在有在有n

49、台发电机组的电力系统中，当综合负荷发生变动时，台发电机组的电力系统中，当综合负荷发生变动时， 所有机组都参与一次调频，而二次调频一般仅由一台机组所有机组都参与一次调频，而二次调频一般仅由一台机组 （s）承担，则有：）承担，则有： 4.3 电力系统的频率调整 当负荷增加当负荷增加300MW时，分别计算：时，分别计算： （1）全部机组都参加一次调整，二次调整机组增发功率为）全部机组都参加一次调整，二次调整机组增发功率为100 MW时，时， 系统频率变为多少？系统频率变为多少？ （3）仅水轮机组参加一次调整，系统频率不低于）仅水轮机组参加一次调整，系统频率不低于49.8Hz时，时， 二次调整机组应增

50、发多少功率？二次调整机组应增发多少功率？ 例题例题4-3(补充补充)：某系统发电机组的总容量为某系统发电机组的总容量为3475MW，系统总，系统总 负荷负荷3300MW，负荷的频率调节效应系数，负荷的频率调节效应系数KLD*=1.5；各发电机；各发电机 组的容量和调差系数分别为：组的容量和调差系数分别为： 水轮发电机组水轮发电机组 100MW 5台台=2.5；75MW 5台台=2.75 汽轮发电机组汽轮发电机组 100MW 6台台 =3.5；50MW 20台台=4.0 较小容量汽轮机组合计较小容量汽轮机组合计1000MW =4.0 4.3 电力系统的频率调整 解解: (1) 全部机组都参加一次

51、调整，系统单位调节功率全部机组都参加一次调整，系统单位调节功率KS为：为： 二次调整机组增发功率二次调整机组增发功率100MW，即，即PG0=100MW，则：，则： （） 5 SGiLD i=1 2115K =K+ K=MW/Hz LDG0LDG0 S 2N PPPP K = fff LDG0 S 2N PP300 100 f =0.095Hz K2115 f = ff =49.905Hz 4.3 电力系统的频率调整 （2）仅水轮机组参加一次调整，系统单位调节功率）仅水轮机组参加一次调整，系统单位调节功率KS为：为： 系统频率不低于系统频率不低于49.8Hz时：时： （） SG1G2LD 77

52、2K = K+ K+ K=MW/Hz （） LDG0S G0 PP=Kf 77249.850154.4MW P= 300154.4145.6MW LDG0LDG0 S 2N PPPP K = fff 无差调节无差调节 PG0 =？ 4.3 电力系统的频率调整 1、基本原理：、基本原理： 由几个地区系统互联为一个大系统的情况，对某一个地区由几个地区系统互联为一个大系统的情况，对某一个地区 系统而言，负荷变化（增加）系统而言，负荷变化（增加）PLD时，可能伴随着与其他时，可能伴随着与其他 系统交换功率系统交换功率Pt 的变化：的变化： LDtG0GELDS PPP=K+ Kf =Kf 2、设、设A、B两系统互联：两系统互联： 两系统负荷变化（增加）分别为两系统负荷变化（增加）分别为PLDA和和PLDB，引起互联，引起互联 系统的频率变化（降低）系统的频率变化（降低）f ，及联络线交换功率的变化，及联络线交换功率的变化 Pab； Pab对子系统对子系统