电力系统稳态分析第4章

1、第4章 电力系统有功功率分配与频率控制 电力系统运行的基本任务 安全、可靠、经济、优质地供电 保证系统有功功率平衡： 互联成网的交流电力系统在稳态运行方式下具有同一频率 频率偏移：系统运行频率与额定频率之差 有功功率电源不足或负荷增大时，系统频率下降，有功功率电源过剩或负荷减小时，系统频率上升 负荷具有不确定性和多变性，在实际运行中系统频率会发生波动，故需不断调节有功电源的输出，使电力系统保持有功功率平衡4.1 电力系统有功功率控制的必要性PPPP网损厂用电负荷发电机500.2Hz我国的规定3电力系统频率与有功功率直接相关：)(0ETjPPdtdTGPETPT在较低的频率下功率重新平衡，但平衡

2、负荷频率特性发电机调差特性 0 ,ETETETPPfPPPP电力系统频率与有功功率电力系统频率与有功功率1） 有功功率负荷的变化基于日负荷曲线的负荷成分分析： P1变动幅度很小、周期很短，有很大的随机性-调速器一次调频解决 P2变动幅度较大、周期较长，主要为周期性短时间需大量有功的用电设备（冲击性负荷）-调频器二次调频解决 P3变动幅度最大、周期最长，由生产/生活/气象等变化引起最优发电分配（三次调频）解决4.2 电力系统的有功功率平衡tP0Pt0P1P2P3成分分解52）电力系统的有功电源 电力系统有功电源主要是各种发电机。 各类发电厂的特点火电厂：技术最小负荷；不宜频繁起停；参数不同，效率

3、不同水电厂：强迫功率；起停容易；水头影响；水库调节性能和洪枯等自然条件的影响；抽水蓄能;核电厂：技术最小负荷；不宜频繁起停；运行费用小 有功电源优化包含两方面内容：有功电源的最优组合和有功负荷在运行机组间的最优分配各类发电厂的合理组合原则：充分合理利用水利资源，尽量避免弃水；最大限度地降低火电厂煤耗，充分发挥高效机组的作用；降低火力发电的成本，执行国家有关燃料政策，减少烧油，增加燃用劣质煤、当地煤。枯水期各类电厂发电顺序：无调节水电厂有调节水电厂的强迫功率热电厂的强迫功率核电厂燃料劣质、当地燃料火电厂热电厂的可调功率高温高压火电厂中温中压火电厂低温低压火电厂有调节水电厂的可调功率丰水期时，有调

4、节水电厂的可调功率也常归入强迫功率成为不可调功率。系统备用容量系统备用容量：系统电源容量大于发电负荷的部分。 一般要求达最大发电负荷的15%20%.按存在形式：热备用（旋转备用、运转备用）、冷备用按用途： 负荷备用负荷备用（热备用/旋转备用）：最大负荷的35% 满足系统中短期负荷波动和计划外增加的负荷 事故备用事故备用（热冷备用）：最大负荷的510%，最大单机容量 系统中发电设备发生故障时，为保证正常供电而设置的备用 与系统容量/各类电厂比例/发电机台数/单机容量/故障概率有关 检修备用检修备用（冷备用）：视需要4%5% 为系统内发电设备定期检修而设置的 与发电机台数/年负荷曲线/检修周期/检

5、修时间的长短有关 常事先安排在低谷负荷期进行，一般可不单独设检修备用 国民经济备用国民经济备用（冷备用）：最大负荷的35% 考虑到国民经济超计划增长而设置的备用3 3） 备用容量备用容量84.3 电力系统的频率特性 频率对用户的影响频率对用户的影响系统频率的变化将引起异步电动机转速的变化，从而影响产品的质量；系统频率下降使电动机功率下降，影响传动机械的出力；也可能使某些重要设备无法工作影响电子设备的工作、电钟的准确性； 对电力系统本身的影响对电力系统本身的影响系统频率降低影响拖动电厂辅机的异步电动机的处理，严重时可能迫使锅炉停炉；低频运行会引起汽轮机低压叶片共振，缩短叶片寿命，严重时会使叶片断

6、裂，造成重大事故；频率降低会增加励磁电流，增加系统无功损耗，当无功备用不足使导致电压下降。频率稳定也便于电压调整。1）f1AA” CCFFEEb进a出4BB CC 进气大f A”A离心飞摆式调速器原理图2）调频器动作DEEb进a出4B CE气门停 气门加大，f不变， 相当于调差曲线上移1.飞摆2.弹簧3.错油门4.油动机5.调频器调速器的调节特性 调速器的简化模型KSRPP11 TS1R积分元件错油门与油动机的作用反馈元件杆ACB的作用，反馈系数RP11 发电机的静态调节性发电机的静态调节性 静态调差系数（调差率）：/baGbGafffHz MWPPP * NGNfffP PP 标幺值0/NG

7、NffHz MWP 00*NNNGNGNNfffffPPf fP0GbP0fbf当选择b点为额定运行点，a点为空载运行点，则baafGaP* 0fP 发电机的调节方程可见：机组的调差系数（或称调差率），是指机组功率从空载到满载时的频率偏移的标幺值。 表明频率发生单位变化时，机组出力的变化量。 一般，汽轮发电机组 s*= 0.040.06，KG*= 2516.7 水轮发电机组 s*= 0.020.04，KG*= 5025 当调差系数s*= 0时，f*= 0，机组出力变化不会引起频率偏差，称无差调节/GGPKMWHzf *fPffPPKGNGNGGn单位调节功率 调差系数的倒数称为机组的单位调节功

8、率13 负荷的静态频率特性 负荷的静态频率特性一般以多项式表示：nNLNnNLNNLNLNLffPaffPaffPaPaP.22101.210naaaaLLPKf*fPffPPKLNLNLLPLffNPLN其中 在上式中，忽略高次项，频率变化与负荷功率变化成线性关系。 负荷的单位调节功率负荷的单位调节功率KL由负荷性质决定，不能整定。一般KL*=13。144.4 电力系统频率调整 电力系统的一次调频设系统负荷突然增加PL0PLPG f 下降 f0f调频器动作，调差曲线1升到2工作点 000负荷变化PL0等于线段ao，由三部分组成：a-b段，负荷调节功率-KLf”b-c段，一次调频功率-KGf”

9、 c-o 段，二次调频功率PG0，即： 0000 fKKPPKKPPfLGLGLGGLacb 00fKfKPPLGGL若为无差调节，系统运行点为O此时， f”=0， PG0 =PL0184.5 电力系统的调频方法互联系统的频率调整可见，联合系统频率的变化取决于系统的总功率缺额PA+PB，以及系统的单位调节功率KA+KB= KS联络线上的交换功率大小及流动方向与各子系统的功率缺额和子系统的单位调节功率有关。KAPGAPLAAKBPGBPLBBPabfffBABA ) 1, 相联系统，有对AAabGALAfKPPP )2BBabGBLBfKPPP )3 BABABAGBLBGALAKKPPKKPP

10、PPfGALAAPPPGBLBBPPPBAABBAabKKPKPKP定义：194.6 电力系统有功负荷的经济分配发电机组的耗量特性 耗量：煤耗量F、水耗量F比耗量特性：F,WPG0F,WPG0PFFPm,PG0miiPFiiiiFP1dPdF目的：保证系统安全运行和电能质量合格的前提下，使供应同样的有功负荷时，单位时间内消耗的一次能源最小比耗量和耗量微增率意义不同，数值一般不相等，仅在从原点作直线与耗量特性曲线相切的切点处，两者才相等。此点为比耗量最小点。比耗量小的机组应优先投入运行。耗量微增率：图1.耗量特性图2.比耗量特性图3.效率特性发电机组的效率 发电优化分配模型niGiiGnnGGP

11、FPFPFPFF12211.minPPPniLiniGi11niLiniGiPP110sincos1njijijijijjiLiGiBGUUPP忽略网损maxminGiGiGiPPPmaxminGiGiGiQQQmaxminiiiUUUmaxijjii = 1,2,n) (PFGii目标函数：约束条件：有功平衡：潮流方程：不等式约束：-第i台机组燃料消耗21 二台发电机模型二台发电机模型： 只考虑火电厂或火力发电设备间功率的最优分配； 忽略有功网损； 两台机组承担一总负荷； 能源消耗无限制； 暂不考虑不等约束。2211min :GGPFPFFobjLGGPPPst21 .LGGGGPPPPFP

12、FL21221101GPL02GPL0L则：写出Lagrange函数：极值必要条件：G1PG1G2PG2PL22得：00dd0dd2122121111LGGGGGGGGPPPPPFPLPPFPL222111dddd GGGGPPFPPF0 2121LGGPPP即： 上式为两台机组有功功率最优分布的条件，称为等耗量微增率准则。由于耗量特性曲线通常都下凹，故上述条件就是极小值条件。23n n台机或台机或n n个发电厂直接的最优负荷分配（忽略网损）个发电厂直接的最优负荷分配（忽略网损）niGiiPFF1min01LniGiPP约束条件最优分配条件：目标函数0dd.dddd1222111LniGiGn

13、GnnGGGGPPPPFPPFPPFn.21LniGiniGiiPPPFL11)(Lagrange函数：01LniGiPP即：多机等微增率准则：24 考虑网损的有功功率最优分配考虑网损的有功功率最优分配niGiiPFF1min01PPPLmiGi,n,i21优化分配条件：PPPPFLLniGiniGii11Lagrange函数：目标函数：001dd1PPPPPPPFLmiGiGikGiGii约束条件：25,n,i21011ddF1PPPPPPPLmiGiGiGiGii扩展等微增率准则：GiPP1-网损修正系数GiPP-网损微增率上式称为最优分配负荷时的协调方程。26最优分配方案的迭代求解步骤最优分配方案的迭代求解步骤设耗