发电厂5第五章

1、2022年3月5日星期六n频率偏移产生的频率偏移产生的原因原因、影响影响、以及允许的以及允许的频率偏离量频率偏离量？n保持频率偏移量不超过保持频率偏移量不超过一定范围的条件一定范围的条件n（如何保持有功功率的平衡如何保持有功功率的平衡）n电力系统的电力系统的频率调整频率调整n有功功率的有功功率的最优分配最优分配2022年3月5日星期六频率变化的原因频率变化的原因?频率变化对负荷的影响(1)异步机异步机 (2)电子设备电子设备 (3)电钟电钟频率变化对电力系统的影响(1) 水泵、风机、磨煤机水泵、风机、磨煤机(2) 汽轮机的叶片汽轮机的叶片(3) 变压器的励磁变压器的励磁频率允许偏移的范围：50

2、Hz(0.20.5)Hz 系统中负系统中负荷的变荷的变化化你答对了吗你答对了吗?2022年3月5日星期六 运行中：运行中： u备用容量备用容量: 1.按作用形式分按作用形式分CSDLGPPPPP负荷备用(2-5%Plmax)检修备用(可能不安排)事故备用(5-10% Plmax或系统中最 大一台单机容量）国民经济发展备用(3-5%Plmax ）2022年3月5日星期六2、按存在形式分为、按存在形式分为两者差一个网损两者差一个网损两者差一个厂用电两者差一个厂用电 热备用:运转中发电设备可能发的最大 功率与发电负荷之差(旋转备 用)冷备用:未运转的、但能随时启动的发 发电设备可以发的最大功率 (不

3、含检修中的设备)n负荷的分类负荷的分类: 1.用电负荷 2.供电负荷 3.发电负荷2022年3月5日星期六有功功率负荷变动曲线有功功率负荷变动曲线2022年3月5日星期六变动有很大的偶然性变动有很大的偶然性 属于这一种的主要有电炉、压延机械、属于这一种的主要有电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷电气机车等带有冲击性的负荷 这一种是由于生产、生活、气象等变这一种是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动化引起的负荷变动 2022年3月5日星期六n据此据此,频率调整频率调整一次调整一次调整:由发电机组的调速器进行的由发电机组的调速器进行的 对第一种负荷变动引起的频对第一种负荷变动引起的频率偏

4、移的调整率偏移的调整 二次调整二次调整:由发电机的调频器进行的、由发电机的调频器进行的、 对第二种负荷变动引起的对第二种负荷变动引起的频率偏移的调整频率偏移的调整 三次调整三次调整:按最优化准则分配第三种有按最优化准则分配第三种有 规律变动的负荷，即责成各发电厂规律变动的负荷，即责成各发电厂 按事先给定的发电荷曲线发电。按事先给定的发电荷曲线发电。2022年3月5日星期六有功功率的最优分配有功功率的最优分配:l有功功率电源的最优组合有功功率电源的最优组合 即指系统中发电设备或发电厂的合理组合即指系统中发电设备或发电厂的合理组合,也就也就是所谓的机组合理开停是所谓的机组合理开停.l有功功率负荷的

5、最优分配有功功率负荷的最优分配 即指系统的有功功率负荷在各个正在运行的发电即指系统的有功功率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设备或发电厂之间的合理分配.最常用的是按等耗量最常用的是按等耗量微增率准则分配微增率准则分配.2022年3月5日星期六2022年3月5日星期六(1)火电厂特点：火电厂特点：l 需燃料及运输费用，但不受自然条件影响需燃料及运输费用，但不受自然条件影响l效率与蒸汽参数有关效率与蒸汽参数有关 l受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整范围较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄范围较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄(高

6、温高温高压高压30%，中温中压，中温中压75%) l机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能量，易损坏设备量，易损坏设备l热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于热负荷，为强迫功率热负荷，为强迫功率2022年3月5日星期六2022年3月5日星期六(2)水电厂特点：水电厂特点：l不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条件影响。然条件影响。l出力调节范围大，出力调节范围大，50%以上以上, 增减负荷速度快，操增减负荷速度快，操作容易，可承担急剧变化的负

7、荷作容易，可承担急剧变化的负荷l决定发电量的除水量外还有水位差决定发电量的除水量外还有水位差 保证出力保证出力l抽水蓄能机组（天荒坪抽水蓄能机组（天荒坪630万千瓦）万千瓦）l必须与火电配合必须与火电配合 l维持航运、灌溉、需一定水量，对应强迫功率维持航运、灌溉、需一定水量，对应强迫功率2022年3月5日星期六2022年3月5日星期六(3) 核电厂特点：核电厂特点：l可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能量、时间，可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能量、时间，易损坏设备易损坏设备l一次投资大，运行费低，尽量利用承担基本负荷一次投资大，运行费低，尽量利用承担基本负荷n应指出应指出: 枯水季节枯水季

8、节往往由系统中的往往由系统中的大型水电厂大型水电厂承担承担调频调频任务任务;洪水季节洪水季节这任务就转移给这任务就转移给中温中压火电厂中温中压火电厂.抽抽水蓄能电厂水蓄能电厂在其发电期间也可在其发电期间也可参加调频参加调频.但但低温低压低温低压火电厂火电厂则因容量不足则因容量不足,设备陈旧设备陈旧,不能担负调频任务不能担负调频任务.2022年3月5日星期六l各类发电厂组合顺序示意图各类发电厂组合顺序示意图枯水季节枯水季节:2022年3月5日星期六洪水季节洪水季节:2022年3月5日星期六1. 耗量特性耗量特性: 发电设备单位时间内发电设备单位时间内消耗的能源与发出的有功消耗的能源与发出的有功功

9、率的关系。如图所示功率的关系。如图所示:l 比耗量比耗量: 单位时间内输单位时间内输入能量与输出功率之间的入能量与输出功率之间的比值比值. l耗量微增率耗量微增率: 耗量耗量特性特性曲线曲线上某点切线的斜率上某点切线的斜率 dPdFPF/PFu/2022年3月5日星期六2. 目标函数和约束条件目标函数和约束条件l目标函数目标函数 有功负荷最优分配的目的：在供应同样大小负荷有有功负荷最优分配的目的：在供应同样大小负荷有功功率的前提下，单位时间内的能源消耗最少。这里功功率的前提下，单位时间内的能源消耗最少。这里的的目标函数目标函数就应该是就应该是总耗量最少总耗量最少。即为。即为 )()()()(1

10、2211GiniiGnnGGPFPFPFPFF)(GiiPF011PPPniiLiniiGiP为网络总损耗为网络总损耗以以 表示某发电设备发出有功功率时单位表示某发电设备发出有功功率时单位时间内所需消耗的能源。时间内所需消耗的能源。n 等式约束条件等式约束条件2022年3月5日星期六不计网络损耗时，上式可改写为不计网络损耗时，上式可改写为: l不等式条件不等式条件 各节点发电设备各节点发电设备有功功率有功功率、无功功率无功功率和和电压电压大小大小不得逾越的限额不得逾越的限额:011niiLiniiGiPPmaxminGGiGPPPmaxminGGiGQQQmaxminiiiUUU2022年3月

11、5日星期六l可建立如下拉格朗日函数可建立如下拉格朗日函数: 0)()(1111111GGGGdPPdFPFPL0)()(2222222GGGGdPPdFPFPL0)()(nGnGnnGnnGndPPdFPFPL式中式中 为拉格朗日乘数为拉格朗日乘数)()()(2211GnnGGPFPFPFL)(21LGnGGPPPP2022年3月5日星期六 l以两台机为例以两台机为例 目标函数目标函数: 等式约束条件等式约束条件: 12n)()(2211GGPFPFF021LGGPPP等耗量微增率准则等耗量微增率准则 所以可得所以可得:它表示为使总耗量最小，应按相等的耗量微增率在它表示为使总耗量最小，应按相等

12、的耗量微增率在发电设备或发电厂之间分配负荷。发电设备或发电厂之间分配负荷。2022年3月5日星期六根据等耗量微增率准则得根据等耗量微增率准则得: 进而可以求得进而可以求得.l对不等式约束条件的考虑对不等式约束条件的考虑: 有功功率越限有功功率越限,则按限额发电则按限额发电,剩余功率在剩余功率在其他机组间重新按等耗量微增率原则分配其他机组间重新按等耗量微增率原则分配.212022年3月5日星期六实践中实践中:由于能源消耗受限制由于能源消耗受限制 有功功率负荷的最优分配有功功率负荷的最优分配 其在火力发电厂与 水力发电厂之间的最优分配问题 消耗的水量受水库调度的约束消耗的水量受水库调度的约束 20

13、22年3月5日星期六 上式中用小的时间段这和来表示积分效果，表示上式中用小的时间段这和来表示积分效果，表示火电厂的燃料，表示水电厂消耗的水量。火电厂的燃料，表示水电厂消耗的水量。 0)(2122KtPWktkkkHk水电的约束条件水电的约束条件), 2 , 1(0)(111tkdPPdFkkTkTkktkkKLkLkHkTkktkkkTktPPPPtPFL12121111)()(21222)(KtPWktkkkHkl为了简化分析，将负荷的分配局限于一个为了简化分析，将负荷的分配局限于一个 火电一个水力发电设备之间，并略去网损。火电一个水力发电设备之间，并略去网损。同理由同理由:新的拉格朗日函数

14、新的拉格朗日函数 :2022年3月5日星期六 得得: 若时间段取的很短若时间段取的很短,则可将式中的下标则可将式中的下标“k”可略可略去，可改写为：去，可改写为：n由上可知，只要将水力发电厂的水耗量乘以某一由上可知，只要将水力发电厂的水耗量乘以某一个待定的拉格朗日乘数，就可将等耗量微增率准则个待定的拉格朗日乘数，就可将等耗量微增率准则应用到火力发电厂与水力发电厂之间负荷的最优分应用到火力发电厂与水力发电厂之间负荷的最优分配。配。 ), 2 , 1(0)(2222tkdPPdWkkHkHk), 2 , 1()()(2222111tkdPPdWdPPdFkkHkHkkTkTk2222111)()(

15、HHTTdPPdWdPPdF122TT 即即水煤转换系数水煤转换系数2022年3月5日星期六l等式约束条件修正为：等式约束条件修正为： LLGPPP)()(1111liiLimiiLiniiGiniiGiiPPPPFL0)1 ()(11111GLGGGPPdPPdFPL0)1 ()(GiLGiGiiGiPPdPPdFPL2022年3月5日星期六LGiPP)11()()11()(1111GiLGiGiiGLGGPPdPPdFPPdPPdF2022年3月5日星期六一、频率调整的必要性一、频率调整的必要性所有用电设备都是按系统额定频率设计的，电力系所有用电设备都是按系统额定频率设计的，电力系统的频率

16、变动对用户、发电厂和电力系统本身都会统的频率变动对用户、发电厂和电力系统本身都会产生不利影响产生不利影响;频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电停电;因此必须保持频率在额定值上下，且偏移不超过一因此必须保持频率在额定值上下，且偏移不超过一定范围。定范围。2022年3月5日星期六二、自动调速系统二、自动调速系统2022年3月5日星期六二、自动调速系统二、自动调速系统2022年3月5日星期六三、电源有功功率静态频率特性三、电源有功功率静态频率特性原动机未配置自动调速系统时，其机械功原动机未配置自动调速系统时，其机械功率与频率的关系：率与频率的关

17、系：原动机配置自动调速系统后：原动机配置自动调速系统后：原动机的机械功率原动机的机械功率静态频率特性静态频率特性221fcfcpm2022年3月5日星期六 简化之：简化之：四、发电机的频率特性四、发电机的频率特性 如上图，发电机频率特性的斜率为如上图，发电机频率特性的斜率为 00ffPfPKNGNGG2022年3月5日星期六00GGNGNPPfKff 发电机的单位调节功率（单位发电机的单位调节功率（单位MW/HZ）该单位调节功率和机组的该单位调节功率和机组的调差系数调差系数有互为倒数的关系。有互为倒数的关系。机组的调差系数： GNNGNNGGPffPffPfK00012022年3月5日星期六单

18、位调节功率的标么值为单位调节功率的标么值为:100%10NNGNNGNGNGGfffPfKffPPKn调差系数调差系数 或与之对应的发电机的或与之对应的发电机的单位调节单位调节功率功率是是可以整定可以整定.所以电力系统频率的所以电力系统频率的一次调一次调整整问题主要就与问题主要就与调差系数调差系数或与之对应的发电机或与之对应的发电机的的单位调节功率单位调节功率有关。有关。2022年3月5日星期六五、负荷的频率特性五、负荷的频率特性负荷从电网中取用有功功率负荷从电网中取用有功功率 与电网频率的关系如图与电网频率的关系如图:LLKPf 其标么值为：其标么值为：5.1NLNLLffPPK负荷的静态频

19、率特性 负荷的单位调节功率MW/Hz(单位单位 )不能整定不能整定2022年3月5日星期六初始运行点初始运行点O，当负荷增加，当负荷增加则则: LOPOA0LLPPABOBBAOBOA)(00ffKfKPOBGGGfKPABLL-fKKPLGLO)(/LOGLSPfKKK SK系统的单位调节功率系数系统的单位调节功率系数2022年3月5日星期六n 一次调频为一次调频为有差调频有差调频。n n台发电机：台发电机：n台都参加一次调整：台都参加一次调整： 只有只有m台参加一次调整：台参加一次调整：GnGGGGKKKKK.321GK0GKGmGGGmGKKKKK.321n 当发电机当发电机满载满载时，

20、负荷功率增大，则时，负荷功率增大，则 相当于为相当于为0, 但当负荷功率减小时，但当负荷功率减小时， ，所以仍可以参加调频。，所以仍可以参加调频。2022年3月5日星期六初始运行点初始运行点O ，当负荷增加，当负荷增加LOPOA0LLPPBACBOCOA)(0 0ffKfKBCGG)(0 0ffKfKABLLGOPOC()GOGLLOPfKPK二次调整增发的功率二次调整增发的功率 系统的单位调节功率系统的单位调节功率SK频率的二次调整频率的二次调整2022年3月5日星期六n n台机组：第台机组：第n台参加二次调频台参加二次调频 ， n台全部参加一次调频台全部参加一次调频:fKKPPLnGGnL

21、O)(0GOLOPPLOPn无差调频无差调频: 若若 , 即发电机如数增即发电机如数增发了负荷功率的原始增量发了负荷功率的原始增量 ,亦即实现了所谓的无亦即实现了所谓的无差调节差调节.如上图虚线所示如上图虚线所示.n注意注意:以上公式中以功率增大和频率上升为正。以上公式中以功率增大和频率上升为正。2022年3月5日星期六l多机系统在负荷变化时，带调速器的机组，只要有多机系统在负荷变化时，带调速器的机组，只要有可调容量，都参加一次调整。可调容量，都参加一次调整。l二次调整由少数机组二次调整由少数机组(厂厂)承担承担主调频机组主调频机组(厂厂)，负荷增量主要由它们承担，可依次分为第一、第负荷增量主要由它们承