电力系统分析(6)

1、v频率调整的必要性v有功功率平衡和备用容量v电力系统的频率特性v电力系统的频率调整 频率一次调整、频率二次调整、互联系统的频率调整v有功功率平衡和系统负荷在各类发电厂间的合理分配6 电力系统的有功功率平衡和频率调整系统负荷的有功功率频率静态特性发电机组的有功功率频率静态特性电力系统的有功功率频率静态特性v频率调整的必要性u频率偏移对设备运行的影响u电网频率总在波动：发电机转子功率平衡u频率允许偏移：(0.20.5)Hz; (0.41)%u负荷曲线组成：有功负荷分为三种不同变化规律的变动负荷，如右图1、2、3所示；异步电动机：转速和输出功率降低；汽轮发电机：叶片脉振；发电厂辅机：给水泵、风机、给

2、煤机出力下降，严重情况下可导致系统频率崩溃，电机变压器：无功损耗增加，调压问题u负荷曲线组成第1种负荷分量：变化幅度小，变化周期短（一般10秒以内） （调速器：一次调频）第2种负荷分量：变化幅度较大，变化周期一般在10s3min的负荷，如电炉、延压机械、电气机车，等；（调频器：二次调频）第3种负荷分量：变化缓慢的持续变动负荷，由工厂作息制度、居民生活规律、气象条件等决定； （调度员：日运行方式）据此频率调整一次调整:由发电机组的调速器进行的对第一种 负荷变动引起的频率偏移的调整二次调整:由发电机的调频器进行的、对第二种 负荷变动引起的频率偏移的调整 三次调整:按最优化准则分配第三种有规律变动

3、的负荷，即责成各发电厂按事先给定的发 电荷曲线发电。 v有功功率平衡和备用容量CSDGPPPP为保证频率在允许范围内变动，电力系统运行中的发电机组发出的有功功率必须和负荷消耗的有功功率平衡。所有发电机组有功出力之和所有有功负荷所有发电厂厂用电有功功率之和网络有功率损耗 为保证可靠供电和良好的电能质量，系统还应具有一定的备用容量，备用容量按用途分：备用容量按备用形式分：热备用和冷备用负荷备用：为了适应实际负荷的经常波动或一天内计划外的负荷增加而设置的备用，设计时一般按系统最大有功负荷的2一5估算。事故备用：事故备用容量的大小一般约为最大负荷的5一10 检修备用：为保证发电设备进行定期检修时，不致

4、影响供电而留的备用容量。国民经济备用：计及负荷的超计划增长而设置的备用容量，一般约为系统最大负荷的3%5%v电力系统的频率特性与频率无关的负荷：照明、电弧炉、整流负荷，等与频率一次方成正比：阻力矩为常数的负荷，如球磨机、切削机床、往复式水泵、压缩机、卷扬机，等与频率的二次方成正比：变压器涡流损耗与频率的三次方成正比：通风机、净水头阻力不大的循环水泵与频率更高次方成正比：净水头阻力很大的给水泵；u系统负荷的有功功率-频率静态特性23D0123D NNNN23D *01*2*3*PfffaaaaPfffPaafafafDDPKtgf*DDNNDDNDNP PfKKf fPfDPNfDNPOKD*

5、= 13；调度部门必须掌握的数据确定低频减载切除负荷数量u发电机组的有功功率-频率静态特性fGPNfGNPO0f122121*GNGNGNNfffPPPf fPP Pf*111GGNNGGGNGNPKfffKKPP*0.040.062516.70.020.045025GGKK汽轮发电机：水轮发电机：负荷增大功率增加频率降低 调速系统的工作原理（离心式机械液压调速系统）发电机组的静态调差系数、单位调节功率（发电机组功频静特性系数）u电力系统的有功功率-频率静态特性21000; ; GGDDDDGDGDfffPK fPK fPPPPKKf fP2f2PO1fBAD( )PfD( )PfD0PGPD

6、P0DGDPKKKf系统的单位调节功率 0*GNDNDGDNNPPPKKfffDNNPf00*GNDDNDGDDNNPPPPKKPf ff0*DGrDPKK kKfGNrDNPkP备用容量越大(kr1) ，系统单位调节功率越大无备用容量(kr=1) ，发电机单位调节功率为零考虑一台机组和一个负荷，计及两者的频率静态特性采用标幺值形式备用系数kr考虑一台机组和一个负荷，计及两者的频率静态特性采用标幺值形式备用系数kr21000; ; GGDDDDGDGDfffPKfPKfPPPPKKf fP2f2PO1fBAD( )PfD( )Pf0DGDPK KKf系 统 的 单 位 调 节 功 率 0*GN

7、DNDGDNNPPPKKfffDNNPf00*GNDDNDGDDNNPPPPKKPf ff0*DGrDPKK kKfGNrDNPkP 备用容量越大备用容量越大(kr1) ，系统单位调节功率越，系统单位调节功率越大大 无备用容量无备用容量(kr=1) ，发电机单位调节功率为，发电机单位调节功率为零零v电力系统的频率调整u频率的一次调整n台机组的等值单位调节功率11 (1,2,., )GiGinnGGiGiGiiPKfinPPKfKf *11nnGiNGGiGiiiNPKKKf*1*nGiGiNNiGGGNGNK PfKKPP*1GNGnGiNiiPP1nGNGiNiPP单台等值机组和系统负荷的一

8、次调频* GiNGiGiiNPfPKff 0DGDPfKK fP2f2PO1fBAD( )PfD( )PfD0PGPDP计算等值单位调节功率时，如第j台机组满载运行，则KGj = 0，或j = 调差系数越小，机组增加有功输出越多（相对于自身额定值）u某电力系统中，一半机组的容量已经完全利用，其余25%为火电厂，有10%备用容量，单位调节功率为16.6；25%为水电厂，有20%备用容量，单位调节功率为25；系统有功负荷的频率调节效应系数KD*=1.5。*0.5 0 0.25 16.6 0.25 25 10.4GK 0.5 0.25 (1 0.1) 0.25 (1 0.2)0.925DP 1/0.

9、925 1.081rk *1.081 10.4 1.5 12.742K *r GDK kK KrG ND Nk P P0*0.05500.196Hz12.742DNPffK 0*12.742 0.2/50 5.097%DPK f （1）求系统单位调节功率（2）求负荷增加5%时的系统稳态频率；（3）若允许频率降低0.2Hz，系统能够承受的负荷增量*1*nGiGiNNiGGGNGNKPfKKPPu某电力系统中，一半机组的容量已经完全利用，其余25%为火电厂，无备用容量，单位调节功率为16.6；25%为水电厂，有10%备用容量，单位调节功率为25；系统有功负荷的频率调节效应系数KD*=1.5。*0.

10、5 0 0.25 0 0.25 256.25GK 11.0260.5 0.25 0.25 (1 0.1)rk *1.026 6.25 1.57.912K 0.024500.8Hz1.5f （1）求系统单位调节功率（2）求负荷增加5%时的系统稳态频率，由于备用容量仅为2.6%，余下部分由负荷的频率调节效应来补偿；fP2f1.026DNPO1f0.0260.05DNP0.0241.0DNPf11.0GNrDNGDNPk PPPu某电力系统中，一半机组的容量已经完全利用，其余25%为火电厂，无备用容量，单位调节功率为16.6；25%为水电厂，有10%备用容量，单位调节功率为25；系统有功负荷的频率调

11、节效应系数KD*=1.5。*0.5 0 0.25 0 0.25 256.25GK 11.0260.50.250.25(10.1)rk*1.0266.251.57.912K 0*7.912 0.2/50 0.031651.026 6.25 0.004 0.02565DGrGPK fPkKf （1）求系统单位调节功率（3）若允许频率降低0.2Hz，系统能够承受的负荷增量；fP2f1.026DNPO1f0.025650.03165DNP1.0DNP0.2Hzf 11.0GNrDNGDNPk PPPu频率的二次调整同步器的工作原理功频静态特性的平移fP2PONf1P3P3 2 1同步器的不同位置，对应

12、于一组平行的机组功频静态特性直线；维持机组转速恒定，同步器位置越高，机组输出功率越大；同步器位置同步器位置对应的机组对应的机组额定输出功额定输出功率率同步器位同步器位置对应的置对应的机组空载机组空载转速转速负荷增加，所有具有备用容量的机组调速器动作，系统频率下降同步器动作，增大机组输出功率，系统功频静态特性平移，系统频率恢复fO1fPABB0DP( )DP f( )DP ff2f2fEGP( )GP ffO1fPAB0DP( )DPf( )DPff2f( )GP f0DGDPKfKf 0DGGDPPKfKf u同步器的工作原理功频静态特性的平移fP3fO1f1P3P3 2 1利用同步器平移机组

13、功频静态特性，调节系统频率和分配机组间的有功功率，就是频率的二次调整( )DPf由于频率的二次调整，系统增加的发电功率，由少数电厂或机组承担剩余负荷增量，由全网具有调节容量的机组，通过调速器动作，按照功频静态调节特性平衡；00DDGPPP00DDGGDPPPK fK f fO1fPA( )DP f2fEGP( )GP f( )DP f主调频电主调频电厂厂输出功输出功率增量率增量 按经济调按经济调度原则在度原则在主调频厂主调频厂间分配间分配 fO1fPBB0DP( )DPf( )DPff 2f 2fE( )GPfA( )DPf0DGGDPPK f K f 0DGGDPPfKK u互联系统的频率调

14、整D AABG AAAD BABG BBBPPPK fPPPK f DAPGAPAKDBPGBPBKABPAB() ()()()DADBGAGBABABADBGBBDAGAABABPPPPffKKKPPKPPPKK 0DAGADBGBABABPPPPPKK二次调整可二次调整可实现系统频实现系统频率无差调节率无差调节fO1fPABB0DP( )DPf( )DPff2f 2fCEGPu主调频电厂的选择u选择主调频电厂时，主要应考虑：主调频电厂：负责全系统的频率调整，即频率的二次调整，一般选1-2个电厂；辅助调频电厂：系统频率超过某一规定的偏移范围时才参与频率调整，一般也只有少数电厂；非调频电厂：系

15、统正常运行时，按照预先给定的负荷曲线；机组具有足够的调节容量及调整范围；调频机组具有与负荷变化速度相适应的调整速度；调整出力时符合安全及经济的原则；调频引起的联络线功率波动、中枢点电压波动是否越限；u各类电厂调节能力对比枯水期：水电厂主调频电厂，效率较低的火电机组辅助调频；丰水期：水电厂带稳定负荷，避免弃水；中温中压凝汽式火电厂主调频；v有功功率平衡和系统负荷在各类发电厂间的合理分配u有功功率平衡实现额定频率下的有功平衡，并具有备用容量u备用容量按作用分负荷备用：2%5%Pmax事故备用：5%10%Pmax PGmax检修备用国民经济备用() ()GCSLDLresPPPPPu热备用旋转备用（

16、Spinning Reserve）担负频率调整任务，处理如下：短时间负荷波动；日负荷曲线的预测误差；发电机组因偶然事故退出运行；包含负荷备用和部分事故备用u冷备用停运待命机组，包括检修备用、国民经济备用、部分事故备用热备用不足：低频减载水电机组低频自启动u各类发电厂负荷的合理分配A水电厂不可调功率B水电厂可调功率C热电厂D核电厂E高温高压凝汽式火电厂F中温中压凝汽式火电厂G抽水蓄能机组H燃气轮机v 有功功率负荷的最优分配电力系统中有功功率负荷合理分配的目标是，在满足一定约束条件的前提下，尽可能节约消耗的能源。耗量特性 发电设备单位时间内消耗的能源与发出的有功功率的关系。/ F P /dPdF=

17、PFu耗量微增率: 耗量特性曲线上某点切线的斜率，表示在该点运行时输入增量对输出增量之比u比耗量：特性曲线上某点的纵坐标和横坐标(即输入与输出)之比u发电设备的效率 ：比耗量的倒数有功负荷最优分配的目标函数和约束条件u目标函数:总能源消耗量。niGiiGnnGGPFPFPFPFF12211)()(.)()(第i台设备发出有功功率PGi时，单位时间内消耗的能源u约束条件:等式约束:有功功率必须保持平衡PPPniLiniGi11若忽略网损，则011niLiniGiPP不等式约束:系统的运行限制maxminmaxminmaxminiiiGiGiGiGiGiGiUUUQQQPPP等耗量微增率准则电力系

18、统中的各发电机组按相等的耗量微增率运行，可使总的能量损耗最小以两套并联机组间的负荷分配为例研究多元函数求极值，构造一个不受约束的拉氏函数min)()(2211GGPFPFF约束条件021LDGGPPPmin)()()(212211LDGGGGPPPPFPFL为使L最小，有01GPL02GPL0L可得021LDGGPPP1110GGdFPdP 求解得： 2100021222111LDGGGGGGPPPdPPdFdPPdF等耗量微增率准则表示为使总耗量最小，应按相等的耗量微增率在发电设备或发电厂之间分配负荷。该结论可推广用于多个发电厂之间的负荷分配。三个火电厂并列运行，各电厂的燃料消耗特性(t/h

19、)及功率约束条件如下： MWPMWPPFGGG2001000007. 03 . 0412111MWPMWPPFGGG2501200004. 032. 0322222MWPMWPPFGGG30015000045. 03 . 05 . 332333当总负荷为400MW时，试分别确定发电厂间功率的经济分配（不计网损）。 解：按等耗量微增准则 11110014.03 .0GGPdPdF22220008.032.0GGPdPdF330009. 03 . 0GP321643. 0572. 029.14GGGPPP321400321GGGPPP解得 MWPMWPGG77.987 .14712PG1低于下限，故应取PG1=100MW 。其余的300MW负荷在电厂2和3之间重新分配30032GGPP32MWPMWPGG95.15205.14732都在限值以内。本章小结负荷变化时，具有调速器的机组，只要还有