电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程

§5电力系统有功功率平衡与频率调整衡量电能质量指标：频率、电压、波形我国电力系统关于频率要求：fN＝50Hz允许偏移范围为±0.2～0.5Hz（系统规模越大，对频率控制要求越严格。）频率与有功功率基本关系

转速n

发电机输出电磁功率原动机输入机械功率5.1概述电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第1页概述一、频率偏移影响频率降低引发电动机输出功率降低，影响其驱动设备正常运行。电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第2页概述电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第3页二、引发频率偏移原因并联运行发电机保持同时是电力系统正常运行必要条件。由频率、转速、有功功率之间基本关系：转速n发电机转速由作用于转子轴上转矩决定；原动机机械转矩---驱动发电机电磁转矩----制动转矩平衡则转子可维持同时转速，对应频率即为额定频率；概述发电机输出电磁功率（转矩）原动机输入功率（转矩）电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第4页概述而转矩正比于功率，故额定状态下转矩平衡，即对应着有功功率平衡-----输入机械功率与输出电磁功率。系统电能是不能储备，系统能量生产、消费是时刻动态平衡，即电磁功率与负荷功率相等；负荷时刻改变，对应电磁功率改变，有功平衡被打破，转速就会改变：负荷增大时，制动大过驱动，转子减速，频率下降；反之，转子加速，频率上升。频率调整（简称调频）目标：重新建立有功功率平衡，使转子转速恢复同时，频率到达额定频率。电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第5页概述三、有功功率平衡----为了到达有功平衡，必须经过负荷预测得到未来负荷曲线，借此安排发电计划，使得发电机发出有功功率与网络损耗及负荷需求有功平衡。电磁功率平衡方程式：即：发电机发出总有功功率=全部有功负荷+系统有功损耗+电厂厂用电该方程任何时刻均成立。电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第6页概述备用容量作用：确保供电可靠性、满足用户功率需求及维持频率稳定。定义：备用容量＝系统可用电源容量－发电负荷分类：备用容量分类方法有两种---按用途分按其备用形式分电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第7页概述电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第8页概述(1)负荷备用：

(2)事故备用：(3)检修备用：

(4)国民经济备用：(1)热备用/旋转备用(2)冷备用（2）按其备用形式分电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第9页5.2负荷和电源频率静特征一、系统综合负荷有功－频率静特征负荷实际取用多大有功功率，除了与生产状态、系统电压相关外，还同频率相关：如图中曲线1、1’所表示：频率升高，负荷有功功率自动增加；反之，自动降低。系统综合负荷增大，负荷频率特征曲线平行上移至1’；反之，平行下移。负荷频率静态特征电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第10页负荷和电源频率静特征负荷单位调整效应是负荷自然属性，故而该系数不可控，不可人为调整。负荷单位调整功率（也叫，有功负荷频率调整效应系数）：电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第11页负荷和电源频率静特征二、发电机组有功－频率静特征负荷改变时，转速对应改变，频率也将随之改变；为了保持系统频率在一定范围，要对发电机进行速度调整---原动机附设调速器。调速器分为：机械式和电气液压式调速基本原理：依据负荷功率改变情况，对应调整汽轮机汽门开度，改变进汽量，即改变原动机驱动功率。电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第12页负荷和电源频率静特征

机组调速器调频：负荷功率增加（转子转轴上出现减速转矩，f将下降）；此时调速器将调整原动机出力，使其输出功率增加，从而使f回升，但仍低于fN

；即机组发电功率会随频率下降而增大一部分-----发电机功率静态特征（反比改变）。ffnf1PGNPG1PΔfΔPG12电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第13页负荷和电源频率静特征功频静特征斜率R，称为发电机组调差系数：调差系数还可用百分数形式表示：ffnf1PGNPG1PΔfΔPG12电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第14页负荷和电源频率静特征也称为发电机单位调整功率，为调差系数倒数：电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第15页负荷和电源频率静特征因为机组调速器调整范围有限，只能实现有差调整；若一次调频后，频率偏移仍超出允许范围，则必须深入采取办法：机组调频器/同时器调频－－经过控制调频器来调整机组输出功率，其效果是能够整个平移发电机组功频静态特征曲线，如图中由1平行移动到2，又称作二次调频，可实现无差调整。ffnf1PGNPG1PΔfΔPG12电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第16页5.3电力系统频率调整系统负荷不一样改变规律（三种）及其引发频率偏移调整方法：（1）变动周期最短（小于10s），改变幅度最小—由小负荷经常性投切造成，随机性强。调速器一次调频（2）变动周期较长（在10s～180s），改变幅度较大---由一些冲击性、间歇性负荷变动引发，如工业大电机、电炉等。调频器/同时器二次调频电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第17页电力系统频率调整（3）变动周期最长，改变幅度最大且迟缓，是日负荷曲线基本部分：主要受气象、生产作息制度、人们生活规律影响，基本能够预计。依据预测负荷，在各发电厂间进行最优发电负荷分配。“三次调频”，不惯用概念电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第18页电力系统频率调整初始，系统有功平衡：P1fN

一次调频过程图解：负荷初始增量：系统频率改变：负荷调整效应：即负荷功率自动降低部分。一、系统频率一次调整电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第19页一次调频负荷实际增量：发电机增发功率：依据有功输入输出平衡，有：负荷实际增量=发电机增发功率

即电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第20页一次调频进而有：

又称为电力系统单位调整功率----即计及发电机和负荷调整效应时,引发频率单位改变时负荷改变量。

显然K值越大越好，说明一定负荷改变引发频率改变就越小。电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第21页一次调频小结由发电机组调速器自动进行频率调整。全部机组均参加一次调频（除非机组已满载）所以：系统中有功功率电源出力不但应满足在额定频率下系统对有功功率需求，而且应有一定备用。

整个调整实际是由负荷和发电机共同完成。只能是有差调整。电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第22页电力系统频率调整二、系统频率二次调整（二次调频）频率二次调整：经过操作调频器来调整发电机组输出功率，平行移动机组功频静特征，从而使负荷改变引发频率偏移在允许波动范围内。电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第23页二次调频注意：不一样于一次调频，并非全部机组均参加二次调频；普通只选定部分电厂机组担任二次调频任务----调频厂。调频厂：负有二次调频任务电厂，分为主调频厂和辅助调频厂（非调频厂：只按调度部门分配负荷发电，故又称为基载电厂或固定出力电厂）。调频厂应满足条件:1)足够调整容量2)较快调整速度3)安全性和经济性很好电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第24页二次调频调频厂选择:水电厂：调整速度快、操作方便且 调整范围大，其调整范围只受发电机容量限制。火电厂：调整速度受锅炉及汽轮机出力增减速度限制，还受锅炉最小出力限制。首选：水电厂（适于枯水期）其次：近负荷中心中温中压火电厂（适于丰水期，让水电厂充分发电。）电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第25页二次调频二次调频图解：负荷初始增量:频率改变:f1--f2--f2’负荷调整效应:负荷实际增量：发电机一次调频增发功率:发电机二次调频增发功率：（线路cd段）（线路ac段）（线路ad段）（线路bc段）EF电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第26页二次调频依据有功平衡，有：

发电机增发功率=负荷实际增量即有即若全部负荷初始增量全部由二次调频增发功率负担，则实现无差调整。EF电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第27页二次调频小结(1)因为二次调频深入增加了发电机出力，在一样频率偏移下，系统能承受负荷改变量增加了。(2)能够做到无差调整。电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第28页5.4电力系统有功功率经济分配系统有功功率最优分配，包含：有功电源最优组合 --系统中发电设备和发电厂合理组合，即所谓机组合理开停（冷备用容量合理分布问题）。有功负荷经济分配 --系统中有功负荷在各个正在运行发电设备或发电厂之间合理分配（热备用容量合理分布问题）。一、有功电源最优组合包含三个部分：机组最优组合次序、最优组合数量和最优开停时间。各电厂组合基本要求： ---分担系统负荷时，要依据各类电厂技术特点，按效率优先标准安排，已到达经济合理利用资源目标。电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第29页电力系统有功功率经济分配详细标准：(1)充分利用水源：枯水期：无调整水电以及有调整水电厂强迫功率首先投入，有调整水电厂可调功率负担高峰负荷。丰水期：全部水电厂优先投入。(2)核电厂连续稳定负担额定容量负荷（因其早期投资大，但运行费用低）(3)降低火电机组单位功率煤耗，优先投入高效机组，并尽可能降低火电厂成本（少烧油，多烧劣质煤、当地煤）。高温高压高效机组在负荷曲线腰荷处运行；中温中压相对低效率机组，可调功率大，在枯水期可代替部分水电厂可调功率运行。电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第30页电力系统有功功率经济分配不一样季节，各类电厂在日负荷曲线中安排：电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第31页电力系统有功功率经济分配二、有功负荷经济分配（一）发电机组耗量特征耗量特征反应发电机组单位时间内能量输入（消耗能源）和输出（发出有功）关系曲线。电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第32页电力系统有功功率经济分配耗量微增率：耗量特征曲线上某点切线斜率，表示在该点输入增量与输出增量之比，用λ表示。比耗量：耗量特征曲线上某点纵坐标和横坐标之比，即输入和输出之比：效率：比耗量倒数。i电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第33页电力系统有功功率经济分配（二）目标函数和约束条件有功负荷最优分配目标：在满足对一定量负荷连续供电前提下，使发电设备在生产电能过程中单位时间内所消耗能源最少。在数学上可表示为：在满足条件等式约束f(x,u,d)=0和不等式约束g(x,u,d)≤0前提下，使目标函数F=F(x,u,d)最优，即到达最小值。

----针对要到达有功最优分配目标，此处目标函数即机组总能源消耗量，等式约束为有功平衡，不等式约束即为机组功率运行极限。电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第34页电力系统有功功率经济分配目标函数建立N台机组火电厂内，已知各机组耗量特征为Fi（PGi），即表示第i台机组发出PGi有功功率时单位时间内所需消耗燃料。则，电厂总耗煤量为：此即目标函数。等式约束条件即有功功率必须保持平衡，有：即n台机组发电功率之和==总电厂负荷。电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第35页电力系统有功功率经济分配不等式约束条件即运行中各机组发出有功及无功功率不允许超出其上下限。有功功率最优分配问题-----正式转化为，求目标函数条件极值

拉格朗日乘数法。电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第36页电力系统有功功率经济分配（三）等耗量微增率准则以两台机组电厂为例，如图所表示：构建目标函数：等式约束条件：建立一个新拉格朗日方程：λ为拉格朗日乘数，是待定系数。电力系统有功功率平衡与频率调整培训课程第37页电力系统有功功率经济分配为求上式极值，应分别