合工大-电力系统稳态分析5.pdf

《合工大-电力系统稳态分析5.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《合工大-电力系统稳态分析5.pdf（62页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、电 力 系 统 稳 态 分 析合肥工业大学杨向真greenleaf_电力系统稳态分析电力系统稳态分析2016/1/111电力系统稳态分析 合肥工业大学补充2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学2节点电压方程：节点功率方程-潮流方程：1(Y U)i1,2,nniijjjI*1(P)j(QQ)(Y U)iiiiiGiLiGiLinijjijSU IPjQPU 单相分析相电流相电压每相功率节点电压方程：节点功率方程-潮流方程：1Y Ui1,2,n3nijjijI*113(P)j(QQ)(Y U)3(Y U)3iiiiiGiLiGiLinnijjijjiijjSU IPjQPUU 三相分析线

2、电流线电压三相功率 潮流方程适合于单相、三相系统以及标幺制系统第五章 PS的有功功率和频率调整2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学31.PS中有功功率的平衡2.PS中有功功率的最优分配3.PS的频率调整PS基本概念元件和电力网络等值电路和参数计算PF手算方法PF计算机算法有功和频率调整无功和电压调整2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学4前言正常、稳态运行状况的分析和计算正常、稳态运行状况的优化和调整保证正常、稳态运行状况的电能质量和经济性频率质量电压质量波形质量频率偏移电压偏移波形畸变率比耗量线损率或网损率生产单位电能所需消耗的一次能源（火电厂，煤耗率）线路上损耗的电能

3、与线路始端输入电能的比值12%100%100%zzzWWWWW线损率变压器上的损耗是否是线损（或网损）？第三、四章第五、六章2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学55.1 PS中有功功率的平衡有功功率平衡节点有功功率平衡系统有功功率平衡1(cossin)niGiLiijijijijijjPPPUU GB11nnGiLiiiPPP线路总损耗有功功率不平衡对频率的影响频率（基波频率）与转速有关，转速决定于发电机电磁转矩（随负荷变化）和原动机机械转矩（改变有时滞）负荷增加时，电磁功率增加，原动机功率未增加，则转速下降，频率下降负荷减小时，电磁功率减小，原动机功率未减小，则转速上升，频率增大

4、60 fnp包含了变压器损耗实际负荷P变动不规则，且时刻波动不规则的负荷波动可由以下三种有规律可循的负荷波动 P1：变动幅度很小，周期很短，具有很大的偶然性 P2：变动幅度较大，周期较长，冲击性负荷（电炉、压延机械、电气机车）P3：变动幅度最大，周期最长，可预计，由生产、生活、气象等变化引起的负荷波动电力系统中负荷变动的幅度愈大，周期愈大一、有功功率负荷的变动和调整2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学6 有功功率负荷的波动平衡节点，担任调频任务一、有功功率负荷的变动和调整2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学7 有功功率和频率的调整一次频率调整：由发电机组的调速器进行，针

5、对第一种负荷波动P1二次频率调整：由发电机组的调频器进行，针对第二种负荷波动P2三次频率调整（系统调度）：按最优化准则分配第三种有规律的负荷P3，即各发电厂按事先给定的发电曲线发电负荷控制：个别负荷大量或长时间超计划用电，影响系统的运行质量时，系统运行管理部分在远方将其部分或全部切除的控制方式与之前潮流计算的区别：负荷不再是固定值非平衡节点（大多数），除按照负荷曲线发电外，同时参与一次调频；平衡节点：除弥补网络损耗外，还需弥补计划外负荷波动。参与一次调频还能称为PQ/PV节点吗？二、有功功率负荷曲线的预计2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学8 电力系统经济调度的第一个问题就是研究用

6、户的需求，即进行电力负荷预测，有功功率负荷预测是制定调度计划的主要依据 电力系统负荷预测精度的影响：直接影响经济调度的效益，提高预测的精度可降低备用容量、减少临时出力调整和避免计划外开停机组，利于电网运行的经济性和安全性。负荷预测分类：安全监视过程中的超短期负荷预测；日调度计划日负荷预测；周负荷预测；年负荷预测；规划电源和网络发展时需要用120年的负荷预测值。二、有功功率负荷曲线的预计2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学9对累积实测的有功功率日负荷曲线进行加工加工原则：（1）加工前后两种曲线上最大、最小负荷等特征点应一致；（2）两种曲线下的面积，即消耗的电量应该相等，没有附加误差。

7、用户申报计划调整（经验型）供电负荷：根据各用电大户申报的预计负荷，并参照长期累积的实测数据，汇总、调整用户的用电，并加上网络损耗。供电量：同时掌握各发电厂预计可投入的发电设备和发电容量，并扣除厂用电。另外，应特别注意气象条件的变化，与编制人员经验有关。编制有功日负荷曲线的传统方法（经验法）：Pt0实测曲线加工曲线发电机组发电量不可能时刻变动二、有功功率负荷曲线的预计2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学10网络损耗和厂用电网损约为系统总负荷的6%10%厂用电包括：水电厂的厂用电率非常小（电厂最大负荷0.1%1%）火电厂的厂用电率大得多（电厂最大负荷的5%8%）核电厂厂用电率则为4%5

8、%=100%电力网损耗电量电力网络损耗供电量所有送电、变电和配电环节所消耗的电量在给定时间内，系统所有发电厂的总电量减去厂用电网损率或线损率网损包括：与负荷大小无关的不变损耗（变压器空载损耗）与负荷的平方成正比的可变损耗（变压器和线路电阻中的损耗）在有足够资料和经验情况下，运用上述方法编制的负荷曲线误差可不超过2%3%二、有功功率负荷曲线的预计2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学111.回归分析；2.时间序列分析；3.指数平滑方法；传统预测方法现代预测方法1.人工神经网络法；2.模糊系统方法；3.专家系统方法；4.灰色系统方法；5.遗传算法；6.小波分析方法等 新方法（数学分析法）

9、三、有功功率电源和备用容量2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学12 有功功率电源系统总装机容量：系统中实际安装的发电机组额定容量总和系统可供调度的电源容量可能小于总装机容量定期停机检修（并非所有机组全部不间断投入运行）水电厂发电机因水头极度降低不能按照额定容量发电等（并非满功率发电）可供调度的系统电源容量：各发电厂预计可投入运行的发电机组的可发功率之和 系统备用容量系统备用容量=系统电源容量-发电负荷（包括网络损耗和厂用电）系统备用容量分类：按形式分类和按用途分类系统备用容量按形式分类2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学13热备用和冷备用（1）热备用：运转中的发电设备可

10、能发出的最大功率与系统发电负荷之差，又称运转备用或旋转备用。作用：即时抵偿由于随机事件引起的功率缺额，比如：短时间的负荷波动、日负荷曲线的预测误差、发电机组突然退出等不宜过多：从保证可靠供电和良好电能质量着眼，越多越好；从保证系统运行的经济性着眼，不宜过多（2）冷备用：未运转但随时待命启动的发电设备可能发的最大功率。检修中的发电设备不属于冷备用。系统备用容量按用途分类2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学14负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用（1）负荷备用：调整系统中短时的负荷波动并担负计划外的负荷增加而设置的备用。一般为最大负荷的2%5%，大系统采用较小值，小系统采用较大值

11、；（2）事故备用：使电力用户在发电设备发生偶然性事故时不受严重影响并维持系统正常供电所需的备用。一般为最大负荷的5%10%，且不得小于最大机组容量；（3）检修备用：使系统中的发电设备能定期检修而设置的备用，只有在负荷季节性低落期间或节假日安排不下所有设备的大小修时才设置。（4）国民经济备用：考虑负荷超计划增长而设置的备用。系统备用容量间的相互关系2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学15（可供调度的）系统电源容量（可供调度的）系统电源容量系统发电负荷备用容量负荷备用2%5%事故备用5%10%检修备用（视需要）国民经济备用热备用冷备用运转中发电设备可发的最大功率5.2 PS中有功功率的

12、最优分配2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学16机组的最优组合顺序机组的最优组合数量机组的最优开停时间1.有功功率电源的最优组合：是指系统中发电设备或发电厂的合理组合。通常所说的机组的合理开停，大体上包括三个部分：2.有功功率负荷的最优分配 最优化：是指人们在生产过程或生活中为某个目的而选择的一个“最好”方案或一组“得力”措施以取得“最佳”效果这样一个宏观过程。概述 有功功率负荷的最优分配：是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。常用的是按等耗量微增率准则进行分配。一、有功功率电源的最优组合2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学17 各类发电

13、厂的运行特点火电厂（1）锅炉的技术最小负荷PGmin，取决于锅炉燃烧的稳定性，约为额定负荷的2570，汽轮机的技术最小负荷约为额定负荷的1015；取决于锅炉。（2）锅炉和汽轮机的启停耗能、耗时且易损坏设备；不宜频繁开停机（3）锅炉和汽轮机有低温低压、中温中压、高温高压，亚临界压力，超高温高压等：高温高压：效率高，调节范围窄，技术要求高。中温中压：效率相对较低，调节范围相对较宽低温低压：效率最低，技术经济指标最差，应淘汰；（4）热电厂（供热式火力发电厂）：技术最小负荷 取决于热负荷（强迫功率），抽气供热，效率较高。m xminaGGGPPP一、有功功率电源的最优组合2016/1/11电力系统稳态

14、分析 合肥工业大学18核电厂：（1）核反应堆负荷没有限制；技术最小负荷取决于汽轮机，约为额定负荷的1015；（2）启停耗能，耗时且易损坏设备；（3）一次投资大，运行费用小。水电厂：（1）保证下游的灌溉、通航，需向下游释放一定水量，称为强迫功率；（2）水轮机最小技术负荷由具体条件而异；（3）启停简单，用时较短，便于增减负荷（4）水头低时，可发功率降低（5）按照有无调节水库的功能分为：无调节、有调节、抽水蓄能等无调节水库：发电功率取决于河流天然流量，基本不变有调节水库：运行方式取决于水库调度给定的耗水量。洪水季节：给定耗水量较大，尽量满负荷发电；枯水季节：给定耗水量小，为了节约火电厂耗能，主要承担

15、急剧变动的负荷，各类发电厂的合理组合2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学19火电厂：以承担基本不变的负荷为宜；高温高压电厂优先投入（基荷），中温中压电厂其次。原子能电厂：一次投资大，运行费用小，原则上应持续承担额定容量负荷，在负荷曲线的更基底部分运行（基荷）。水电厂（1）无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库水电厂的强迫功率先投入；（2）有调节水库水电厂的可调功率功率洪水季节先投入；枯水季节后投入，甚至几经开停（3）抽水蓄能水电厂低谷负荷蓄能；高峰发电；保证火电厂或电子能电厂负荷更平稳不能忽视保证可靠供电、降低网损、维持良好电能质量和足够的系统稳定性等要求负荷曲线的最高处是兼负调整

16、系统频率任务的发电厂的工作位置。枯水季节：大水电厂承担调频；洪水季节：中温中压火电厂抽水蓄能电厂也可参与调频2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学20 有功功率负荷的最优分配：是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。经典的方法是按等耗量微增率准则进行分配，现代采用数学规划的方法。电力系统最优运行：是电力系统分析的一个重要分支，研究的问题主要是在保证用户用电需求的前提下，如何优化地调度系统中各发电机组和系统中可调状态变量的运行工况，从而使系统发电所消耗的总燃料耗量或网络损耗达到最小。二、有功功率负荷的最优分配2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学

17、21优化问题的数学描述：min().()0 ()f xst h xgg xg从上述意义上讲，PS有功功率最优分配问题是一组非线性规划问题，可描述为满足非线性约束条件时非线性函数的最小值问题，其标准形式为：即在满足h(x)=0的等式约束条件下和g(x)不等式的条件下,求取目标函数f(x)值最小.x：G的有功、无功、补偿设备、变比f：燃料耗量、网损、电压合格率、污染程度等h：有功无功的平衡g：出力、电压、容量限制二、有功功率负荷的最优分配求解问题的变量,确保在满足等式和不等式函数约束的条件下，使目标函数达到最小2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学22PS有功功率负荷合理分配的目标：在满

18、足一定约束条件下，尽可能节约消耗的（一次）能源；耗量特性：发电设备单位时间内消耗的能源与发出有功功率之间的关系。纵坐标：单位时间内消耗的燃料F或单位时间内消耗的水量W。火电厂：t/h，用含热量为29.31MJ/kg的标准煤表示。水电厂：m3/s横坐标：发电功率（MW或kW）耗量特性2(t/h)iiGiiGiiFa PbPcmaxGPminGP其中，：机组最大出力：机组最小出力,受锅炉和汽轮机最小技术出力所限函数表达式：以火电厂为例：2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学23耗量特性耗量微增率：单位时间内输入能量微增量与输出功率微增量的比值（切线）。PWPWPFPFd/d/d/d/或比

19、耗量：单位时间内输入能量与输出功率之比几何意义：原点和耗量特性曲线上某一点的斜率PWPF/或发电设备的效率：比耗量的倒数。=1耗量微增率和比耗量单位相同，概念不同，数值不同最小比耗量：m点（的最低点切线）处，=。机组组合的方法之一：按最小比耗量由小到大的顺序，随负荷的增大，逐套投入发电设备；负荷减少时，由大到小的逐套退出发电设备2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学24最优分配负荷时的等耗量微增率准则有功功率负荷在火力发电厂间最优分配（第一种情况）11221()()()()nGGnGniGiiFF PFPFPF P简化条件：（1）能源消耗不受限制；（2）不计网损；（3）均为火电厂目标

20、函数：单位时间内的总耗量某发电设备发出有功功率PGi时单位时间内的耗能等约束条件：有功功率必须保持平衡1(cossin)niGiLiijijijijijjPPPUU GB110nnGiLiiiPPP110nnGiLiiiPP不等约束条件minmaxminmaxminmaxGiGiGiGiGiGiiiiPPPQQQUUU说明：Q和U与有功功率分配没有直接关系，暂不考虑，在求得有功功率负荷最优分配并转而计算潮流时再计及优化目标：在供应同样大小的负荷有功功率前提下，单位时间内的总耗量最小2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学25最优分配负荷时的等耗量微增率准则*111()-nnniGiGi

21、LiiiiCF PPP将原来的条件极值问题转化为求拉格朗日函数的无条件的极值问题。进一步简化：暂不考虑不等式约束，最后再计及问题转化为：在满足等式约束的条件下，求函数的极值方法：根据给定的目标函数和等式约束条件建立一个新的、不受约束的目标函数拉格朗日函数：目标函数等约束条件拉格朗日乘数2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学26最优分配负荷时的等耗量微增率准则拉格朗日函数取极值的必要条件是它对所有变量的偏导数都等于零，即结论：在供给相同负荷有功功率情况下，为使总耗量最小，应按照相等的耗量微增率在发电设备或发电厂间分配负荷，即著名的等耗量微增率准则。*()0iGiGiGidF PCPdP

22、11*-=0nnGiLiiiPPC112212()()()=GGnGnGGGndF PdF PdF PdPdPdP*111()-nnniGiGiLiiiiCF PPP12=n该设备不按等耗量微增率分配2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学27最优分配负荷时的等耗量微增率准则考虑不等约束条件方法：（1）数学方法求满足不等约束条件时的目标函数，如库恩-吐克尔乘数法；（2）迭代法：minmaxGiGiGiPPP设耗量微增率的初值(0)求与(0)对应的各发电设备应发功率判断 校验是否满足等约束条件：如不能满足，则 继续计算，直到满足等约束条件为止(1)(0)(1)(0),GiLiGiLiPP

23、PP时，取若时，取(0)110nnGiLiiiPP(0)(0)(0)2iGiiiP (0)(0)(0)(0)imaximaximinimin,=,=GGiGGiGGiGGiPPPPPPPP取；取2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学28最优分配负荷时的等耗量微增率准则考虑不等约束条件方法：（3）解析法：minmaxGiGiGiPPP求出各个耗量微增率特性 令，求得：根据：，求出PG1以及其它所有机组发电量 除限幅机组外，对其余机组继续求解直到所有机组均在限幅值之内为止(P)(P)P,1,2,iGiiGiGidFdin12(P)(P)(P)GiGinGi1P(P),i2,3,nGiGf

24、1nGiLDiPPjjmaxmaxinmin,=,=GGGjGjGjGjmGjGjPPPPPPPP若取；取1nGiLDGjiijPPP参考何仰赞电力系统分析下册P139例14-32016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学29最优分配负荷时的等耗量微增率准则考虑不等约束条件（4）简化的图解法minmaxGiGiGiPPP满足等耗量微增率条件耗量特性曲线耗量微增率曲线求导按等耗量微增率分配负荷分别按下限和上限发电2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学30最优分配负荷时的等耗量微增率准则采用“综合耗量微增率”方法将耗量微增率曲线横坐标相加后可得两台机组的综合耗量微增率曲线，由给定的总

25、负荷PLD在综合曲线上可得到，再由 相等的水平线可得PG1和PG2。1按照最小容量发电，综合耗量微增率取决于21按照最大容量发电，综合耗量微增率取决于2按照等耗量微增率来分配负荷满足等耗量微增率条件2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学31最优分配负荷时的等耗量微增率准则满足“等电能成本微增率”条件实线为耗量微增率特性，虚线为电能成本微增率特性（实线*燃料的相对价格）相同负荷情况下，对比“等电能成本微增率”和“等耗量微增率”两种最优分配方案，PG1增大，PG2减小，PG3增大，PG4减小即成本较低的发电单元多发电，成本较高的发电单元少发电电能成本微增率（元/(MWh)）=燃料价格（元

26、/吨）耗量微增率（吨/MWh）2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学32最优分配负荷时的等耗量微增率准则123100MW200MW120MW250MW150MW300MWGGGPPP211122222333(40.30.0007)t/h(30.320.0004)t/h(3.50.30.00045)t/hGGGGGGFPPFPPFPP1002001202501503000.40.50.6400300500600700当总负荷为700MW和400MW时，三台发电机组的功率如何实现经济分配？PG1=176MW、PG2=250MW、PG3=274MWPG1=100MW、PG2=147.05M

27、W、PG3=152.95MW370例题“综合耗量微增率”2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学33等耗量微增率准则的推广应用 用于解决火力发电厂与水力发电厂之间的有功功率负荷最优分配问题。简化：（1）略去网损；（2）忽略水头变化（水头变化将使水轮机效率、耗量特性以及可发功率发生变化）与火电厂之间分配的区别：能源消耗受限制，即水电厂消耗的水量受水库调度的约束故需要加入“水电厂消耗的水量受到水库调度的等式约束条件”，Wj：单位时间内水力发电设备的水量消耗。相同之处：仍然采用拉格朗日函数的方法0()jHjjWPdtK定值设备j在0至时间间隔内规定消耗的水量2016/1/11电力系统稳态分析

28、 合肥工业大学34等耗量微增率准则的推广应用（1）目标函数：同样大小的负荷，单位时间内的能源消耗最少（2）等式约束条件：有功功率必须保持平衡，水库调度水量平衡111111()()()0k tj kHj kkjkj nj nk ti mi mTi kHj kLi kLj kkkij mij mWPtKPPPPt 01min(P)dti miTiiFF11min(P)tk t i mi kTi kkkiFF为什么目标函数里只有火电厂耗能呢？（3）不 等式约束条件minmaxminmaxminmaxTiTiTiTiTiTiiiiPPPQQQUUUminmaxminmaxinaxHjHjHjHjHjH

29、jjmjjmPPPQQQUUU能量的函数能量的函数能量的函数2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学35等耗量微增率准则的推广应用（3）建立新的、不受约束的拉格朗日函数：*.11.11111.11()()()ttmi kTi kkkij nj nk ti mi mkTi kHj kLi kLj kkkij mij mj nk tjj kHj kkjj mkCFPtPPPPtWPK*0Ti kHj kkjCCCCPP00i kTi kkTi kj kHj kjkHj kdFPdPdWPrdP求极值kt 约掉水耗量微增量2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学36等耗量微增率准则的

30、推广应用（3）建立拉格朗日函数：jHjiTijTiHjdWPdF PrdPdPTijHj 00i kTi kkTi kj kHj kjkHj kdFPdPdWPrdP去掉k概念：称为水煤换算系数，单位是“t（煤）/m3（水）”，即1立方米的水相当于吨煤。越小，H越大，水电厂承担负荷越大；越大，H越小，承担负荷越小；若很大，使得 H Tmax，表示水电厂只在火电厂所有容量都投入后才承担负荷，枯水期；若很小，使得 H Tmin，表示火电厂只在水电厂所有容量都投入后才承担负荷，洪水期；承担调频任务承担系统基荷第K时间段内最优分配负荷的条件某一瞬间最优分配负荷的条件tK足够小2016/1/11电力系统

31、稳态分析 合肥工业大学37网络损耗的修正*.11.11111.11()(P)()tmi kTi kkkij nj nk ti mi mkTi kHj kLi kLj kkkij mij mj nk tjj kHj kkjkj mkCFPtPPPPtWPtK网损微增率1111jHjiTijTiTiHjHidWPdF PrdPPPdPPP0,0,GiGiPPPP说明电厂出力增加会引起网损的增加。说明电厂出力增加会引起网损的减少。网损微增率物理意义：某发电厂所发功率的变化引起的网络总损耗的变化。它不仅与网络结构、参数有关，而且还与各类变量都有关系，比较复杂。网损修正系数iijjjLL 网损修正后的等

32、耗量微增率准则5.3 电力系统频率的调整2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学38对用户的影响影响电动机的转速，降低产品质量影响电子设备的工作对系统和发电厂的影响（低频时）辅机功能下降，风机和水泵随频率降低，供应的风量和水量迅速减少，影响锅炉正常运行汽轮机叶片谐振发电机降额运行，通风量减少，而电压降低，励磁增大，温升增大而限额变压器降低负荷无功负荷增大使得系统电压下降（无功负荷与频率成反比）频率下降过多时甚至整个系统解列一、调整频率的必要性5.3 电力系统频率的调整2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学39二、自动调速系统及其调节特性负荷的频率特性：一般认为在，系统综合负荷

33、的有功功率与频率大致呈一次方关系（在额定频率附近）；要维持频率在正常范围内，其必要的条件是系统必须有充裕的可调有功电源。负荷随时间不断变化，包括：随机分量、脉动分量和连续变化的部分。要调整发电机的有功出力使之随时与负荷相适应，目前所采用的方法是针对不同的变化分量采取不同的手段。频率的一次调整、二次调整和三次调整（有功功率负荷的最优分配）2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学40（1）转速恒定、频率稳定时，各杠杆处于平衡）转速恒定、频率稳定时，各杠杆处于平衡状态，活塞不移动。状态，活塞不移动。（2）当负荷增加时，转速下降，离心力减小。）当负荷增加时，转速下降，离心力减小。1、自动调速系

34、统（离心飞摆式机械调速系统）ABCDEF汽（水）汽（水）调频器调频器飞摆飞摆弹簧弹簧错油门错油门油动机油动机11汽轮机发电流程图发电机调速器示意图ab4压力油2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学41BDEF汽（水）汽（水）调频器调频器飞摆飞摆弹簧弹簧错油门错油门（1）转速恒定、频率稳定时，各杠杆处于平衡）转速恒定、频率稳定时，各杠杆处于平衡状态，活塞不移动。状态，活塞不移动。（2）当负荷增加时，转速下降，离心力减小。）当负荷增加时，转速下降，离心力减小。A点下点下移至移至A,C点下降到点下降到C，F点下降到点下降到F，E点下降到点下降到E。AC（3）错油门活塞下移，）错油门活塞下移

35、，油动机活塞上升。进气油动机活塞上升。进气量上升，转速上升，量上升，转速上升，A上移，上移，B点上移，点上移，BCA杠杆平移上升。杠杆平移上升。油动机油动机1、自动调速系统AEF1122Cab4压力油调节汽门调节汽门或导向叶片或导向叶片2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学42BDEF汽（水）汽（水）调频器调频器飞摆飞摆弹簧弹簧错油门错油门油动机油动机（1）转速恒定、频率稳定时，各杠杆处于平衡）转速恒定、频率稳定时，各杠杆处于平衡状态，活塞不移动。状态，活塞不移动。（2）当负荷增加时，转速下降，离心力减小。）当负荷增加时，转速下降，离心力减小。A点下点下移至移至A,C点下降到点下降到

36、C，F点下降到点下降到F，E点下降到点下降到E。AC（3）错油门活塞下移，）错油门活塞下移，油动机活塞上升。进气油动机活塞上升。进气量上升，转速上升，量上升，转速上升，A上移，上移，B点上移，点上移，BCA杠杆平移上升。杠杆平移上升。（4）C点回到点回到C点，点，错油门活塞回归原错油门活塞回归原位，位，平移结束。平移结束。（进气量增加，转（进气量增加，转速略有下降。）速略有下降。）AB有差调节特性有差调节特性ACEF112233ab4压力油自动调速系统（离心飞摆式机械调速系统）调节汽门调节汽门或导向叶片或导向叶片,fPmf0fNPN2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学43BDE汽（

37、水）汽（水）调频器调频器飞摆飞摆弹簧弹簧错油门错油门油动机油动机（1）转速恒定、频率稳定时，各杠杆处于平衡）转速恒定、频率稳定时，各杠杆处于平衡状态，活塞不移动。状态，活塞不移动。（2）当负荷增加时，转速下降，离心力减小。）当负荷增加时，转速下降，离心力减小。A点下点下移至移至A,C点下降到点下降到C，F点下降到点下降到F，E点下降到点下降到E。AC（3）错油门活塞下移，）错油门活塞下移，油动机活塞上升。进气油动机活塞上升。进气量上升，转速上升，量上升，转速上升，A上移，上移，B点上移，点上移，BCA杠杆平移上升。杠杆平移上升。（4）C点回到点回到C点，点，平移结束，重新达平移结束，重新达到平

38、衡状态。到平衡状态。AB（5）调频器动作，）调频器动作，D点上移，点上移，E点下降点下降有差调节特性有差调节特性1、自动调速系统ACEFEFD1122343ab42016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学44BDEF汽（水）汽（水）调频器调频器飞摆飞摆弹簧弹簧错油门错油门油动机油动机（1）转速恒定、频率稳定时，各杠杆处于平衡）转速恒定、频率稳定时，各杠杆处于平衡状态，活塞不移动。状态，活塞不移动。（2）当负荷增加时，转速下降，离心力减小。）当负荷增加时，转速下降，离心力减小。A点下点下移至移至A,C点下降到点下降到C，F点下降到点下降到F，E点下降到点下降到E。C（3）错油门活塞下移，）

39、错油门活塞下移，油动机活塞上升。进气油动机活塞上升。进气量上升，转速上升，量上升，转速上升，A上移，上移，B点上移，点上移，BCA杠杆平移上升。杠杆平移上升。（4）C点回到点回到C点，点，平移结束，重新达平移结束，重新达到平衡状态。到平衡状态。有差调节特性有差调节特性ABBADFEAE（5）调频器动作，）调频器动作，D点上移点上移，E点下降，错点下降，错油门和油动机动作，油门和油动机动作，BCA杠杆平移杠杆平移上升。上升。直到直到A回到回到A点。点。无差调节特性无差调节特性1、自动调速系统F11223443CCab4转速很小时，虽然转矩很大，但因输出转速很小时，虽然转矩很大，但因输出功率为转矩

40、和转速的乘积，所以输出功功率为转矩和转速的乘积，所以输出功率率Pm很小很小；当当转速转速很大时很大时，由于转矩很小，功率输，由于转矩很小，功率输出也很小出也很小。只有只有在额定条件下，转速和转矩适中，在额定条件下，转速和转矩适中，它们的乘积最大，功率输出也最大。它们的乘积最大，功率输出也最大。电源有功功率静态频率特性2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学45221221fCfCCCPmC1,C2是常数，和进气量有关；各变量都是标幺值。，fPm Mm在叶片上施加的转矩MmPm1.0原动机未配置自动调速系统时：原动机未配置自动调速系统时：mmPM电源有功功率静态频率特性2016/1/11

41、电力系统稳态分析 合肥工业大学46为简化分析，常用直线1-2-3，代替曲线1-2-3，认为进汽/进水量达到最大后，原动机功率可保持不变。一次调频：原动机配置自动调速系统时，fPm1233调速器随机组转速的变动不断改变进汽或进水量进气或进水量达到最大，调速器不起作用(a)调速器的作用(b)有调速器时的静态频率特性，fPmf0fNPN 仅靠调速器进行功率调节是一种有差调节。有差调节：增加机械功率的输入，将引起频率的下降。电源有功功率静态频率特性2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学47二次调频：原动机配置自动调频系统发电机的调频器动作后，使原动机的运行点不断从一根“有一次调整的静态频率特

42、性曲线”过渡到另一根“有一次调整的静态频率特性曲线”。，fPm123二次调频：有调频器进行功率调节；只要有充裕的可调有功电源，可以实现无差调节。一次调频：仅靠调速器进行功率调节；是一种有差调节。mP三、频率的一次调整2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学48 发电机的调节系数，fPmf0fNPN发电机的单位调节功率（MW/HZ），即每增加单位频率，发电机需减小的出力，在数值上等于斜率fPKGGGNNGGPfKK*标幺值形式发电机的调差系数0000%100100NNGGNGNGNNNGNfffffPPPfPfffPf NGNNGNGGffPffPfPK000*11100,100%GNG

43、GNPKKf汽轮发电机汽轮发电机KG*=33.320。水轮发电机水轮发电机KG*=5025。说明火电、水电机组的频率说明火电、水电机组的频率特性相差很大。特性相差很大。KG注意%*100%*100*NGNfP三、频率的一次调整2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学49 负荷的单位调节功率（MW/HZ）负荷的单位调节功率表示随频率的升降，负荷消耗功率增加或减少的多寡。频率调节效应指一定频率下负荷随频率变化的变化率*LLNLNLLLLNLNPKffPfPKKPf Pf负荷的单位调节功率或频率调节效应不能像发电机组那样整定，一般其标幺值大致为1.5。，fPLfNPLN0频率调节效应三、频率

44、的一次调整2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学50 问题的提出：PL（f）与PG（f）相交于O点（fO、PO），负荷增加PLO，系统应该运行在哪个位置？GGPKf LLPKf)LOGLSPKKfKf （新的平衡点：PL（f）与PG（f）的交点O点（fO、PO）在O点，有：PLO，是负荷的初始增量。GLGLLPPnfPPP 一次调频负荷的频率调节效应振荡过程三、频率的一次调整2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学51KS：称为系统的单位调节功率，单位MW/Hz。Ks表示当系统负荷增加或减少时，在原动机调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频率下降或上升的多寡。注意：a.取

45、功率的增大和频率的上升为正，所以，负荷增加，频率将下降。b.为保证调速系统本身的稳定运行，发电机的单位调节功率不可能过大。调差系数（单位调节系数）的选取a.调差系数过小，系统容易不稳定（极端为0时，负荷无法在各台发电机组间分配）。b.调差系数过大，频率偏差越大，不易满足频率质量要求。)LOGLSSGLPKKfKfKKK （三、频率的一次调整2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学52单台发电机时，系统的单位调节功率：n台发电机时，系统的等值单位调节功率：1(1,2,)GiGinnGGiGiGiiSGLPKfinPPKfKfKKK 注意：（1）在计算KG或时，若其中的第j台机组已经满载，

46、则KGj=0或j=。（2）多台机组并列运行时的频率变化比一台机组运行时的要小得多。（3）Ks不可能取的很大，一次调频只能限制周期较短，幅度较小的负荷变动引起的频率偏移)LOGLSSGLPKKfKfKKK （2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学535.3 电力系统频率的调整三、频率的一次调整教材P207页，例5-51.计算结果以MW/Hz表示2.计算结果以标幺值表示：注意，要选择统一的基准频率和基准功率，教材选用的是系统的总负荷，即：BNNffBNLNPP1.研究背景：当负荷变动幅度较大（0.5%1.5%），周期较长（几分钟），仅靠一次调频作用不能使频率的变化保持在允许范围内，这时需

47、要籍调速系统中的调频器动作（手动或自动地操作调频器），以使发电机组的功频特性平行移动，从而改变发电机的有功功率以保持系统频率不变或在允许范围内。2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学545.3 电力系统频率的调整四、频率的二次调整2.频率调整图2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学555.3 电力系统频率的调整四、频率的二次调整_OAOC CBBA()()LoGOGLPPKfKf B一次调整：负荷增加PLO后，一次调频，将在运行点O达到平衡；，即频率下降为fo。二次调整：在负荷变动引起的频率下降f超出允许范围时，操作调频器，增加发电机组发出功率，使频率特性上移。设发电机组增

48、发PGO，则运行点讲从O转移到O。0()LGOGLSPPKKfKf _CBC BLoGoPP 如果，即发电机组如数增发了负荷功率的原始增量，则0f 即实现了所谓的“无差调节”。对于n台机，且由第s台机组担负二次调整的任务，则：0LoGsGLSPPKKKf2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学565.3 电力系统频率的调整四、频率的二次调整3.说明：当系统负荷增加时，系统调节功率由以下三方面提供：二次调频的发电机组增发的功率；发电机组执行一次调频，按有差特性的调差系数分配而增发的功率；由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率当系统中的负荷变化时，配置了调速器的机组在有可调容量时，都会参

49、与一次调频的过程，而二次调频一般只有一台或几台机组（1个或几个电厂）承担，称为主调频机组（厂）。调频厂须满足的条件：调整的容量应足够大；调整的速度应足够快；调整范围内的经济性能应该好；注意系统内及互联系统的协调问题。调频厂的选择原则为：系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂；当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调频厂。GPGKfLKf()()LoGOGLPPKfKf 2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学575.3 电力系统频率的调整四、频率的二次调整4.互联系统的频率调整KAPGAPLAKBPGBPLBPab若设A、B两系统互联，两系统负荷变化（增加）分别为PLA，PLB，两

50、系统出力变化（二次调频）分别为PGA，PGB，引起互联系统的频率变化（降低）f，及联络线交换功率的变化Pab,如左图：LAabGAAAPPPKf LBabGBBBPPPKf ABfff ()()LALBGAGBABABABPPPPPPfKKKK ABBAabABKPKPPKKf=0的条件是：系统二次调频增量等于负荷增量。思考：当某个子系统不进行二次调频怎么办？ALAGABLBGBPPPPPP 4.互联系统的频率调整2016/1/11电力系统稳态分析 合肥工业大学585.3 电力系统频率的调整四、频率的二次调整P211例5-6：计算步骤1.单位调节功率标幺值折算2.已知条件：PGA，PGB，PL