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1、第五章第五章 电力系统的有功功率和电力系统的有功功率和频率调整频率调整电力系统稳态分析电力系统稳态分析1第五章第五章 电力系统的有功功率和电力系统的有功功率和频率调整频率调整1.有功功率的最优分布有功功率的最优分布2.频率调整频率调整2概述概述n电力系统电力系统是现代社会中最重要、最庞杂是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。如何保证正常、稳态的工程系统之一。如何保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性问题，是我运行时的电能质量和经济性问题，是我们考虑的重点问题之一。们考虑的重点问题之一。n衡量电能质量的指标衡量电能质量的指标包括：频率质量、包括：频率质量、电压质量和波形质量，分别以频率偏移、
2、电压质量和波形质量，分别以频率偏移、电压偏移和波形畸变率表示。电压偏移和波形畸变率表示。3n衡量运行经济性的主要指标衡量运行经济性的主要指标为：比耗量为：比耗量和线损率和线损率n有功功率的最优分布有功功率的最优分布包括：有功功率负荷包括：有功功率负荷预计、有功功率电源的最优组合、有功功率预计、有功功率电源的最优组合、有功功率负荷在运行机组间的最优分配等。负荷在运行机组间的最优分配等。4P1（幅度小，周期短，一次调频）幅度小，周期短，一次调频）P2（幅度较大，周期较长，冲击性幅度较大，周期较长，冲击性负荷，二次调频）负荷，二次调频）P3（幅度最大，周期最长，由生活、幅度最大，周期最长，由生活、气
3、象等引起，三次调频）气象等引起，三次调频）Pt一一.有功功率负荷的变动和调整控制有功功率负荷的变动和调整控制第一节第一节 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡5不同的周期的负荷有不同的变化规律：不同的周期的负荷有不同的变化规律：1.第一种变动幅度很小，周期又很短，这种第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动有很大的偶然性；负荷变动有很大的偶然性；2.第二种变动幅度较大，周期也较长，属于这种负第二种变动幅度较大，周期也较长，属于这种负荷的主要有：电炉、压延机械、电气机车等带有荷的主要有：电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷变动；冲击性的负荷变动；3.第三种变动基本上可以预计
4、，其变动幅度最大，第三种变动基本上可以预计，其变动幅度最大，周期也最长，是由于生产、生活、气象等变化引周期也最长，是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。起的负荷变动。6n根据负荷变化，电力系统的有功功率和频率根据负荷变化，电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分为：调整大体上也可分为：1.一次调频：由发电机调速器进行；一次调频：由发电机调速器进行；2.二次调频：由发电机调频器进行；二次调频：由发电机调频器进行；3.三次调频：优化准则，即由调度部门根据负三次调频：优化准则，即由调度部门根据负荷曲线进行最优分配，责成各发电厂按事先荷曲线进行最优分配，责成各发电厂按事先给定的负荷发电。除平衡节
5、点（调频）外均给定的负荷发电。除平衡节点（调频）外均属此类。（有功功率日负荷曲线）属此类。（有功功率日负荷曲线）n前两种是事后的，第三种是事前的。前两种是事后的，第三种是事前的。7n一次调频是所有一次调频是所有运行运行中的发电机组都可参加的，中的发电机组都可参加的，取决于发电机组是否已经满负荷发电。这类取决于发电机组是否已经满负荷发电。这类 发发电厂称为负荷监视厂。电厂称为负荷监视厂。n二次调频是由平衡节点来承担。二次调频是由平衡节点来承担。n三次调频即是经济调度的内容三次调频即是经济调度的内容8n电力系统经济调度电力系统经济调度：是电力系统运行的重要内容之：是电力系统运行的重要内容之一，其主
6、要任务是在保证电能质量和供电安全性的一，其主要任务是在保证电能质量和供电安全性的前提下，使系统的运行成本降至最低。前提下，使系统的运行成本降至最低。系统经济调系统经济调度主要通过制定优化的系统运行计划来实现。短期度主要通过制定优化的系统运行计划来实现。短期运行计划就是指日或周的系统发电计划，其直接服运行计划就是指日或周的系统发电计划，其直接服务于系统的优化运行。务于系统的优化运行。系统的短期运行计划问题是系统的短期运行计划问题是一个十分复杂的系统优化问题，但由于其所带来的一个十分复杂的系统优化问题，但由于其所带来的显著经济效益，人们一直在积极研究，提出了各种显著经济效益，人们一直在积极研究，提
7、出了各种方法来解决这个问题。方法来解决这个问题。9二二.有功功率负荷预测的简要介绍有功功率负荷预测的简要介绍 电力系统经济调度的第一个问题就是研究电力系统经济调度的第一个问题就是研究用户的需求，即进行电力负荷预测，按照调度用户的需求，即进行电力负荷预测，按照调度计划的周期，可分为计划的周期，可分为日负荷预测，周负荷预测日负荷预测，周负荷预测和年负荷预测和年负荷预测。n最优潮流最优潮流：满足各节点正常功率平衡及各种安：满足各节点正常功率平衡及各种安全性不等式约束条件下，求以发电费用（耗量）全性不等式约束条件下，求以发电费用（耗量）或网损为目标函数的最优的潮流分布。或网损为目标函数的最优的潮流分布
8、。n最优潮流的优点最优潮流的优点：将安全性运行和最优经济运：将安全性运行和最优经济运行等问题综合地用统一的数学模型来描述。行等问题综合地用统一的数学模型来描述。10用户申报计划调整（经验型）用户申报计划调整（经验型）发电厂负荷曲线总负荷网损厂用电发电厂负荷曲线总负荷网损厂用电火电火电0.11Pmax水电：水电：58核电：核电：45负荷预测方法：负荷预测方法：1.回归分析；回归分析；2.时间序列分析；时间序列分析；3.3.指数平滑方法指数平滑方法；传传统统预预测测方方法法现现代代预预测测方方法法1 1、人工神经网络法；、人工神经网络法；2 2、模糊系统方法；、模糊系统方法；3 3、专家系统方法；
9、、专家系统方法；4 4、灰色系统方法；、灰色系统方法；5 5、遗传算法；、遗传算法；6 6、小波分析方法等、小波分析方法等 状态空间法状态空间法 组合预测方法组合预测方法天气、节天气、节假日、重假日、重大的电力大的电力系统故障系统故障和其他的和其他的随机事件，随机事件，传统预测传统预测方法往往方法往往对此无能对此无能为力。为力。可变可变不可变不可变11负荷预测分类：负荷预测分类：1.安全监视过程中的超短期负荷预测；安全监视过程中的超短期负荷预测；2.日调度计划日负荷预测；日调度计划日负荷预测；3.周负荷预测；周负荷预测；负荷预测的精度直接影响经济调度的效益，提负荷预测的精度直接影响经济调度的效
10、益，提高预测的精度就可以降低备用容量，减少临时高预测的精度就可以降低备用容量，减少临时出力调整和避免计划外开停机组，以利于电网出力调整和避免计划外开停机组，以利于电网运行的经济性和安全性。运行的经济性和安全性。12三三.有功功率电源备用容量有功功率电源备用容量n有功功率电源有功功率电源：可投入发电设备的可发功率之和，不：可投入发电设备的可发功率之和，不应小于包括网损和厂用电在内的系统（总）发电负荷。应小于包括网损和厂用电在内的系统（总）发电负荷。n系统的备用容量系统的备用容量：系统电源容量大于发电负荷的部分。：系统电源容量大于发电负荷的部分。可分为热备用和冷备用或负荷备用、事故备用、检修可分为
11、热备用和冷备用或负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用等。备用和国民经济备用等。4.年负荷预测；年负荷预测；5.规划电源和网络发展时需要用规划电源和网络发展时需要用120年的负荷预测值。年的负荷预测值。13n负荷备用：负荷备用：调整负荷波动或超计划负荷增加，调整负荷波动或超计划负荷增加，25Pmaxn事故备用：事故备用：发电设备发生偶然事故时，使电力用户不发电设备发生偶然事故时，使电力用户不受严重影响，维持系统正常供电所需的备用，受严重影响，维持系统正常供电所需的备用，510Pmaxn检修备用：检修备用：使系统中发电设备能定期检修而设置，使系统中发电设备能定期检修而设置，（视需要）；（视需
12、要）；n国民经济备用：国民经济备用：着眼未来着眼未来注意：只有在备用容量充足的情况下，才谈得上注意：只有在备用容量充足的情况下，才谈得上经济分配经济分配14第二节 电力系统中有功功率的最优分配 经济调度的第二个问题是有功功率的最优分配，经济调度的第二个问题是有功功率的最优分配，包括包括有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的最优分配最优分配。它要求在保证系统安全的条件下，在它要求在保证系统安全的条件下，在所研究的周期内，以小时为单位合理选择电力系所研究的周期内，以小时为单位合理选择电力系统中统中哪些机组应该运行哪些机组应该运行、何时运行何时运行及及运行时各机
13、运行时各机组的发电功率组的发电功率，其目标是在满足系统负载及其它，其目标是在满足系统负载及其它物理和运行约束的前提下使周期内系统消耗的燃物理和运行约束的前提下使周期内系统消耗的燃料总量或总费用值为最少。料总量或总费用值为最少。15二二.有功功率负荷的最优分配有功功率负荷的最优分配n最优化：最优化：是指人们在生产过程或生活中为某个是指人们在生产过程或生活中为某个1.机组的最优组合顺序机组的最优组合顺序2.机组的最优组合数量机组的最优组合数量3.机组的最优开停时间机组的最优开停时间一一.有功功率电源的最优组合（或发电机组有功功率电源的最优组合（或发电机组最优组合）最优组合）有功功率电源的最优组合有
14、功功率电源的最优组合：是指系统中发电设：是指系统中发电设 备备或发电厂的合理组合。通常所说的机组的合理开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：停，大体上包括三个部分：16n有功功率负荷的最优分配：有功功率负荷的最优分配：是指系统的有功功率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。其核心是按等耗量微增率准则进行分配。理分配。其核心是按等耗量微增率准则进行分配。n电力系统最优运行电力系统最优运行是电力系统分析的一个重要分是电力系统分析的一个重要分支，它所研究的问题主要是在保证用户用电需求支，它所研究
15、的问题主要是在保证用户用电需求（负荷）的前提下，如何优化地调度系统中各发电（负荷）的前提下，如何优化地调度系统中各发电机组或发电厂的运行工况，从而使系统发电所需的机组或发电厂的运行工况，从而使系统发电所需的总费用或所消耗的总燃料耗量达到最小这样决策问总费用或所消耗的总燃料耗量达到最小这样决策问题。题。目的而选择的一个目的而选择的一个“最好最好”方案或一组方案或一组“得力得力”措施以取得措施以取得“最佳最佳”效果这样一个宏观过程。效果这样一个宏观过程。17 从数学的角度来讲，经济调度问题是一个高维的、非从数学的角度来讲，经济调度问题是一个高维的、非凸的、多约束的、离散的混合整数非线性优化问题。当
16、系凸的、多约束的、离散的混合整数非线性优化问题。当系统规模较大时，很难找出理论上的最优解。但由于它能够统规模较大时，很难找出理论上的最优解。但由于它能够带来显著的经济效益，人们一直在积极研究和开发各种算带来显著的经济效益，人们一直在积极研究和开发各种算法来解决这个问题。法来解决这个问题。常规方法常规方法：优先顺序法、动态规划法、混合整数规划法、：优先顺序法、动态规划法、混合整数规划法、拉格朗日松弛法等；拉格朗日松弛法等；新型算法新型算法：遗传算法、模拟退火法、：遗传算法、模拟退火法、TabuTabu搜索、粒子群搜索、粒子群算法、蚁群算法和人工神经网络法等以及一些组合算法。算法、蚁群算法和人工神
17、经网络法等以及一些组合算法。18三三.各类发电厂的运行特点和合理组合各类发电厂的运行特点和合理组合1.各类发电厂的运行特性各类发电厂的运行特性火电厂火电厂（1）锅炉的技术最小负荷取决于锅炉燃烧的稳定性）锅炉的技术最小负荷取决于锅炉燃烧的稳定性PGmin2570PGN，汽轮机：汽轮机：PGmin1015PGN；取决于锅炉。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；锅炉和汽轮机的启停耗能，耗时且易损坏设备；不宜不宜频繁开停机频繁开停机（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：临界压力，超高温高压等：低
18、温低压：效率低，技术经济指标差，调节范围宽；低温低压：效率低，技术经济指标差，调节范围宽；（峰（峰荷）荷）高温高压：效率高，调节范围窄，技术要求高。高温高压：效率高，调节范围窄，技术要求高。（基荷）（基荷）（4）热电厂：热电厂：PGmin 取决于热用户。取决于热用户。19原子能：原子能：（1）汽轮机：）汽轮机：PGmin1015PGN；（2）启停耗能，耗时且易损坏设备；（基荷）启停耗能，耗时且易损坏设备；（基荷）（3）一次投资大，运行费用小。一次投资大，运行费用小。水电水电（1）灌溉、通航，因此有强迫功率；）灌溉、通航，因此有强迫功率；（2）水轮机最小技术负荷由具体条件而异；）水轮机最小技术负
19、荷由具体条件而异；（3）启停简单，便于增减负荷）启停简单，便于增减负荷（4）水头低时。可发功率降低）水头低时。可发功率降低（5）无调节；有调节：抽水蓄能无调节；有调节：抽水蓄能202.各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合无调节水电厂和其它强迫功率原子能电厂原子能电厂燃烧劣质当地燃料火电厂燃烧劣质当地燃料火电厂热电厂可调功率热电厂可调功率中温中压火电厂高温高压火电厂高温高压火电厂水电厂可调功率抽水蓄能电厂蓄能抽水蓄能电厂发电（a）枯水季节水电厂和热电厂的强迫功率水电厂和热电厂的强迫功率中温中压火电厂中温中压火电厂（b）洪水季节洪水季节211.数学模型数学模型 一般非线性规划问题可描述为满足非
20、线性约束条件一般非线性规划问题可描述为满足非线性约束条件是非线性函数的最小值问题，其标准形式为：是非线性函数的最小值问题，其标准形式为：即在满足即在满足h(x、u、d)=0的等式约束条件下和的等式约束条件下和g(x、u、d)不等式的条件下，求取目标函数不等式的条件下，求取目标函数f(x、u、d)值值最小。最小。三三.最优分配负荷时的目标函数和约束条件最优分配负荷时的目标函数和约束条件222.负荷最优分配的数学模型负荷最优分配的数学模型 1)目标函数：系统发电所需的总费用或所消耗的总燃目标函数：系统发电所需的总费用或所消耗的总燃料耗量。料耗量。对于纯火电系统，对于纯火电系统，发电厂的燃料费用主要
21、与发发电厂的燃料费用主要与发电机输出的有功功率有关，与输出的无功功率及电电机输出的有功功率有关，与输出的无功功率及电压等运行参数关系较小压等运行参数关系较小。这种反映。这种反映单位时间单位时间内发电内发电设备的设备的能量消耗能量消耗与与发出的有功功率发出的有功功率之间的关系称为之间的关系称为耗量特性耗量特性。其函数关系式为：。其函数关系式为：单位：吨单位：吨/小时小时 上述函数可用试验数据通过最小二乘法拟合而上述函数可用试验数据通过最小二乘法拟合而成，根据前人经验，阶数为成，根据前人经验，阶数为2比较合适，即比较合适，即232.负荷最优分配的数学模型负荷最优分配的数学模型 有功功率最优负荷分配
22、的目的在于：同样大小负荷，有功功率最优负荷分配的目的在于：同样大小负荷，单位时间内买到能源消耗最少，即总单位时间内买到能源消耗最少，即总的的目标函数为：目标函数为：关于目标函数的一些重要的概念关于目标函数的一些重要的概念：a)耗量微增率耗量微增率 ：单位时间内输入能量微增量与输出：单位时间内输入能量微增量与输出功率微增量的比值。为耗量特性曲线上某一点切线功率微增量的比值。为耗量特性曲线上某一点切线的斜率。的斜率。b)比耗量比耗量：单位时间内输入能量与输出功率之比。：单位时间内输入能量与输出功率之比。为耗量特性曲线上某一点纵坐标和横坐标的比值。为耗量特性曲线上某一点纵坐标和横坐标的比值。242.
23、负荷最优分配的数学模型负荷最优分配的数学模型2)等式约束条件：有功功率必须保持平衡的条件。等式约束条件：有功功率必须保持平衡的条件。对于每个节点：对于每个节点：对于整个系统：对于整个系统：若不计网损：若不计网损：c)发电设备的效率发电设备的效率 ：为比耗量的倒数。：为比耗量的倒数。252.负荷最优分配的数学模型负荷最优分配的数学模型3)不等式约束条件：为系统的不等式约束条件：为系统的 运行限制。运行限制。4)变量：各发电设备输出有功功率。变量：各发电设备输出有功功率。当消耗的能源受到限制时，目标函数就不再是单位时当消耗的能源受到限制时，目标函数就不再是单位时间内消耗的能源：间内消耗的能源：等式
24、约束还应增加：等式约束还应增加：263.负荷最优分配问题的求解负荷最优分配问题的求解能源消耗不受限制时能源消耗不受限制时 一般用拉格朗日乘数法。一般用拉格朗日乘数法。现用两个发电厂之间（现用两个发电厂之间（SG2）的经济分配来说明，的经济分配来说明，问题略去网络损耗。问题略去网络损耗。a)建立数学模型。建立数学模型。27b)根据给定的目标函数和等式约束条件建立一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个新的、不受约束的目标函数拉格朗日拉格朗日函数。函数。c)对拉格朗日函数求导，得到最小值时应有的对拉格朗日函数求导，得到最小值时应有的三个条件：三个条件：（1）3.负荷最优
25、分配问题的求解负荷最优分配问题的求解28d)求解（求解（1）得到：）得到：这就是著名的等耗量微增率准则，表示为使这就是著名的等耗量微增率准则，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。设备或发电厂之间分配负荷。e)对不等式约束进行处理对不等式约束进行处理3.负荷最优分配问题的求解负荷最优分配问题的求解29 n台火电机组或火电厂台火电机组或火电厂30v对于有功功率限制，当计算完后发现某发电设备越限，则对于有功功率限制，当计算完后发现某发电设备越限，则该发电设备取其限值该发电设备取其限值，不再参加最优分配计算，剩下的负荷不再参加最
26、优分配计算，剩下的负荷由其他发电设备重新进行最优分配计算。由其他发电设备重新进行最优分配计算。v无功功率和电压限制和有功功率负荷的分配没有直接关系，无功功率和电压限制和有功功率负荷的分配没有直接关系，可暂时不计，当有功功率负荷的最优分配完成后计算潮流分可暂时不计，当有功功率负荷的最优分配完成后计算潮流分布在考虑。布在考虑。314.用迭代法求解电力系统经济调度问题用迭代法求解电力系统经济调度问题1)设设耗量微增率的初值耗量微增率的初值 ；2)求与求与 对应的各发电设备应发功率对应的各发电设备应发功率 ；3)校验求得的校验求得的 是否满足等式约束条件：是否满足等式约束条件：4)如不能满足，则如如不
27、能满足，则如 ，取，取 ；如；如 ，取，取 ，自，自2）开始重新计算。）开始重新计算。5)直到满足条件。直到满足条件。325.等耗量微增率准则的推广运用等耗量微增率准则的推广运用n能源消耗受限制时有功功率最优分配能源消耗受限制时有功功率最优分配n用于解决火力发电厂与水力发电厂之间的最优分配问用于解决火力发电厂与水力发电厂之间的最优分配问题。题。n其目标函数不变，不等式约束不变其目标函数不变，不等式约束不变n等式约束中加水量特性方程：等式约束中加水量特性方程：wj：单位时间内水力发电设备的水量消耗。单位时间内水力发电设备的水量消耗。n另外还有所不同的是须各时段联立求解。另外还有所不同的是须各时段
28、联立求解。n解解P212（5-21），），得到：得到：335.等耗量微增率准则的推广运用等耗量微增率准则的推广运用即：即：实际可看作是一个实际可看作是一个换算系数换算系数，也称为水价系数。，也称为水价系数。在在枯水枯水季节，水电厂承担季节，水电厂承担调频调频任务，任务，比较小，比较小，比较大；比较大；在在洪水洪水季节，水电厂承担季节，水电厂承担基荷基荷任务，任务，比较大，比较大，比较小。比较小。345.等耗量微增率准则的推广运用等耗量微增率准则的推广运用1)根据给定的可消耗水量根据给定的可消耗水量K2，设换算系数的初值设换算系数的初值 ；2)求与求与 相对应的，各个不同时刻的有功功率负荷最相对
29、应的，各个不同时刻的有功功率负荷最优分配方案；优分配方案；3)计算与这最优分配方案对应的消耗水量计算与这最优分配方案对应的消耗水量 ；4)校验求得的校验求得的 是否与给定的是否与给定的K2相等；相等；5)当当 时，取时，取 ；当；当 ，取，取 。自第二步开始重复计算；。自第二步开始重复计算；6)继续计算，直到求得的继续计算，直到求得的 与给定的与给定的K2相等为止。相等为止。356.网络损耗的修正网络损耗的修正目标函数目标函数3637第三节第三节 电力系统的频率调整电力系统的频率调整一一.概述概述频率是电力系统运行的一个重要的质量指标，直接影频率是电力系统运行的一个重要的质量指标，直接影响着负
30、荷的正常运行。负荷要求频率的偏差一般应控响着负荷的正常运行。负荷要求频率的偏差一般应控制在（制在（0.2 0.5）Hz的范围内。的范围内。一般而言，系统综合负荷的有功功率与频率大致呈一一般而言，系统综合负荷的有功功率与频率大致呈一次方关系。次方关系。要维持频率在正常的范围内，其必要的条件是系统必要维持频率在正常的范围内，其必要的条件是系统必须具有充裕的可调有功电源。须具有充裕的可调有功电源。38频率不稳定给运行中的电气设备带来的危害：频率不稳定给运行中的电气设备带来的危害：1.对对用户的影响用户的影响v产品质量降低产品质量降低v生产率降低生产率降低 2.对发电厂的影响对发电厂的影响v 汽轮机叶
31、片谐振（低频）汽轮机叶片谐振（低频）v辅机功能下降（通风量，磁通密度等）辅机功能下降（通风量，磁通密度等）3.对系统的影响对系统的影响v互联电力系统解列互联电力系统解列v发电机解列发电机解列39二二.自动调速系统及其特性自动调速系统及其特性 关键在于利用杠杆的作用调整汽轮机或水轮关键在于利用杠杆的作用调整汽轮机或水轮机的导向叶片，使其开度增大，增加进汽量或进机的导向叶片，使其开度增大，增加进汽量或进水量。水量。P22440三三.频率的一次调整频率的一次调整1.概念介绍概念介绍1)发电机的单位调节功率发电机的单位调节功率：发电机组原动机或电源频：发电机组原动机或电源频率特性的斜率。率特性的斜率。
32、标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。多寡。411.概念介绍概念介绍2)发电机的调差系数发电机的调差系数：单位调节功率的倒数。：单位调节功率的倒数。3)发电机的发电机的单位调节功率单位调节功率与与调差系数调差系数的关系：的关系：一般来说发电机的一般来说发电机的单位单位调节功率是可以整定的：调节功率是可以整定的：汽轮发电机组汽轮发电机组 =35或或 =33.320水轮发电机组水轮发电机组 =24或或 =5025421.概念介绍概念介绍4)负荷的单位调节功率负荷的单位调节功率：综合负荷的静态频率特性的：综合负荷的静态频率特性的斜率。斜率。
33、一般而言：一般而言：432.频率的一次调整频率的一次调整1)简述：由于负荷突增，发电机组功率不能及时变动简述：由于负荷突增，发电机组功率不能及时变动而使机组减速，系统频率下降，同时，发电机组功而使机组减速，系统频率下降，同时，发电机组功率由于调速器的一次调整作用而增大，负荷功率因率由于调速器的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身的调节效应而减少，经过一个衰减的振荡过其本身的调节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程，达到新的平衡。程，达到新的平衡。fPOP0PLf0PGPLPL0AP0Bf0O B A 442)数学表达式：数学表达式：KS：称为称为系统的单位调节功率系统的单位调节功率，单位，单位M
34、w/Hz。表示原动机表示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少。降或上升的多少。452.频率的一次调整频率的一次调整3)注意：注意：取功率的增大或频率的上升为正；取功率的增大或频率的上升为正；为保证调速系统本身运行的稳定，不能采用过大的为保证调速系统本身运行的稳定，不能采用过大的单位调节功率；单位调节功率；对于满载机组，不再参加调整。对于满载机组，不再参加调整。对于系统有若干台机参加一次调频：对于系统有若干台机参加一次调频：具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其调差具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其调差系数即下降特性
35、自然分配。系数即下降特性自然分配。46四四.频率的二次调整频率的二次调整1.当当负荷变动幅度较大（负荷变动幅度较大（0.5%1.5%），周期较长），周期较长（几分钟），仅靠一次调频作用不能使频率的变化（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，这时需要籍调速系统中的调频保持在允许范围内，这时需要籍调速系统中的调频器动作，以使发电机组的功频特性平行移动，从而器动作，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。许范围内。47四四.频率的二次调整频率的二次调整2.频率调整图频率调整图483.数
36、学表达式数学表达式 如果如果 ，即发电机组如数增发了负荷功率的，即发电机组如数增发了负荷功率的原始增量，则原始增量，则 ，即所谓的，即所谓的无差调节无差调节。对于对于N台机，且由第台机，且由第s台机组担负二次调整的任务，则：台机组担负二次调整的任务，则：49四四.频率的二次调整频率的二次调整4.当当系统负荷增加时，由以下三方面提供：系统负荷增加时，由以下三方面提供：n二次调频的发电机组增发的功率二次调频的发电机组增发的功率 ；n发电机组执行一次调频，按有差特性的调差系数分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配而增发的功率 ；n由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率由系统
37、的负荷频率调节效应所减少的负荷功率 。50五五.调频厂的选择调频厂的选择 调频厂须满足的条件：调频厂须满足的条件：n调整的容量应足够大；调整的容量应足够大；n调整的速度应足够快；调整的速度应足够快；n调整范围内的经济性能应该好；调整范围内的经济性能应该好；n注意系统内及互联系统的协调问题。注意系统内及互联系统的协调问题。通过分析各种电厂的特点，调频厂的选择原则为：通过分析各种电厂的特点，调频厂的选择原则为：n系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂；系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂；n当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调频厂。频厂。51六
38、六.互联系统频率的调整互联系统频率的调整 由几个地区系统互联为一个大系统的情况，对某一个由几个地区系统互联为一个大系统的情况，对某一个地区系统而言，负荷变化（增加）地区系统而言，负荷变化（增加）时，可能伴随着与时，可能伴随着与其他系统交换功率的变化其他系统交换功率的变化 ，则有，则有52 若若设设A、B两系统互联，两系统负荷变化（增加）分两系统互联，两系统负荷变化（增加）分别为别为 ，引起互联系统的频率变化（降低），引起互联系统的频率变化（降低），及联络线交换功率的变化，及联络线交换功率的变化 ，如下图：，如下图：系统系统A：系统系统B：在负荷增加在负荷增加 的影响下，两系统的频率和交换功的影
39、响下，两系统的频率和交换功率的变化量为：率的变化量为：53七七.自动负荷自动负荷-频率控制频率控制 这是广义的自动调频，其功能有：这是广义的自动调频，其功能有：n保持系统频率等于或十分接近额定值；保持系统频率等于或十分接近额定值；n保持系统内各区域或联合系统内各子系统间的保持系统内各区域或联合系统内各子系统间的交换功率为给定值；交换功率为给定值；n保持各发电设备以最经济的方式运行。保持各发电设备以最经济的方式运行。54第四节第四节 最优潮流最优潮流一一.概述概述n电力系统最重要的两个指标：电力系统最重要的两个指标：经济性经济性 安全性安全性 n最优潮流：最优潮流：满足各节点正常功率平衡及各种安
40、满足各节点正常功率平衡及各种安全性不等式约束条件下，求以发电费用（耗量）全性不等式约束条件下，求以发电费用（耗量）或网损为目标函数的最优的潮流分布。或网损为目标函数的最优的潮流分布。n最优潮流的优点：最优潮流的优点：将安全性运行和最优经济运将安全性运行和最优经济运行等问题综合地用统一的数学模型来描述。行等问题综合地用统一的数学模型来描述。55一一.概述概述n最优潮流实际应用的困难：最优潮流实际应用的困难：计算工作量大计算工作量大占用内存多占用内存多计算速度慢计算速度慢收敛性差。收敛性差。56二二.电力系统最优潮流一般问题的数学模型电力系统最优潮流一般问题的数学模型n目标函数目标函数n等式约束等
41、式约束57二二.电力系统最优潮流一般问题的数学模型电力系统最优潮流一般问题的数学模型n不等式约束不等式约束其中：其中：58三三.电力系统水火最优潮流的数学模型电力系统水火最优潮流的数学模型n目标函数目标函数n等式约束等式约束 潮流方程：潮流方程：固定水头水电厂用水量平衡方程：固定水头水电厂用水量平衡方程：59三三.电力系统水火最优潮流的数学模型电力系统水火最优潮流的数学模型n不等式约束不等式约束 系统运行限制：系统运行限制：固定水电厂用水量限制：固定水电厂用水量限制：60四四.求解最优潮流的优化算法：求解最优潮流的优化算法：n非线性规划（非线性规划（NLPNLP）n二次规划（二次规划（QPQP）n牛顿法牛顿法n线性规划（线性规划（LPLP）n内点理论（内点理论（IPIP）61