《有功功率平衡和频率调整.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《有功功率平衡和频率调整.pptx（66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、17 四月 2023内容提要频率偏移产生的原因、影响、以及允许的频率偏离量？保持频率偏移量不超过一定范围的条件（如何保持有功功率的平衡）有功功率的平衡有功功率的最优分配电力系统的频率调整第1页/共66页17 四月 2023频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响电力系统有功功率的平衡和备用容量各类发电厂的特点及合理组合有功功率负荷最优分配3.1 电力系统中有功功率的平衡第2页/共66页17 四月 2023一、电力系统的频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响频率变化的原因?频率变化对负荷的影响(1)异步机 (2)电子设备 (3)电钟频率变化对电力系统的影响(1)水泵、风机、磨煤机(2)汽轮机的叶片
2、(3)变压器的励磁频率允许偏移的范围：50Hz(0.20.5)Hz 系统中负荷的变化你答对了吗?第3页/共66页17 四月 20231.有功功率负荷变动及其调整二、电力系统有功功率的平衡和备用容量第4页/共66页17 四月 2023有功功率负荷变动曲线据此图,负荷可以分为三种:第一种变动幅度很小，周期又很短。变动有很大的偶然性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这一种是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动第二种变动幅度较大，周期也较长第二种变动幅度较大，周期也较长.第三种变动幅度最大，周期也最长第三种变动幅度最大，周期也最长.该种负荷基本可以预计。该种负荷基本可以预
3、计。第5页/共66页17 四月 2023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的负荷，即调度部门责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。第6页/共66页17 四月 2023 运行中：规划、设计：u备用容量:1.按作用形式分 负荷备用(2-5%PLmax)事故备用(5-10%PLmax或系统中最大一台单机容量）检修备用(可能不安排)国民经济发展备用(3-5%PLmax）2、有功功率平衡和备用容量同系统总负荷所有用户的有功负荷所有发电厂厂用
4、电有功负荷网络的有功损耗第7页/共66页17 四月 20232、按存在形式分为两者差一个网损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、但能随时启动的发电设备可以发的最大功率(不含检修中的设备)n负荷的分类:1.用电负荷2.供电负荷3.发电负荷第8页/共66页17 四月 2023三、各类发电厂的运行特点和合理组合(1)火电厂特点：l 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 l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(高温高压30%，中温中压75%)l机组投入退出，承担急剧负荷响应时
5、间长，多耗能量，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负荷，为强迫功率（一）各类发电厂的特点第9页/共66页17 四月 2023火电厂外景第10页/共66页17 四月 2023(2)水电厂特点：l不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条件影响。水力调节可分为无调节、季调节、年调节和多年调节，调节周期越长，受自然条件影响越小。l出力调节范围大，50%以上,增减负荷速度快，操作容易，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 保证出力l抽水蓄能机组（天荒坪630万千瓦）l必须与火电配合 l维持航运、灌溉、需一定水量，对应强迫功率第11页/共66页17 四月 2
6、023丰满水电厂外景第12页/共66页17 四月 2023(3)核电厂特点：l负荷调整主要取决于汽轮机，技术最小负荷约为额定负荷的10%15%l可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能量、时间，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第13页/共66页17 四月 2023秦山核电站外景第14页/共66页17 四月 2023（二）有功功率电源的最优组合l各类发电厂组合顺序示意图枯水季节:第15页/共66页17 四月 2023洪水季节:第16页/共66页17 四月 2023应指出:枯水季节往往由系统中的大型水电厂承担调频任务；洪水季节这任务就转移给中温中压火电厂。抽水蓄能电厂在其发电期间
7、也可参加调频。但低温低压火电厂则因容量不足，设备陈旧，不能担负调频任务。第17页/共66页17 四月 2023四、有功功率最优分配 有功功率的最优分配:包括有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的最优分配。有功功率的最优分配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统中哪些机组应该运行、何时运行及运行时各机组的发电功率，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料总量或总费用值为最少。第18页/共66页17 四月 2023有功功率电源的最优组合 指系统中发电设备或发电厂的合理组合,也就是所谓的机组合理开停.l有功功率负荷的最优分配 指系统
8、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.电力系统中有功功率负荷合理分配的目标是，在满足一定约束的前提下，尽可能节约消耗的一次能源。最常用的是按等耗量微增率准则分配.第19页/共66页17 四月 2023最优分配负荷的目标函数和约束条件1.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称为耗量特性。函数关系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2比较合适，即如图所示:第20页/共66页17 四月 2023l比耗量:单位时间内输入能量与输出功率之间的比值.l耗量微增率:耗量特性曲线上某点切线的斜率P第21页/共66页17 四月 2023
9、2.目标函数和约束条件l目标函数 有功负荷最优分配的目的：在供应同样大小有功功率负荷的前提下，单位时间内的能源消耗最少。这里的目标函数就应该是总耗量最少。即为 为网络总损耗以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。n等式约束条件第22页/共66页17 四月 2023不计网络损耗时，上式可改写为:l不等式条件 各节点发电设备有功功率、无功功率和电压大小不得逾越的限额:第23页/共66页17 四月 2023用拉格郎日乘数法求解l可建立如下拉格朗日函数:式中为拉格朗日乘数3.最优分配负荷时的等耗量微增率准则第24页/共66页17 四月 2023 l以两台机为例 目标函数:等式约束条件:
10、等耗量微增率准则所以可得:它表示为使总耗量最小，应按相等的耗量微增率在发电设备或发电厂之间分配负荷。第25页/共66页17 四月 2023根据等耗量微增率准则得:进而可以求得.l对不等式约束条件的考虑:有功功率越限，则按限额发电，剩余功率在其他机组间重新按等耗量微增率原则分配.第26页/共66页17 四月 2023v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，不再参加最优分配计算，剩下的负荷由其他发电设备重新进行最优分配计算。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，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。第27页/共66页17 四月
11、 2023等耗量微增率准则的推广应用实践中:由于能源消耗受限制 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第28页/共66页17 四月 2023 上式中用小的时间段之和来表示积分效果，表示火电厂的燃料，表示水电厂消耗的水量。水电的约束条件为了简化分析，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。新的拉格朗日函数:等式约束还应增加：第29页/共66页17 四月 2023 得:若时间段取的很短,则可将式中的下标“k”可略去，可改写为：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应用到火力发电
12、厂与水力发电厂之间负荷的最优分配。即水煤转换系数同理由:第30页/共66页17 四月 2023网损的修正l等式约束条件修正为：第31页/共66页17 四月 2023式中为网损微增率(灵敏度)第32页/共66页17 四月 2023第33页/共66页17 四月 2023第34页/共66页17 四月 20232第35页/共66页17 四月 2023第36页/共66页17 四月 20233.2电力系统的频率调整一、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，只有在额定频率下才能有好的技术经济性能，是电能质量的一个重要指标。电力系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;第3
13、7页/共66页17 四月 2023电网频率f是发电机转速的表现，当发电机PM与PE（+有功损耗）平衡时，和f不变负荷随机变化，PE随机变化不可能严格保证任何时刻额定频率，频率偏移不可避免，需合理规定允许的偏移范围。我国目前：50Hz（0.20.5)Hz，发达国家0.1Hz第38页/共66页17 四月 2023第39页/共66页17 四月 2023二、发电机组的有功功率-频率调整特性（一）自动调速系统第40页/共66页17 四月 2023调速系统的基本原理第41页/共66页17 四月 2023（二）发电机组的有功功率频率静态特性原动机未配置自动调速系统时，其机械功率与频率的关系：原动机配置自动调
14、速系统后：原动机的机械功率静态频率特性第42页/共66页17 四月 2023 简化之：发电机的频率特性 如上图，发电机频率特性的斜率为 发电机的单位调节功率（单位MW/Hz）第43页/共66页17 四月 2023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调差系数有互为倒数的关系。机组的调差系数：（机组由空载到满载时，转速变化与输出功率变化之比）。就是以百分数表示的机组空载运行的频率f0与额定条件允许的频率fN的差值第44页/共66页17 四月 2023单位调节功率的标么值为:n调差系数或与之对应的发电机的单位调节功率是可以整定.所以电力系统频率的一次调整问题主要就与调差系数或
15、与之对应的发电机的单位调节功率有关。汽轮发电机组 =35或 =33.320水轮发电机组 =24或 =5025第45页/共66页17 四月 2023三、负荷的频率特性负荷从电网中取用有功功率与电网频率的关系如图:如果分别取PLN和fN作为PL和f的基准值fNPLNPLff负荷的单位调节功率：综合负荷的静态频率特性的斜率。一般而言：第46页/共66页17 四月 2023例3第47页/共66页17 四月 2023四、电力系统的一次调频（调速器作用）初始运行点O，当负荷增加则:系统的单位调节功率系数f0第48页/共66页17 四月 2023KS：称为系统的单位调节功率，单位Mw/Hz。表示原动机调速器
16、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。F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程，达到新的平衡。第49页/共66页17 四月 2023F 一次调频为有差调频。F n台发电机：n台都参加一次调整：只有m台参加一次调整：F当发电机满载时，负荷功率增大，则相当于为0,但当负荷功率减小时，所以仍可以参加调频。第50页/共66页17 四月 20234第51页/共66页17 四月 2023第52页/共66页17 四月 2023五、电力系统的二次调频:手动或自
17、动调节调频器使发电机组的频率特性平行的上下移动初始运行点O，当负荷增加二次调整增发的功率系统的单位调节功率频率的二次调整第53页/共66页17 四月 2023F当系统负荷增加时，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 。第54页/共66页17 四月 2023F n台机组：第n台参加二次调频，n台全部参加一次调频:F无差调频:若,即发电机如数增发了负荷功率的原始增量,亦即实现了所谓的无差调节.如上图虚线所示.F注意:以上公式中以功率增大和频率上升为正。第55页/共66页17 四月 2
18、023例第56页/共66页17 四月 2023第57页/共66页17 四月 2023多机系统的频率调整l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。l二次调整由少数机组(厂)承担主调频机组(厂)，负荷增量主要由它们承担，可依次分为第一、第二、调频机(厂)l主调频厂一般在负荷中心，要求：(1)有足够可调容量；(2)有一定调整速度；(3)调整时能符合安全、经济的要求；(4)一般选水电厂、中温中压火电厂。(5)主调频厂起全系统功率平衡的作用，可作平衡节点第58页/共66页17 四月 2023六、互联电力系统的频率调整n电力系统互联的益处？潜在威胁？联合前:A,B系统均为独立
19、电力系统，两系统负荷变化（增加）分别为，A、B系统二次调频增发功率分别为互联后:若设A、B两系统互联，引起互联系统的频率变化（降低），及联络线交换功率的变化ABPab第59页/共66页17 四月 2023其中,分别为A,B系统的功率缺额.联合后:两系统的频率应相等，即有第60页/共66页17 四月 2023 由上得:l频率变化取决于两系统的功率缺额和单位调节功率。当时,联络线上由A流向B的功率要增加;当时,联络线上由A流向B的功率要减少;当时,可保持频率不变，但功率缺额需通过联络线传输。分析:第61页/共66页17 四月 20236666第62页/共66页17 四月 2023第63页/共66页17 四月 2023第64页/共66页17 四月 2023第65页/共66页17 四月 2023感谢您的观看。第66页/共66页