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1、会计学 1有功(yu n)功率平衡和频率调整第一页，共66页。25五月2023内容提要 内容提要(ni rn(ni rn t yo)t yo)频率偏移产生的原因、影响、以及允许的频率偏 频率偏移产生的原因、影响、以及允许的频率偏离量？离量？保持频率偏移量不超过一定范围的条件 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）（如何保持有功功率的平衡）有功功率的平衡 有功功率的平衡有功功率的最优分配 有功功率的最优分配电力系统 电力系统(din l x t(din l x t n n)的频率调整 的频率调整第1页/共66页第二页，共66页。25五月2023n n 频率变化对用户和发电厂
2、及系统本身的影响(yngxing)n n 电力系统有功功率的平衡和备用容量n n 各类发电厂的特点及合理组合n n 有功功率负荷最优分配3.1 电力系统(din l x tn)中有功功率的平衡第2页/共66页第三页，共66页。25五月2023一、电力系统的频率变化对用户 一、电力系统的频率变化对用户(yngh)(yngh)和发电厂及系统本身的 和发电厂及系统本身的影响 影响 频率变化的原因 频率变化的原因?频率变化对负荷的影响 频率变化对负荷的影响(1)(1)异步机 异步机(2)(2)电子设备 电子设备(3)(3)电钟 电钟频率变化对电力系统的影响 频率变化对电力系统的影响(1)(1)水泵、风
3、机、磨煤机 水泵、风机、磨煤机(2)(2)汽轮机的叶片 汽轮机的叶片(ypin)(ypin)(3)(3)变压器的励磁 变压器的励磁频率允许偏移的范围：频率允许偏移的范围：50Hz(0.20.5)Hz 50Hz(0.20.5)Hz系统中负荷的变化你答对了吗?第3页/共66页第四页，共66页。25五月20231.有功功率(gngl)负荷变动及其调整二、电力系统有功(yu n)功率的平衡和备用容量第4页/共66页第五页，共66页。25五月2023有功功率负荷变动曲线 有功功率负荷变动曲线据此图 据此图,负荷可以分为三种 负荷可以分为三种:第一种变动幅度 第一种变动幅度(fd)(fd)很小，周期又很
4、很小，周期又很短。短。变动(bindng)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计。第5页/共66页第六页，共66页。25五月2023n n 据此 据此,频率(pnl)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(bindng)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
5、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页第七页，共66页。25五月2023 运行(ynxng)中：规划、设计：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(xtng)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电有功负荷网络的有功损耗第7页/共66页第八页，共66页。25五月20232 2、按存在形式、按存在形式(xngsh)(xngsh)分为 分为两者差一个(y)网损两者差
6、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页第九页，共66页。25五月2023三、各类发电厂的运行特点 三、各类发电厂的运行特点(tdi(tdi n)n)和合理组合 和合理组合(1)火电厂特点：需燃料及运输费用，但不受自然条件影响效率与蒸汽参数有关 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%)机组投入退出，承担急剧负荷响应时间(shjin)长，多耗
7、能量，易损坏设备热电厂抽汽供热，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页第十页，共66页。25五月2023火电厂外景火电厂外景(wij(wijng)ng)第10页/共66页第十一页，共66页。25五月2023(2)水电厂特点：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。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决定发电量的除水量外还有水位差 保证出力抽水蓄能机组(jz)（天荒坪630万千瓦）必须与火电配合 维持航运、灌溉、需一
8、定水量，对应强迫功率第11页/共66页第十二页，共66页。25五月2023丰满 丰满(fngm(fngm n)n)水电 水电厂外景 厂外景第12页/共66页第十三页，共66页。25五月2023(3)核电厂特点：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%可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能量、时间，易损坏设备一次投资(tu z)大，运行费低，尽量利用承担基本负荷第13页/共66页第十四页，共66页。25五月2023秦山核电站外景 秦山核电站外景(wij(wij ng)ng)第14页/共66页第十五页，共66页。25五月2023（二）有功功率（二）有功功率(gngl(gngl
9、)电源的电源的最优组合最优组合l l 各类发电厂组合 各类发电厂组合(z(z h)h)顺序示意图 顺序示意图枯水季节:第15页/共66页第十六页，共66页。25五月2023洪水(hngshu)季节:第16页/共66页第十七页，共66页。25五月2023n n 应指出:n n 枯水季节往往(wngwng)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页第十八页，共66页。25五月2023四、四、有功有功(y(yu u nn)功率最优分配功率最优分配 有功功率
10、有功功率(gngl(gngl)的最优分配 的最优分配:包括有功功率 包括有功功率(gngl(gngl)电源的 电源的最优组合和有功功率 最优组合和有功功率(gngl(gngl)负荷的最优分配。负荷的最优分配。有功功率 有功功率(gngl(gngl)的最优分配要求在保证系统安全的条件下，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 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 哪些机组应该运行、何时运行及运行时各机组的发电功率 率(gngl(gngl)，其目标是在满足系统负载及其它物理和运行，其目标是在
11、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 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。为最少。第18页/共66页第十九页，共66页。25五月2023有功功率电源的最优组合 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 指系统中发电设备或发电厂的合理组合,也就是所 也就是所谓的机组合理开停 谓的机组合理开停.有功功率负荷的最优分配 有功功率负荷的最优分配 指系统的有功功率负荷在各个 指系统的有功功率负荷在各个(gg)(gg)正在运行的发 正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配 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
12、分配的目标是，在满 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。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 最常用的是按等耗量微增率准则分配.第19页/共66页第二十页，共66页。25五月2023最优分配最优分配(fnpi)(fnpi)负荷的目标函数和约负荷的目标函数和约束条件束条件1.耗量特性:发电设备单位(dnwi)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页第二十一页，共66页。25五月
13、2023l l 比耗量 比耗量:单位时间 单位时间内输入能量 内输入能量(nngling)(nngling)与输 与输出功率之间的比值 出功率之间的比值.l l 耗量微增率 耗量微增率:耗量 耗量特性曲线上某点切 特性曲线上某点切线的斜率 线的斜率P第21页/共66页第二十二页，共66页。25五月20232.2.目标函数和约束条件 目标函数和约束条件目标函数 目标函数 有功负荷最优分配的目的：在供应同样大小有 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 功功率负荷的前提下，单位时间内的能源消耗最少。这里 最少。这里(zhl(zhl)的目标函数就应该是总耗量
14、 的目标函数就应该是总耗量最少。即为 最少。即为 为网络(wnglu)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页第二十三页，共66页。25五月2023 不计网络损耗时，上式可改写为:不等式条件 各节点发电设备有功功率、无功功率和电压(diny)大小不得逾越的限额:第23页/共66页第二十四页，共66页。25五月2023用拉格郎日乘数 用拉格郎日乘数(chn(chn sh)sh)法求解 法求解l l 可建立如下 可建立如下(rxi)(rxi)拉格朗日函数 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页第
15、二十五页，共66页。25五月2023 以两台机为例 以两台机为例 目标函数 目标函数(hnsh):(hnsh):等式约束条件 等式约束条件:等耗量微增率准则(zhnz)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页第二十六页，共66页。25五月2023根据等耗量微增率准则得 根据等耗量微增率准则得:进而可以求得 进而可以求得.对不等式约束条件的考虑 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 有功功率越限，则按限额发电，剩余(shngy)(shngy)功率在其他机组间重新按等耗量微增 功率在其他机组间重新按等耗量微增率原则分
16、配 率原则分配.第26页/共66页第二十七页，共66页。25五月2023v对于有功功率限制(xinzh)，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(wn chng)后计算潮流分布在考虑。第27页/共66页第二十八页，共66页。25五月2023等耗量微增率准则 等耗量微增率准则(zh(zh nz)nz)的推广 的推广应用 应用实践 实践(shjin)(shjin)中 中:由于能源消耗受限制 由于能源消耗受限制 有功功率负荷的
17、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页第二十九页，共66页。25五月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 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 燃料，表示水电厂消耗(xioho)(xioho)的水量。的水量。水电(shudin)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页第三十页，共66页。25五月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
18、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(chn sh)，就可将等耗量微增率准则应用到火力发电厂与水力发电厂之间负荷的最优分配。即水煤转换(zhunhun)系数同理由:第30页/共66页第三十一页，共66页。25五月2023网损的修正 网损的修正(xizhng)(xizhng)l l 等式 等式(dngsh)(dngsh)约束条件修正为：约束条件修正为：l l 第31页/共66页第三十二页，共66页。25五月2023式中为网损微增率 式中为网损微增率(灵敏度 灵敏度)第32页/共66页第三十三页，共66页。25五月2023第33页/共66页第三十四页，共66页。25五月2023第34
19、页/共66页第三十五页，共66页。25五月20232第35页/共66页第三十六页，共66页。25五月2023第36页/共66页第三十七页，共66页。25五月20233.2 3.2 电力系统 电力系统(din l x t(din l x t n n)的频率调整 的频率调整一、频率调整的必要性 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 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 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。电能质量的一个重要指标。电力系统的频率变动 电力系统的频率变动(bindng)(bindng)对用
20、户、发电 对用户、发电厂和电力系统本身都会产生不利影响 厂和电力系统本身都会产生不利影响;第37页/共66页第三十八页，共66页。25五月2023n n 电网频率 电网频率f f是发电机转速的表现，当发电机 是发电机转速的表现，当发电机PM PM与 与PE PE（+有功 有功损耗）平衡时，损耗）平衡时，和 和f f不变 不变n n 负荷随机变化，负荷随机变化，PE PE随机变化 随机变化n n 不可能严格 不可能严格(yng)(yng)保证任何时刻额定频率，频率偏移不 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。可避免，需合理规定允许的偏移范围。n n 我国目前：我国目前
21、：50Hz 50Hz（0.20.5)Hz 0.20.5)Hz，发达国家，发达国家0.1Hz 0.1Hz第38页/共66页第三十九页，共66页。25五月2023第39页/共66页第四十页，共66页。25五月2023二、发电机组的有功 二、发电机组的有功(y(y u u n n)功率 功率-频率 频率调整特性 调整特性（一）自动（一）自动(zdng)(zdng)调速 调速系统 系统第40页/共66页第四十一页，共66页。25五月2023调速系统调速系统(xt(xtng)ng)的基本的基本原理原理第41页/共66页第四十二页，共66页。25五月2023（二）发电机组的有功功率（二）发电机组的有功功率
22、(gngl(gngl)频率静态特性 频率静态特性原动机未配置自动调速系统时，其机械功率 原动机未配置自动调速系统时，其机械功率(gngl(gngl)与频率的关系：与频率的关系：原动机配置自动调速系统后：原动机配置自动调速系统后：原动机的机械功率(gngl)静态频率特性第42页/共66页第四十三页，共66页。25五月2023 简化 简化(ji(ji nhu)nhu)之：之：发电机的频率特性 发电机的频率特性 如上图，发电机频率特性的斜率为 如上图，发电机频率特性的斜率为 发电机的单位调节(tioji)功率（单位MW/Hz）第43页/共66页第四十四页，共66页。25五月2023发电机的单位调节(
23、tioji)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(dosh)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页第四十五页，共66页。25五月2023单位调节 单位调节(tioji)(tioji)功率的标 功率的标么值为 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页第四十六页
24、，共66页。25五月2023三、负荷的频率特性 三、负荷的频率特性负荷从电网中取用有功 负荷从电网中取用有功(y(y u u n n)功率与电网 功率与电网频率的关系如图 频率的关系如图:如果分别(fnbi)取PLN和fN作为PL和f的基准值fNPLNPLf f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页第四十七页，共66页。25五月2023例 3第47页/共66页第四十八页，共66页。25五月2023四、电力系统 四、电力系统(din l x t(din l x t n n)的一次调频（调 的一次调频（调速器作用）速器作用）初始运行 初始运行(ynxng)(
25、ynxng)点 点O O，当负荷，当负荷增加 增加则 则:系统的单位调节功率系数f0第48页/共66页第四十九页，共66页。25五月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。由于负荷突增(t zn)，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页第五十页，共66页。25五月2023FF 一次调频为有差调频。一次调频为有差调频。FF n n台发电机：台发电机：n n台都
26、参加 台都参加(cnji)(cnji)一次调整：一次调整：FF FF FF 只有 只有m m台参加 台参加(cnji)(cnji)一次调整：一次调整：F当发电机满载时，负荷功率(gngl)增大，则相当于为0,F但当负荷功率(gngl)减小时，所以仍可以参加调频。第50页/共66页第五十一页，共66页。25五月20234第51页/共66页第五十二页，共66页。25五月2023第52页/共66页第五十三页，共66页。25五月2023五、电力系统的二次调频:手动或自动调节调频器使发电机组的频率特性平行(pngxng)的上下移动初始运行(ynxng)点O，当负荷增加二次调整增发的功率 系统的单位调节功
27、率频率的二次调整第53页/共66页第五十四页，共66页。25五月2023F 当系统负荷增加时，由以下三方面提供：当系统负荷增加时，由以下三方面提供：F 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；F 发电机组执行 发电机组执行(zhxng)(zhxng)一次调频，按有差特性 一次调频，按有差特性的调差系数分配而增发的功率 的调差系数分配而增发的功率；F 由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率 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页第五十五页，共66页。25五月2023F n台机组：第n台参加(cnji)二次调频，F n台全部参加(cnji)一次调频:F无
28、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(tioji).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页第五十六页，共66页。25五月2023例第56页/共66页第五十七页，共66页。25五月2023第57页/共66页第五十八页，共66页。25五月2023 多机系统的频率 多机系统的频率(pnl(pnl)调整 调整l 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 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(fn wi)第一、第二、调频机(厂)l l 主调频厂
29、一般在负荷中心，要求：l l(1)有足够可调容量；l l(2)有一定调整速度；l l(3)调整时能符合安全、经济的要求；l l(4)一般选水电厂、中温中压火电厂。l l(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页第五十九页，共66页。25五月2023六、互联电力系统 六、互联电力系统(din l x t(din l x t n n)的 的频率调整 频率调整n 电力系统互联的益处(ychu)？潜在威胁？联合前:A,B系统均为独立电力系统，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
30、功率的变化 A B Pab第59页/共66页第六十页，共66页。25五月2023其中,分别为A,B系统的功率(gngl)缺额.n n 联合后 联合后:两系统的频率 两系统的频率(pnl(pnl)应相等，即 应相等，即有 有第60页/共66页第六十一页，共66页。25五月2023 由上得 由上得:频率变化 频率变化(binhu)(binhu)取决于两系统的功率缺额和单位调 取决于两系统的功率缺额和单位调节功率。节功率。当时,联络线上由 A流向(lixin)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页第六十二页，共66页。25五月20236666第62页/共66页第六十三页，共66页。25五月2023第63页/共66页第六十四页，共66页。25五月2023第64页/共66页第六十五页，共66页。25五月2023第65页/共66页第六十六页，共66页。