第五节经济调度与自动调频

1、第五节第五节 电力系统经济调度及自动调电力系统经济调度及自动调频频 一、等微增率概念一、等微增率概念 二、发电厂中各机组二、发电厂中各机组按经济按经济分配负荷分配负荷的调频系统的调频系统 要维持电力系统频率在允许范围之内要维持电力系统频率在允许范围之内, ,就要就要根据负荷的变化根据负荷的变化及时地调节及时地调节电力系统中并联电力系统中并联运行机组的运行机组的有功输入有功输入, ,使之使之与负荷的功率变与负荷的功率变化化相平衡相平衡, ,但并没有说明但并没有说明调节调节系统中系统中哪些机哪些机组组原动机的输入功率。原动机的输入功率。 为了提高电力系统运行的经济性，电力系统为了提高电力系统运行的

2、经济性，电力系统调度的一个调度的一个重要任务重要任务就是在维持电力系统就是在维持电力系统有有功功率平衡、使系统频率在允许范围之内功功率平衡、使系统频率在允许范围之内的的前提下前提下做好以下做好以下两项工作两项工作： 确定确定哪些机组并入哪些机组并入电力系统运行；电力系统运行； 确定已并网运行的机组确定已并网运行的机组各发多少有功功各发多少有功功率。率。 上述上述第第项项属于属于机组经济组合问题机组经济组合问题； 第第项项属于属于有功功率经济分配问题有功功率经济分配问题。 将两者结合起来一并考虑就是将两者结合起来一并考虑就是电电力系统经力系统经济调度和控制济调度和控制。 电力系统经济调度和控制有

3、一套完整的理电力系统经济调度和控制有一套完整的理论和方法，主要论和方法，主要内容内容有：有： 各类发电厂的运行特点及其合理组合；各类发电厂的运行特点及其合理组合； 发电设备的经济特性；发电设备的经济特性； 经济调度控制的主要算法经济调度控制的主要算法(等微增率法、等微增率法、梯度法、线性规划和动态规划法梯度法、线性规划和动态规划法)； 火电厂之间的负荷经济分配；火电厂之间的负荷经济分配； 水、火电厂之间的负荷经济分配；水、火电厂之间的负荷经济分配； 电力系统网损及网损微增率。电力系统网损及网损微增率。 经济调度的经济调度的目的目的是是 在满足电力系统在满足电力系统频率质量频率质量和和安全安全的

4、前提下的前提下 合理利用合理利用能源能源和和设备设备， 对系统负荷在各电厂及各机组之间合理分对系统负荷在各电厂及各机组之间合理分配，配， 以以最低的最低的发电成本发电成本或用或用最少的最少的一次能源消一次能源消耗耗获得获得最多的、有用的最多的、有用的电能电能。 因此经济调度与自动调频密不可分。因此经济调度与自动调频密不可分。 曾经认为系统的最经济负荷分配的方法是曾经认为系统的最经济负荷分配的方法是按发电机组效率的高低顺序排列按发电机组效率的高低顺序排列， 先投效率高的机组，直到负荷达到它的效先投效率高的机组，直到负荷达到它的效率最高值对应功率后，再投运效率较好的，率最高值对应功率后，再投运效率

5、较好的，以此类推。以此类推。 这一方法被证明这一方法被证明不是最经济的不是最经济的。 在电力系统中，在电力系统中，最经济分配负荷的方法是最经济分配负荷的方法是等微增率法则等微增率法则。一、等微增率的基本概念一、等微增率的基本概念 1.耗量特性与耗量微增率：耗量特性与耗量微增率： 电力系统中，发电厂发出的功率送到用户，电力系统中，发电厂发出的功率送到用户，在能量的转换与传输过程中，要经过锅炉、在能量的转换与传输过程中，要经过锅炉、汽轮机、发电机、电力网等环节。汽轮机、发电机、电力网等环节。 各环节在单位时间内消耗各环节在单位时间内消耗(输入输入)能量的费用能量的费用与功率之间的关系，称为与功率之

6、间的关系，称为耗量特性耗量特性。 图示典型的图示典型的耗量特性耗量特性。图图5-43 典型的典型的耗量特性耗量特性：(a)下凸型下凸型锅炉的锅炉的单元机组的单元机组的(c)上凸型上凸型汽轮机的汽轮机的耗量特性耗量特性(b)直线型直线型PF0PF0PF0 对应于对应于耗量特性上耗量特性上某一输出功率某一输出功率P的耗量微的耗量微增率（简称微增率）增率（简称微增率）b 是指耗量特性上是指耗量特性上对应该点的切线斜率对应该点的切线斜率， 即在该功率点时，输入即在该功率点时，输入(能能)耗量的微增量耗量的微增量F与输出功率微增量与输出功率微增量P之比，即之比，即PFdPdFb图图5-43 典型的典型的

7、微增率微增率特性：特性： 对于锅炉发电机汽轮机组成的对于锅炉发电机汽轮机组成的单元机组单元机组，由于，由于发电机的效率接近于发电机的效率接近于1、汽轮机的微增率变化也不汽轮机的微增率变化也不大大，故，故机组的综合耗量特性仍具有图机组的综合耗量特性仍具有图5-43 (a)和和 (d)的形状。的形状。 这种特性的这种特性的耗量微增率耗量微增率随着输出功率的增加而增大随着输出功率的增加而增大.b0b0b0PPP(d)(e)(f) 对于电力系统中的水电机组，是将对于电力系统中的水电机组，是将出力流出力流量特性量特性，即单位输出功率的，即单位输出功率的耗水量特性，耗水量特性，在确定换算系数后，折合成火电

8、机组的耗在确定换算系数后，折合成火电机组的耗量微增率特性。量微增率特性。2.按等微增率分配负荷按等微增率分配负荷的分析的分析 用两台机组并联运行分析用两台机组并联运行分析 b1 、b2均随输出功率的增均随输出功率的增加而增大。加而增大。 将负荷分配给将负荷分配给A、B两机组两机组时时,先不按等微增率分配。先不按等微增率分配。 A机带负荷机带负荷P1,微增率为微增率为b1, B机带负荷机带负荷P2,微增率为微增率为b2, 并有并有b1 b2。b0PABb1P Pb2P PP2P1P2 P1 现设总负荷不变现设总负荷不变,使使A机减小负荷机减小负荷P,而而B机增加相应的负荷机增加相应的负荷P。 由

9、于由于b1 b2,使使A机减小的能耗机减小的能耗将将大于大于B机增加的能耗机增加的能耗； 两阴影面积之差表示减少的能耗两阴影面积之差表示减少的能耗. 若转移负荷的目的在于使负荷消耗最少若转移负荷的目的在于使负荷消耗最少,则转移的转则转移的转移就将继续下去移就将继续下去,当当b1b2时时,总消耗不再改变。总消耗不再改变。 若继续转移则若继续转移则b1b2，消耗又不最小，消耗又不最小. 由此可知，只有由此可知，只有b1b2时，消耗最小时，消耗最小b0PABb1P Pb2P Pb1 P2P1P2 P1 数学推导证明等微增率原则：数学推导证明等微增率原则： 经济负荷应满足以下两个条件：经济负荷应满足以

10、下两个条件： 约束条件：功率平衡约束条件：功率平衡P1+P2P； F1+F2F为最小，即为最小，即FFmin 。 要使要使F为最小为最小的条件是的条件是式对功率的式对功率的偏导数为零，偏导数为零，对于下凸特性应有：对于下凸特性应有： 以上证明不严密以上证明不严密,但可以说明但可以说明等微增率原则等微增率原则。 上述结论可推广到多台机组并联运行：上述结论可推广到多台机组并联运行：即即全厂的微增率。全厂的微增率。(5-114)b1=b2=bn=二、发电厂中各机组发电厂中各机组按经济分配负荷按经济分配负荷的调频系统的调频系统 按式按式(5-114)可实现一个厂内各机组之间按可实现一个厂内各机组之间按

11、等微增率原则分配负荷等微增率原则分配负荷,并用频率偏差积分并用频率偏差积分来实现调频来实现调频,从而达到按经济分配负荷并调从而达到按经济分配负荷并调频的目的。频的目的。 如下图为按上述原则实现经济分配负荷及如下图为按上述原则实现经济分配负荷及调频的系统示意图。调频的系统示意图。 bPi方框称经济单元方框称经济单元。 主要为主要为微增率特性函数发生器微增率特性函数发生器。在不同的微增率。在不同的微增率b时，发生器发出该机组时，发生器发出该机组应发出的功率信号应发出的功率信号Pid。 设系统原处于正常状态设系统原处于正常状态,各机组按等微增率运行，各机组按等微增率运行，机组各自带负荷机组各自带负荷

12、P1、 P2、 Pn, 且且f0。 当系统负荷发生变化当系统负荷发生变化,如增加时如增加时,频率下降。各机组频率下降。各机组调速器动作调节其负荷。此时调速器动作调节其负荷。此时 Pi不一定等于不一定等于Pid。 同时将全厂微增率同时将全厂微增率分别送到各机组的经济调度分别送到各机组的经济调度单元单元, ,给出频率变动值后，确定在新的给出频率变动值后，确定在新的值下各机值下各机组应发的功率组应发的功率Pid。 调速系统的输入端得到功率偏差信号调速系统的输入端得到功率偏差信号 Pi Pid Pi，通过低积分增益环节去作用于调，通过低积分增益环节去作用于调速器，达到改变速器，达到改变Pi的目的。的目的。 调节结束时各机组的调节结束时各机组的Pi 0,即即Pi Pid,且且f0. 当要求在几个发电厂间实现经济分配负荷当要求在几个发电厂间实现经济分配负荷时，由于发电厂之间以输电线相联，因此时，由于发电厂之间以输电线相联，因此要计网损。要计网损。 一般是将一般是将网损网损用各电厂的用各电厂的输出功率输出功率表示，表示，然后按厂与厂之间然后按厂与厂之间网损修正后网损修正后的等的等微增率微增率原则原则来分配负荷。来分配负荷。North China Electric Power University21/292022-4-23三、发电厂内机组功率控制厂