电力系统分析课程讲稿讲义18-20

1、河北水利电力学院课程讲义20192020学年第一学期课程名称：电力系统分析任课教师：*授课班级：电气* 班部门单位： 电气工程学院2019年8月20日河北水利电力学院电力系统分析纪建伟等中国电力出版社，2016.1教学参考书出版社及出版时间电力系统分析（上、下册）（第 4版）何仰赞华中科技大学出版社,主讲教师*职称学院/教研室课程名称电力系统分析授课时问2019-2020 学年第一学期授课专业班级电气*班课程编号B07157修课人数课程类型理论课（）；实践课（）；理论、实践课（，）；其他（）考核方式考试（V）总学时72学分4.5考查（）学时分配课堂讲授66学时；实验课6学时；其它学时作者教材名

2、称出版社及出版时间2016.6电力系统稳态分析陈琦中国电力出版社，2015.10电力系统暂态分析李光琦中国电力出版社，2012.8电力系统分析吴俊勇清华大学出版社，2014.8电力系统基础李林川科学出版社，2009.6其它教学参考等可用教学资源中国大学 MOOC网，北交大电力系统分析课程，郝亮亮主讲: HYPERLINK /course/preview/NJTU-1003359009?tid=1003590009 /course/preview/NJTU-1003359009?tid=1003590009注：对选择项在括号内打 v号 TOC o 1-5 h z 第18次课电力系统的频率调整1.

3、 HYPERLINK l bookmark7 o Current Document 频率的一次调整1.1&2频率的二次调整 1. HYPERLINK l bookmark11 o Current Document 互联系统频率的调整3. HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 主调频厂的选择 4. HYPERLINK l bookmark15 o Current Document 自动发电控制（AGC） 4 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 频率调整和电压调整的关系 5 HYPERLINK l boo

4、kmark19 o Current Document 1次7例题6. HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 第19次课电力网中的能量损耗 8 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 概述8. HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 最大负荷损耗时间法 9. HYPERLINK l bookmark35 o Current Document 年负荷损耗率法 10 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 等值功率法 1.0

5、 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 降低网损的措施10 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 例题13 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document 第20次课有功功率负荷的经济分配1.4基本概念1.4 HYPERLINK l bookmark51 o Current Document 双机运行时的有功分配1.4 HYPERLINK l bookmark53 o Current Document 多个火电厂的有功功率经济分配 1.5 HYPERLINK l bo

6、okmark55 o Current Document 计及网损的有功负荷经济分配 1.6 HYPERLINK l bookmark57 o Current Document 有功功率的最优分配16 HYPERLINK l bookmark59 o Current Document 各类发电厂的运行特点和合理组合 1 7 HYPERLINK l bookmark61 o Current Document 最优分配负荷时的目标函数和约束条件 1 7电气工程学院电力系统分析课程讲义第18次课电力系统的频率调整频率的一次调整n台机组并联运行时，可根据各机组的调差系数和单位调节功率算出总的等 值调差系

7、数6 (6*)或单位调节功率Kg(Kg*)。当频率变化 f时，第i台机组输 出功率增量人3 -K.N (/二. 12咕，n台机组的功率总增量和等值单位调节 功率分别为：!=1I若把n台机组用一台等值机来代表，则其倒数为等值调差系数：心=七4=qu pP丁例GN必须注意：在计算Kg或6时，如第j台机组已满载运行，当负荷增加时应取KGj = 0或6 j = oo, Pgn为全系统n台机的额定功率之和。=-Ar = -V = - -各台机组所承担的功率增量则为A 因此，KG越大的机组增加有功出力(相对于本身的额定值)就越多。频率 的一次调整的作用是有限的，它只能适应变化幅度小，变化周期较短的变化负荷

8、。 这是由于 为保证调速系统的稳定性，Kg不能过大(即6不能过小)。所以对于 较大的负荷变化，频率的一次调整不能保证频率的偏差在允许范围内。频率的二次调整当机组负荷变动引起频率变化时，利用同步器平行移动机组功频静特性来调 节系统频率和分配机组间的有功功率， 就是频率的二次调整。设功率静特性的初电气工程学院电力系统分析课程讲义始运行曲线为曲线2。可采用人工调频（手动控制同步器）和自动调频（自动调 频装置控制）。调节过程：负荷增加一转速下降一 D点上移一右移为特性曲线1;负荷降低,转速升高一 D点下移一左移为特性曲线3A点为初始运行点，当负荷增加 PD0时，系统一次调频，运行点变为 B,频率为f2

9、；若进行二次调频，发电机组功率静特性变为Pg运行点变为B点,频率为f2o若发电机组功率静特性变为 PG（f）,频率就回到fl。初始增量Mm TOC o 1-5 h z I二次调频发电机的塔呈负荷本身的谑节效应引起的减量一次调频发；、电机的增量期产线-/V-勺Vk=-二”或g=_心/kA/Al注意：虽然二次调频不能改变系统的单位调节功率K，但增加了发电机的出力，致使频率偏移变小了。二次调频可实现无差调节，即当负荷增量PD0完电气工程学院电力系统分析课程讲义全由二次调频发电机增发功率4 Pg承担，也就是4PD0 =APg0在电力系统中, 频率的二次调整一般只由一台或几台机组承担 （称调频机组或调频

10、厂），实际中, 调整时也是一台先调，依次 2台，不是n台同时调。频率的一次调整是配 备了调速器的机组同时进行调整。183互联系统频率的调整AB互联系统频率的调整对系统A, APab相当于一个负荷：PlaPabPgaKa fA ;对系统 B, Pab相当于一个电源：FLbPAb2bKb fB。互联系统的频率应相同,fA fB f ,也即PABPLAPGAPLBPGBkAKBKa PlbFGbKb PlaPgaKaKbPaPb-k；KTRpg-k；ktKa PbKb PaKa Kb若互联系统二次调频机组增发的功率4 Pg等于全系统负荷增量 Pl时，可 实现无差调节，即4 f=0。讨论：当A、B两系

11、统都进行二次调频，且两部分的功率缺额与其单位调节功率成比例，即满足 Pla飞气一团f ,则联络线上的交换功率KaKb Pab=0；若无功率缺额时， f=0o若A系统没有功率缺额，联络线上由 A流向B的功率要增大；若B系统没有功率缺额，联络线上由A流向B的功率要减少。当有一个系统不进行二次调频，例如 Pgb=0,则B系统的负荷变化量将由A系 统的二次调频来承担，此时联络线的交换功率为电气工程学院电力系统分析课程讲义PKa%KbPlaPgapKB%PlbPgaABkaBlbktB若整个系统的功率能够平衡，即PlaPlbHa时，则PabPlb,此时联络线上的交换功率最大。18.4主调频厂的选择按照是

12、否承担二次调整可将电厂分为： 主调频厂：一般是12个电厂，负责 全系统的频率调整（即二次调整）辅助调频厂：只在系统频率超过某一规定的偏 移范围时才参与调整，一般也只有少数几个；非调频厂：在系统正常运行情况下 则按预先给定的负荷曲线发电。主调频厂的选择应考虑：1）要有足够的调整容量及调整范围。2）具有与负荷变化速度相适应的调整速度。3）符合安全及经济原则。a）安全性：各点电压是否超出范围，联络线是否过负荷。b）经济性：是指全系统的经济性。4）水轮机组：有较宽的出力调整范围，可达额定容量的 50%以上，出力增 长速度较快，操作方便、安全。5）火力机组：受允许最小技术负荷的限制，出力调整范围不大，出

13、力增减 速度受汽轮机各部分热膨胀限制，不能过快。因此，在枯水季节，采用水电调频，其速度快，调整范围大，效率较低的火 电机组辅助调频；在丰水季节，为充分利用水电，采用效率不高的火电厂调频， 受技术最小出力限制，增减速度限制。自动发电控制（AGC）自动发电控制（Automatic Generation Control, AGC）是能量管理系统（EMS） 的重要组成部分。主要由3个控制环：计划控制环，区域调节控制环和机组控制 环。其总体控制结构图如下图所示。电气工程学院电力系统分析课程讲义发电计划AGC的工作过程是:1）控制中心按照各机组的备用容量大小或功率调整速率，再结合经济分配规则，确定各机组应

14、承担的功率变化量；2）控制中心将控制命令发给参与控制的各发电机组；3）再通过各机组的自动控制调节装置实现发电自动控制，从而达到调控目标。AGC控制的主要目标有：1）调整全网的发电使之与负荷平衡，保持频率在正常范围内；2）按联络线功率偏差控制，使联络线交换功率在计划允许范围内；3）对电网的安全、经济调度方案进行执行。特点：一次调频动作是由同步发电机的调速器实现的控制， 具响应速度较快， 可适应小负荷短时间的波动。二次调频动作是由调频厂的自动发电控制（AGC）实现的控制，其针对周期在10s至23min以内幅度变化较大的负荷。三次调频 动作是按照经济调度要求实现的控制，其针对针对于周期在 3min以

15、上的负荷波 动。频率调整和电压调整的关系有功功率和无功功率的需求既同频率有关又同电压有关，二者都偏低时，应先解决有功平衡的问题，频率的提高能够减少无功的缺额。电气工程学院电力系统分析课程讲义整个系统只有一个频率，因此调频涉及整个系统；而无功平衡和电压调整一般都是就地解决。当系统频率下降时，无功需求略有增加。若系统无功不足，将影响到系统的电压下降；当系统频率增高时，无功需求略有下降，系统电压有所升高。当 系统电压升高时，有功（和无功）功率负荷将增加，（电压升高使损耗虽然减少， 但一般总的有功是增加的；当系统电压下降时，有功（和无功）功率负荷将减少， 电压下降虽然使损耗增加，但一般总的有功是减少的

16、。当系统中有功和无功均不 足引起频率和电压均降低时，应该首先解决有功功率平衡问题，因为频率的提高 能减少无功的缺额，这对于调压是有利的。若首先提高电压则会扩大有功的缺额，导致频率会更下降。例题1、我国某电力系统中发电机组的容量和它的调差系数百分值分别如下：水轮机组 600MW3% = 3汽轮机组 1200MW= 45系统总负荷为1400MW,其中水轮机组带500MW负荷，负荷的单位调节功率标么值Kd*=1.5,现系统的总负荷增加150MW,求：两机组均只进行一次调频，求系统频率变化和各机组所增加功率？水轮机组的同步器动作增发60MW功率，同时两机组进行一次调频， 求系统的频率变化情况和各机组所

17、增加的功率？电气工程学院电力系统分析课程讲义解：(1)两机组均只进行一次调频：7 =空生=幽型！ =400MMHZA； =2=与3 41W H7Q* &卜 久的m抗人 4Sx50Apd =匕丁媪=1.5x1! = 42MW Hz小 noA =人心. 十人针 +无口 = 40)+ 5533-42 = 9乃 3MM Hz V = 一/ = 一= 口 4H2二人=/川二网254 =引一总(不工=& Sf = 5 ；mO I54-82O2MW OrtC2)若水轮机组二次调频“多含二端善=OO923HZ明.-A7.Af + AP, 400 x0.0923 4 60-96.9MW 也 OJfi口子.一%匕

18、 K y= 5333x0.0923= 492lhV Ui- or i2、A、B两子系统经一条联络线连接成为互联系统，各系统的K*以Pgn=500MW 为基准。Kga*=25,Kla*=1.5, Kgb*=20, Klb* =1.3。系统原频率为 50Hz。 若A Pla=100MW后，求当A、B系统都参加频率的一、二次调整，且A二次 调 整增发50MW情况下A f及联络线上A Pab?各系统的K*以Pgn=500MW为基准，Kga* =25,Kla* =1.5, Kgb*=20, Klb*=1.3。式中涉及到因中受脸 M.*,心 A 山系惊对扁说必出林miuMq 0 曲也小七新成小超支二废疆黑

19、绘电机功隼变化始黄制与户口 淌我，心,=0 I彳:话榄I *。5O0JM同理得：K&j =二 750A/JF /Hz45.WJT/Hr.*口二反映的高闻忖作用,注且M件r.J堂也心恰作用广陵加二次调整二50MW.My =50%A 负荷增 J| 11HOMW蛇，=&/力=-s-fJ*A. B参加一次调整 Q,髭3HoB负荷调节作用*j，*0电气工程学院电力系统分析课程讲义a & 聿叨=50 X Ui = 400M 用 / HzGB 磔 /v50K/a = KLIi, = 13x = 26A/IF / HzLS L& 九50也即，Kga=750MW/Hz,K la=45MW/Hz, Kgb=400

20、MW/Hz , Klb=26MW/Hz.APda=100MWo= 3 - 加3 = ioo-50 = 50(xW)r)A/荔=0-50 = -50( MW) Ka=K&+ KlA = 750 + 45 = 795(W/ Hz) K(i = Kt 道 + * = 400 + 26 = 426(i Hz)& = 50Mr= TOM甲 K尸795Mrfiz A； = 426A/B, HzM + AZ*795 + 426111fjff795x( 50)-426乂50 795+426K , + K* A M=_50(叱打“1-A,B作为一个系统，二隹+%=50+（5Q）=0M印 （购二比，-州$ 二 1

21、004585。04加）W； = -EZ 联合系统功率加魏AP=OMW.因而实现无基调节.由于折0 .所以AB一次调整增发功率=0;蠲节作用体现在通过联络微传输.APqa-JOMWB: 2POB-50MW第19次课电力网中的能量损耗19.1概述1）供电量：在给定的时间内，系统中所有发电厂的总发电量同厂用电量之2）损耗电量：所有送电、变电和配电环节所损耗的电量。（不包括厂用电, 不同管理部门所关心的范畴不同）3）网（线）损率：同一时间内，电力网损耗能量占供电量的百分比网（线）损率电力网损耗电量MSX100%注意功率损耗和能量损耗的区别!电气工程学院电力系统分析课程讲义电网损耗（有功）包括：对地支路

22、：变压器空载损耗，线路对地电导；串联 支路：变压器绕组电阻，线路电阻。在电力网元件的功率损耗和能量损耗中：一 部分同施加在元件上的电压有关：例如变压器空载损耗与电压平方成正比，当电压变化不大时，可以近似认为不变。另一部分同元件通过的电流（或功率）的 平方成正比：例如变压器绕组和线路导线中的损耗。以变压器为例，给定时间T内，能量损耗为： TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark29 o Current Document i o/14）j工心+j九m冬工+尸用卜=3，/+J： 2E9,格-R仲由于通过元件的，电流随时间不断变化，因而这部分损耗的计算较复杂。精 确计算应根

23、据不同时刻的功率和电压分别计算最后累加一一较繁且数据不够。目前有SCADA自动采集系统的情况下，可近似认为两次采集时间之间（几秒到几 分钟）的功率和电压不变，直接用上式求解。通常，在工程规划时，无有实际采 集数据，常采用简化的方法计算能量损耗，即最大负荷损耗时间法。19.2最大负荷损耗时间法I4ARPcos *假定线路向一个集中负荷供电（如上图），在一年内线路的能量损耗为：定义：如果线路中输送的功率一直保持为最大负荷功率Smax,在p小时内的能量损耗恰等于线路全年的实际电能损耗，则称T为最大负荷损耗时间。若认为电压接近恒定，则T与用视在功率表示的负荷曲线有关，在一定的功率因数下视在功率与有功电

24、气工程学院电力系统分析课程讲义功率成正比，而有功功率负荷持续曲线的形状可由最大负荷的利用小时数Tmax反映出来。Mt虏5t.4Ql.wma 431S0：onoBN164104A001750HIM24002MU4500J150JQMJ9D0封幅MOOJ20O5m4400JWOMM，404*弧1H皿小420i利用该表(由实验得出),根据Tmax和功率因数查表找出值,来计算全年的电能损耗。该方法计算简单，但准确度不高，只适用于规划设计中。193年负荷损耗率法利用年负荷率求得年负荷损耗率，然后求得年电能损耗年负荷率=8760Pniax耳 3 Jmnst8760Pmax8760年负荷损耗率=KX年负荷率

25、+ U-K) X年负荷率？4卬二4黑年负荷损耗车X 876019 4等值功率法1 .RPcos仍以此图为例，在给定的时间T内的能量损耗：0 f s-I - ze*io从已 一%+Q：=*s嗝(2)其中Peq、Qeq分别为有功、无功功率等效值，可以通过各自的平均值表示为：Peq 瓯，QqLQv 则，A 骨 右巳。L2Q2V 10319.5降低网损的措施电力网的电能损耗不仅耗费一定的动力资源，而且占用一部分发电设备容量因此，降低网损是电力企业提高经济效益的一项重要任务。10电气工程学院电力系统分析课程讲义I首先，先回忆线路损耗计算公式：A4-邑N- -一lRU1 1统中因此，可如下技术措施，来降低

26、电力网的能量损耗：提高用户的功率因数，减少线路输送的无功功率改善网络的功率分布合理确定运行电压水平合理组织变压器经济运行还可通过电网的科学规划与建设改造来降损。合理选择电压等级，减少变电层次；合理布局电源点；优化网络结构，缩短供电路径，增大导线截面；（按经济电流密度选择导线截面，按安全条件等进行校核：防止电晕损耗和干扰；机械强度； 热稳定；调压。）通过电价手段进行需求侧管理，改善用户的负荷曲线，减小高峰负荷和 低谷负荷的差值，提高最小负荷率，也可明显降低网损。主要措施具体分析如下。一、提高用户的功率因数如何提高功率因数？一一防止电动机空载或轻载运行， 电动机容量应尽量接 近它所带的机械负载。装

27、设并联无功补偿设备。各级变电站尽量做好无功功率的 就地平衡（并联补偿投切FACTS）。二、改善网络的功率分布功率经济分布，也即功率损耗为最小的分布一一1）无功功率优化减少网损； 2）有功功率优化减少网损。问题：功率自然分布是否一定为经济分布？欲使网络的功率损耗为最小，功率应如何分布？11电气工程学院电力系统分析课程讲义5飞如图所示，令 RiWQ R2WQ xi=x2=0,网络的功率损耗为:轨二沁宰二黑92与9号- 丁 JC +!A行 “U1将上式分别对Pi和Qi取偏导数，并令其等于零才木 咨二等心芈丝八0L W u1 r1r E = 5Ri + R：上面公式表明：当功率在环形网络中与电阻成反比

28、分布时， 功率损耗为最小,称为经济分布。只有在每段线路的比值R/X都相等的均一网络中，功率的自然分布才与经济分布相等。功率的自然分布不一定为经济分布!功率的自然分布为：21 :对于非均一网络，可以采取如下措施，使功率分布接近经济分布，以降低网 络功率损耗。1）选择适当的地点作开环运行；2）在环网中比值R/X特别小的 线段进行串联电容补偿；3）在环网中增设混合型加压调压变压器，由它产生环路电势及相应的循环功率，以改善功率分布。三、合理确定运行电压水平变压器的铁损在网络总损耗所占比重小于50%的电力网，适当提高运行电压可降低网损；铁损所占比重大于 50%的电力网，情况正好相反。四、组织变压器的经济

29、运行当变电所内装有n台容量和型号都相同的变压器时，根据负荷变化适当改变投入运行的台数，可减少功率损耗。总负荷功率为 S时，并联运行的k台变 cXPr = kP（-）:压器的总损耗为“孔 。铁芯损耗与台数成正比，绕组损耗与台数成反比。12电气工程学院电力系统分析课程讲义对k求偏导,&- 5 ,临界负荷,匕，取k值相邻的整数进行计算，校核具功率损耗是否最小。当负荷SScr时应投入k台，当负荷SSr时应投入k-1台。19.6例题1、如图所示为某35kV供电网络图及等值电路图。线路参数为：l=15km, ri=0.28QZkm,xi=0.43Q km；单台变压器参数：Sn=7.5MVA , P0=24

30、kW, Pk=75kW , Uk%=7.5, l0%=3.5 。变压器低压侧最大负荷 Pld=10MW, cos（|）=0.9,最大负荷 利用小时数为Tmax=4500ho试求线路及变压器中全年的电能损耗和网损率，计算中不计线路导纳支路。-等值电路如右口）计算最大负荷下功率损耗，变压器跳组的功率损耗屿3 jAft -+ j：偿臬乂焉丫7,5L0 0,9 ,-2x(754jx 7500)(- 82J+Kl7kVA TOC o 1-5 h z J1002x7.5,变压器的铁损2(R + 15,.)= 2x(24 +j * 7500) = 48 + 方 kVAJ 1(W 线路末端功率 = % + 埼 + $=I0+ 注弘甘0082 + j0.617+0,（m+ jD,525 = 10J3-h j5.985MVA，线路上的有功损耗un 寸 4写 qn* ii应=父止吐- 二:“ W二耳小 + 申U45X = 0237+j（f 如MVA（2）根据最大负荷下功率损耗计算全年电量损耗，已知丁皿尸450处和co卿=0 9 ,从表中查得k2900H,则 变压器全年的电能损耗& J = &1T= QM x 8760 + M * 刈。）+ * 2900=（2x24x8760十82 2簿我叫一237乂2900 = 13,5*I炉kVh,网损率=1350 / （450010+1350）X100%