电力系统有功功率和频率调整课件

1、2015年10月校训：勤慎公忠电力系统有功功率和频率调整第四章2022/8/1电力系统有功功率与频率调整14.1 有功平衡与频率调整4.2 电力系统的频率特性4.3 电力系统的频率调整4.4 各类发电厂的合理利用4.5 电力系统有功功率的最优分配 目录2022/8/1电力系统有功功率与频率调整24.1.1 电力系统频率变化的影响对用户(负荷)的影响 电动机转速改变、出力降低，工业产品残次品、电子设备准确度降低对发电厂的影响 水泵、风机等异步机出力降低，汽轮机叶片谐振缩短寿命对电力系统的影响 互联电力系统解列、发电机解列正常运行频率允许范围为500.2Hz 2022/8/1电力系统有功功率与频率

2、调整34.1.2 电力系统频率与有功平衡的关系频率与发电机转速的关系在正常运行条件下，全系统各点频率都相等，所有发电机保持同步运行，每一台发电机与系统频率关系为：转速n取决于原动机机械功率PT和发电机输出的电磁功率PE 2022/8/1电力系统有功功率与频率调整44.1.2 电力系统频率与有功平衡的关系频率改变的根源负荷功率变化结论：负荷经常变化，频率偏移不可避免，如何调整 2022/8/1电力系统有功功率与频率调整54.1.3 有功功率负荷的变化及其调整有功功率负荷的变化实际负荷幅度小、周期短幅度较大、周期较长幅度很大、变化缓慢、周期最长有功负荷变化曲线 2022/8/1电力系统有功功率与频

3、率调整64.1.3 有功功率负荷的变化及其调整有功功率负荷的调整实际负荷调速器、一次调频负荷预测、经济分配有功负荷变化曲线 调频器、二次调频2022/8/1电力系统有功功率与频率调整74.1.4 有功功率平衡及备用容量有功功率平衡发电量厂用电负荷网损 当电力系统负荷增加时，网络损耗也将增加，各类发电厂必须增加发电量才能维持整个系统的有功功率平衡，进而维持系统频率稳定。需要备用容量2022/8/1电力系统有功功率与频率调整84.1.4 有功功率平衡及备用容量备用容量系统备用容量 2022/8/1电力系统有功功率与频率调整94.1.4 有功功率平衡及备用容量备用容量按性质分负荷备用 (2%-5%)

4、PM事故备用 (5%-10%)PM检修备用 (4%-5%)PM国民经济备用 (3%-5%)PM系统备用容量 只有拥有适当的备用容量，讨论有功分配和频率调整才有意义。 2022/8/1电力系统有功功率与频率调整104.1.4 有功功率平衡及备用容量备用容量按状态分热备用(不易过大） 负荷备用、事故备用冷备用 检修备用、国民经济备用系统备用容量 只有拥有适当的备用容量，讨论有功分配和频率调整才有意义。 2022/8/1电力系统有功功率与频率调整114.1.4 有功功率平衡及备用容量电源容量负荷备用(2%-5%)PM事故备用(5%-10%)PM检修备用(4%-5%)PM国民经济备用(3%-5%)PM

5、最大发电负荷PM备用容量电源容量一般总备用为(15%-20%)PM 2022/8/1电力系统有功功率与频率调整124.2 电力系统的频率特性4.2.1 系统负荷的有功功率频率静态特性4.2.2 发电机组的有功功率频率静态特性 2022/8/1电力系统有功功率与频率调整134.2.1 系统负荷的有功-频率静态特性负荷的静态频率性质定义：系统处于稳态时，有功负荷随频率的变化特性。分类：与频率变化无关、一次方、二次方、三次方、更高次方成正比的负荷。2022/8/1电力系统有功功率与频率调整144.2.1 系统负荷的有功-频率静态特性负荷的静态频率性质标幺值形式：2022/8/1电力系统有功功率与频率

6、调整15例4.1 某电力系统中，与频率无关的负荷占30，与频率一次方成正比的负荷占40，与频率二次方成正比的负荷占10，与频率三次方成正比的负荷占20。求系统频率由50Hz降到48Hz和45Hz时，相应负荷功率变化百分值。4.2.1 系统负荷有功-频率静态特性(习题)2022/8/1电力系统有功功率与频率调整164.2.1 系统负荷的有功-频率静态特性负荷的静态频率性质在实际计算过程中：有功负荷的静态频率特性 2022/8/1电力系统有功功率与频率调整17例 某电力系统中，额定频率为50Hz，总负荷为3000MW，KD*=1.5。求系统频率由50Hz降到48Hz时，相应负荷功率变化及其百分值。

7、4.2.1 系统负荷有功-频率静态特性(习题)2022/8/1电力系统有功功率与频率调整184.2.2 发电机组的有功-频率静态特性发电机组的功-频静态特性定义：当系统有功平衡遭到破坏，引起频率变化时，原动机的调速系统将自动改变原动机的进汽（水）量，相应增加或者减少发电机的出力。当调速器的调节过程结束，建立新的稳态时，发电机组的有功-频率静态特性。调速系统的工作原理分类：机械液压调速系统和电气液压调速系统过程：一次调频(调速器)；二次调频(调频器/同步器)2022/8/1电力系统有功功率与频率调整194.2.2 发电机组的有功-频率静态特性离心式机械液压调速系统转速测量元件 放大元件 执行机构

8、 同步器 2022/8/1电力系统有功功率与频率调整204.2.2 发电机组的有功-频率静态特性一次调频2022/8/1电力系统有功功率与频率调整214.2.2 发电机组的有功-频率静态特性调速器的工作原理实现频率的一次调整发电机输出 功率增加频率略低于原来值负荷降低发电机输出 功率减小频率略高于原来值负荷增大 有差调节2022/8/1电力系统有功功率与频率调整224.2.2 发电机组的有功-频率静态特性二次调频2022/8/1电力系统有功功率与频率调整234.2.2 发电机组的有功-频率静态特性调频器的工作原理实现频率的二次调整调频器完成二次调整 无差调节2022/8/1电力系统有功功率与频

9、率调整24发电机组的功频静态特性对于调速器在实际计算过程中：发电机组的功频静态特性 4.2.2 发电机组的有功-频率静态特性2022/8/1电力系统有功功率与频率调整25发电机组的功频静态特性对于调速器在实际计算过程中：4.2.2 发电机组的有功-频率静态特性发电机组的功频静态特性 2022/8/1电力系统有功功率与频率调整26例 设电力系统中发电机组的额定容量和调差系数分别为:PGN=1000MW,%=2.5,此时Pset=500MW,fN=50Hz,求系统因为负荷增加频率由50Hz降到49.5Hz时,发电机组的有功输出变化量。4.2.2 发电机组有功-频率静态特性(习题)2022/8/1电

10、力系统有功功率与频率调整27发电机组的功频静态特性对于调频器在实际计算过程中：4.2.2 发电机组的有功-频率静态特性功频静态特性的平移2022/8/1电力系统有功功率与频率调整284.3 电力系统的频率调整4.2.3 频率的一次调整（对于单台发电机组）4.3.1 频率的一次调整（对于多台发电机组）4.3.2 频率的二次调整4.3.3 互联系统的频率调整 2022/8/1电力系统有功功率与频率调整294.2.3 频率的一次调整(对于单台机组)a是原始运行点系统负荷增加PD0b点负荷功率的实际增量负值b点b点负值b点2022/8/1电力系统有功功率与频率调整30频率最终偏移量由KG和KD共同决定

11、4.2.3 频率的一次调整(对于单台机组)系统的单位调节功率2022/8/1电力系统有功功率与频率调整31例 设某系统中发电机组的额定容量和调差系数分别为:PGN=1000MW,%=2.5,系统有功负荷的频率调节系数KD*=1.5。此时PDN=500MW,fN=50Hz,(1)求系统负荷变化增加10%时的稳态频率。(2)如频率容许降低0.2Hz,系统能承担的负荷增量。4.2.3 频率的一次调整(对于单台)(习题)2022/8/1电力系统有功功率与频率调整32频率最终偏移量由KG1、 KG2 、KG3和KD共同决定4.3.1 频率的一次调整(对于多台机组)注意：当第i台机组已经满载时，相应的KG

12、i=0。2022/8/1电力系统有功功率与频率调整33例4-2 某电力系统中,一半机组的容量已完全利用;占总容量的1/4的火电厂尚有10%备用容量,其单位调节功率为16.6;占总容量1/4的水电厂尚有20%备用容量,其单位调节功率为25;系统有功负荷频率调节效应系数KD*=1.5。试求:(1)系统单位调节功率K*。(2)负荷功率增加5%时稳态频率f。(3)如频率容许降低0.2Hz,系统能够承担负荷增量。4.3.1 频率的一次调整(对于多台)(习题)2022/8/1电力系统有功功率与频率调整34例4-2 某电力系统中,一半机组的容量已完全利用;占总容量的1/4的火电厂尚有10%备用容量,其单位调

13、节功率为16.6;占总容量1/4的水电厂尚有20%备用容量,其单位调节功率为25;系统有功负荷频率调节效应系数KD*=1.5。试求:(1)系统单位调节功率K*。(2)负荷功率增加5%时稳态频率f。(3)如频率容许降低0.2Hz,系统能够承担负荷增量。4.3.1 频率的一次调整(对于多台)(习题)2022/8/1电力系统有功功率与频率调整354.3.2 频率的二次调整a是原始运行点系统负荷增加PD0机组增发功率PG02022/8/1电力系统有功功率与频率调整364.3.2 频率的二次调整一次调频和二次调频的区别：当负荷变化时，配置了调速器的机组，只要还有可调容量，都毫无例外的按各自的KG静态特性

14、参与一次调频而频率的二次调整一般只是由一台或者少数几台发电机组(一个厂或几个厂)承担，这些机组(厂)称为调频机组（厂）2022/8/1电力系统有功功率与频率调整374.3.2 频率的二次调整按照是否承担二次调整可将电厂分为 主调频厂：负责全系统的二次调整(一般只有一两个电厂)辅助调频厂：只在系统超过某一规定的偏移范围时才参与调整，这样的电厂一般也只有少数几个非调频厂：在系统正常运行情况下按预先给定的负荷曲线发电2022/8/1电力系统有功功率与频率调整384.3.2 频率的二次调整选择主调频厂应满足以下条件：机组要有足够的调整容量及范围调频机组具有能适应负荷变化需要的调整速度调整输出功率时符合

15、安全及经济原则水电厂：不受最小技术负荷限制，出力范围较宽，调节速度快(从空载到带满负荷运行只需4-5min)火电厂：受最小技术负荷限制，出力范围较宽，调节速度快(从停机到开机并满负荷运行需要几小时到十几小时)枯水期：水电厂+效率较低火电厂；丰水期：效率较低火电厂。2022/8/1电力系统有功功率与频率调整39例4-4 设系统中各类发电机组的台数、容量和它们的调差系数分别为 水轮机组 G1 100MW5台=500MW，%=2.5 G2 75MW5台=375MW，%=2.75 汽轮机组 G3 100MW6台=600MW，%=3.5 G4 50MW20台=1000MW，%=4.0 较小容量汽轮机合计

16、 G5 1000MW，%=4.0 系统额定频率为50Hz，总负荷为3000MW，负荷响应系数KD*=1.5。试计算在以下情况下，系统总负荷增加导3300MW时，系统频率的变化情况和各类机组所增加的功率、(1)全部机组参加一次调频；(2)仅有水轮机组参加一次调频。4.3.2 频率的二次调整(习题)2022/8/1电力系统有功功率与频率调整404.3.3 互联系统的频率调整PAB对系统A相当于负荷增量，对系统B相当于发电功率增量。对A系统：对B系统：重点关注：频率偏移f和联络线交换功率PAB 2022/8/1电力系统有功功率与频率调整41频率偏移f4.3.3 互联系统的频率调整若互联系统二次调频的

17、发电功率增量 等于全系统负荷增量 时，可实现无差调节，即 。系统负荷增量发电功率增量功率缺额2022/8/1电力系统有功功率与频率调整42联络线交换功率PAB4.3.3 互联系统的频率调整当A、B两系统都进行二次调整，且两系统的功率缺额与其单位调节功率成比例时，即 联络线上的交换功率增量 为零。2022/8/1电力系统有功功率与频率调整43例4-7 两系统由联络线连接为互联系统。正常运行时，联络线上没有交换功率流通。两系统的容量分别为1500MW和1000MW，各自的单位调借频率（分别以两系统容量为基准的标幺值）如图所示。设A系统负荷增加100MW，试计算下列情况的频率变化增量和联络线上流过的

18、交换功率。 （1）A、B两系统的机组都参加一、二次调频，A、B两系统都增发50MW。 （2）A、B两系统的机组都参加一次调频，A系统有机组参加二次调频，增发60MW。 （3）A、B两系统的机组都参加一次调频，B系统有机组参加二次调频，增发60MW。 （4）A系统所有机组都参加一次调频，且有部分机组参加二次调频，增发60MW，B系统有一机组参加一次调频，另一半机组不能参加调频。 4.3.3 互联系统的频率调整(习题)2022/8/1电力系统有功功率与频率调整44有功功率最优分配有功功率电源的最优组合4.4小结有功功率负荷的最优分配4.5小结最优分配问题的提出2022/8/1电力系统有功功率与频率

19、调整454.4 各类发电厂的合理组合发电厂主要类型：火电厂、水电厂和核电厂火电厂：超临界压力(锅炉蒸汽压力22.11Mpa，温度5500C)、亚临界压力(锅炉蒸汽压力16.7Mpa，温度5400C)、超高压(锅炉蒸汽压力13.8Mpa，温度5400C)、高温高压(锅炉蒸汽压力9.9Mpa，温度5400C)、中温中压(锅炉蒸汽压力3.9Mpa，温度4500C)和低温低压。水电厂：不受最小技术负荷限制，出力范围较宽，调节速度快(从空载到带满负荷运行只需4-5min)核电厂：运行费用低，建成后尽可能利用，承担基本不变的负荷。2022/8/1电力系统有功功率与频率调整464.4 各类发电厂的合理组合枯

20、水期 丰水期 2022/8/1电力系统有功功率与频率调整474.5.1 发电机组的耗量特性4.5.2 目标函数和约束条件4.5.3 等耗量微增准则4.5.4 多个发电厂间的负荷经济分配 4.5 电力系统有功功率负荷的最优分配2022/8/1电力系统有功功率与频率调整484.5.1 发电机组的耗量特性耗量特性：反映发电设备(或其组合)单位时间内能量输入和输出关系的曲线，称为设备(或其组合)的耗量特性。火电机组的耗量特性 水电机组的耗量特性 2022/8/1电力系统有功功率与频率调整494.5.1 发电机组的耗量特性耗量微增率：耗量特性曲线上某点切线的斜率称为该点的耗量微增率=dF/dP。火电机组

21、的耗量特性 耗量微增率曲线 2022/8/1电力系统有功功率与频率调整504.5.2 目标函数和约束条件有功负荷最优分配目的：在满足对一定负荷持续供电的前提下,使发电设备单位时间内消耗的能源最少。目标函数：约束条件：目标：如何在满足约束条件下使F最小？2022/8/1电力系统有功功率与频率调整514.5.3 等耗量微增率准则如何在满足约束条件下使F最小：两台机组为例目标函数：约束条件：两台机组并联运行 推导结果：等耗量微增率准则2022/8/1电力系统有功功率与频率调整524.5.4 多个发电厂间的负荷经济分配不计网损的有功最优分配采用拉格朗日乘数法目标函数：拉格朗日函数：推导结果：等耗量微增率准则2022/8/1电力系