第七章电力系统有功功率和频率调整

第七章电力系统有功功率和频率调整1第1页，课件共58页，创作于2023年2月一、频率调整的必要性：1.电力系统频率变化的影响对用户的影响（1）异步电机转速变化，影响产品质量；（2）异步电机功率下降;（3）电子设备的准确度.第二节电力系统的频率质量控制——频率调整

FrequencyRegulation

第2页，课件共58页，创作于2023年2月第二节电力系统的频率质量控制——频率调整

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对发电厂和电力系统的影响（1）对发电厂厂用机械设备运行的影响；（2）对汽轮机叶片的影响；（3）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无功消耗。第3页，课件共58页，创作于2023年2月2.频率调整的目标：就是将系统的频率保持在允许的偏差范围内。我国电力系统额定频率为50Hz，现行的《电力工业技术管理法规》中规定，频率偏差的允许范围，大系统为±0.2Hz，小系统可放宽至±0.5Hz。第4页，课件共58页，创作于2023年2月电力系统的频率为什么会偏离额定值？转矩平衡与功率平衡转矩不平衡时,转子转速变化,引起频率变化保持频率恒定不变是十分困难的

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第5页，课件共58页，创作于2023年2月第二节电力系统的频率质量控制——频率调整

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二、电力系统的有功频率特性和有功平衡：（一）有功负荷1、负荷波动性质的分析：第6页，课件共58页，创作于2023年2月

系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷组成：（1）变动周期小于10s，变化幅度小:小操作、线路摇摆等（3）变动周期最大，变化幅度最大：如因气象、作息时间、人们生活习惯等引起的负荷变化。

（2）变动周期在（10s～180s），变化幅度较大：大电机、电炉启停调速器频率的一次调整调频器频率的二次调整根据预测负荷，在各机组间进行最优负荷分配电力系统的经济运行调度（发电计划）第7页，课件共58页，创作于2023年2月2.负荷的有功频率特性：第二节电力系统的频率质量控制——频率调整

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第8页，课件共58页，创作于2023年2月电力系统中有功负荷与频率的关系，归纳为以下几类：1、与频率变化无关的负荷，如照明、电阻炉、整流负荷等；2、与频率成正比的负荷，如压缩机、卷扬机等；3、与频率的二次方成比例的负荷，如变压器中的涡流损耗等；4、与频率的三次方成比例的负荷，如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等；5、与频率的更高次方成比例的负荷，如静水头阻力很大的给水泵等。第9页，课件共58页，创作于2023年2月负荷的有功频率特性简化表达当频率偏离额定值不大时，负荷有功频率特性用一条近似直线来表示。负荷的频率调节效应系数或称为负荷的频率调节效应，表示负荷随频率的变化程度。第10页，课件共58页，创作于2023年2月（二）.有功电源及其有功频率特性：即发电机组的有功频率特性。反映了发电机输出的有功功率和频率之间的关系。

发电机输出的有功功率PG增加时频率有所下降，PG减小时频率有所上升。？依靠调速器的动作实现频率的一次调整。第11页，课件共58页，创作于2023年2月单位调节功率:表示频率变化时发电机组输出功率的变化量。物理意义：当系统频率变化1Hz时发动机组输出有功功率的变化量。注意：定义中的负号及β角的位置，使得KG恒为正值。第12页，课件共58页，创作于2023年2月单位调节功率用标幺值表示：式中，称为发电机组的调差系数，通常由额定运行点和空载运行点定出。在额定运行点，第13页，课件共58页，创作于2023年2月单位调节功率与调差系数的关系：发电机组的调差系数可以整定。整定后在运行过程中不再变动。即发电机组有功频率特性曲线的斜率固定。第14页，课件共58页，创作于2023年2月（三）有功平衡(activepowerbalance)有功平衡与频率的关系：PfP1fNACP2f2f1DB第15页，课件共58页，创作于2023年2月四、频率调整的分析和计算

（analysisandcomputationoffrequencyregulation)（一）、频率的一次调整(thefirstregulationoffrequency)负荷功率的实际增量：它同发电机功率增量平衡：PfP1fNACBP2f2Df3第16页，课件共58页，创作于2023年2月系统的单位调节功率：计及发电机和负荷的调节效应时，引起频率单位变化时的负荷变化量。第17页，课件共58页，创作于2023年2月(一)、频率的一次调整n台装有调速器的机组并列运行时，系统频率变化Δf时n台机组的等值单位调节功率结论：n台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的单位调节功率。第18页，课件共58页，创作于2023年2月同除以则第19页，课件共58页，创作于2023年2月表明系统带负荷的程度：越小，带负荷越沉重，时满载。综上所述：结论一：频率偏差的大小与负荷的变化量的大小成正比，与系统的单位调节功率成反比。结论二：负荷的增量由两部分供给：一部分是发电机多发的有功功率，另外一部分是负荷自身具有的正调节效应随频率下降而少取用的功率。第20页，课件共58页，创作于2023年2月结论三：就一次调频而言，希望系统的单位调节功率KS越大越好，实际不可能。其中KD是不可控的，而KG也不可能为无穷大，必为一个限值。所以是有差调节。结论四：机组的调差系数越小，承担的功率增量就越大；机组的额定容量越大，承担的功率增量也越大。第21页，课件共58页，创作于2023年2月例题：某电力系统的发电机组总容量为3600MW,各类发电机组的容量和调差系数如下：水轮机组100MW5台汽轮机组200MW6台系统总负荷为3000MW,负荷的频率调节效应系数为KD*=1.5。设原来运行时f=50Hz，现负荷突然增加300MW。试完成：（1）设所有机组均具有调节能力，求频率偏差和各类发电机组承担的功率增量；（2）如仅水轮机组具有调节能力，频率偏差为多少？第22页，课件共58页，创作于2023年2月解：求各类发电机组的水轮机组：100MW汽轮机组：200MW（1）23第23页，课件共58页，创作于2023年2月各类发电机组承担的功率增量为：水轮机组：汽轮机组：(2)只有水轮机组参与调节：24第24页，课件共58页，创作于2023年2月小结：1、负荷的有功频率特性：2、有功电源的有功频率特性：3、有功平衡：一次调频调速器二次调频调频电厂本次课的重点：一次调频的原理和计算。25第25页，课件共58页，创作于2023年2月频率的二次调整：通过操作调频器，使发电机组的频率特性平行的移动，从而使负荷变化引起的频率偏移在允许的波动范围内。1.主调频厂的选择调频厂：负有二次调频任务的电厂，分为主调频厂和辅助调频厂。调频厂应满足的条件：1）足够的调整容量2）较快的调整速度3）调整范围内的经济性较好(二)、频率的二次调整(thesecondregulationoffrequency)第26页，课件共58页，创作于2023年2月调整容量:

水电厂>火电厂

中温中压电厂（75％）>高温高压电厂（30％）

调整速度：

水电厂>火电厂

调频厂选择：

首选：水电厂

其次：中温中压电厂

27第27页，课件共58页，创作于2023年2月2.频率二次调整的过程pf0f1ABf2CEF28第28页，课件共58页，创作于2023年2月频率的二次调整结论：（1）由于二次调频增加了发电机的出力，在同样的频率偏移下，系统能承受的负荷变化量增加了。（2）可以做到无差调节。29第29页，课件共58页，创作于2023年2月(三）互联系统的频率调整30第30页，课件共58页，创作于2023年2月联络线功率B系统不参加二次调整31第31页，课件共58页，创作于2023年2月互联系统的频率调整常采用如下三种方式：1、频率保持不变，△f=02、联络线功率保持不变，△PAB=03、△PDA-△PGA=△PDB-△PGB=032第32页，课件共58页，创作于2023年2月四、各类发电厂的合理组合系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优分配问题，包括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配。有功电源的最优组合：系统中发电设备和发电厂的合理组合。有功负荷的最优分配：系统中的有功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。33第33页，课件共58页，创作于2023年2月（一）、各类发电厂的运行特点1火电厂（1）燃料及运输费用（2）有功出力最小限制（3）效率与蒸汽参数有关（4）启停时间长且启停费用高34第34页，课件共58页，创作于2023年2月（一）、各类发电厂的运行特点2水电厂（1）不需燃料费，但一次投资大（2）出力调节范围比火电机组大（3）启停费用低，且操作简单（4）出力受水头影响（5）抽水蓄能（6）必须释放水量－－强迫功率35第35页，课件共58页，创作于2023年2月（一）、各类发电厂的运行特点3核电厂（1）一次投资大，运行费用小。（2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高；启停及急剧调节时，易于损坏设备。（3）效率高，宜满载运行，一般不用其带变动负荷。36第36页，课件共58页，创作于2023年2月（二）、各类发电厂的合理组合原则（1）充分利用水源。（2）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。（3）尽量降低火力发电成本。37第37页，课件共58页，创作于2023年2月4有功功率平衡与备用容量

备用容量：15%～20%作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量应大于发电负荷。定义：备用容量＝系统可用电源容量－发电负荷

有功功率平衡：五、有功功率平衡与备用容量

38第38页，课件共58页，创作于2023年2月按作用分：(1)负荷备用：满足负荷波动、计划外的负荷增量2%~5%(2)事故备用：发电机因故退出运行而预留的容量5%~10%(3)检修备用：发电机计划检修4%~5%(4)国民经济备用：满足工农业超计划增长3%~5%按其存在形式分：(1)热备用(2)冷备用备用容量的分类39第39页，课件共58页，创作于2023年2月4.5电力系统有功功率的最优分配1发电机组的耗量特性：反映发电机组单位时间内能量输入和输出关系的曲线。耗量特性40第40页，课件共58页，创作于2023年2月4.5电力系统有功功率的最优分配比耗量：耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，即输入和输出之比效率：比耗量倒数耗量微增率：耗量特性曲线上某点切线的斜率，表示在该点的输入增量与输出增量之比。效率曲线和微增率曲线41第41页，课件共58页，创作于2023年2月二、目标函数和约束条件有功负荷最优分配的目的：在满足对一定量负荷持续供电的前提下，使发电设备在生产电能的过程中单位时间内所消耗的能源最少。

满足条件：

等式约束f(x、u、d)=0

不等式约束g(x、u、d)≤0

使

目标函数F=F(x、u、d)

最优42第42页，课件共58页，创作于2023年2月1目标函数系统单位时间内消耗的燃料（火电机组）该目标函数是各发电设备发出有功功率的函数，描述的是单位时间内能源的消耗量。43第43页，课件共58页，创作于2023年2月2约束条件等式约束不等式约束忽略有功网损44第44页，课件共58页，创作于2023年2月三、等耗量微增率准则以两台火电机组为例，忽略有功网损；假定各台机组的燃料消耗量和输出功率不受限制，要求：确定负荷功率在两台机组间的分配，使总的燃料消耗量最小。

等式约束目标函数45第45页，课件共58页，创作于2023年2月三、等耗量微增率准则作图法求解（只有两台机组）在OO’上找到一点作垂线，与两条耗量特性曲线的交点间距离最短。在耗量特性曲线具有凸性的情况下，两条曲线的切线平行时，燃料消耗量最少。曲线的切线即斜率，就是该点的耗量微增率。46第46页，课件共58页，创作于2023年2月切线平行时，斜率相等，也就是耗量微增率相等。这就是等微增率准则。物理意义47第47页，课件共58页，创作于2023年2月四、多个发电厂间的负荷经济分配1.不计网损的有功最优分配目标函数最小：等式约束条件：这是多元函数求条件极值问题，可以利用拉格朗日乘数法求解。构造拉格朗日函数48第48页，课件共58页，创作于2023年2月求拉格朗日函数的无条件极值49第49页，课件共58页，创作于2023年2月不等式约束的处理功率上下限约束先不考虑该约束条件进行经济分配计算，若发现越限，越限的发电厂按极限分配负荷，其余发电厂再按经济分配。节点电压及无功功率约束在经济功率分配后的潮流计算中处理。例4－850第50页，课件共58页，创作于2023年2月2.考虑网损的有功最优分配等式约束变为目标函数