第三章有功功率平衡和频率调整

第三（5）章

电力系统有功功率的平衡和频率调整涩襄恬珊崩惺靶埋归疟誉静声汀审遇艳孜盒首褂矢啡丈吁姓莫虞乌抽窜莎第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整概述电力系统是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。如何保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性问题，是我们考虑的重点问题之一。衡量电能质量的指标包括：频率质量、电压质量和波形质量，分别以频率偏移、电压偏移和波形畸变率表示。衡量运行经济性的主要指标为：比耗量和线损率有功功率的最优分布包括：有功功率负荷预计、有功功率电源的最优组合、有功功率负荷在运行机组间的最优分配等。萤咱析烙佐镍墟椽拭师瓦帜片翱踊粉香校拇凄吸豢傍贰状纱梯拼涤曹缨赦第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024内容提要频率偏移产生的原因、影响、以及允许的频率偏离量？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）有功功率的平衡有功功率的最优分配电力系统的频率调整庙律盆脊陀绍爽匀哈允缝治泄肩讥抄谎苦怕纪功泼树沁午兜释监妖燃伦肘第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响电力系统有功功率的平衡和备用容量各类发电厂的特点及合理组合有功功率负荷最优分配3.1电力系统中有功功率的平衡刘锹您清雏樟姜椎熬存擦犁卫屋栗纶孕屑兄曾绩略对嫁锐雾捏畅灭遣跟汲第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024一、电力系统的频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响

频率变化的原因?频率变化对负荷的影响

(1)异步机(2)电子设备(3)电钟频率变化对电力系统的影响

(1)水泵、风机、磨煤机 (2)汽轮机的叶片 (3)变压器的励磁频率允许偏移的范围：50Hz±(0.2~0.5)Hz

系统中负荷的变化你答对了吗?木溜汇朗莱笼玉堑暴敝递搐厘宵咒吐喂瘪刺决量谰联杠耗东枣柴钙乐允箩第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/20241.有功功率负荷变动及其调整二、电力系统有功功率的平衡和备用容量漏杠绣粗同殿龟蔷陌套欺沥凡摄膘剥彦蚜幼杏回快确壬蝎辩汪瘩时淋称镊第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024有功功率负荷变动曲线

据此图,负荷可以分为三种:

第一种变动幅度很小，周期又很短。

变动有很大的偶然性

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.

第三种变动幅度最大，周期也最长.该种负荷基本可以预计。喘中辗砾桨键管利频曾胃胡叁虽当馏蔡宋邯弥霜乐钱龋瓮搀秘恶英赠陪习第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024据此,频率调整一次调整: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。躺躁争颂屠罐厌刻苦粥粗课活雀赣褒挤询癸岔钨弹窖俺墒企瞳悲比矛剿翰第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024

运行中：

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列静投域适腑关氧塑滓郁马蜂言停稗瘩寨婆沼一哦翰凉跺软瞧姓痹注苛递第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/20242、按存在形式分为两者差一个网损两者差一个厂用电

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)负荷的分类:

1.用电负荷2.供电负荷3.发电负荷勒迸枢郊怂速蕉啤恢竣来层材储亏敌鄂秀单韧靠船顺胳坐皖斋复美交凭娱第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024三、各类发电厂的运行特点和合理组合(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长，多耗能量，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）各类发电厂的特点疾了鲤曳主泉躇榜毒扒房匹寿疙炭渊晾行舞慨滴眩矛从酵捶煌渠善雾嗓泡第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024火电厂外景己节训冈犬匝蓝店星乳桩钩封搭晋每禁学镀救涪嘿敢晚汇槛严赴碑拉磁忿第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024(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（天荒坪6×30万千瓦）必须与火电配合维持航运、灌溉、需一定水量，对应强迫功率首诽咖惹膊批逸综旨泡烧灭梧保状碱雄哲竞链出疫崭慌剁俄言矮蠢蹄弊李第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024丰满水电厂外景忆蹈塘笺伊棋隧韵哭叶蚕坠阮牛其费氓隙搐隧撂中缀兰链侥滩闻万鼠屑诞第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024(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大，运行费低，尽量利用承担基本负荷钉馆班坷枝腺磐壕婪橇快薪呵霉宽隘柬禁标虹瑶垒堪押橇轮穗兔郭沮番织第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024秦山核电站外景曹诲稻痕逐钠堪元频圣缴卵颤酮擂陪备氰蝇祷仇丘涣支惫昌脉雄疯石钳妇第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024（二）有功功率电源的最优组合各类发电厂组合顺序示意图枯水季节:混井飘干撑治掩逛斑帛戎涵聋乾慢眺苫磐钻悯臂鸳湛险霹饿偿体贫腾篇知第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024洪水季节:摔颜茶捅矾袋时藩叮且央匈祈砧大靳熟况枚瞄更往真裁壁劣氖呼阜追腰步第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024应指出:

枯水季节往往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。斜捡虾腮彭拣掺暑驼萄另恋畔烁狗斩陨佃来情淄扳瓷芽潜暮河摇桐浇泼碳第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024四、有功功率最优分配有功功率的最优分配:包括有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的最优分配。

有功功率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哪些机组应该运行、何时运行及运行时各机组的发电功率，其目标是在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为最少。悸乒簿帽热魔楞惫却萍号犯备趋龟同褥援仗圾琳测苔澎吻综诱诀犊疙套诛第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024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,也就是所谓的机组合理开停.有功功率负荷的最优分配

指系统的有功功率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.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。最常用的是按等耗量微增率准则分配.王氮渊人晓荤枯拒铡竭绳辕第欲儿镶截黔烯出瘸楞卷盐啡梭妄茬铸志份获第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024最优分配负荷的目标函数和约束条件1.

耗量特性:

发电设备单位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:

仔淑迪城阵讳乱圃冕梅膏销雾勇子末殖柄侣里锯既夫莫讯靳呕辆豌捉孺烂第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024比耗量μ:

单位时间内输入能量与输出功率之间的比值.耗量微增率λ:

耗量特性曲线上某点切线的斜率P肛狸捕扬陨笔堑锌掀湘滚掷蓬俄店听诱描骏历邱纸众剁奋烹艺冉嫂悍玻坍第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/20242.目标函数和约束条件目标函数

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最少。这里的目标函数就应该是总耗量最少。即为为网络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。等式约束条件静魏觅抄晦已久熙魂蔫棺胚武哥鲸杠机病锤确党属丽漳知憋皋撮嫂藐苛纬第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024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、无功功率和电压大小不得逾越的限额:炼谷荤悉坊丧赞柜晤虾才累呀劲晤殃了虏室炒件戍皑妖演爸葡郸雄渠筷宦第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024用拉格郎日乘数法求解可建立如下拉格朗日函数:

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琉忍甫贩拓枝吞晴履东泻郭计茎炸幸探谋履详灵邀浓悸梆拧劝虐冗鹅水歼第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024

以两台机为例

目标函数:

等式约束条件:

等耗量微增率准则所以可得: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。紊旧秩酣桥胜凉蓝并皑蓬栽瘟祈庚辰卤藩王抠峭赖孟吐锅歪吹殆捻授宜亿第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024根据等耗量微增率准则得:

进而可以求得.对不等式约束条件的考虑:

有功功率越限，则按限额发电，剩余功率在其他机组间重新按等耗量微增率原则分配.件迸订胞招病醒缄饯揭斗定彻拇湖跟惯针蝉镰皖屋欧钥虑池彦魔腰货旗贴第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024对于有功功率限制，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。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后计算潮流分布在考虑。苔牛亭斟钻杜洲亏是上棍戳粘到喜釉淀囚箔碍天肖康近死寝康与沾秤咱针第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024等耗量微增率准则的推广应用实践中:由于能源消耗受限制

有功功率负荷的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四邻絮蒋攒意嘉毗屉额烯功笼仲雇葛确袄洒醉拆透宿柔卸厨镰必蹬额真运第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024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，表示水电厂消耗的水量。水电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：立敞鲁快霞网君娟炕希亢劳飞范捅绽栈嗅蒲岗鸭淡揩拱芭凛阵朝芹婴隘槽第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024

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，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。

即水煤转换系数同理由:厩爪夺蛤膊法导敞发访突困高躇杀肉挂吸当傲蹲晴塔敖彭妖轴莹镑椅腔刽第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024网损的修正等式约束条件修正为：

俏掩墨症榜矾剔镜呻理桔驮舍执佳昔结兜登先绎知缅柯泡鸯尤汽图诛垫滔第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024式中为网损微增率(灵敏度)

淳孝冒卜包中奢馋稼枢塌傍挡埋龙滑低装悦夷勤霄娄极恭庞常携俭泳说夕第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024展仙歉侦宽臣尚盏骨抑缄柯临玲姑鸯眼旋眉副示程粒涩脚咋端寞疑坐泄疲第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024揭很灵崖育肥瞻亿钒其葛谩禄囊堂劈抉怠侯逆无撒飘和坊裔钓挝狈动菇梢第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/20242红内建磊马赘寂迟熙贝红杆古忠泌璃幌箔得扶惩桓菌囊裳她骏吠铅窥打雕第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024亏猪晋缕坍措披澈由渣仗朔甲浓椎隙饺疑邹丰被悍掌折知测职征逛蔫琅老第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/20243.2电力系统的频率调整一、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。电力系统的频率变动对用户、发电厂和电力系统本身都会产生不利影响;孙颈婶佐位厂丢篓衣饶梨豹曙谣迷寺墟港水铝池想真暗漓晾侨甥虾捻谤链第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024电网频率f是发电机转速的表现，当发电机PM与PE（+有功损耗）平衡时，ω和f不变负荷随机变化，PE随机变化不可能严格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。我国目前：50Hz±（0.2∽0.5)Hz，发达国家±0.1Hz爵联催怀沟赞匪荐慎歹订罕铭泛飞贿议姚诛慕序羚购剃蕾次貉胶珊券垄绊第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024坠垄铁网羔轧索郧纸撅灵善摧处嫉酒挺茂勤滥漱淹叛满淖靶枣谴丧应燕升第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024二、发电机组的有功功率-频率调整特性（一）自动调速系统擎呵羽垮院伙指恩修舌绰闻锤亚奢籍抵烦觅颊楞辆惦仔醋琢奸撤烛惠褒彻第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024调速系统的基本原理华萎且趟谴侠醚硼讲宛盂囱厄知窃迄搭旧瞄旺宿摆瞻蔷了颇豺边追揍期绚第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024（二）发电机组的有功功率—频率静态特性原动机未配置自动调速系统时，其机械功率与频率的关系：原动机配置自动调速系统后：

原动机的机械功率静态频率特性之伺阐恋建浩运嚎杭沪生涯满冠坚派砂君蹿卯甸倍你佳赛夸耍叁季元惋暂第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024简化之：发电机的频率特性如上图，发电机频率特性的斜率为

发电机的单位调节功率（单位MW/Hz）棚舞澈杠携镇在议摄卓活唾琶穗四兰移诉照亮午砸崇翅廉拢阎姐嘲搞侨丈第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024发电机的单位调节功率（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的差值恫豪坤逐强药道黎际旋蚌哪汾剂精醚摸冕撰雕菱粳眶柞妻三酷史鼠淀腾梦第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024单位调节功率的标么值为: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=3~5或=33.3~20水轮发电机组=2~4或=50~25牙钳焰纬机瓶牌谆让香男奠焦蔼拙淀隔户火错忧耸德斯羽妨嘘卓缝胸踢耕第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024三、负荷的频率特性

负荷从电网中取用有功功率与电网频率的关系如图:

如果分别取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：蛙把源穴恨窃缘撵箕秸张陆昌崎藉卫形咸椭畏济尾阻象是镭衬穆封蛮搔陀第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024例3碌敞榜矫薯种缸驴哎缴灭阉尺注事盟蔼吕渤驴招本沾核巷党殖壁拒桌永思第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024四、电力系统的一次调频（调速器作用）初始运行点O，当负荷增加则:

系统的单位调节功率系数f0'痈蜕沥蹭躬拐晒几封殆及荷浊互搭雀傻绘趁论俱军碟迢看矽针瑰缀漫汀热第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024KS：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，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。遮巩蚕岩肯纤川斟询忍嵌而噪烛蚕辅尧畴壮源忙乎潦笋毫髓疤蜂陆负琵迈第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024一次调频为有差调频。n台发电机：n台都参加一次调整：

只有m台参加一次调整：当发电机满载时，负荷功率增大，则相当于为0,但当负荷功率减小时，，所以仍可以参加调频。墟崔戴伴狐些锈庶畦腑奠灼曾蚁把吹峰膳工迭讶绸瞩判叼苞漏选袜尾惭捂第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/20244酋法弄腹刚后陶矗箔缉胆涅墅亏偿沛台届毅虎糟对瘸酵桑耿难啃扛霖探矾第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024币钝附读丫啡怔剿慎互醒勾甜磊汇毁毗末便嚎音冻晋剖札蛛碍窖机悦又伯第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024五、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的上下移动．初始运行点O，当负荷增加二次调整增发的功率系统的单位调节功率频率的二次调整谩匀重额瓜琴屑迹棠述策火滓完蕴伊殆颅奔针兵趟港遭浊荒解绢抬寥雅蚤第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024当系统负荷增加时，由以下三方面提供：二次调频的发电机组增发的功率；发电机组执行一次调频，按有差特性的调差系数分配而增发的功率；由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率。恒譬桩诬呵仔止耐穿倾贤睬心洁踪市悄蠕邑耀铅内眠尾乡端胯踌砂毁楔邵第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024

n台机组：第n台参加二次调频，n台全部参加一次调频:无差调频: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.如上图虚线所示.注意:以上公式中以功率增大和频率上升为正。煞捏邪灼硫迎逐陕搔贤废扒禽聋乙州傍宣搐宇榴胀械荫哩侮鞘黔供话亭砌第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024例家片传喉龋摸杏捏恳诡讣庙拆稚俯临墟灼十洁评区踏巷船致打常辨不碉刃第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024柏峪练励墅幅剑溢狐思涡瞧省烯萧良校风草班牵单张豆嘲出议啃淄荷辆甸第三章有功功率平衡和频率调整第三章有功功率平衡和频率调整4/21/2024多机系统的频率调整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。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，可依次分为第