第三章有功功率平衡和频率调整课件.ppt
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- 第三 有功功率 平衡 频率 调整 课件
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1、2022年3月27日星期日概述概述n电力系统电力系统是现代社会中最重是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。要、最庞杂的工程系统之一。如何保证正常、稳态运行时如何保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性问题,的电能质量和经济性问题,是我们考虑的重点问题之一。是我们考虑的重点问题之一。n衡量电能质量的指标衡量电能质量的指标包括:包括:频率质量、电压质量和波形频率质量、电压质量和波形质量,分别以频率偏移、电质量,分别以频率偏移、电压偏移和波形畸变率表示。压偏移和波形畸变率表示。n衡量运行经济性的主要指标衡量运行经济性的主要指标为:比耗量和线损率为:比耗量和线损率n有功功率的最优分布有功功率的最优分
2、布包括:包括:有功功率负荷预计、有功功有功功率负荷预计、有功功率电源的最优组合、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率负荷在运行机组间的最优分配等。分配等。2022年3月27日星期日内容提要内容提要n频率偏移产生的频率偏移产生的原因原因、影响影响、以及允许的以及允许的频率偏离量频率偏离量?n保持频率偏移量不超过保持频率偏移量不超过一定范围的条件一定范围的条件n(如何保持有功功率的平衡如何保持有功功率的平衡)n有功功率的平衡有功功率的平衡n有功功率的有功功率的最优分配最优分配n电力系统的电力系统的频率调整频率调整2022年3月27日星期日n频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响
3、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响n电力系统有功功率的平衡和备用容量电力系统有功功率的平衡和备用容量n各类发电厂的特点及合理组合各类发电厂的特点及合理组合n有功功率负荷最优分配有功功率负荷最优分配3.1 电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡2022年3月27日星期日一、电力系统的频率变化对用户和发电厂及一、电力系统的频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响系统本身的影响频率变化的原因频率变化的原因?频率变化对负荷的影响(1)异步机异步机 (2)电子设备电子设备 (3)电钟电钟频率变化对电力系统的影响(1) 水泵、风机、磨煤机水泵、风机、磨煤机(2) 汽轮机的叶片汽轮机的叶片(3)
4、 变压器的励磁变压器的励磁频率允许偏移的范围:50Hz(0.20.5)Hz 系统中负系统中负荷的变荷的变化化你答对了吗你答对了吗?2022年3月27日星期日1.有功功率负荷变动及其调整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二、电力系统有功功率的平衡和备用容量2022年3月27日星期日有功功率负荷变动曲线有功功率负荷变动曲线据此图据此图,负荷可以分为三种负荷可以分为三种 : 第一种变动幅度很小,周期又很短。第一种变动幅度很小,周期又很短。 变动有很大的偶然性变动有很大的偶然性 属于这一种的主要有电炉、压延机械、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电气
5、机车等带有冲击性的负荷 这一种是由于生产、生活、气象等变这一种是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动化引起的负荷变动 2022年3月27日星期日n据此据此,频率调整频率调整一次调整一次调整:由发电机组的调速器进行的由发电机组的调速器进行的 对第一种负荷变动引起的频对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整率偏移的调整 二次调整二次调整:由发电机的调频器进行的、由发电机的调频器进行的、 对第二种负荷变动引起的对第二种负荷变动引起的频率偏移的调整频率偏移的调整 三次调整三次调整:按最优化准则分配第三种有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规律变动的负荷,即调度部门责成各发
6、电厂 按事先给定的发电负荷曲线发电。按事先给定的发电负荷曲线发电。2022年3月27日星期日 运行中:运行中: 规划、设计:规划、设计:u备用容量备用容量: 1.按作用形式分按作用形式分CSDLGPPPPPRGGNPPP负荷备用负荷备用( (2-5%PLmax) )事故备用事故备用( (5-10% PLmax或系统中或系统中最大一台单机容量)最大一台单机容量)检修备用检修备用( (可能不安排可能不安排) )国民经济发展备用国民经济发展备用( (3-5%PLmax )2、有功功率平衡和备用容量、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2022年3
7、月27日星期日2、按存在形式分为、按存在形式分为两者差一个网损两者差一个网损两者差一个厂用电两者差一个厂用电 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)n负荷的分类负荷的分类: 1.用电负荷2.供电负荷3.发电负荷2022年3月27日星期日三、各类发电厂的运行特点和合理组合三、各类发电厂的运行特点和合理组合(1)火电厂特点:火电厂特点:l 需燃料及运输费用,但不受自然条件影响需燃料及运输费用,但不受自然条件影响l效率与蒸汽参数有关效率与蒸汽参数有关 l受受锅炉锅炉、汽轮机最小技术负荷限制,有功出力
8、调整、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,参数越高范围越窄范围较窄,增减速度慢,参数越高范围越窄( (高温高温高压高压30%,中温中压,中温中压75%) ) l机组投入退出,承担急剧负荷响应时间长,多耗能机组投入退出,承担急剧负荷响应时间长,多耗能量,易损坏设备量,易损坏设备l热电厂抽汽供热,效率高,但技术最小负荷取决于热电厂抽汽供热,效率高,但技术最小负荷取决于热负荷,为强迫功率热负荷,为强迫功率l(一)各类发电厂的特点(一)各类发电厂的特点2022年3月27日星期日火电厂外景火电厂外景2022年3月27日星期日(2)水电厂特点:水电厂特点:l不要燃料费,水力可梯级开发
9、,连续使用,但受自不要燃料费,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,受自然条件影响调节和多年调节,调节周期越长,受自然条件影响越小。越小。l出力调节范围大,出力调节范围大,50%以上以上, , 增减负荷速度快,操增减负荷速度快,操作容易,可承担急剧变化的负荷作容易,可承担急剧变化的负荷l决定发电量的除水量外还有水位差决定发电量的除水量外还有水位差 保证出力保证出力l抽水蓄能机组(天荒坪抽水蓄能机组(天荒坪630万千瓦)万千瓦)l必须与火电配合必须与火电配合 l维持航运、灌溉、需一定水
10、量,对应强迫功率维持航运、灌溉、需一定水量,对应强迫功率2022年3月27日星期日丰满水电厂外景丰满水电厂外景2022年3月27日星期日(3) 核电厂特点:核电厂特点:l负荷调整主要取决于负荷调整主要取决于汽轮机汽轮机,技术最小负荷约为,技术最小负荷约为额定负荷的额定负荷的10%15%l可调容量大,退、投、增、减负荷消耗能量、时可调容量大,退、投、增、减负荷消耗能量、时间,易损坏设备间,易损坏设备l一次投资大,运行费低,尽量利用承担基本负荷一次投资大,运行费低,尽量利用承担基本负荷2022年3月27日星期日秦山核电站外景秦山核电站外景2022年3月27日星期日(二)有功功率电源的最优组合(二)
11、有功功率电源的最优组合l各类发电厂组合顺序示意图各类发电厂组合顺序示意图枯水季节枯水季节:2022年3月27日星期日洪水季节洪水季节:2022年3月27日星期日n应指出应指出: 枯水季节枯水季节往往由系统中的往往由系统中的大型水电厂大型水电厂承担承担调频调频任务任务;洪水季节洪水季节这任务就转移给这任务就转移给中温中压火电厂中温中压火电厂。抽水蓄能电厂抽水蓄能电厂在其发电期间也可在其发电期间也可参加调频参加调频。但。但低温低温低压火电厂低压火电厂则因容量不足,设备陈旧,则因容量不足,设备陈旧,不能担负调不能担负调频任务频任务。2022年3月27日星期日四、四、 有功功率最优分配有功功率最优分配
12、 有功功率的最优分配有功功率的最优分配:包括包括有功功率电源的最优组合有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的最优分配和有功功率负荷的最优分配。 有功功率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,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在所研究的周期内,以小时为单位合理选择电力系统中中哪些机组应该运行哪些机组应该运行、何时运行何时运行及及运行时各机组的发运行时各机组的发电功率电功率,其目标是在满足系统负载及其它物理和运行,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约束的前提下使周期内系统消耗的燃料总量或总费
13、用值为最少。值为最少。2022年3月27日星期日有功功率电源的最优组合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指系统中发电设备或发电厂的合理组合,也就是也就是所谓的机组合理开停所谓的机组合理开停.l有功功率负荷的最优分配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,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在满足一定约束的前提下,尽可能节约消耗的一次能源。能源。 最常用的是按等耗量微
14、增率准则分配最常用的是按等耗量微增率准则分配.2022年3月27日星期日最优分配负荷的目标函数和约束条件最优分配负荷的目标函数和约束条件1. 耗量特性耗量特性: 发电设备单位时间内消发电设备单位时间内消耗的能源与发出的有功功率耗的能源与发出的有功功率的关系称为耗量特性。的关系称为耗量特性。函数关系函数关系上述函数可用试验数据通过最上述函数可用试验数据通过最小二乘法拟合而成,根据前小二乘法拟合而成,根据前人经验,阶数为人经验,阶数为2比较合适,比较合适,即即如图所示如图所示: GiiiPFF iGiiGiiicPbPaF 22022年3月27日星期日l比耗量比耗量: 单位时间单位时间内输入能量与
15、输出功内输入能量与输出功率之间的比值率之间的比值. l耗量微增率耗量微增率: 耗量耗量特性曲线特性曲线上某点切线上某点切线的斜率的斜率PFu/ dPdFPF/ P2022年3月27日星期日2. 目标函数和约束条件目标函数和约束条件l目标函数目标函数 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。这里率负荷的前提下,单位时间内的能源消耗最少。这里的的目标函数目标函数就应该是就应该是总耗量最少总耗量最少。即为。即为 )()()()(12111GiniiGnnGGPFPFPFPFF )(GiiPF011 PPPnii
16、LiniiGiP为网络总损耗为网络总损耗以以 表示某发电设备发出有功功率时单位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。时间内所需消耗的能源。n 等式约束条件等式约束条件2022年3月27日星期日不计网络损耗时,上式可改写为不计网络损耗时,上式可改写为: l不等式条件不等式条件 各节点发电设备各节点发电设备有功功率有功功率、无功功率无功功率和和电压电压大小大小不得逾越的限额不得逾越的限额:011 niiLiniiGiPPmaxminGGiGPPP maxminGGiGQQQ maxminiiiUUU 2022年3月27日星期日用拉格郎日乘数法求解用拉格郎日乘数法求解l可建立如下拉格
17、朗日函数可建立如下拉格朗日函数: 0)()(1111111 GGGGdPPdFPFPL0)()(2222222 GGGGdPPdFPFPL0)()( nGnGnnGnnGndPPdFPFPL式中式中 为拉格朗日乘数为拉格朗日乘数 )()()(2211GnnGGPFPFPFL)(21 LGnGGPPPP l3.最优分配负荷时的等耗量微增率准则最优分配负荷时的等耗量微增率准则2022年3月27日星期日 l以两台机为例以两台机为例 目标函数目标函数: 等式约束条件等式约束条件: 12n)()(2211GGPFPFF 021LGGPPP等耗量微增率准则等耗量微增率准则 所以可得所以可得:它表示为使总耗
18、量最小,应按相等的耗量微增率在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。发电设备或发电厂之间分配负荷。2022年3月27日星期日根据等耗量微增率准则得根据等耗量微增率准则得: 进而可以求得进而可以求得.l对不等式约束条件的考虑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率在其他机组间重新按等耗量微增率原则分配配.212022年3月27日星期日v对于有功功率限制,当计算完后发现某发电设备越限,则对于有功功率限制,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
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