第五章-电力系统的有功功率和频率调整课件1.ppt
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- 第五 电力系统 有功功率 频率 调整 课件
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1、第五章第五章 电力系统的有功功电力系统的有功功率和频率调整率和频率调整IPSO概述1.电力系统的基本要求:安全可靠、优质和经济2.衡量电能质量的两个重要指标:n电压电压电压控制(调压)电压控制(调压)n频率频率频率调整(调频)频率调整(调频)IPSO第一节第一节 电力系统有功功率平衡电力系统有功功率平衡 :实际总发电容量 :总负荷 :厂用电和损耗GDLPPPGPDPLPIPSO1.有功电源有功电源:发电机类型n火电厂火电厂n水电厂水电厂n核电厂核电厂n风力电厂风力电厂n潮汐电厂潮汐电厂n地热电厂地热电厂IPSO1.有功电源1)火电厂的分类高温高压火电厂高温高压火电厂运行效率高,调节范围窄,约为
2、运行效率高,调节范围窄,约为30%30%中温中压火电厂中温中压火电厂运行效率较低,调节范围宽,约为运行效率较低,调节范围宽,约为75%75%低温低压火电厂低温低压火电厂供热式火电厂供热式火电厂IPSO1)火电厂的分类u火电厂的运行特点锅炉(锅炉(25%-70%25%-70%)和汽轮机()和汽轮机(10%-15%10%-15%)都有)都有一个技术最小负荷;一个技术最小负荷;调节速度慢;调节速度慢;锅炉和汽轮机退出和投入都耗时耗能;锅炉和汽轮机退出和投入都耗时耗能;负荷变动剧烈变动也耗时耗能;负荷变动剧烈变动也耗时耗能;耗费燃料,运行费用大,不受气候条件的影耗费燃料,运行费用大,不受气候条件的影响
3、。响。IPSO1.有功电源2)水电厂分类(根据水库自然来水量和水库库容)固定水头水电厂固定水头水电厂变水头水电厂变水头水电厂梯级水电厂梯级水电厂径流式水电厂径流式水电厂抽水蓄能式水电厂抽水蓄能式水电厂IPSO1.有功电源u水电厂的运行特点为了综合利用水能,必须向下游释放一定的为了综合利用水能,必须向下游释放一定的水量;水量;水轮机退出运行和再度投入不需要耗费很多水轮机退出运行和再度投入不需要耗费很多能量和时间,且操作简单;能量和时间,且操作简单;要受水电厂水头影响;要受水电厂水头影响;调节范围较宽,调节速度快。调节范围较宽,调节速度快。IPSO1.有功电源3)核能发电厂的特点:反应堆的负荷基本
4、上没有限制;反应堆的负荷基本上没有限制;反应堆和汽轮机退出和投入都耗时耗能;反应堆和汽轮机退出和投入都耗时耗能;核能发电厂的一次投资大,运行费用小。核能发电厂的一次投资大,运行费用小。IPSO1.有功电源v备用容量:系统的总装机容量大于现有的实际总发电容量的可调部分的容量。实际总发电容量=总负荷+厂用电+损耗 热备用:负荷备用,事故备用 可调部分 (2%5%)系统的总装机容量 冷备用:事故备用,检修备用,其余部分 国民经济备用 不可调部分:包括正在检修和因种种原 因不能按额定容量发电的部分 容量IPSO2.2.有功负荷的变动有功负荷的变动图图5-15-1第二节 电力系统有功最优分配IPSO0.
5、概念v电力系统最优分配(经济调度):是在满足安全和一定质量要求的条件下尽可能提高运行的经济性,即合理地利用现有的能源和设备,以最少的燃料消耗量(或燃料费用或运行成本),保证对用户可靠而满意地供电。n目的目的n条件条件IPSO1.数学模型(以纯火电为例)v一般非线性规划问题可描述为满足非线性约束条件是非线性函数的最小值问题,其标准形式为:min().()0 ()f xst h xgg xg目标函数等式约束不等式约束IPSO1)目标函数系统发电所需的总费用或所消耗的总燃料耗量对于纯火电系统,发电厂的燃料费用主要与发电机输出的有功功率有关,与输出的无功功率及电压等运行参数关系较小。这种反映单位时间内
6、发电设备的能量消耗与发出的有功功率之间的关系称为耗量特性。其函数关系式为:iiGiffP单位:吨/小时IPSO1)目标函数v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:2210iiGiiGiifa Pa Pa总的目标函数为:2cos210minGitiGiiGiii SfFa Pa Pa IPSO耗量特性曲线tgFPIPSO关于目标函数的一些重要的概念:v耗量微增率:单位时间内输入能量微增量与输出功率微增量的比值。为耗量特性曲线上某一点切线的斜率。/FPdF dPWPdW dP IPSO关于目标函数的一些重要的概念:v比耗量:单位时间内输入能量与输出功率之比。为耗量
7、特性曲线上某一点纵坐标和横坐标的比值。/F PW PIPSO关于目标函数的一些重要的概念:v 发电设备的效率:为比耗量的倒数。/P FP WIPSO2)等式约束条件有功功率必须保持平衡的条件。1cossin0nGiLiijijijijijjPPUUGB110nnGiLiiiPPP110nnGiLiiiPP整个系统不计网损IPSO3)不等式约束条件v为系统的 运行限制。minmaxminmaxminmaxGiGiGiGiGiGiiiiPPPQQQUUUIPSO4)变量v各发电设备输出有功功率。IPSO2.求解v 一般用拉格朗日乘数法(两个发电厂为例)1)建立数学模型 22cos2101minti
8、GiiGiiifFa Pa Pa 22110GiLiiiPP1min11max2min22max1min11max2min22max1min11max2min22max,GGGGGGGGGGGGPPPPPPQQQQQQUUUUUU.stIPSO2.求解2)根据给定的目标函数和等式约束条件建立一个新的、不受约束的目标函数拉格朗日函数。*11221212GGGGLLCF PFPPPPP拉格朗日乘子IPSO2.求解3)对拉格朗日函数求导,得到最小值时应有的三个条件:11122212121200 (1),GGGGGGGGLLdF PdPdFPdPf PPPPPPIPSO2.求解4)求解(1)得到:这就
9、是著名的等耗量微增率准则,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。12IPSO2.求解5)对不等式约束进行处理v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制,不该发电设备取其限制,不参加最优分配计算参加最优分配计算,而其他发电设备重新进行最优分配计算。v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。IPSO3.迭代法求解初值 (0)求 (0)GiP(0)110nnGiLiiiPP结束YGiLiPPGiLiPP(1)(0)(1)(0)NIPSO例题vP185,例5-
10、2IPSO4.水火经济运行(忽略网损)v须各时段联立求解。v其目标函数增加时间部分:v等式约束中加水量特性方程:单位时间内水力发电设备的水量消耗。v不等式约束不变0TjGjjTwPdtW 2cos2100minGTitiGiiGiii SfFa Pa Padt jtwIPSO数学模型 2cos21011minmsiti Gii GiiikfFa Pa Pa dt 1111.01,2,01,2,kkkkmunGitGHjtLitijisjtkjTkstPPPkswtWjuminmaxminmaxminmaxkkkGiGitGiGiGitGiiitiPPPQQQUUU1skkTtIPSO求解过程v
11、建立拉格朗日函数:v求极值必要性条件:221011111111kkkkmssmuniGiiGiikGitGHjtLitikkijiusHjjtkjTjkLa Pa PadtPPPwtW11110000kj kkkkkikkkGitjHjkkkGH tmunGitGHjtLitijisjtkjTkdFttdPdwttdPPPPwtWIPSO4.水火经济运行 实际可看作是一个换算系数,也称为水价系数。v在枯水季节,水电厂承担调频任务,比较小,比较大;v在洪水季节,水电厂承担基荷任务,比较大,比较小。kj kjiHjkGitGH tdwdFdPdPjHjHIPSO步骤:给定 ,换算 jTW(0)Hj
12、各个不同时刻的有功功率负荷最优分配方案计算 (0)jTjTWW结束NY(0)jTW(0)jTjTWW(0)jTjTWW(1)(0)HjHj(1)(0)HjHjIPSO5.计网损(纯火电)22cos2101mintiGiiGiiifFa Pa Pa 11.0nnGiDiLiistPPPminmaxminmaxminmaxGiGiGiGiGiGiiiiPPPQQQUUUIPSO求解过程1110GGdF PdP11110GLGGdF PPdPP网损微增率网损微增率IPSO6.最优潮流v最优潮流:满足各节点正常功率平衡及各种安全性不等式约束条件下,求以发电费用(耗量)或网损为目标函数的最优的潮流分布。
13、v最优潮流的优点:将安全性运行和最优经济运行等问题综合地用统一的数学模型来描述。IPSO1)纯火电数学模型v目标函数1min()GGGGii SLossGiDii SPPfPPP IPSO1)纯火电数学模型v等式约束11c o ss innG iD iiijjijjnG iD iiijjijjPPV Y VQQV Y VIPSO1)纯火电数学模型v不等式约束2 1,2,coscosiiiGiGiGiGRiRiRiRijijijijiijijijijijVVVinPPPiSQQQiSpppi jnpV YVV Y IPSO作业作业1 1:v两台发电机,燃料耗量特性为:机组的最大和最小技术出力为2
14、00MW和80MW,总负荷曲线如图所示。试计算:全天各时段的经济分配方案。)/(0003.055.05.7)/(0002.057.00.822222111htPPFhtPPFIPSO例题欣赏:例题欣赏:v张先生是某电网公司的总经理,该公司的张先生是某电网公司的总经理,该公司的线路阻抗很小,可以忽略不计,且发电机线路阻抗很小,可以忽略不计,且发电机组耗量特性均为二次曲线。有一天他去视组耗量特性均为二次曲线。有一天他去视察调度部门,看到一张有关发电机的输出察调度部门,看到一张有关发电机的输出功率与生产总成本递增变化规律的报表:功率与生产总成本递增变化规律的报表:IPSO例题欣赏:例题欣赏:v解:张
15、先生解雇本公司的主管经济运行的经理,解:张先生解雇本公司的主管经济运行的经理,是因为其安排生产不满足有功负荷在运行的火电是因为其安排生产不满足有功负荷在运行的火电机组间最优分配的准则机组间最优分配的准则等微增率准则。(等微增率准则。(4 4分)分)v由于:由于:,设,设 对应的对应的 分别为分别为 ,根据报表可得:根据报表可得:可得可得 (7 7分)分)很显然,没有满足的准则,同时差别太大。(很显然,没有满足的准则,同时差别太大。(1 1分)分)FP123,GGGPPP123,1231231232030320 12312.57.510第三节第三节 电力系统的频率调整电力系统的频率调整IPSO一
16、、调频必要性和目标1.必要性1)对用户的影响n产品质量降低n生产率降低2)对发电厂的影响n汽轮机叶片谐振n辅机功能下降3)对系统的影响n互联电力系统解列,发电机解列IPSO2.频率调整的要求v额定频率为50Hzv频率的偏差一般应控制在(0.2 0.5)Hz 的范围内。IPSO二、有功频率特性频率为什么会偏离额定值?怎么调整频率?调整有功功率IPSO二、有功频率特性1.有功负荷(按变化周期)1)1)负荷分类:负荷分类:变化幅度很小,变化周期很短(变化幅度很小,变化周期很短(10s10s以下)以下)变化幅度较大,变化周期较长(变化幅度较大,变化周期较长(10s3min10s3min)变化幅度很大,
17、变化缓慢变化幅度很大,变化缓慢IPSO2)系统负荷的有功-频率静态特性根据有功功率和频率的关系,负荷可描述以下几类:v与频率变化无关的负荷与频率变化无关的负荷v与频率的一次方成正比的负荷;与频率的一次方成正比的负荷;v与频率的二次方成正比的负荷;与频率的二次方成正比的负荷;v与频率的三次方成正比的负荷;与频率的三次方成正比的负荷;v与频率的高次方成正比的负荷。与频率的高次方成正比的负荷。IPSO2)2)系统负荷的有功系统负荷的有功-频率静态特性频率静态特性系统负荷与频率的关系:2301230121 DDNDNDNDNNNNfffPa Pa Pa Pa Pfffaaa23*01*2*3*DPaa
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