1、第五章第五章 電力系統有功功率的平衡和頻率的調整電力系統有功功率的平衡和頻率的調整 系統的頻率由系統中的有功功率分配有關，本章主要內容：系統有功功率的最優分布和頻率的調整。 第一節 電力系統中的有功功率的平衡第二節 電力系統的頻率調整第一節 電力系統中的有功功率的平衡一、頻率變化對用戶和發電廠及系統本身的影響頻率變化的原因： 頻率變化 電動機轉速的變化 產品質量 電動機停轉電廠的給水泵停運，鍋爐停爐等等由有功負荷變化引起的我國頻率范圍：50 0.2Hz發達國家如澳大利亞）：50 0.1Hz華東電網已達到： 50 0.1Hz二、電力系統中有功功率的平衡和備用容量1、有功功率負荷的變動及其調整 一

2、、變化幅度很小、變化周期較短，負荷變動有很大的偶然性。 二、變化幅度較大、變化周期較長，如電爐。電氣機床。三、變化緩慢的持續變動負荷，如由生產、生活、氣象變化引起的負荷變動。 電力系統經濟調度的第一個問題就是研究用戶的需求，即進行電力負荷預測，按照調度計劃的周期，可分為日負荷預測，周負荷預測和年負荷預測。不同的周期的負荷有不同的變化規律：負荷預測的精度直接影響經濟調度的效益，提高預測的精度就可以降低備用容量，減少臨時出力調整和避免計劃外開停機組，以利于電網運行的經濟性和安全性。 n根據負荷變化，電力系統的有功功率和頻率調整大體上也可分為：n一次調頻：由發電機調速器進行；n二次調頻：由發電機調頻

3、器進行；n三次調頻：由調度部門根據負荷曲線進行最優分配。n前兩種是事后的，第三種是事前的。n一次調頻是所有運行中的發電機組都可參加的，取決于發電機組是否已經滿負荷發電。這類 發電廠稱為負荷監視廠。n二次調頻是由平衡節點來承擔。 n系統的備用容量：系統電源容量大于發電系統的備用容量：系統電源容量大于發電負荷的部分，可分為熱備用和冷備用或負負荷的部分，可分為熱備用和冷備用或負荷備用、事故備用、檢修備用和國民經濟荷備用、事故備用、檢修備用和國民經濟備用等。備用等。2、有功功率平衡和備用容量cSDLGPPPPP網絡的有功損耗發電廠廠用有功負荷用戶的有功負荷系統的總負荷總和發電廠發出的有功功率CPPPP

4、PSDLGn負荷備用：為滿足系統中短時的負荷波動和一負荷備用：為滿足系統中短時的負荷波動和一天中計劃外的負荷增加而留有的備用容量。一天中計劃外的負荷增加而留有的備用容量。一般為系統最大負荷的般為系統最大負荷的25n國名經濟備用：考慮到工農業用戶超計劃生產，國名經濟備用：考慮到工農業用戶超計劃生產，新用戶的出現等而設置的備用容量。一般為系新用戶的出現等而設置的備用容量。一般為系統最大負荷的統最大負荷的35n事故備用：為使電力用戶在發電設備發生偶然事事故備用：為使電力用戶在發電設備發生偶然事故時不受嚴重影響，能夠維持系統正常供電所需故時不受嚴重影響，能夠維持系統正常供電所需的備用容量。一般為系統最

5、大負荷的的備用容量。一般為系統最大負荷的510n檢修備用：為保證系統中的發電設備進行定期檢檢修備用：為保證系統中的發電設備進行定期檢修時，不影響供電而在系統中留有的備用容量。修時，不影響供電而在系統中留有的備用容量。3、各類發電廠的特點及合理組合 水電廠、火電廠、核電廠 （一） 各類電廠的特點自學） （二） 各類發電廠的合理組合 有功功率的最優分配，包括有功功率電源的最優組合和有功功率負荷的最優分配。4、有功功率的最優分配有功功率電源的最優組合：是指系統中發電設 備或發電廠的合理組合。通常所說的機組的合理開停，大體上包括三個部分：機組的最優組合順序機組的最優組合數量機組的最優開停時間(1).有

6、功功率電源的最優組合n最優化：是指人們在生產過程或生活中為某個最優化：是指人們在生產過程或生活中為某個目的而選擇的一個目的而選擇的一個“最好方案或一組最好方案或一組“得力得力措施以取得措施以取得“最正確效果這樣一個宏觀過最正確效果這樣一個宏觀過程。程。n有功功率負荷的最優分配：是指系統的有功功有功功率負荷的最優分配：是指系統的有功功率負荷在各個正在運行的發電設備或發電廠之率負荷在各個正在運行的發電設備或發電廠之間的合理分配。其核心是按等耗量微增率準則間的合理分配。其核心是按等耗量微增率準則進行分配。進行分配。n電力系統最優運行：是電力系統分析的一個重電力系統最優運行：是電力系統分析的一個重要分

7、支，它所研究的問題主要是在保證用戶用要分支，它所研究的問題主要是在保證用戶用電需求負荷的前提下，如何優化地調度系電需求負荷的前提下，如何優化地調度系統中各發電機組或發電廠的運行工況，從而使統中各發電機組或發電廠的運行工況，從而使系統發電所需的總費用或所消耗的總燃料耗量系統發電所需的總費用或所消耗的總燃料耗量達到最小這樣決策問題。達到最小這樣決策問題。 (2).有功功率負荷的最優分配有功功率負荷合理分配的目標 在滿足一定約束條件的前提下，盡可能節約消耗的能源。1).耗量特性PGF，W0PWF)(比耗量1發電設備的效率PWFd)(d耗量微增率PGF，W0FPPFmPG0m,變化比耗量和耗量微增率的

8、 合理組合發電設備的方法之一就是按照最小比耗量由小到大的順序，隨負荷的由小到大增加，逐套投入發電設備；或負荷的由大到小，逐套退出發電設備。2) 目標函數和約束條件 在一定約束條件下，使某一目標函數為最優。約束條件和目標函數都是狀態變量x、控制變量u、擾動變量d的非線性函數。0）、（等約束條件duxf0g）、（不等約束條件dux）最優、（目標函數duxCC 有功負荷最優分配的目的：在供應同樣大小的有功功率的前提下，單位時間內的能源消耗最少。注：對于純火電系統， 發電廠的燃料費用主要與發電機輸出的有功功率有關，與輸出的無功功率及電壓等運行參數關系較小 。 目標函數：系統發電所需的總費用或所消耗的總

9、燃料耗量niGiiGnnGGPFPFPFPFF12211)()(.)()(能源時單位時間內所消耗的功率表示發電設備發出有功GiGiiPPF)(等約束條件：有功功率必須保持平衡0sincos1ijijijijnjjiLiGiBGUUPP對于每個節點011PPPniLiniGi對于整個系統011niLiniGiPP不計網損不等約束條件：為系統的運行限制各節點發電設備有功功率 ,無功功率 和電壓大小不能超過限額。 maxminmaxminmaxminiiiGiGiGiGiGiGiUUUQQQPPPGiPGiQ 一般用拉格朗日乘數法。 現用兩個發電廠之間的經濟調度來說明問題，略去網絡損耗。建立數學模型

10、。 210122cosminiiGiiGiitaPaPaFf02121iLiiGiPPmax22min2max11min1max22min2max11min1max22min2max11min1,UUUUUUQQQQQQPPPPPPGGGGGGGGGGGG3) 最優分配負荷時的等耗量微增率準則n根據給定的目標函數和等約束條件建立一個新的、不受約束的目標函數拉格朗日函數。n對拉格朗日函數求導，得到最小值時應有的三個條件：n （1）21212211*LLGGGGPPPPPFPFC拉格朗日乘子212121222111,00LLGGGGGGGGPPPPPPfdPPdFdPPdFn求解1得到：n 這就是

11、著名的等耗量微增率準則，表示為使總耗量最小，應按相等的耗量微增率在發電設備或發電廠之間分配負荷。n對不等式約束進行處理n對于有功功率限制，當計算完后發現某發電設備越限，則該發電設備取其限制，不參加最優分配計算，而其他發電設備重新進行最優分配計算。n無功功率和電壓限制和有功功率負荷的分配沒有直接關系，可暫時不計，當有功功率負荷的最優分配完成后計算潮流分布在考慮。21推廣：n21.例題分解出：聯立：分有根據耗量微增率準則：分解：2MW105 MW3154203009. 06008. 083009. 06008. 081221212122221111PPPPPPPdPdFPdPdF分越限，取其下限，

12、即4MW300120420MW120211PPP2.已知兩臺機組并聯共同向一負荷供電，它們的耗量特性分別為F1a18P10.004P12 t/h，F2a26P20.0045P22 t/h ，120MWP1400MW，120MWP2400MW，求當負荷功率PL420MW時，負荷的最優經濟分配。概述頻率是電力系統運行的一個重要的質量指標，直接影響著負荷的正常運行。負荷要求頻率的偏差一般應控制在（0.2 0. 5Hz的范圍內。要維持頻率在正常的范圍內，其必要的條件是系統必須具有充裕的可調有功電源。第二節 電力系統的頻率調整頻率不穩定給運行中的電氣設備帶來的危害：n對用戶的影響n產品質量降低n生產率降

13、低 n對發電廠的影響n 汽輪機葉片諧振n輔機功能下降n 對系統的影響n互聯電力系統解列n發電機解列一、電力系統負荷的有功功率頻率的靜態特性二、發電機組的有功功率頻率靜態特性三、頻率的一次調整四、頻率的二次調整一、電力系統負荷的有功功率頻率的靜態特性 當電力系統處于穩態運行時，系統中的有功負荷隨頻率變化特性稱為負荷的有功功率頻率靜態特性。332210)()()(NLNNLNNLNLNLffPaffPaffPaPaP荷時，整個系統的有功負頻率為電力系統頻率為額定荷時，整個系統的有功負為電力系統頻率為NffLNLPPfPL0PLNfNtgKL)/(HzMWfPtgKLLfPffPPKLNNLNLL效

14、應系數：有功負荷的頻率調節、LLKK31LK二、發電機組的有功功率頻率靜態特性（一自動調速系統 發電機的頻率調節是由原動機的調速系統來實現的。（二發電機組的有功功率頻率靜態特性fPG0PGNfNtgKGf0)/(HzMWtgfPKGG概念介紹：GNNGGNGNGGPfKfPffPPK率、發電機的單位調節功1發電機的單位調節功率與調差系數的關系(倒數關系)：100%0NNfff100%1*GNGNGBKfPK2、機組的調差系數%100%000NGNNGNNGNfPffPffPfPG0PGNfNtgKGf0的偏移頻率相應轉速荷改變時可定量表明一臺機組負)(%fPKGG一般來說發電機的單位調節功率是

15、可以整定的：汽輪發電機組 =35%或 33.520 水輪發電機組 = 24%或 5025%*GK%*GK三、頻率的一次調整 簡述：由于負荷突增，發電機組功率不能及時變動而使機組減速，系統頻率下降，同時，發電機組功率由于調速器的一次調整作用而增大，負荷功率因其本身的調節效應而減少，經過一個衰減的振蕩過程，達到新的平衡。SLGLLGLKKKfPfKKABBOAOP/00KS：稱為系統的單位調節功率，單位Mw/Hz。表示原動機調速器和負荷本身的調節效應共同作用下系統頻率下降或上升的多少。)/()/(0NLLSffPPKfP0P00Lpf0f0p0PLpLoAoBBAKS：系統的單位調節功率 可以求取

16、在允許范圍內電力系統能夠承受多大的負荷增減。KS越大，電力系統承受負荷變化越大。LGSKKK例題1：電力系統總負荷為3000MW， 1.5，正常運行時f50Hz，假定此時系統全部發電機均滿載，若因故障失去300MW的出力，求系統f降到什么數值？ LKHzfHzfKPfPLLL67.4633. 35033. 350067. 0067. 05 . 11 . 01 . 03000300例題2：某一容量為100MW的發電機，調差系數為4，當系統頻率為50Hz的時候，發電機的出力為60MW，若系統的頻率下降到49.5Hz時，發電機的出力時多少？ ）（發電機出力：MW852560)(25) 5 .4950

17、(50MWfKPGG)/(505010004. 01%HzMWfPKNGNG四、頻率的二次調整 1、當負荷變動幅度較大0.5%1.5%），周期較長幾分鐘），僅靠一次調頻作用不能使頻率的變化保持在允許范圍內，這時需要調速系統中的調頻器動作，以使發電機組的功頻特性平行移動，從而改變發電機的有功功率以保持系統頻率不變或在允許范圍內。B2、當系統負荷增加時，由以下三方面提供：二次調頻的發電機組增發的功率 發電機組執行一次調頻，按有差特性的調差系數分配而增發的功率 ；由系統的負荷頻率調節效應所減少的負荷功率。0GPOC fKCBG fKBALBSLGGLLGGLKKKfPPfKKPP00 00 00fK

18、fKPBACBOCPLGGL率電力系統的單位調節功:SKBB00GLPP0 f假如 ，那么 ，就實現了所謂的無差調節 二次調整時，電力系統的負荷增量基本上要由主調頻機組承擔，如果一臺主調頻機組不足以承擔電力系統負荷變化時，必須增選一些機組參加二次調頻。五、互聯系統的頻率調整 由幾個地區系統互聯為一個大系統的情況，對某一個地區系統而言，負荷變化增加） 時，可能伴隨著與其他系統交換功率的變化PtP 若設A、B兩系統互聯，且兩個系統都能進行二次調頻，兩系統負荷變化量分別為為 ，兩系統由二次調頻而使發電機增發的功率增量為 ， 分別為兩個系統的單位調節功率。聯絡線交換功率 由a向b時為正值,引起互聯系統的頻率變化為LBLAPP,abPfKPPPAGAabLA：系統ALAGAAPPKLBGBBPPKABPABGBGAPP,BAKK 、fKPPPBGBabLB)(B：系統 率缺額表示兩個電力系統的功、BABABABAGBLBGALA