11、電力系統(tǒng)中有功功率的平衡2、電力系統(tǒng)頻率的調(diào)整電力系統(tǒng)負荷及電源的頻率靜態(tài)特性3、有功功率的最優(yōu)分配各類發(fā)電廠的運行特點和合理組合不計網(wǎng)損時水、火電廠間的經(jīng)濟功率分配第五章電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整2一、頻率偏移的影響（1）頻率變化=>異步電動機的轉(zhuǎn)速變化；在保證電能質(zhì)量的條件下，連續(xù)不斷地供給用戶需要的功率，實現(xiàn)電力系統(tǒng)的功率平衡（有功功率和無功功率）。電壓、頻率、正弦交流電的波形頻率↓=>電動機輸出功率↓（2）用電源頻率時間基準的電子設(shè)備受影響（3）頻率↓=>發(fā)電廠拖動設(shè)備(泵類、風機等)出力↓=>發(fā)電機組發(fā)電能力↓§5.1概述3二、引起頻率偏移的原因電力系統(tǒng)中，并聯(lián)運行的發(fā)電機保持同步是系統(tǒng)維持正常運行的必要條件。同步發(fā)電機正常運行時，機械轉(zhuǎn)矩和電磁轉(zhuǎn)矩保持平衡。當負荷發(fā)生變化時，引起發(fā)電機電磁功率發(fā)生變化。負荷↑=>轉(zhuǎn)速↓=>頻率↓4三、有功功率平衡有功功率平衡（機械功率=電磁功率）根據(jù)負荷變化規(guī)律，以安排發(fā)電計劃，確定各發(fā)電機在每段時間應(yīng)發(fā)的功率，即功率分配?？傆泄β视脩粲泄ω摵捎泄β蕮p耗自用電發(fā)電機的額定容量>當前負荷容量備用的發(fā)電設(shè)備容量5按作用分：(1)負荷備用：滿足負荷波動、計劃外的負荷增量2%~5%(2)事故備用：發(fā)電機因故退出運行而預(yù)留的容量5%~10%(3)檢修備用：發(fā)電機計劃檢修4%~5%(4)國民經(jīng)濟備用：滿足工農(nóng)業(yè)超計劃增長3%~5%按其存在形式分：(1)熱備用(2)冷備用備用容量的分類6§5.2負荷的頻率靜特性和電源的頻率靜特性有功功率負荷的變化曲線7

系統(tǒng)負荷可以看作由以下三種具有不同變化規(guī)律的變動負荷組成：（1）變動周期小于10s，變化幅度小:小操作、線路搖擺等（3）變動周期最大，變化幅度最大：氣象、生產(chǎn)、生活規(guī)律（2）變動周期在（10s，180s），變化幅度較大：大電機、電爐啟停調(diào)速器頻率的一次調(diào)整調(diào)頻器頻率的二次調(diào)整根據(jù)預(yù)測負荷，在各機組間進行最優(yōu)負荷分配電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行調(diào)度（發(fā)電計劃）81、定義：負荷與用戶的生產(chǎn)狀態(tài)有關(guān)與頻率無關(guān) —照明、電爐等與接入點系統(tǒng)電壓有關(guān)與系統(tǒng)頻率有關(guān)——僅考慮頻率因素假設(shè)不變2、負荷性質(zhì)：與頻率的一次方成正比 —球磨機、卷揚機等與頻率的二次方成正比 —變壓器的渦流損耗等與頻率的三次方成正比 —通風機、循環(huán)水泵等與頻率的高次方成正比 —靜水頭阻力大的給水泵一、負荷的有功功率－頻率靜態(tài)特性§5.2負荷的頻率靜特性和電源的頻率靜特性910負荷的有功功率－頻率靜態(tài)特性簡化表達當頻率偏離額定值不大時，負荷有功－頻率靜態(tài)特性用一條近似直線來表示。負荷的單位調(diào)節(jié)功率，表示負荷隨頻率的變化程度。圖5-1有功負荷頻率特性PL*f*0.950.970.991.010.90.951.01.0511二、發(fā)電機組的有功功率－頻率靜態(tài)特性1、調(diào)速器的工作原理1為轉(zhuǎn)速測量元件—離心飛擺及其附件；2為放大元件—錯油門(或稱配壓閥)；3為執(zhí)行機構(gòu)—油動機(或稱接力器)；4為轉(zhuǎn)速控制機構(gòu)或稱同步器(調(diào)頻器)12發(fā)電機的功頻靜特性是指原動機功率-頻率靜態(tài)特性。圖5-3發(fā)電機組功頻靜特性一般大型汽輪發(fā)電機組由空載到滿載的范圍內(nèi)頻率越有4%的變化，即滿載f*=1，空載f*=1.04。0Pf*1.01.01.04無差調(diào)節(jié)有差調(diào)節(jié)132、調(diào)頻器的工作原理14圖5-4調(diào)頻器改變位置時功頻靜特性的變化0Pf*1.01.0P特性3特性2特性1153、概念介紹發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率：發(fā)電機組原動機或電源頻率特性的斜率。

標志著隨頻率的升降發(fā)電機組發(fā)出功率減少或增加的多寡。二、發(fā)電機組的有功功率－頻率靜態(tài)特性發(fā)電機的調(diào)差系數(shù)：單位調(diào)節(jié)功率的倒數(shù)。16發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率與調(diào)差系數(shù)的關(guān)系：一般來說發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率是可以整定的：汽輪發(fā)電機組=3~5或=33.3~20水輪發(fā)電機組=2~4或=50~25二、發(fā)電機組的有功功率－頻率靜態(tài)特性17一、頻率的一次調(diào)整簡述：由于負荷突增，發(fā)電機組功率不能及時變動而使機組減速，系統(tǒng)頻率下降，同時，發(fā)電機組功率由于調(diào)速器的一次調(diào)整作用而增大，負荷功率因其本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少，經(jīng)過一個衰減的振蕩過程，達到新的平衡?！?.3電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整圖5-6頻率的一次調(diào)整0PffMPGfNN系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率：計及發(fā)電機和負荷的調(diào)節(jié)效應(yīng)時，引起頻率單位變化時的負荷變化量。18注意：為保證調(diào)速系統(tǒng)本身運行的穩(wěn)定，不能采用過大的單位調(diào)節(jié)功率；對于滿載機組，不再參加調(diào)整。對于系統(tǒng)有若干臺機參加一次調(diào)頻：具有一次調(diào)頻的各機組間負荷的分配，按其調(diào)差系數(shù)即下降特性自然分配。一、頻率的一次調(diào)整19頻率的二次調(diào)整：通過操作調(diào)頻器，使發(fā)電機組的頻率特性平行的移動，從而使負荷變化引起的頻率偏移在允許的波動范圍內(nèi)。1.主調(diào)頻廠的選擇調(diào)頻廠：負有二次調(diào)頻任務(wù)的電廠，分為主調(diào)頻廠和輔助調(diào)頻廠。調(diào)頻廠應(yīng)滿足的條件：1）足夠的調(diào)整容量2）較快的調(diào)整速度3）調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟性較好二、頻率的二次調(diào)整20二、頻率的二次調(diào)整調(diào)整容量:

水電廠>火電廠

中溫中壓電廠（75％）>高溫高壓電廠（30％）

調(diào)整速度：

水電廠>火電廠

調(diào)頻廠選擇：

首選：水電廠

其次：中溫中壓電廠

21頻率調(diào)整圖二、頻率的二次調(diào)整圖5-7頻率的二次調(diào)整0Pff’’APG’fNCf’FEBDPG22數(shù)學表達式如果，即發(fā)電機組如數(shù)增發(fā)了負荷功率的原始增量，則，即所謂的無差調(diào)節(jié)。對于N臺機，且由第s臺機組擔負二次調(diào)整的任務(wù)，則：二、頻率的二次調(diào)整23當系統(tǒng)負荷增加時，由以下三方面提供：二次調(diào)頻的發(fā)電機組增發(fā)的功率；發(fā)電機組執(zhí)行一次調(diào)頻，按有差特性的調(diào)差系數(shù)分配而增發(fā)的功率；由系統(tǒng)的負荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)所減少的負荷功率。二、頻率的二次調(diào)整241.某系統(tǒng)有三臺額定容量為100MW的發(fā)電機并列運行，其調(diào)差系數(shù)分別為2％、6％和5％，其運行情況為PG1=60MW、PG2=80MW、PG3=100MW，KL*=1（標么值，負載功率基準值為240MW），試計算：(1)如果負荷增加50MW，系統(tǒng)的頻率下降多少？(2)如果負荷增加60MW，系統(tǒng)的頻率下降多少？(3)求題（2）系統(tǒng)的工作頻率.（均不計頻率調(diào)整器的作用）25

26系統(tǒng)中有備用容量時，可考慮有功功率的最優(yōu)分配問題，包括有功電源的最優(yōu)組合及有功負荷的最優(yōu)分配。有功電源的最優(yōu)組合：系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備和發(fā)電廠的合理組合。包括：機組的最優(yōu)組合順序，機組的最優(yōu)組合數(shù)量，機組的最優(yōu)開停時間。有功負荷的最優(yōu)分配：系統(tǒng)中的有功負荷在各個正在運行的發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠之間的合理分配。§5.4電力系統(tǒng)有功功率經(jīng)濟分配27承擔急劇變化負荷時與投、退相似，額外耗能、費時一、各類發(fā)電廠的運行特點（補充）1火電廠支付燃料費用技術(shù)最小負荷鍋爐25%—70%汽機10%—15%效率與蒸汽參數(shù)有關(guān)高溫高壓：效率高、調(diào)節(jié)范圍小中溫中壓：較前者低、但調(diào)節(jié)范圍大低溫低壓：指標最差、不用于調(diào)節(jié)熱電廠：抽氣供熱，效率最高，有不可調(diào)節(jié)的強迫功率火電廠282水電廠（1）不需燃料費，但一次投資大（2）出力調(diào)節(jié)范圍比火電機組大（3）啟停費用低，且操作簡單（4）出力受水頭影響（5）抽水蓄能（6）必須釋放水量－－強迫功率一、各類發(fā)電廠的運行特點293核電廠（1）最小技術(shù)負荷小，為額定負荷10～15％。（2）啟停費用高；負荷急劇變化時，調(diào)節(jié)費用高；啟停及急劇調(diào)節(jié)時，易于損壞設(shè)備。（3）一次投資大，運行費用小。一、各類發(fā)電廠的運行特點30原則（1）充分利用水源。（2）降低火電機組的單位煤耗，發(fā)揮高效機組的作用。（3）盡量降低火力發(fā)電成本，增加燃用劣質(zhì)煤、當?shù)孛?。一、各類發(fā)電廠的合理組合（補充）31枯水期豐水期抽水發(fā)電32一、目標函數(shù)和機組能耗特性電力系統(tǒng)經(jīng)濟運行又稱經(jīng)濟調(diào)度，屬最優(yōu)化問題。第五章電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調(diào)整（一）、目標函數(shù)和約束條件等約束條件：不等約束條件：使目標函數(shù)達到最小值。

33發(fā)電機組在單位時間內(nèi)，消耗的能源與發(fā)出的有功功率的關(guān)系稱為機組的耗量特性，它是實現(xiàn)發(fā)電機組間經(jīng)濟功率分配的基礎(chǔ)。第五章電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調(diào)整（二）、發(fā)電機組的能量特性圖5-9火電機組的耗量特性圖5-10水電機組的耗量特性34第五章電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調(diào)整(1)單位耗量或者比耗量:耗量特性曲線上任一點A與原點的連線的斜率為表示發(fā)電機組發(fā)出單位功率時能源的消耗量.圖5-11比耗量和耗量微增率0△P△FAFAPAB(2)機組耗量微增率:耗量特性上任一點B的切線的斜率35二、等耗量微增率準則設(shè)電廠內(nèi)并聯(lián)運行的機組有n臺，電廠的總負荷為Pl，每臺發(fā)電機分配的負荷為Pi，欲使Pi負荷經(jīng)濟功率分配，需要確定約束條件、目標函數(shù)后，求解使目標函數(shù)最小的條件。(1)發(fā)電功率之和與總的電廠負荷相等，等約束條件為(2)運行中各機組功率不允許超過其上下限,不等約束條件為(3)各機組的耗量特性為F1(P1)，F(xiàn)2(P2)，…Fn(Pn)，發(fā)電廠總的煤耗量為36第五章電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調(diào)整列出拉格朗日方程為

L函數(shù)有極值的必要條件為或37第五章電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調(diào)整展開后寫成各機組間最優(yōu)經(jīng)濟功率分配的條件為或上式表明：按機組微增率相等的原則分配發(fā)電機發(fā)電功率，能源消耗就最小，故稱為等耗量微增率準則。38第五章電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調(diào)整【例5-1】已知某水電廠有2臺機組，其耗量特性為每臺機組的額定容量均為100MW，當按額定容量發(fā)電時耗水量分別為Qh1=245m3/s，Qh2=310m3/s。試求：（1）電廠負荷為120MW時，2臺機如何經(jīng)濟分配負荷。（2）當1臺機運行時，電廠負荷在什么范圍內(nèi)采用2號機最經(jīng)濟。39三、不計網(wǎng)損時水、火電廠間經(jīng)濟功率分配第五章電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調(diào)整水、火電廠間的經(jīng)濟功率分配問題的提法:在滿足系統(tǒng)負荷需要及保證電能質(zhì)量的條件下在限定的時間內(nèi)充分、合理利用允許使用的水量發(fā)電，使得系統(tǒng)消耗的燃料最少或是運行費用最低。由此可見，此時只考慮的是一個時間段內(nèi)的經(jīng)濟運行問題，在此期間認為各水庫水頭無變化。只考慮不計電力網(wǎng)損耗的情況40第五章電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調(diào)整設(shè)系統(tǒng)中有n個火電廠，m個水電廠，火電廠的耗量特性以Fi(P)表示，水電廠的耗量特性以Qj(P)表示，其中i=1,2,…,n；j=1,2,…,m。在0~T時間內(nèi)變化的系統(tǒng)負荷用Pl(t)表示，用功率平衡方程式可寫成41第五章電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調(diào)整原等約束條件將拉格朗日方程對每個變量求導(dǎo)并令其為零，可得42第五章電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調(diào)整上式中式中，為在△tk時間火電廠的微增率；為水電廠j在△tk時段的微增率；各個火電廠之間的分配仍然是按微增率原則分配功率。水電廠與火電廠之間只是按水電廠微增率在乘以后分配，所以整個系統(tǒng)仍可視為按微增率原則分配功率。43第五章電力系統(tǒng)有功功率平衡與頻率調(diào)整