第五章电力系统正常运行方式的调整及控制(夏道止)

第五章电力系统有功功率与频率的调整

第五章电力系统有功功率与频率的调整
1
电力系统中负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力，电力系统中负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力，使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使之尽量保持不变。尽量保持不变。负荷无功的的变化则要求发电机和其他无功补偿设备的运行情况作相应调整，使之满足负荷无功需求的同时，保证合行情况作相应调整，使之满足负荷无功需求的同时，格的供电电压质量。格的供电电压质量。在分配和调整各个发电机的功率时，需要考虑它们和线路、在分配和调整各个发电机的功率时，需要考虑它们和线路、变压器等设备的容量限制和其他条件，变压器等设备的容量限制和其他条件，以保证设备和系统运行的安全性。行的安全性。电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关，电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关，对系统的运行方式进行决策和调整时必须考虑经济性。对系统的运行方式进行决策和调整时必须考虑经济性。以上各点反映了电力系统运行的安全、经济、优质等进本要求。各点反映了电力系统运行的安全、经济、优质等进本要求。 2
（1）不需燃料费，但一次投资大不需燃料费，（2）出力调节范围比火电机组大（3）启停费用低，且操作简单启停费用低，（4）出力受水头影响（5）抽水蓄能（6）必须释放水量－－强迫功率必须释放水量－－强迫功率－－
16
一、各类发电厂的运行特点
3 核电厂
（1）最小技术负荷小，为额定负荷～15％。）最小技术负荷小，为额定负荷10～％。（2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高；启停）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高；及急剧调节时，易于损坏设备。及急剧调节时，易于损坏设备。（3）一次投资大，运行费用小。）一次投资大，运行费用小。

《电力系统分析》第五章电力系统有功功率的平衡和频率调整

负荷的变化将引起频率的相应变化，电力系统的有功功率和频率调整大体上分一次、二次、三次调整三种。频率的一次调整（或称为一次调频）指由发电机组的调速器进行的，是对一次负荷变动引起的频率偏移作调整。频率的二次调整（或称为二次调频）指由发电机组的调频器进行的，是对二次负荷变动引起的频率偏移作调整。频率的三次调整（或称为三次调频）是对三次负荷变动引起的频率偏移作调整。将在有功功率平衡的基础上，按照最优化的原则在各发电厂之间进行分配。
PG 2

0.53 0.18 0.0036

97
PL PG1 PG2 197
因此，负荷继续增加时，增加的负荷应由发电设备2承担，两套设备的综合耗量微增率也就取决于发电设备2。
（b）PL 100MW，按最优分配时，有
PL

PG1

PG 2

0.25
0.0028
0.18
（以下简称负荷）时刻都在作不规则变化，如右图所示。对系统实际负荷变化曲线的分析表明，系统负荷可以看作是由三种具有不同变化规律的变动负荷所组成：第一种变化幅度很小，变化周期短，负荷变动有很大的偶然性；第二种是变化幅度大，变化周期较长；第三种是变化缓慢的持续变动负荷。
第五章电力系统有功功率的平衡和频率调整
第五章电力系统有功功率的平衡和频率调整
2、水力发电厂的特点（1）必须释放水量－－强迫功率。（2）出力调节范围比火电机组大，启停费用低，且操作简
单。（3）不需燃料费，但一次投资大，水电厂的运行依水库调
节性能的不同在不同程度上受自然条件的影响。
第五章电力系统有功功率的平衡和频率调整
3、原子能发电厂的特点（1）最小技术负荷小，为额定负荷10～15％。（2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高；启停及急剧调节时，易于损坏设备。（3）一次投资大，运行费用小。

第五章电力系统的有功功率和频率调整(1)

10
2. 有功负荷的变动
IPSO
图5-1
11
第二节电力系统有功最优分配
12
0. 概念
IPSO
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。
w
jtk
tk W jT 0
j 1, 2, , u
T tk
k 1
s
PGi min PGitk PGi max QGi min QGitk QGi max U i min U itk U i max
32
求解过程
IPSO
建立拉格朗日函数：
u n m L a P a1i PGi a0i dt k PGitk PGHjtk PLitk i 1 k 1 k 1 j 1 i 1 i 1 m s s 2 2 i Gi
27
2.
求解
IPSO
5) 对不等式约束进行处理

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。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。
求极值必要性条件：
dFi dP tk k tk 0 Gitk dw j Hj tk k tk 0 dPGH j tk u n m PGitk PGHjtk PLitk 0 j 1 i 1 i 1 s w jtk tk W jT 0 k 1

第五章电力系统的有功功率和频率调整第六章电力系统的无功功率和电压调整

要维持频率在正常的范围内，系统必须具有充裕的可
调有功电源。
负载变化导致发电机频率变化，怎么办？
《Power System Analysis》
自动调速系统及其特性
自动调速系统：关键在于利用杠杆的作用调整汽轮机或水轮机的导向叶片，使其开度增大，增加进汽量或进水量。
当转速下降时，点位下降 A D 固定 C

5
《Power System Analysis》
有功功率电源备用容量

有功功率电源：可投入发电设备的可发功率之和，不应小于包括网损和厂用电在内的系统（总）发电负荷。系统的备用容量：系统电源容量大于发电负荷的部分。可分为热备用和冷备用或负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用等。

一般负荷电源输电系统波动负荷
设置串联电容器，抵偿线路感抗，限制电压波动幅度设置调相机和电抗器
一般负荷电源输电系统
CS
波动负荷
一般负荷电源输电系统波动负荷
设置静止补偿器
《Power System Analysis》
2.电压管理
电压中枢点就是那些反映系统电压水平的主要发电厂的高压母线、枢纽变电所低压母线或有大量地方负荷的发电机母线。（1）中枢点的电压偏移
负荷备用：调整负荷波动或超计划负荷增加，2～5％Pmax 事故备用：发电设备发生偶然事故时，使电力用户不受严重影响，维持系统正常供电所需的备用，5～10％Pmax 检修备用：使系统中发电设备能定期检修而设置。国民经济备用：着眼未来

《Power System Analysis》
5.2 电力系统中有功功率最优分配
《Power System Analysis》 B上升带动C上升

第五章电力系统的有功功率和频率调整ppt电力系统

负荷备用——热备用事故备用——至少包括一部份热备用（可含冷备用）检修备用（通过检查年最大负荷曲线来确定）国民经济备用具备了备用容量，才可能谈及备用用量在各发电设备
和发电厂之间的最优分配以及系统的频率调整问题。
第五章电力系统的有功功率和频率调整ppt电力系统
5.2 电力系统中有功功率的最优分配
第五章电力系统的有功功率和频率调整ppt电力系统
5.2.1.2 各类发电厂的合理组合
——考虑调节性能与能力的组合顺序
(1)各类发电厂的组合顺序——考虑调节效率/能力
反应堆的负荷没有限制，其技术最小负荷取决于汽轮机，为其额定负荷的10%～15%
反应堆和汽轮机的投切或承担急剧变动负荷时会耗能、费时、易于损坏设备
原子能发电厂的一次投资大，运行费用小。
第五章电力系统的有功功率和频率调整ppt电力系统
5.2.1.1 各类发电厂的运行特点
——水力发电厂的特点
热备用和冷备用、负荷备用（事故备用、检修备用、国民经济备用）？ l 两类备用容量的关系？
第五章电力系统的有功功率和频率调整ppt电力系统
5.1 电力系统中有功功率的平衡
l 5.1.1 有功功率负荷的变动和调整控制（1）有功功率负荷的变动 ——变动类型及其特点 ——综合负荷的分解（2）有功功率和频率的调整 ——调整方法及其特点 ——任务的分配
调节能力越强。所谓多年调节，指库容足够大，可存储多年的多余水量，说明其库容调节能力强。
第五章电力系统的有功功率和频率调整ppt电力系统
5.2.1 各类发电厂的运行特点
——抽上下方各有一水库。系统负荷出现低谷时，抽水至上水库储蓄水能系统负荷出现高峰时，放水至下水库同时发电抽水蓄能，放水发电循环的总效率只有70%，但由于

电力系统频率及有功功率的自动调节与控制

二、电力系统负荷调节效应
1、当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变。有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率—频率特性，是负荷的静态频率特性，也称作负荷的调节效应。
2、电力系统中各种有功负荷与频率的关系 (1) 与频率变化无关的负荷，如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整流负荷等。它们从系统中吸收有功功率而不受频率变化的影响。
PL a0 a1 f a2 f2 a3 f3
0.35 0.4 0.96 0.1 0.962 0.15 0.963
0.35 0.384 0.092 0.133 0.959
PL % (1 0.959) 100 4.1
KL
PL % f %
4.1 4
1.025
电力系统自动化
Pc
PB
B K
保持不变
电力系统自动化
第三章电力系统频率及有功功率的自动调节
积差调节法的特点是调节过程只能在结束，常数，此常数与计划外负荷成正比。
3、机组间的有功功率分配多机组采用积差调频法调频时，可采用集中式、分散式两种形式。
电力系统自动化
第三节电力系统调频与自动发电控制
调频方程组
由于系统中各点的频率是相同的，各机组
m PTi 1
m PGi 1
PL
d dt
m (Wki )
1
系统的频率的变化是由于发电机的负荷与原动机输入功率之间失去平衡所致，因此调频与有功功率是不可分开的。
第一节电力系统频率特性
频率降低较大时，对系统运行极为不利，甚至会造成严重后果。
（1）对汽轮机的影响，当频率低至45HZ时，个别的叶片可能发生共振而引起断裂事故。（2）发生频率崩溃现象。（3）发生电压崩溃现象，系统运行的稳定性遭到破坏，最后导致系统瓦解。

第五章第四节电力系统自动调频

调频方式分析（续2）
对方式1(恒定频率控制)：f =0、PtA=PLB 、 PGA=PLA+PLB 此时，就稳态值而言，A和B系统的调速器（一次调节）和负荷调节效应均不起作用（因为f = 0，故PG =0且KLf =0），整个系统的负荷变化（ PLA + PLB ）全由 A 系统的二次调节承担。 A 系统的二次调节除了承担本系统的负荷变化（ PLA ）外，还通过联络线供给系统 B 的全部负荷变化，即联络线的功率变化与系统B的负荷变化相等。对方式2(恒定交换功率控制)：PtA=0 、 f =PLB /B 、 PGA=PLA (A/B)PLB 此时，就稳态值而言，联络线的功率变化为零（PtA = 0），因此整个系统的频率变化就只决定于 B 系统的负荷变化和调速器（一次调节）及负荷调节效应（f =PLB /B ）。这时， A系统的一、二次调节及负荷调节效应均发挥作用。
第四节电力系统自动调频
2）调频过程：当系统频率变化时，按 Δ f 启动的调速器会比按积差工作的调频器先进行大幅度的调整，到频差累积到一定值时，调频器会取代调速器的工作特性，使频率稳定在fe 。调速器的作用为一次调频，积差调频为二次调频。
第四节电力系统自动调频
3）机组间有功功率的分配：代表了系统计划外负荷的数值（K 是一个转换常数），在调Байду номын сангаас结束时，计划外负荷是按一定比例在调频机组间进行分配的。
4）优缺点： 1、各调频机组间的出力也是按照一定的比例分配的。 2、在无差调频器为主导调频器的主要缺点是各机组在调频过程中的作用有先有后，缺乏 “同时性”，导致调频容量不能被充分利用。
第四节电力系统自动调频
第四节电力系统自动调频

第五章电力系统自动调频

负荷的频率调节效应系数也可表示为有名值
PL KL f
有名值与标么值间的换算关系
K L*
fn KL PLn
中国电力出版社
第三节电力系统的频率特性
例5-1
某电力系统中，与频率无关的负荷占30％，与频率一次方成正比的负荷占40％，与频率二次方成正比的负荷占 10％，与频率三次方成正比的负荷占20％。求系统频率由50HZ下降到47HZ时，负荷功率变化的百分数及负荷调节效应系数KL* 。
频率降为47Hz时，f*＝47／50＝0.94，系统负荷为 PL* ＝ 0.3+0.4×0.94+0.1×0.942+0.2×0.943 ＝ 0.930 △PL* ＝（1-0.930）＝0.07
K L*
fn PL PL* 7 1.17 f PLn 中国电力出版社 47 / 50 f * 50
15047507?????pfpklnll第三节电力系统的频率特性二发电机组的静态调节特性?定义发电机组的调差系数为?发电机组的调差系数也可用标么值么值gpf?????中国电力出版社0?发电机组的静态调节方程gnggnpfppff??????????????gpf?第三节电力系统的频率特性三电力系统的频率特性中国电力出版社第四节调速器原理电气液压调速器简称电液调速器按类型分机械液压调速器一概述中国电力出版社比例积分pi调速器调速器按其控制规律分比例积分pi调速器二机械液压调速器中国电力出版社第四节调速器原理二机械液压调速器同步器或调频器?控制电动机可由运行人员或自动装置控制正转或反转从而可以使d点位置作上下移动中国电力出版社?机组并网运行时由于电网频率基本不变即a点位置基本不变调节结束时调节汽阀增大开度使机组输出有功功率增大调整的结果是使发电机组的功率频率特性曲线的平移即实现二次调频

第五章 电力系统正常运行方式的调整及控制(夏道止)

第五章电力系统有功功率与频率的调整

《电力系统分析》第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整

第五章 电力系统的有功功率和频率调整(1)

第五章 电力系统的有功功率和频率调整第六章 电力系统的无功功率和电压调整