第5章有功頻率20111005_ok（國家電網(wǎng)考試資料）

1、2024年3月31日2時50分 1,電力系統(tǒng)分析,總學時：48主講：房德君電氣工程系,Power System Analysis

2、,珠海發(fā)電廠,2024年3月31日2時50分 2,第五章 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,一、電力系統(tǒng)的頻率變化的影響：,§5-1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡,前面討論的主要是電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析中的潮流分布計算，從本章開始討論電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行的經(jīng)濟運行、控制（調整）和管理。,1. 對用戶的危害:頻率下降，將使用戶的電動機轉速下降，出力降低，從而影響用戶產品的質量和產

3、量。另外，頻率下降，將引起電氣測量儀器誤差增大等。,2.引起汽輪機葉片斷裂。當?shù)皖l率運行時, 汽輪機葉片由于受不均勻汽流沖擊末級葉片可能發(fā)生共振或接近于共振,從而使葉,2024年3月31日2時50分 3,片振動應力大大增加,如時間過長,葉片可能損傷甚至斷裂；,§5-1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡,3.使發(fā)電機出力降低。發(fā)電機兩端的風扇的進風量減?。L冷發(fā)電機）,冷

4、卻條件變壞,如果仍維持出力不變,則發(fā)電機的溫度升高,可能超過絕緣材料的溫度允許值,為了使溫升不超過允許值,勢必要降低發(fā)電機出力。,4.當?shù)皖l運行時,造成火電廠的給水泵、風機、磨煤機等輔助設備的出力也將下降,從而 影響電廠的出力。其中影響最大的是高壓給水泵和磨煤機,由于出力的下降,使電網(wǎng)有功電源更加缺乏,致使頻率進一步下降,造成惡性循環(huán)。,2024年3月31日2時50分

5、4,二、有功功率與頻率的關系：,當發(fā)電機為同步轉速nN時，則發(fā)電機發(fā)出的電壓的頻率為fN 。,由同步機轉速公式可知：,當發(fā)電機輸出有功發(fā)生變化時，轉子上的轉矩平衡破壞，是轉子的轉速變化，引起頻率的變化 。,§5-1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡,2024年3月31日2時50分 5,例如：,發(fā)電機負荷增加時，電磁功率增加，發(fā)電機轉速下降，導致頻率下降；只有增加發(fā)電機機

6、械功率，才能使轉速回到同步轉速；,可見：,? 為了保證系統(tǒng)的頻率不變，必須使發(fā)電機輸出功率快速跟隨負荷功率的變化（保證轉速為額定轉速）；,? 發(fā)電機應該有一個快速的自動調速裝置；,§5-1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡,? 系統(tǒng)的頻率與發(fā)電機輸出功率密切相關，發(fā)電機輸出功率不足，→f↓；發(fā)電機輸出功率過?！鷉↑ ；,發(fā)電機的良好的調速性能是保證頻率質量的關鍵,2024年3月31日2時50分

7、 6,? 系統(tǒng)容量越大，頻率的穩(wěn)定性越好 ，我國規(guī)定的頻率范圍： 50Hz±(0.2~0.5)Hz ；,§5-1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡,二、電力系統(tǒng)的電力系統(tǒng)的有功功率平衡：,根據(jù)能量守恒，電力系統(tǒng)運行中，在任何時刻，系統(tǒng)中所有發(fā)電廠發(fā)出的有功功率總和，每時每刻都必須和系統(tǒng)的總消耗的有功負荷相等，可用公式表示為：,分析：,① 上式為有功功率平衡公式，平衡一旦破壞，導致頻率變化；,2024年3

8、月31日2時50分 7,§5-1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡,注意：系統(tǒng)頻率的下降，會導致系統(tǒng)負荷吸收功率下降，從而，發(fā)電機輸出有功功率和負荷吸收有功功率在低頻下也會達到新的有功功率平衡，只是這種平衡是不希望的（有危害）；,② 從有功功率平衡公式看，一旦出現(xiàn)如下情況：,系統(tǒng)有功功率缺額；系統(tǒng)會甩負荷,例如：負荷增加：,2024年3月31日2時50分

9、 8,§5-1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡,為了保證系統(tǒng)的供電可靠性，系統(tǒng)還必須具有一定的備用容量 ，即發(fā)電機可能的輸出功率大于系統(tǒng)的總有功消耗；,∴有功功率平衡式：,總發(fā)電負荷,備用容量,2024年3月31日2時50分 9,§5-1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡,備用容量目的：為了保證電氣設備檢修、故障和在

10、負荷突然變化時，不至于出現(xiàn)有功功率缺額。為了保證系統(tǒng)的供電可靠性，系統(tǒng)必須設置備用容量；,備用容量分類:,?按作用形式分：,? 負荷備用：即調頻備用容量，一般取(2-5%PLmax),? 檢修備用：,2024年3月31日2時50分 10,§5-1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡,電氣設備檢修一般安排在低負荷季節(jié)，若在低負荷季節(jié)能安排下系統(tǒng)內發(fā)電機組檢修計劃，可不增設檢

11、修備用容量 ，否則應增設檢修備用容量；,? 事故備用：一般取用5-10% PLmax,并且不小于系統(tǒng)中最大一臺機組的容量；,?國民經(jīng)濟發(fā)展備用：一般取用3-5% PLmax;,?按機組工作狀態(tài)分：,?熱備用（也稱旋轉備用）：運轉中發(fā)電設備可能發(fā)的最大功率 與發(fā)電負荷之差；,2024年3月31日2時50分 11,§5-1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡,?冷備用：

12、未運轉的、但能隨時啟動的發(fā)發(fā)電設備可以發(fā)的最大功率(不含檢修中的設備)；,三、負荷的波動及對頻率的調整：,一般負荷的變化是隨機的，且很難找到其規(guī)律；,在實際頻率調整中，一般根據(jù)負荷變化周期長短和幅度大小，將負荷的變化分為三類；,圖中，可由三種類型的負荷組成；,2024年3月31日2時50分 12,§5-1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡,P1:變化幅度小，周期短---

13、-偶然性負荷；,P2:幅度較大，周期較長---沖擊性負荷(鍛壓機械、電氣機車)；,P3:幅度最大，周期最長，是緩慢持續(xù)變動 ---可預見性（主要由工廠的作息制度、生產,人民生活規(guī)律、氣象等引起）；,可編制負荷曲線,說明：,? 根據(jù)三種負荷變化，也采用三種調整方法：,? 為了保證系統(tǒng)的頻率質量，根據(jù)負荷的變化必須對發(fā)電機的輸出有功功率進行調整---稱為頻率調整；,2024年3月31日2時50分

14、 13,§5-1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡,功率變化小，周期短-----用發(fā)電機的調速器進行（每個發(fā)電機都有，各發(fā)電機共同進行）,功率變化較大，周期較長-----用調頻器進行；,功率變化大，周期長-----可作負荷預計（編制負荷曲線），投入適量的發(fā)電機組來調整；,二次調整（二次頻率調整）：,三次調整（三次頻率調整）：,一次調整（一次頻率調整）：,裝有調頻器的發(fā)電廠稱為調頻廠，在系統(tǒng)中只有幾個；,202

15、4年3月31日2時50分 14,§5-1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡,三次頻率調整分為了三段；,2024年3月31日2時50分 15,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,第五章 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,一、電力系統(tǒng)負荷的有功功率—頻率靜態(tài)特性,?與頻率變化無關的負荷，如照明、

16、電阻爐、電弧爐、整流負荷等；,電力系統(tǒng)負荷消耗的有功功率與頻率有關。,當電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行時，系統(tǒng)中負荷的有功功率隨頻率變化的特性（系統(tǒng)其它因素不變）稱為負荷的有功功率—頻率靜態(tài)特性。,根據(jù)電力系統(tǒng)負荷的有功功率與頻率的關系可將負荷分為以下幾種：,2024年3月31日2時50分 16,因此，系統(tǒng)綜合負荷的有功功率—頻率靜態(tài)特性用數(shù)學式可表示為：,?與頻率的更高次方成正比的

17、負荷，如靜水頭很高的給水泵等。,?與頻率的一次方成正比的負荷，如機床、往復式水泵、壓縮機、球磨機、卷揚機等；,?與頻率的二次方成正比的負荷，如變壓器中的渦流損耗；,?與頻率的三次方成正比的負荷，如通風機、循環(huán)水泵等離心式機械；,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,2024年3月31日2時50分 17,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,其中：

18、PLN—負荷在fN情況下吸收的功率；,PL—負荷在 f 情況下吸收的功率；,ai—各類負荷在系統(tǒng)中所占的比例，有：,負荷的功-頻靜特性標幺值表達形式： （以PLN、fN為基準 ）,2024年3月31日2時50分 18,① 上式表明，當電力系統(tǒng)頻率降低時，電力系統(tǒng)負荷的有功功率也將隨之降低，特性曲線如圖所示；,說明：,,,,,,② 在系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運行情況下，頻率偏差 不是很

19、大，所以可用在工作處的切線代替原高次曲線（如圖）；,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,,,,,電力系統(tǒng)負荷的有功功率—頻率靜態(tài)特性,,2024年3月31日2時50分 19,負荷功頻靜特性的斜率：,稱為負荷的單位調節(jié)功率（負荷調節(jié)效應系數(shù)）,KL的數(shù)值取決于系統(tǒng)各類負荷的比重，它是不可整定的,其標么值為：,（單位：MW/Hz）,二、發(fā)電機的有功功率—頻率靜

20、態(tài)特性,?PL－負荷變化量； PLN－額定頻率下的系統(tǒng)負荷； ?f－系統(tǒng)頻率變化量； fN－系統(tǒng)額定運行頻率；,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,意義：頻率下降（上升）一個單位，負荷少（多）吸收的有功功率的多少。,2024年3月31日2時50分 20,1.發(fā)電機組自動調速系統(tǒng)原理：,下面以離心飛擺式機械調速系統(tǒng)為例：,離心式飛擺,調頻器二次

21、調頻,油動機,錯油門,一次調頻原理：,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,2024年3月31日2時50分 21,? 機組負荷增大，轉速下降，飛擺向轉軸靠攏，A點下移到A"點；,?原動機主軸帶動套筒，套筒帶動飛擺轉動；,?油動機活塞兩邊油壓相等，B點不動，杠桿AB繞B點逆時針轉動到A" B，使C點下降至C'。,§5-2

22、電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,2024年3月31日2時50分 22,?調頻器不動時，D點不動，杠桿DE繞D點順時針轉動到 DE´，使F點下降至F´和E點下降使E´；,?錯油門活塞下移使油管a、b的小孔開啟，壓力油經(jīng)b進入油動機活塞下部，活塞上部的油經(jīng)a流入錯油門上部。,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,2024年3月31日2

23、時50分 23,?油動機活塞向上移動，使汽輪機的調節(jié)汽門或水輪機的導向葉片開度增大，增加進汽量或進水量。相應使機組轉速上升，A"點回升，提升C´點；同時，活塞上移，使杠桿A"B繞A"逆時針轉動，也提升C´點。,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,2024年3月31日2時50分

24、 24,?當A"點回升到A´點， C´點回升C點, E´點回升E時，使油管a、b的小孔重新堵住，油動機活塞停止移動。,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,2024年3月31日2時50分 25,?調節(jié)過程結束時，杠桿AB的位置為A´ CB´ 。C點為原位置，B&#

25、180; 的位置較B高，A´ 的位置較A略低。相應的進汽量或進水量較原來多，機組轉速較原來略低。,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,2024年3月31日2時50分 26,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,說明：,當負載增加時，一次調整的結果是，發(fā)電機輸出功率增大，但頻率比原來值要低一些；當負載減少時，調速器的調速結果是：機組輸

26、出功率減少，頻率較初值為高；,這種不能恢復頻率原來數(shù)值的調整，稱為頻率的有差調節(jié)；,2024年3月31日2時50分 27,?調速器的一次頻率調整特點：一定是有差調節(jié)（調整后原動機的轉速或頻率有所變動，轉速或頻率偏差不為0）,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,二次調頻原理：,?調頻器轉動蝸輪、蝸桿，抬高D點，杠桿DE繞F點順時針轉動；,2024年3月31日

27、2時50分 28,?錯油門活塞再次下移開啟小孔，在油壓作用下，油動機活塞再次向上移動，進一步增加進汽或進水量。機組轉速上升，飛擺使A點由點A´上升 ；,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,2024年3月31日2時50分 29,二次調頻特點：可以實現(xiàn)有差調節(jié)/無差調節(jié),§

28、5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,?油動機活塞向上移動時，杠桿AB繞A逆時針轉動，帶動C、F、E點上移，再次堵塞錯油門小孔，結束調節(jié)過程。 D點位移選擇恰當，A點可能回到原來位置,2024年3月31日2時50分 30,2.發(fā)電機的有功功率—頻率靜態(tài)特性：,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,機組未配自動調速系統(tǒng)時的有功-頻率靜特性；,機組配置

29、調速器后，隨機組轉速的變動不斷改變進汽(水)量，相應機組的靜態(tài)頻率特性平行移動，使原動機的運行點不斷從一根靜態(tài)頻率特性曲線向另一根靜態(tài)頻率特性曲線過渡。 連接不同曲線上運行點,得到有頻率一次調整時的靜態(tài)頻率特性。,2024年3月31日2時50分 31,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,為簡化分析，用直線1-2-3代替原曲線；,,最大開度，Pm不變

30、,,,斜線，功率增大，頻率減小，有差調節(jié),發(fā)電機的有功-頻率靜特性,2024年3月31日2時50分 32,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,引進幾個名詞：,?發(fā)電機的單位調節(jié)功率：,標幺值表示： （基準：PGN、fN）,單位：MW/Hz,注意：當發(fā)電機輸出功率達到最大值時，f下降，認為發(fā)電機輸出功率不變；,2024年3月31日2時50分

31、 33,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,幾何意義：即發(fā)電機組有功-頻率特性的斜率；物理意義：表示頻率下降（或上升）單位量時，發(fā)電機組所能增加（或減少）的功率多少；,?發(fā)電機組的調差系數(shù)（調差率）：,機組調差系數(shù)是單位調節(jié)功率的倒數(shù)；,用標幺值表示：,2024年3月31日2時50分 34,§5

32、-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,若取空載運行點和額定運行點表示：,空載運行點： P0=0、f=f0,額定運行點： P=PGN、f=fN,標幺值：,百分值：,2024年3月31日2時50分 35,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,分析：,?σ或KG是由調速器決定的，是可以整定的；一般整定如下值:,?當發(fā)電機滿載運行（圖中2-3‘線段），負荷上升，一次調

33、整將不能進行，發(fā)電機功率不再增加△PG=0，從而，KG=0，σ=∞；,,,PL2,PL1,水輪發(fā)電機組：σ%=2~4，KG*=25~50,汽輪發(fā)電機組：σ%=3~5，KG*=20~33.3,2024年3月31日2時50分 36,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,?由KG定義式：,?注意這里規(guī)定：σ、KG為正,功率增大為正，反之為負；,頻率上升為正，反之為

34、負；,---有差調節(jié)方程,ⅰ.當△PL↑→ △PG↑→由于△PG≠0→從而△f ≠0---是有差調節(jié)；,ⅱ.相同△PL時，KG越大越好，使△f越??；,但對于多機系統(tǒng)，造成各機功率分配動蕩不定；,2024年3月31日2時50分 37,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,三、電力系統(tǒng)頻率的一次調整分析,1.單臺發(fā)電機組的情況：,前面討論了發(fā)電機和負荷的自身調節(jié)

35、效應，即，頻率變化時，本身的功率變化關系；,系統(tǒng)頻率的一次調整實際上就是發(fā)電機和負荷共同調節(jié)的結果；,當系統(tǒng)正常運行時，負荷和發(fā)電機的有功靜特性的交點就是系統(tǒng)的運行點；,2024年3月31日2時50分 38,?A點：負荷>發(fā)出功率(沒有交點) →滑向o＇點；,?工作點由o點→A點；,?當系統(tǒng)出現(xiàn)負荷增量時△PL→負荷曲線平行上移；,A＇,,,,,B＇,,,,,A,

36、,O,O＇,B,,,,,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,系統(tǒng)正常運行時，系統(tǒng)的工作點在o點；,?,2024年3月31日2時50分 39,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,A＇,,,,,B＇,,,,,A,,O,O＇,B,,,,,可見：,---發(fā)電機調節(jié)增發(fā)的功率；,---由于頻率下降負荷少吸收的功率；,2024年3月31日2時50分

37、 40,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,用標幺值表示： （取PLN、fN為基準）,熱備用系數(shù)—發(fā)電機的額定容量與系統(tǒng)額定頻率下的總有功負荷之比,2024年3月31日2時50分 41,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,分析：,①,在有備用容量的情況下，將增大系統(tǒng)的單位調節(jié)功率；

38、,② 上式中KG*是以本身的參數(shù)（PGN、fN）為基準的；,2024年3月31日2時50分 42,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,③ 當系統(tǒng)滿載時，KG=0；,∴KS*=KL*；,當負荷上升時，只有KL*調節(jié)，即只有負荷自身作用來取得平衡，從而，f下降嚴重；,2.多臺發(fā)電機組的情況：,對于多機系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的一次調頻是由多個發(fā)電機組同時進行的；,分析方

39、法：將多臺發(fā)電機組化成一臺等值發(fā)電機，然后按一臺發(fā)電機情況討論；,2024年3月31日2時50分 43,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,當n個機組裝有調速器時，若系統(tǒng)頻率變動為△f，則各機組輸出功率增量△PGi為：,系統(tǒng)總得輸出功率增量為：,2024年3月31日2時50分 44,

40、67;5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,標幺值表示：,① 對于滿載機組，當負荷增加時，應取KGi=0；,分析：,2024年3月31日2時50分 45,② 等值發(fā)電機參數(shù)：,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,四、電力系統(tǒng)頻率的二次調整分析,頻率的二次調整就是我們習慣上說的“頻率調整”；,頻率的二次調整是由調頻器完成的，反應在特性曲線上就相當于使原來的發(fā)

41、單機功頻特性平行移動；,可見：頻率的二次調整使工作點在O“點；,2024年3月31日2時50分 46,,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,發(fā)電機的輸出功率增加了，并且頻率下降少了；,由圖可見，負荷增量△PL0是由三部分平衡的；,負荷自身調節(jié)而減少取用功率,一次頻率調整發(fā)電機增發(fā)的功率,二次頻率調整發(fā)電機增發(fā)的功率,,,△f,2024年3月31日2時50分

42、 47,,,,△f,,,△PG0,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,① 頻率的二次調整增加了發(fā)電機出力，在負荷變化量相同情況下，頻率的偏移變小了；,可見：,2024年3月31日2時50分 48,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,② 頻率的二次調整并不能改變相同的單位調節(jié)功

43、率的數(shù)值KS；,,,,△f,,,△PG0,③ 若二次頻率調整完全抵償負荷的增量時，則頻率維持不變---即稱為誤差調節(jié)；,,由圖可見，運行點回到了A點；,2024年3月31日2時50分 49,③ 對于多機系統(tǒng)，上式也可以使用：,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,五、互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調整,問題的提出：,以兩個系統(tǒng)聯(lián)絡線分析：,對于大型電力系統(tǒng)，由于電源和負荷的

44、分布較復雜，頻率調整會引起網(wǎng)絡中潮流的重新分布，這就有可能造成某些線路流動功率超過允許值，所以有必要討論一下頻率調整中的聯(lián)絡線上功率的流動情況。,2024年3月31日2時50分 50,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,若： KA、 KB（聯(lián)合前A、B兩系統(tǒng)的單位調節(jié)功率） ΔPLA 、ΔPLB為A、B兩系統(tǒng)負荷功率突變增量 ΔPGA 、Δ

45、PGB為A、B兩系統(tǒng)二次調整功率增量 求：①聯(lián)絡線上交換功率增量：Δpab ②頻率偏移量Δf,2024年3月31日2時50分 51,當兩系統(tǒng)未聯(lián)網(wǎng)時：,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,當兩系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)時：,聯(lián)絡線的功率增量可以看成是額外的二次調頻值：,聯(lián)立求解：,2024年3月31日2時50分

46、 52,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,1,線路交換功率：,2,,兩系統(tǒng)被二次頻率調整后仍剩余的功率缺額,顯然，這個功率缺額應由一次調整和負荷的自身調節(jié)效應來平衡了。,上式改寫為：,2024年3月31日2時50分 53,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,分析：,? 當KAΔPB=KBΔPA 時，ΔPa

47、b=0 ,即線路無交換功率；,? 當B系統(tǒng)不進行二次調整（ΔPGA=0），且系統(tǒng)進行無差調節(jié)時，則全部功率增量（ΔPLA+ ΔPLB ）應由A系統(tǒng)的二次頻率調整來平衡，即：,ΔPGA =ΔPLA+ ΔPLB,2024年3月31日2時50分 54,顯然這時：ΔPab =ΔPLB----即功率交換為最大；,這可校驗聯(lián)絡線流動功率是否超出允許值；,§5-2 電力系統(tǒng)

48、的有功功率和頻率調整,2024年3月31日2時50分 55,第五章 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調整,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,有功負荷最優(yōu)分配的目的：在用戶取用功率不變的情況下，電源消耗能源最小時的各發(fā)電機組之間的功率分配。,也即：發(fā)電機組怎樣分配負荷，使發(fā)電機組總的消耗能源最小。,在講最優(yōu)分配之前，先了解一下發(fā)電設備的耗燃問題的一些概念；,ⅰ.耗

49、量特性：,反應了發(fā)電設備單位時間內消耗的能源與發(fā)出的有功功率的關系，這關系稱為耗量特性。,2024年3月31日2時50分 56,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,耗量特性是通過試驗取得的，經(jīng)濟計算中，為了計算方便，一般用多項式函數(shù)來表示（2次函數(shù)）。曲線如圖：,F---單位時間內消耗的燃料量；,火電廠(煤)：噸/小時 水電廠(水，W)：立方米

50、/秒,PG---發(fā)電機發(fā)出功率（MW、KW）；,ⅱ.比耗量μi：,單位時間內輸入燃料量與輸出功率之比。,2024年3月31日2時50分 57,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,幾何意義：耗量特性曲線上某一點縱坐標和橫坐標的比值。,,,Fi,Pi,,,單位：T/kw.小時,ⅲ.效率ηi：,單位時間內輸出功率與消耗能源之比。（單位相同）,可見，為比耗量的倒數(shù)。

51、,2024年3月31日2時50分 58,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,ⅲ.耗量微增率λi：,單位時間內輸入能量微增量與輸出功率微增量的比值。為耗量特性曲線上某一點切線的斜率。,,,Fi,Pi,,,,,△F,△P,曲線上總有一點μi =λi,單位：噸/兆瓦小時,分析：,?μi 與λi一般不相等，但在耗量特性曲線有一點相同，也是μi的最小。,2024年3月

52、31日2時50分 59,?三者關系曲線：,,,PG,0,,,,,,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,一、火電廠間有功功率最優(yōu)分配,也稱為經(jīng)濟調度或經(jīng)濟分配。,一般在系統(tǒng)中有一定的備用容量時，就可考慮系統(tǒng)負荷在運行發(fā)電機之間的最優(yōu)分配問題；,1.假設：,? 不計線路損耗；,? 系統(tǒng)只有火電廠存在，所有負荷也由火電廠分配；,2024年3月31日2時50分

53、 60,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,若系統(tǒng)有n臺發(fā)電機組，系統(tǒng)負荷為：PLΣ,各發(fā)電機組輸出功率分別為：PG1、PG2、┈、 PGn。,?各發(fā)電機組的耗量特性為：Fi=F(PG1),?顯然有， PLΣ= PG1+PG2+ ┈ + PGn=ΣPGi,總消耗燃料為：F=ΣFi(PGi)=F1 (PG1)+ F2 (PG2)+ ┈ +Fn (PGn),2.解決問

54、題：,當系統(tǒng)負荷為PLΣ一定時，各發(fā)電機組輸出功率PG1、PG2、┈、 PGn分別為何值時，使總的消耗燃料F為最小。,1式稱為目標函數(shù)；,1,2024年3月31日2時50分 61,? 發(fā)電機組的耗量特性是非線性函數(shù)，目標函數(shù)也是非線性的；,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,說明,? 總耗熱量F取得最小值，實際是數(shù)學上的求函數(shù)的極小值的問題；,? 對實際系統(tǒng)

55、來說，取得F最小值，還應滿足一定的約束條件；,★有功功率平衡：,★發(fā)電機所分配的負荷不得超出該機組的最大功率和最小功率；,F=ΣFi(PGi)=F1 (PG1)+ F2 (PG2)+ ┈ +Fn (PGn),2024年3月31日2時50分 62,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,★節(jié)點電壓：,取得F最小值，還需滿足上4個約束條件，這是求具有約束條件的極值問

56、題；,多約束條件的處理方法：一般在經(jīng)濟功率分配時，可先考慮等約束條件，將不等約束條件作為檢驗條件處理；,這樣優(yōu)化問題就成了滿足PLΣ=ΣPGi條件的F的極值問題。,2024年3月31日2時50分 63,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,3.最優(yōu)準則：,應用求條件極值的拉格朗日乘數(shù)法計算。,? 建立拉格朗日新函數(shù)：,? 對PG1、 PG1 、┄、 PG1 、

57、λ求導，并令其為零：,2024年3月31日2時50分 64,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,所以可得:,結論：按照各發(fā)電機組耗量微增率相等原則分配負荷，就可使得全系統(tǒng)消耗的燃料達到最小，這一原則就是著名的等耗量微增率準則。,4.等耗量微增率準則的物理說明：,2024年3月31日2時50分

58、 65,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,以圖解法說明兩機系統(tǒng)的最優(yōu)分配。,已知兩發(fā)電設備的耗量特性，并且PL保持不變；畫出耗量特性圖；,兩發(fā)電設備耗量特性的畫法：,對于任一點m：,總燃料消耗：,2024年3月31日2時50分 66,,,F2,o,,,,,,,F1,,1,m,2,?,,,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,最優(yōu)分配就是F取得最小

59、，即F1與F2距離最短。,可采用試探法找到最短距離的1和2點，并會發(fā)現(xiàn)，該兩點的切線平行，即有相同的斜率，或說兩曲線在該點的微增率相等；,5.最優(yōu)分配計算：,以三機系統(tǒng)為例說明計算方法（迭代法求解）：,已知三臺發(fā)電機設備的λ曲線（方程）： （可由耗量特性獲得）,2024年3月31日2時50分 67,,,,,,,,,,,,,,,,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)

60、分配,ⅰ.,可以計算獲得,ⅲ.用等約束條件驗證：,ⅱ.,2024年3月31日2時50分 68,ⅴ.,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,注意：在計算中還要檢驗不等約束條件：,★ 若計算中某臺發(fā)電設備越限，則該發(fā)電設備取其極限值，不再參加最優(yōu)分配計算，剩下的負荷由其他發(fā)電設備重新進行最優(yōu)分配計算。,★ 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

61、不計，當有功功率負荷的最優(yōu)分配完成后計算潮流分布再考慮。,ⅳ.,2024年3月31日2時50分 69,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,二、水、火電廠間經(jīng)濟功率分配,1.說明：,? 不計線路損耗，不考慮水的經(jīng)濟性；,? 水電廠除應具有火電廠的約束條件外，還有一個用水量的約束條件：,? 分析方法基本與火電廠間的經(jīng)濟功率分配相同；,即水電廠的發(fā)電用水量是有限制

62、的，在τ運行周期內，總發(fā)電用水量WT是一個給定值；,τ-可以是1日、1周或1月,2024年3月31日2時50分 70,在一定的約束條件下（包括用水量的給定），使火電廠消耗的燃料達到最小。,2.計算目的：,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,F=ΣFi(PTi),顯然目標函數(shù)仍然是：,僅火電廠的耗量特性,等約束條件有兩個：,?為了分析簡單，以兩機系統(tǒng)為例：,F

63、=F1 (PT),目標函數(shù)：,2024年3月31日2時50分 71,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,等約束條件：,?含有積分項，變換一下形式，即按一段時間分析：,τ周期內分成t個時段；,目標函數(shù)：,τ周期內消耗的總燃料,2024年3月31日2時50分 72,? 建立拉格朗日新函數(shù)：,&#

64、167;5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,2024年3月31日2時50分 73,? 上式共有3t+1個方程；,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,分析：,?,? 由上式：,可看成等效火電廠的耗量微增率,即：水火電廠也是按照等耗量微增率分配負荷的，這就是水火電廠經(jīng)濟功率分配原則；,? γ2稱為水煤換算系數(shù)：,2024年3月31日2時50分

65、 74,即：相當于將水折合成煤的折合系數(shù)；,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,物理意義：,當功率平衡時，有ΔPTK↑,則必有ΔPHK↓,即：,F的單位：噸/小時； W的單位：立方米/小時，所以：,γ2的單位：噸/立方米,物理意義：按照發(fā)出相同數(shù)量的功率進行比較，1立方米的水相當于γ2噸的煤；,2024年3月31日2時50分

66、 75,γ2一般不易求，只能采用迭代法計算；,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,? 對于多個水火電廠，上面的過程也可以推廣使用；,? 水火電廠經(jīng)濟功率分配計算步驟(迭代法)：,? 給定初值γ(0)，相當于將水電廠折算成火電廠；,? 計算全部時段的負荷分配；,? 由算出的整個時段的耗水量k(0)與給定水量k比較；,? 若k(0)>k，重選γ(1)>γ(0)，反之：重選γ(1)<γ(0)