电力系统稳态分析14-17讲

电力系统稳态分析第十四讲电力系统的有功功率平衡与频率调整（电力系统有功负荷的最优分配—频率的三次调整）主讲刘建华一、有功负荷的最优分配1、目的满足负荷需求，经济合理分配各发电机组有功出力，使系统总的能源消耗（燃料费用、市场调度总费用）最少。2、发电机的耗量特性①耗量特性火电厂：水电厂：)/(22102210hTPaPaaPaPaaFGGGG)/(322102210smPbPbbPbPbbWGGGG汽轮发电机组耗量特性曲线水轮发电机组耗量特性曲线②比耗量火力发电机组：水力发电机组：反映发电机在该运行状态下平均效率的高低。)./(hMWTPFGiii)./(3sMWmPWGiii)(MWPG)/(hTF)/(3smW)(MWPGiGiPiGiPiFiW③耗量微增率火力发电机组：水力发电机组：反映发电机组在该运行状态下，出力增加或减少单位值时，能源消耗增加或减少的多少。)./(3sMWmdPdWGiii)./(hMWTdPdFGiii)(MWPG)/(hTF)/(3smW)(MWPGiGiPiGiPiFiW3、有功负荷的最优分配（火电厂、不计能源消耗受限）①目标函数②约束条件等约束条件：（或潮流方程）不等约束条件：niGiiGnnGGPFPFPFPFF12211)()()()(minPPPniLiniGi11niLiniGiPP11maxminGiGiGiPPPmaxminGiGiGiQQQmaxminiiiUUU③简单最优分配◆不计不等约束、不计网损影响情况下，根据拉格朗日乘数法有：C*取得极值条件，即原函数在满足等约束条件下取得极值条件为：（1）（2）即：（3）等耗量微增率准则（4）)((1121*niLiniGiGnGGPPPPPFC）、、)21(0*nidPdFPCGiGi、0)(11*niLiniGiPPC011niLiniGiPPnGnGGdPdFdPdFdPdF2121--—等耗量微增率准则◆计及有功不等约束时，有功负荷的最优分配先不考虑不等约束条件，按等耗量微增率准则对负荷进行分配；对于分配功率超过上限的机组取上限，低于下限的机组取下限；从总负荷中减去按上限或下限发电机组的出力，将剩余的负荷在剩余机组中再按等耗量微增率准则进行分配。◆节点电压及无功不等约束条件的考虑不能违背；与有功负荷最优分配无直接关系；有功负荷最优分配后，在潮流计算中考虑。◆考虑网损时，有功负荷的最优分配目标函数不变：等约束条件：拉格朗日函数：取得极值条件：niGiiPFF1)(）、GnGGniLiniGiPPPPPP2111()((1121*niLiniGiGnGGPPPPPPFC）、、0)1(*GiGiGiPPdPdFPC)21(ni、0)(11*niLiniGiPPPC最优分配原则：★将各发电机的耗量微增率用相应的网损修正系数修正后，在满足等约束条件下，按等网损微增率准则分配。4、例题1iia)21(ni、011niLiniGiPPPnnaaa2211等约束条件GiPP1GidPdF正系数网损修等网损微增率准则1二、能源消耗受限制（既有火电厂，又有水电厂）时，有功负荷的最优分配（一水一火）1、目标在整个运行时间段内满足用户的电力需求，合理分配水火电厂的负荷，使总燃料消耗量最少。2、最优分配原则目标函数：等约束条件：kmkkTTtPFdtPFF1.11011)()(01.2222)()()(定值mkkkHHKtPWdtPWkLkHkTPPP..2.1)21(mk、拉格朗日函数：取得极值条件：mkkLkHkTkmkkkHmkkkTPPPKtPWtPFC1..2.11.2212.11*)())(()(0.222.2*kkHkHdPdWPC0.11.1*kkTkTdPdFPC0)(1.222*mkkkHKtPWC0)(..2.1*kLkHkTkPPPC)21(mk、)21(mk、)21(mk、最优分配原则：即在每个时间段内，在满足功率平衡的情况下，按分配，并使总的水量消耗等于规定值。)21(mk、kkHkHkkTkTkdPPdWdPPdF.2.2.22.1.1.1)()(kLkHkTPPP..2.1mkkkHkKtPW12.2)()21(mk、kHkTk2)21(mk、kHkTk23、的物理意义及计算①物理意义就发电而言，每吨标准煤相当于立方米水，称为水煤换算系数。HkTk22)()()()(22112221112HTHHTTPdWPdFdPPdWdPPdFHkTk2)/(3mT2②与允许耗水量的关系越大，水轮发电机分配得到的出力越小，耗水量越小。反之，允许的耗水量越大，则的取值应越小。2TPTHPH2H20H2增大2TPTPTPHPHPHP减小HP增大TPK22KHPK③的确定采用迭代法，步骤如下：（1）给定出,按最优分配原则求（2）将与允许耗水量进行比较，若，则重取；若，则重取。再按所取循环计算，直到，则即为所求。2）（02）（12)21()0(.2mkPkH、mkkkHkKtPW1)0()0(.22)()0(KKKK)0(KK)0()0(2)1(2)0(2)1(2)21()1(.2mkPkH、mkkkHkKtPW1)1()1(.22)(）（p2KKp)(）（p2例题2三、多个火电厂和多个水电厂的负荷分配给定与已知比较……直到与相等，则最后一次求得的就是最优分配。）（）（）（、00201b)21)(21()0(.bimkPkHi、、)21()0(biKi、)21(biKi、）（）（）（、11211b)21()(biKpi、)21(biKi、)21)(21()21)(21()(.)(.nbbimkPbimkPpkTipkHi、、、、这里只是一种概念。现代电力系统中优化调度方法……例水电机组数火电机组数，调度周期时段数，调度周期总费用，21nnmF目标函数：等式约束条件：不等式约束:))()((21.111.njkTjjmknikTiiPFPFF21.,...,1,)(njKPWmkjkHjj总费用火电费用水电费用mkPPPknjkHjnjkTi,...,2,1,21.11.maxminGiGiGiPPP……优化模型及求解电力系统稳态分析第十五讲电力系统的有功功率平衡与频率调整主讲刘建华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。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。一、电力系统综合负荷的有功静态频率特性1、负荷有功功率静态频率特性332210NLNNLNNLNLNLffPaffPaffPaPaP13210aaaa的标幺值表达式为基准值和以LNNPf332210fafafaaPL*f*LP当频率偏离额定值不大时，负荷有功－频率静态特性用一条近似直线来表示。KL*(KL)由系统负荷性质决定，无法调整。通常负荷的频率调节效应系数或称为负荷的频率调节效应、负荷的单位调节功率，表示负荷随频率的变化程度。5.1*LK2、发电机有功功率—静态频率特性①调速器工作原理1转速测量元件—离心飞摆及其附件；2放大元件—错油门(或称配压阀)；3执行机构—油动机(或称接力器)；4转速控制机构或称同步器(调频器)FLASH②调频器工作原理fmPf1P2P3P4P④④④④0③发电机有功功率—静态频率特性◆无调速器时◆有调速器时◆有调频器时fmPf0正调差无差调节负调差④发电机的调差系数、单位调节功率PfPPff1212◆调差系数:某台机组负荷改变时相应的频率偏移若2为额定运行点，1为空载运行点：PfPPffGNN//011220ffPffPPNGNGNNPff0NNNNffffff00100(%)0NNfff◆单位调节功率fPKGG1调差系数的倒数，表示频率变化时发电机组输出功率的变化量。fPKGG1发电机的单位调节功率与调差系数的关系：一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：汽轮发电机组=3~5或=33.3~20水轮发电机组=2~4或=50~25%*GK%*GK二、电力系统频率的一次调整1、工作过程2、电力系统的有功功率—静态频率特性发电机功率增量称为电力系统的单位调节功率。GPLPLP0LP1f2f1LP2LPfP0fGPLP012ffffKPGGfKPLLGLLPPP0fKfKKPPPLGLGL)(0fPKKKLLG0fPKLs0LGLPPABOBOAP0fKKfKfKLGLG)(系统的单位调节功率定义：标幺值表示系统的单位调节功率fPKKKLLG0fPfPKfPKLNLNLNGNG0fPffPPKPPKLNLNLLLNGNG00fPKKkKLLGr0*kr=PGN/PLN为备用系数等式两端同除以PLN/fN3、多机系统中等值发电机的单位调节功率结论：参与一次调整的发电机数量越多，等值发电机的单位调节功率越大，从而系统的单位调节功率越大。4、一次调整的特点◆不能实现无差调节，因而在负荷变化较大的情况下（如第二类负荷变化）不能保证系统频率在要求的范围；◆参与一次调整的发电机数量越多，同样负荷变化情况下，系统频率波动越小。miGiGKK1miGNGiNGiGPPKK1*计入）达最大出力的发电机不机台数，无调速器和已为参与一次调整的发电m(5、一次调整的计算①计算系统等值发电机的单位调节功率②计算系统的单位调节功率③计算电力系统的频率偏移④计算各发电机增发的功率（需要时）miGiGKK1LGKKKLGLLKKPKPf00fKPGiGi注：取功率的增大或频率的上升为正；为保证调速系统本身运行的稳定，不能采用过大的单位调节功率；对于满载机组，不再参加调整。对于系统有若干台机参加一次调频：具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其调差系数即下降特性自然分配。三、电力系统频率的二次调整负荷变动幅度较大（0.5%~1.5%），周期较长（几分钟）仅靠一次调频作用不能使频率的变化保持在允许范围内需要调频器动作可以实现无差调节1、调整过程2、计算分析若则3、系统负荷变化的提供：二次调频的发电机组增发的功率；发电机组执行一次调频，按有差特性的调差系数分配而增发的功率；由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率GLGLKKPPf00fKKfKPPGLGL