第五章电力系统正常运行方式的调整与控制(夏道止)

1第五章电力系统正常运行方式的调整和控制2第五章电力系统正常运行方式的调整和控制1.有功功率的最优分布2.频率调整3.无功功率与电压的调整3概述电力系统是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。如何保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性问题，是我们考虑的重点问题之一。衡量电能质量的指标包括：频率质量、电压质量和波形质量，分别以频率偏移、电压偏移和波形畸变率表示。衡量运行经济性的主要指标为：比耗量和线损率有功功率的最优分布包括：有功功率负荷预计、有功功率电源的最优组合、有功功率负荷在运行机组间的最优分配等。4P1（幅度小，周期短，一次调频）P2（幅度较大，周期较长，冲击性负荷，二次调频）P3（幅度最大，周期最长，由生活、气象等引起，三次调频）Pt一.负荷的有功功率及其频率特性第一节电力系统中有功功率和频率的调整和控制1、日负荷曲线5不同的周期的负荷有不同的变化规律：1.第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动有很大的偶然性；2.第二种变动幅度较大，周期也较长，属于这种负荷的主要有：电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷变动；3.第三种变动基本上可以预计，其变动幅度最大，周期也最长，是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。根据负荷变化，电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分为：1.一次调频：由发电机调速器进行；2.二次调频：由发电机调频器进行；3.三次调频：优化准则，即由调度部门根据负荷曲线进行最优分配，责成各发电厂按事先给定的负荷发电。除平衡节点（调频）外均属此类。（有功功率日负荷曲线）前两种是事后的，第三种是事前的。6一次调频是所有运行中的发电机组都可参加的，取决于发电机组是否已经满负荷发电。这类发电厂称为负荷监视厂。二次调频是由平衡节点来承担。三次调频即是经济调度的内容电力系统经济调度：是电力系统运行的重要内容之一，其主要任务是在保证电能质量和供电安全性的前提下，使系统的运行成本降至最低。系统经济调度主要通过制定优化的系统运行计划来实现。短期运行计划就是指日或周的系统发电计划，其直接服务于系统的优化运行。系统的短期运行计划问题是一个十分复杂的系统优化问题，但由于其所带来的显著经济效益，人们一直在积极研究，提出了各种方法来解决这个问题。72、负荷的频率特性230123LLNNNNfffPPaaaafff如果分别取PLN和fN作为PL和f的基准值23*01*2*3*LPaafafafLLPKffNPLNPLf△f***LLPKf二.频率调整的必要性和有功功率平衡频率是电力系统运行的一个重要的质量指标，直接影响着负荷的正常运行。负荷要求频率的偏差一般应控制在（±0.2~±0.5）Hz的范围内。一般而言，系统综合负荷的有功功率与频率大致呈一次方关系。要维持频率在正常的范围内，其必要的条件是系统必须具有充裕的可调有功电源。1、频率调整的必要性*//LLLNLLNLNLNPKMwHzfPfKKfPPf负荷的单位调节功率：综合负荷的静态频率特性的斜率。5.1*LK一般而言：8频率不稳定给运行中的电气设备带来的危害：1.对用户的影响产品质量降低生产率降低2.对发电厂的影响汽轮机叶片谐振（低频）辅机功能下降（通风量，磁通密度等）3.对系统的影响互联电力系统解列发电机解列2、有功功率平衡和备用容量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。用户申报＋计划调整（经验型）发电厂负荷曲线＝总负荷＋网损＋厂用电水电0.1％～1％Pmax火电：5％～8％核电：4％～5％可变不可变9负荷预测的精度直接影响经济调度的效益，提高预测的精度就可以降低备用容量，减少临时出力调整和避免计划外开停机组，以利于电网运行的经济性和安全性。负荷预测分类：安全监视过程中的超短期负荷预测；日调度计划日负荷预测；周负荷预测；4.年负荷预测；5.规划电源和网络发展时需要用1~20年的负荷预测值。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，（视需要）；国民经济备用：着眼未来注意：只有在备用容量充足的情况下，才谈得上经济分配电力系统经济调度的第一个问题就是研究用户的需求，即进行电力负荷预测，按照调度计划的周期，可分为日负荷预测，周负荷预测和年负荷预测。10三.发电机组调速系统和频率的一次调整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。P1111.发电机组的自动调速系统2.发电机组有功功率静态频率特性fPOPsetfNPG)(ffKPPNGsetG113.频率的一次调整1.概念介绍1)发电机的单位调节功率：发电机组原动机或电源频率特性的斜率。*//GGGNGGNGNGNPKMwHzfPfKKfPPf标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。2)发电机的调差系数（机组由空载到满载时，转速变化与输出功率变化的之比）：单位调节功率的倒数。0000%100100NNGGNGNGNNNGNNfffffPPPfPfffPf3)发电机的单位调节功率与调差系数的关系：**1100%1100%GGNGNGGNNKPPKKff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*GK122.频率的一次调整1.简述：由于负荷突增，发电机组功率不能及时变动而使机组减速，系统频率下降，同时，发电机组功率由于调速器的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身的调节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程，达到新的平衡。fPOP0PLf0PGPL´ΔPL0AP0'Bf0'O'B'A'fKfKKfKfKBAOBAOPfKBABAfKOBOBPBAOBOASLGLGLLGL002.数学表达式：SLGLLGLKKKfPfKKP/00KS：称为系统的单位调节功率，单位Mw/Hz。表示原动机调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频率下降或上升的多少。LNNSNLNSSPfKfPKK133)注意：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。LGSKKK14例题15四.频率的二次调整1.当负荷变动幅度较大（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，这时需要籍调速系统中的调频器动作，以使发电机组的功频特性平行移动，从而改变发电机的有功功率以保持系统频率不变或在允许范围内。2.频率调整图163.数学表达式SLGGLLGGLKKKfPPfKKPP0000SLGGsLKKKfPP0000GLPP0f如果，即发电机组如数增发了负荷功率的原始增量，则，即所谓的无差调节。对于N台机，且由第s台机组担负二次调整的任务，则：174.当系统负荷增加时，由以下三方面提供：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。GPfKGfKL18五.调频厂的选择调频厂须满足的条件：调整的容量应足够大；调整的速度应足够快；调整范围内的经济性能应该好；注意系统内及互联系统的协调问题。通过分析各种电厂的特点，调频厂的选择原则为：系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂；当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调频厂。19六.互联系统频率的调整由几个地区系统互联为一个大系统的情况，对某一个地区系统而言，负荷变化（增加）时，可能伴随着与其他系统交换功率的变化，则有PtPfKfKKPPPSDGGt20若设A、B两系统互联，两系统负荷变化（增加）分别为，引起互联系统的频率变化（降低），及联络线交换功率的变化，如下图：ABtPDBDAPP,ftPfKPPPfKPPPBGBtDBAGAtDABAABBABAGADABGBDBAtBABABABAGBDBGADAKKPKPKKKPPKPPKPKKPPKKPPPPf系统A：系统B：DBDAPP,在负荷增加的影响下，两系统的频率和交换功率的变化量为：21七.频率的二次、三次调整和自动发电控制1.自动发电控制的一般要求（1）负荷频率控制（LoadFrequencyControl，LFC）（2）经济调度控制（EconomicDispatchingControl，EDC，或经济调度ED）(3)频率的累积误差和联络线交换能量控制22广义的自动调频，其功能有：恒定频率控制：保持系统频率等于或十分接近额定值，取βi＝0，Ki＝1；恒定净交换功率控制：保持系统内各区域或联合系统内各子系统间的交换功率为给定值；取βi＝1，Ki＝0；联络线功率与频率偏差控制，取βi＝1；区域j区域i区域m区域nTijPLiP2.区域控制误差（AreaControlError，ACE）fKPACEiTiiiTspiijTijTiPPP233.自动发电控制的实现（AGC）完整的分配原则包括两部分：一部分按照参与自动发电控制的各个机组的备用容量大小或功率调整速率来进行分配；另一部分是按照经济原则进行分配，针对负荷的变化和预测误差做经济功率调整。ijGijMijGijMijijPPPPr备用容量大小功率调整速率ijijijijssr区域i中各个机组j∈i的分配系数取为rij24区域i中各个机组j∈i的经济分配功率为Peij将在第三节中介绍。区域i中各个机组j∈i的具体功率给定值Psij将按下式计算iijijeijijGijeijsijACErPPeijPP1＝式中，ijeij根据机组功率给定值，如何满足负荷频率控制和经济调度控制要求？25第二节电力系统无功功率和电压的调整和控制基本要求：了解无功功率平衡与电压的关系，掌握电压调整原理、方法及措施。前面讲过，有功功率电源是各类发电厂中的发电机，而无功电源除发电机外。还有电容器调相机静止补偿器分散在各变电所且不消耗一次能源，但系统中无功损耗有功损耗调频——调整原动机功率调压——有多种手段26电力系统中的有功功率电源是集中在各类发电厂中的发电机；无功功率电源除发电机外，还有电容器、调相机和静止补偿器等，分散在各变电所。供应有功功率和电能；必须消耗能源，但无功功率电源一旦设置后，就可随时使用而不再有其它经常性耗费。系统中无功功率损耗远大于有功功率损耗。正常稳态运行时，全系统频率相同，电压水平则全系统各点不同；频率调整集中在发电厂，调频手段只有调整原动机功率一种。而且．电压调整可分散进行，调压手段也多种多样。凡此种种，使电力系统的无功功率和电压调整与有功功率和频率调整有很大不同。本节主要阐述电力系统中电力系统的电压调整。27一、无功功率负荷和负荷的静态电压特性1．无功功率负荷各种用电设备中，除相对很小的白炽灯照明负荷只消耗有功功率、为数不多的同步电动机可发出一部分无功功率外，大多数都要消耗无