电力系统的有功功率和频率调整

1第5章电力系统的有功功率和频率调整2基本内容有功平衡与频率变化的关系（补充）本章主要内容及其关系5.1电力系统中有功功率的平衡5.2电力系统中有功功率的最优分配5.3电力系统的频率调整3发电机组的有功平衡：发电机的电磁功率PGi与原动机的机械功率PTi之间的平衡。原动机惯性大，有功调节慢，无法时刻保持与瞬变负荷及发电机功率的平衡，而只能保证动态平衡，相应频率也只能保持动态稳定。fPPfPPffPPGiTiGiTiGiTi0＝发电机组原动机＋发电机dq)2(fTiPGiP电力系统的有功平衡：发电机与负荷之间的电磁功率平衡，时刻平衡推力阻力发电机组的有功平衡与频率的关系频率变化反映机组的有功平衡关系，是机组有功调节的依据。有功平衡与频率变化的关系4本章主要内容及其关系目标：保证频率的质量与稳定，满足有功调度的经济与可靠性要求负荷的变动类型频率的调整方法发电机的电磁有功变化类型原动机的有功调整方法各类机组的有功调节特性有功备用容量的概念一次调频二次调频三次调频频率变化与功率调整量的定量关系偶然性冲击性周期性fKPGGfKPLLfKPSL0fKPPSGL00－55.1电力系统中有功功率的平衡——基本概念负荷变动的类型及其特点？频率调整的方法及其特点？负荷变动与频率调整的关系？什么是可供调度的系统电源容量、备用容量、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）？两类备用容量的关系？65.1电力系统中有功功率的平衡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5.1.2有功功率负荷曲线的预计5.1.3有功功率电源和备用容量7负荷变动的类型及其特点第一种：变动幅度很小，周期很短，有很大的偶然性。——偶然性的负荷变动第二种：变动幅度较大，周期较长，冲击性负荷（电炉、压延机械、电气机车）——冲击性的负荷变动第三种：变动幅度最大，周期最长，由生产、生活、气象变化引起（可以预计）——可预见的负荷变动图5-1有功功率负荷的变动曲线综合负荷曲线偶然性负荷变动冲击性负荷变动可预见性负荷变动9频率调整方法及其特点频率的一次调整：用发电机组的调速器(第一种负荷变动)。频率的二次调整：用发电机组的调频器(第二种负荷的变动)。——调频厂，对应潮流计算中的平衡节点频率的三次调整：按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，即责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。负荷侧管理：个别负荷大量或长时间超计划用电以致影响系统运行质量时，由系统管理部门在远方将其部分或全部切除的控制方式(不同于前三种)电力系统中负荷变动的幅度愈大，周期就愈长。图5-2调频任务的分配P115.1.2有功功率负荷曲线的预测作用：有功功率和频率三次调整的依据方法：（1）传统方法（2）统计分析方法——回归分析法，时间序列分析法等。（不讲）125.1.2有功功率负荷曲线的预计——传统方法收集未来若干天的预计负荷(大用电量用户)；参照长期积累的实测数据，汇总调整用电负荷；计入网络损耗：一般约为系统总负荷的6%～10%不变损耗：与负荷大小无关(变压器空载损耗)可变损耗：与负荷的平方成正比考虑厂用电：水电厂，0.1%～1%；火电厂，5%～8%；原子能电厂：4%～5%；相应必须考虑可投入的发电设备和发电容量，特别注意气象条件变化对负荷曲线的影响。实测负荷曲线形成以后，还需要负荷曲线的加工。13图5-3负荷曲线加工加工原则：实测曲线加工前后，最大和最小负荷特征及曲线下的面积应一致。5.1.2有功功率负荷曲线的预计——负荷曲线的加工实测曲线加工后的曲线145.1.3有功功率电源和备用容量有功功率电源有功功率备用容量备用容量、热备用与冷备用负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用各种备用容量的关系155.1.3有功功率电源和备用容量*——有功功率电源系统中可供调度的系统电源容量可能小于总装机容量定期停机检修水电厂的发电机因水头极度降低不能按额定容量发电各发电厂预计可投入运行的发电机组的可发功率之和为可供调度的系统电源容量。165.1.3有功功率电源和备用容量*——有功功率备用容量为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统电源容量必须大于发电负荷。备用容量：可供调度的系统电源容量大于发电负荷的部分。热备用(旋转备用)：运转中的发电设备可能发的最大功率与系统发电负荷之差。冷备用：未运转的发电设备可能发的最大功率。检修中的发电设备不属冷备用。发电设备从“冷状态”至投入系统发出额定功率所需时间几分钟（水电常）或十余小时（火电厂）。热备用越多，越有利于保证电能质量和供电可靠性，但经济性不好。175.1.3有功功率电源和备用容量*——有功功率备用容量负荷备用：调整系统中的短时负荷波动并担负计划外的负荷增加而设置的备用。负荷备用设置在调频厂内,取最大负荷的2%～5%，（大系统取小值，小系统取大值。）事故备用：使电力用户在发电设备发生偶然性事故时不受严重影响，维持系统正常供电需要的备用。取最大负荷的5%～10%，但不得小于系统中最大机组的容量。检修备用：使系统中的发电设备能定期检修而设置的备用。系统负荷季节性低落期间和节假日安排不下所有设备的大小检修时才设置专门的检修备用。国民经济备用：计及负荷的超计划增长而设置的备用。185.1.3有功功率电源和备用容量*——各种备用容量的关系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。195.2电力系统中有功功率的最优分配——基本概念有功功率最优分配的主要内容？各类电厂的运行特点？各类电厂的投切费用特点？各类电厂的运行费用？水-原子能-火什么是水电厂与热电厂的强迫功率？205.2电力系统中有功功率的最优分配5.2.0概述-有功电源的最优组合与有功负荷的最优分配5.2.1各类发电厂的运行特点和合理组合5.2.2最优分配负荷时的目标函数和约束条件（略）5.2.3最优分配负荷时的等耗量微增率准则(火电)（略）5.2.4等耗量微增率准则的推广运用（水火电）（略）5.2.5网络损耗的修正（略）5.2.6电力市场及其对电力系统经济运行的影响（略）215.2.0概述有功功率的最优分配主要包括两个内容：（1）有功功率电源的最优组合：系统中发电设备或发电厂的合理组合，即机组的最优启停调度（日调度问题）。主要涉及冷热备用容量的合理分布问题。（2）有功功率负荷的最优分配：有功功率负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配，即负荷的经济调度或者最优潮流问题。主要涉及热备用容量的合理分布问题。目标有耗煤量最少、污染排放量最少、启停损失最少、发电成本最少、耗水量最少、水电发电量最多等。约束条件有机组的运行特性约束、网络安全约束、水库流量约束等225.2.1各类发电厂的运行特点和合理组合5.2.1.1各类发电厂的运行特点（1）火力发电厂的运行特点（2）原子能发电厂的特点（3）水力发电厂的特点（4）无调节和有调节水电厂的特点（5）抽水蓄能水电厂的特点5.2.1.2各类发电厂的合理组合235.2.1.1各类发电厂的运行特点——火力发电厂的运行特点锅炉和汽轮机都有技术最小负荷，前者为额定负荷的25%～70%，后者为额定负荷的10%～15%，总35%～85%锅炉和汽轮机的投切或承担急剧变动负荷时都会耗能、费时，且易于损坏设备。火电厂锅炉和汽轮机的分类：(1)高温高压设备：效率高；灵活调节的范围窄(2)中温中压设备：效率较高温高压设备低；灵活调节的范围较高温高压设备宽。(3)低温低压设备：技术经济指标最差，应淘汰热电厂(供热式火力发电厂):效率高,技术最小负荷取决于热负荷(称为强迫功率)245.2.1.1各类发电厂的运行特点——原子能发电厂的特点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。255.2.1.1各类发电厂的运行特点——水力发电厂的特点水电厂的强迫功率：为保证河流下游的灌溉、通航，向下游释放一定水量时发出的功率。水轮机也有技术最小负荷，其值因水电厂的具体条件而异。水轮机的投切或承担急剧变动负荷时操作简单，不会耗费很多能量和花费很多时间。水电厂水头过分低落时，水轮发电机组可发的功率要降低。水电厂按其有无调节水库、调节水库的大小或其功能分为无调节、日调节、季调节、年调节、多年调节和抽水蓄能等几类265.2.1各类发电厂的运行特点——无调节和有调节水电厂的分类特点无调节水库的水电厂：——径流式水电厂发出的功率取决于河流的天然流量。一昼夜间水量和机组发出功率基本不变。有调节水库的水电厂：运行方式取决于水库调度所给定的水电厂耗水量。洪水季节，满负荷运行。——来水多，避免弃水。枯水季节，承担急剧变动负荷。——来水少，可储存根据水库容量分为：日、年、多年等调节方式，库容越大，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。275.2.1各类发电厂的运行特点——抽水蓄能水电厂的特点抽水蓄能水电厂：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%，但由于其具有很强的消峰填谷的作用，可以使火电厂的负荷比较平稳，因此，当系统的有功调节能力不足，或者存在核电厂时，应该考虑建设抽水蓄能水电厂。285.2.1.2各类发电厂的合理组合考虑调节性能与能力的组合顺序考虑网络与调频要求的组合组合顺序示意图各类发电厂的日负荷曲线295.2.1.2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火电厂以承担基本不变的负荷为宜，避免频繁调节。高温高压电厂优先投入，其次是中温中压电厂。原子能电厂原则上应持续承担额定容量负荷，运行费用小无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库水电厂的强迫功率应首先投入。有调节水库水电厂的可调功率洪水季节先投入；枯水季节后投入。抽水蓄能水电厂低谷负荷时当负荷，高峰负荷时当电源。305.2.1各类发电厂的合理组合——考虑网络与调频要求的组合(2)不能忽视保证可靠供电、降低网损、维持良好的电能质量和足够的系统稳定性等要求。(3)负荷曲线的最高处是肩负调整系统频率任务的发电厂的工作位置。负荷备用设置在调频厂内，枯水季节由大水电厂承担调频任务，丰水期则为中温中压火电厂，抽水蓄能电厂在其发电期间也可以参与调频。枯水期丰水期组合顺序示意图各类发电厂的日负荷曲线335.3电力系统的频率调整——基本概念与基本计算方法发电机、负荷与系统的单位调节功率定义及物理意义发电机、负荷与系统的单位调节功率的计算公式一次调频的功率频率调整量计算方法二次调频的功率频率调整量计算方法一次或二次调频时互联系统联络线功率调整量的计算方法调频厂应满足的要求345.3电力系统的频率调整5.3.1频率调整的必要性5.3.2自动调速系统及其调节特性5.3.3频率的一次调整5.3.4频率的二次调整5.3.5频率调整电厂的选择355.3.1频率调整的必要性(1)电力系统频率变动对用户的影响频率变化将引起电动机转速的变化，从而影响用户的产品质量；频率的不稳定将会影响电子设备的工作(2)频率降低对系统本身和发电厂的影响系统的无功负荷将增大，使系统电压水平下降影响锅炉的正常运行增加汽轮机叶片损坏的机会发电机定子和转子的温升都将增加变压器的铁芯损耗和励磁电流都将增大可能会使整个系统瓦解，