第5章有功頻率20111005_ok（國(guó)家電網(wǎng)考試資料）

1、2024年3月31日2時(shí)50分 1,電力系統(tǒng)分析,總學(xué)時(shí)：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(shí)50分 2,第五章 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)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(jì)算，從本章開始討論電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、控制（調(diào)整）和管理。,1. 對(duì)用戶的危害:頻率下降，將使用戶的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速下降，出力降低，從而影響用戶產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)

3、量。另外，頻率下降，將引起電氣測(cè)量?jī)x器誤差增大等。,2.引起汽輪機(jī)葉片斷裂。當(dāng)?shù)皖l率運(yùn)行時(shí), 汽輪機(jī)葉片由于受不均勻汽流沖擊末級(jí)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(shí)50分 3,片振動(dòng)應(yīng)力大大增加,如時(shí)間過長(zhǎng),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(jī)出力降低。發(fā)電機(jī)兩端的風(fēng)扇的進(jìn)風(fēng)量減?。L(fēng)冷發(fā)電機(jī)）,冷

4、卻條件變壞,如果仍維持出力不變,則發(fā)電機(jī)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(shì)必要降低發(fā)電機(jī)出力。,4.當(dāng)?shù)皖l運(yùn)行時(shí),造成火電廠的給水泵、風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)等輔助設(shè)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(jī),由于出力的下降,使電網(wǎng)有功電源更加缺乏,致使頻率進(jìn)一步下降,造成惡性循環(huán)。,2024年3月31日2時(shí)50分

5、4,二、有功功率與頻率的關(guān)系：,當(dāng)發(fā)電機(jī)為同步轉(zhuǎn)速nN時(shí)，則發(fā)電機(jī)發(fā)出的電壓的頻率為fN 。,由同步機(jī)轉(zhuǎn)速公式可知：,當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出有功發(fā)生變化時(shí)，轉(zhuǎn)子上的轉(zhuǎn)矩平衡破壞，是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)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(shí)50分 5,例如：,發(fā)電機(jī)負(fù)荷增加時(shí)，電磁功率增加，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速下降，導(dǎo)致頻率下降；只有增加發(fā)電機(jī)機(jī)

6、械功率，才能使轉(zhuǎn)速回到同步轉(zhuǎn)速；,可見：,? 為了保證系統(tǒng)的頻率不變，必須使發(fā)電機(jī)輸出功率快速跟隨負(fù)荷功率的變化（保證轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速）；,? 發(fā)電機(jī)應(yīng)該有一個(gè)快速的自動(dòng)調(diào)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(jī)輸出功率密切相關(guān)，發(fā)電機(jī)輸出功率不足，→f↓；發(fā)電機(jī)輸出功率過?！鷉↑ ；,發(fā)電機(jī)的良好的調(diào)速性能是保證頻率質(zhì)量的關(guān)鍵,2024年3月31日2時(shí)50分

7、 6,? 系統(tǒng)容量越大，頻率的穩(wěn)定性越好 ，我國(guó)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(yùn)行中，在任何時(shí)刻，系統(tǒng)中所有發(fā)電廠發(fā)出的有功功率總和，每時(shí)每刻都必須和系統(tǒng)的總消耗的有功負(fù)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(dǎo)致頻率變化；,2024年3

8、月31日2時(shí)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(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)負(fù)荷吸收功率下降，從而，發(fā)電機(jī)輸出有功功率和負(fù)荷吸收有功功率在低頻下也會(huì)達(dá)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(huì)甩負(fù)荷,例如：負(fù)荷增加：,2024年3月31日2時(shí)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(jī)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(fù)荷,備用容量,2024年3月31日2時(shí)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(shè)備檢修、故障和在

10、負(fù)荷突然變化時(shí)，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(shè)置備用容量；,備用容量分類:,?按作用形式分：,? 負(fù)荷備用：即調(diào)頻備用容量，一般取(2-5%PLmax),? 檢修備用：,2024年3月31日2時(shí)50分 10,§5-1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡,電氣設(shè)備檢修一般安排在低負(fù)荷季節(jié)，若在低負(fù)荷季節(jié)能安排下系統(tǒng)內(nèi)發(fā)電機(jī)組檢修計(jì)劃，可不增設(shè)檢

11、修備用容量 ，否則應(yīng)增設(shè)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(tái)機(jī)組的容量；,?國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展備用：一般取用3-5% PLmax;,?按機(jī)組工作狀態(tài)分：,?熱備用（也稱旋轉(zhuǎn)備用）：運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)電設(shè)備可能發(fā)的最大功率 與發(fā)電負(fù)荷之差；,2024年3月31日2時(shí)50分 11,§5-1 電力系統(tǒng)的有功功率平衡,?冷備用：

12、未運(yùn)轉(zhuǎn)的、但能隨時(shí)啟動(dòng)的發(fā)發(fā)電設(shè)備可以發(fā)的最大功率(不含檢修中的設(shè)備)；,三、負(fù)荷的波動(dòng)及對(duì)頻率的調(diào)整：,一般負(fù)荷的變化是隨機(jī)的，且很難找到其規(guī)律；,在實(shí)際頻率調(diào)整中，一般根據(jù)負(fù)荷變化周期長(zhǎng)短和幅度大小，將負(fù)荷的變化分為三類；,圖中，可由三種類型的負(fù)荷組成；,2024年3月31日2時(shí)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(fù)荷；,P2:幅度較大，周期較長(zhǎng)---沖擊性負(fù)荷(鍛壓機(jī)械、電氣機(jī)車)；,P3:幅度最大，周期最長(zhǎng)，是緩慢持續(xù)變動(dòng) ---可預(yù)見性（主要由工廠的作息制度、生產(chǎn),人民生活規(guī)律、氣象等引起）；,可編制負(fù)荷曲線,說明：,? 根據(jù)三種負(fù)荷變化，也采用三種調(diào)整方法：,? 為了保證系統(tǒng)的頻率質(zhì)量，根據(jù)負(fù)荷的變化必須對(duì)發(fā)電機(jī)的輸出有功功率進(jìn)行調(diào)整---稱為頻率調(diào)整；,2024年3月31日2時(shí)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(jī)的調(diào)速器進(jìn)行（每個(gè)發(fā)電機(jī)都有，各發(fā)電機(jī)共同進(jìn)行）,功率變化較大，周期較長(zhǎng)-----用調(diào)頻器進(jìn)行；,功率變化大，周期長(zhǎng)-----可作負(fù)荷預(yù)計(jì)（編制負(fù)荷曲線），投入適量的發(fā)電機(jī)組來調(diào)整；,二次調(diào)整（二次頻率調(diào)整）：,三次調(diào)整（三次頻率調(diào)整）：,一次調(diào)整（一次頻率調(diào)整）：,裝有調(diào)頻器的發(fā)電廠稱為調(diào)頻廠，在系統(tǒng)中只有幾個(gè)；,202

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

16、電阻爐、電弧爐、整流負(fù)荷等；,電力系統(tǒng)負(fù)荷消耗的有功功率與頻率有關(guān)。,當(dāng)電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)中負(fù)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(fù)荷的有功功率—頻率靜態(tài)特性。,根據(jù)電力系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率與頻率的關(guān)系可將負(fù)荷分為以下幾種：,2024年3月31日2時(shí)50分 16,因此，系統(tǒng)綜合負(fù)荷的有功功率—頻率靜態(tài)特性用數(shù)學(xué)式可表示為：,?與頻率的更高次方成正比的

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

18、PLN—負(fù)荷在fN情況下吸收的功率；,PL—負(fù)荷在 f 情況下吸收的功率；,ai—各類負(fù)荷在系統(tǒng)中所占的比例，有：,負(fù)荷的功-頻靜特性標(biāo)幺值表達(dá)形式： （以PLN、fN為基準(zhǔn) ）,2024年3月31日2時(shí)50分 18,① 上式表明，當(dāng)電力系統(tǒng)頻率降低時(shí)，電力系統(tǒng)負(fù)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(yùn)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(diào)整,,,,,電力系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率—頻率靜態(tài)特性,,2024年3月31日2時(shí)50分 19,負(fù)荷功頻靜特性的斜率：,稱為負(fù)荷的單位調(diào)節(jié)功率（負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)）,KL的數(shù)值取決于系統(tǒng)各類負(fù)荷的比重，它是不可整定的,其標(biāo)么值為：,（單位：MW/Hz）,二、發(fā)電機(jī)的有功功率—頻率靜

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

21、調(diào)頻,油動(dòng)機(jī),錯(cuò)油門,一次調(diào)頻原理：,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,2024年3月31日2時(shí)50分 21,? 機(jī)組負(fù)荷增大，轉(zhuǎn)速下降，飛擺向轉(zhuǎn)軸靠攏，A點(diǎn)下移到A"點(diǎn)；,?原動(dòng)機(jī)主軸帶動(dòng)套筒，套筒帶動(dòng)飛擺轉(zhuǎn)動(dòng)；,?油動(dòng)機(jī)活塞兩邊油壓相等，B點(diǎn)不動(dòng)，杠桿AB繞B點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到A" B，使C點(diǎn)下降至C'。,§5-2

22、電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,2024年3月31日2時(shí)50分 22,?調(diào)頻器不動(dòng)時(shí)，D點(diǎn)不動(dòng)，杠桿DE繞D點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到 DE´，使F點(diǎn)下降至F´和E點(diǎn)下降使E´；,?錯(cuò)油門活塞下移使油管a、b的小孔開啟，壓力油經(jīng)b進(jìn)入油動(dòng)機(jī)活塞下部，活塞上部的油經(jīng)a流入錯(cuò)油門上部。,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,2024年3月31日2

23、時(shí)50分 23,?油動(dòng)機(jī)活塞向上移動(dòng)，使汽輪機(jī)的調(diào)節(jié)汽門或水輪機(jī)的導(dǎo)向葉片開度增大，增加進(jìn)汽量或進(jìn)水量。相應(yīng)使機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，A"點(diǎn)回升，提升C´點(diǎn)；同時(shí)，活塞上移，使杠桿A"B繞A"逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，也提升C´點(diǎn)。,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,2024年3月31日2時(shí)50分

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

25、180; 的位置較B高，A´ 的位置較A略低。相應(yīng)的進(jìn)汽量或進(jìn)水量較原來多，機(jī)組轉(zhuǎn)速較原來略低。,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,2024年3月31日2時(shí)50分 26,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,說明：,當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，一次調(diào)整的結(jié)果是，發(fā)電機(jī)輸出功率增大，但頻率比原來值要低一些；當(dāng)負(fù)載減少時(shí)，調(diào)速器的調(diào)速結(jié)果是：機(jī)組輸

26、出功率減少，頻率較初值為高；,這種不能恢復(fù)頻率原來數(shù)值的調(diào)整，稱為頻率的有差調(diào)節(jié)；,2024年3月31日2時(shí)50分 27,?調(diào)速器的一次頻率調(diào)整特點(diǎn)：一定是有差調(diào)節(jié)（調(diào)整后原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速或頻率有所變動(dòng)，轉(zhuǎn)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(diào)整,二次調(diào)頻原理：,?調(diào)頻器轉(zhuǎn)動(dòng)蝸輪、蝸桿，抬高D點(diǎn)，杠桿DE繞F點(diǎn)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)；,2024年3月31日

27、2時(shí)50分 28,?錯(cuò)油門活塞再次下移開啟小孔，在油壓作用下，油動(dòng)機(jī)活塞再次向上移動(dòng)，進(jìn)一步增加進(jìn)汽或進(jìn)水量。機(jī)組轉(zhuǎn)速上升，飛擺使A點(diǎn)由點(diǎn)A´上升 ；,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,2024年3月31日2時(shí)50分 29,二次調(diào)頻特點(diǎn)：可以實(shí)現(xiàn)有差調(diào)節(jié)/無差調(diào)節(jié),§

28、5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,?油動(dòng)機(jī)活塞向上移動(dòng)時(shí)，杠桿AB繞A逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)C、F、E點(diǎn)上移，再次堵塞錯(cuò)油門小孔，結(jié)束調(diào)節(jié)過程。 D點(diǎn)位移選擇恰當(dāng)，A點(diǎn)可能回到原來位置,2024年3月31日2時(shí)50分 30,2.發(fā)電機(jī)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(diào)整,機(jī)組未配自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)時(shí)的有功-頻率靜特性；,機(jī)組配置

29、調(diào)速器后，隨機(jī)組轉(zhuǎn)速的變動(dòng)不斷改變進(jìn)汽(水)量，相應(yīng)機(jī)組的靜態(tài)頻率特性平行移動(dòng)，使原動(dòng)機(jī)的運(yùn)行點(diǎn)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(yùn)行點(diǎn),得到有頻率一次調(diào)整時(shí)的靜態(tài)頻率特性。,2024年3月31日2時(shí)50分 31,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,為簡(jiǎn)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(diào)節(jié),發(fā)電機(jī)的有功-頻率靜特性,2024年3月31日2時(shí)50分 32,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,引進(jìn)幾個(gè)名詞：,?發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率：,標(biāo)幺值表示： （基準(zhǔn)：PGN、fN）,單位：MW/Hz,注意：當(dāng)發(fā)電機(jī)輸出功率達(dá)到最大值時(shí)，f下降，認(rèn)為發(fā)電機(jī)輸出功率不變；,2024年3月31日2時(shí)50分

31、 33,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,幾何意義：即發(fā)電機(jī)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(shí)，發(fā)電機(jī)組所能增加（或減少）的功率多少；,?發(fā)電機(jī)組的調(diào)差系數(shù)（調(diào)差率）：,機(jī)組調(diào)差系數(shù)是單位調(diào)節(jié)功率的倒數(shù)；,用標(biāo)幺值表示：,2024年3月31日2時(shí)50分 34,§5

32、-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,若取空載運(yùn)行點(diǎn)和額定運(yùn)行點(diǎn)表示：,空載運(yùn)行點(diǎn)： P0=0、f=f0,額定運(yùn)行點(diǎn)： P=PGN、f=fN,標(biāo)幺值：,百分值：,2024年3月31日2時(shí)50分 35,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,分析：,?σ或KG是由調(diào)速器決定的，是可以整定的；一般整定如下值:,?當(dāng)發(fā)電機(jī)滿載運(yùn)行（圖中2-3‘線段），負(fù)荷上升，一次調(diào)

33、整將不能進(jìn)行，發(fā)電機(jī)功率不再增加△PG=0，從而，KG=0，σ=∞；,,,PL2,PL1,水輪發(fā)電機(jī)組：σ%=2~4，KG*=25~50,汽輪發(fā)電機(jī)組：σ%=3~5，KG*=20~33.3,2024年3月31日2時(shí)50分 36,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)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(fù)；,頻率上升為正，反之為

34、負(fù)；,---有差調(diào)節(jié)方程,ⅰ.當(dāng)△PL↑→ △PG↑→由于△PG≠0→從而△f ≠0---是有差調(diào)節(jié)；,ⅱ.相同△PL時(shí)，KG越大越好，使△f越小；,但對(duì)于多機(jī)系統(tǒng)，造成各機(jī)功率分配動(dòng)蕩不定；,2024年3月31日2時(shí)50分 37,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,三、電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整分析,1.單臺(tái)發(fā)電機(jī)組的情況：,前面討論了發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的自身調(diào)節(jié)

35、效應(yīng)，即，頻率變化時(shí)，本身的功率變化關(guān)系；,系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整實(shí)際上就是發(fā)電機(jī)和負(fù)荷共同調(diào)節(jié)的結(jié)果；,當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)荷和發(fā)電機(jī)的有功靜特性的交點(diǎn)就是系統(tǒng)的運(yùn)行點(diǎn)；,2024年3月31日2時(shí)50分 38,?A點(diǎn)：負(fù)荷>發(fā)出功率(沒有交點(diǎn)) →滑向o＇點(diǎn)；,?工作點(diǎn)由o點(diǎn)→A點(diǎn)；,?當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)負(fù)荷增量時(shí)△PL→負(fù)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(diào)整,系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)的工作點(diǎn)在o點(diǎn)；,?,2024年3月31日2時(shí)50分 39,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,A＇,,,,,B＇,,,,,A,,O,O＇,B,,,,,可見：,---發(fā)電機(jī)調(diào)節(jié)增發(fā)的功率；,---由于頻率下降負(fù)荷少吸收的功率；,2024年3月31日2時(shí)50分

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

38、,② 上式中KG*是以本身的參數(shù)（PGN、fN）為基準(zhǔn)的；,2024年3月31日2時(shí)50分 42,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,③ 當(dāng)系統(tǒng)滿載時(shí)，KG=0；,∴KS*=KL*；,當(dāng)負(fù)荷上升時(shí)，只有KL*調(diào)節(jié)，即只有負(fù)荷自身作用來取得平衡，從而，f下降嚴(yán)重；,2.多臺(tái)發(fā)電機(jī)組的情況：,對(duì)于多機(jī)系統(tǒng)來說，系統(tǒng)的一次調(diào)頻是由多個(gè)發(fā)電機(jī)組同時(shí)進(jìn)行的；,分析方

39、法：將多臺(tái)發(fā)電機(jī)組化成一臺(tái)等值發(fā)電機(jī)，然后按一臺(tái)發(fā)電機(jī)情況討論；,2024年3月31日2時(shí)50分 43,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,當(dāng)n個(gè)機(jī)組裝有調(diào)速器時(shí)，若系統(tǒng)頻率變動(dòng)為△f，則各機(jī)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(shí)50分 44,

40、67;5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,標(biāo)幺值表示：,① 對(duì)于滿載機(jī)組，當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，應(yīng)取KGi=0；,分析：,2024年3月31日2時(shí)50分 45,② 等值發(fā)電機(jī)參數(shù)：,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,四、電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整分析,頻率的二次調(diào)整就是我們習(xí)慣上說的“頻率調(diào)整”；,頻率的二次調(diào)整是由調(diào)頻器完成的，反應(yīng)在特性曲線上就相當(dāng)于使原來的發(fā)

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

42、 47,,,,△f,,,△PG0,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,① 頻率的二次調(diào)整增加了發(fā)電機(jī)出力，在負(fù)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(shí)50分 48,§5-2 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,② 頻率的二次調(diào)整并不能改變相同的單位調(diào)節(jié)功

43、率的數(shù)值KS；,,,,△f,,,△PG0,③ 若二次頻率調(diào)整完全抵償負(fù)荷的增量時(shí)，則頻率維持不變---即稱為誤差調(diào)節(jié)；,,由圖可見，運(yùn)行點(diǎn)回到了A點(diǎn)；,2024年3月31日2時(shí)50分 49,③ 對(duì)于多機(jī)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(diào)整,五、互聯(lián)系統(tǒng)的頻率調(diào)整,問題的提出：,以兩個(gè)系統(tǒng)聯(lián)絡(luò)線分析：,對(duì)于大型電力系統(tǒng)，由于電源和負(fù)荷的

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

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

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

47、b=0 ,即線路無交換功率；,? 當(dāng)B系統(tǒng)不進(jìn)行二次調(diào)整（ΔPGA=0），且系統(tǒng)進(jìn)行無差調(diào)節(jié)時(shí)，則全部功率增量（ΔPLA+ ΔPLB ）應(yīng)由A系統(tǒng)的二次頻率調(diào)整來平衡，即：,ΔPGA =ΔPLA+ ΔPLB,2024年3月31日2時(shí)50分 54,顯然這時(shí)：ΔPab =ΔPLB----即功率交換為最大；,這可校驗(yàn)聯(lián)絡(luò)線流動(dòng)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(diào)整,2024年3月31日2時(shí)50分 55,第五章 電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,有功負(fù)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(shí)的各發(fā)電機(jī)組之間的功率分配。,也即：發(fā)電機(jī)組怎樣分配負(fù)荷，使發(fā)電機(jī)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(shè)備的耗燃問題的一些概念；,ⅰ.耗

49、量特性：,反應(yīng)了發(fā)電設(shè)備單位時(shí)間內(nèi)消耗的能源與發(fā)出的有功功率的關(guān)系，這關(guān)系稱為耗量特性。,2024年3月31日2時(shí)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(yàn)取得的，經(jīng)濟(jì)計(jì)算中，為了計(jì)算方便，一般用多項(xiàng)式函數(shù)來表示（2次函數(shù)）。曲線如圖：,F---單位時(shí)間內(nèi)消耗的燃料量；,火電廠(煤)：噸/小時(shí) 水電廠(水，W)：立方米

50、/秒,PG---發(fā)電機(jī)發(fā)出功率（MW、KW）；,ⅱ.比耗量μi：,單位時(shí)間內(nèi)輸入燃料量與輸出功率之比。,2024年3月31日2時(shí)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(diǎn)縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)的比值。,,,Fi,Pi,,,單位：T/kw.小時(shí),ⅲ.效率ηi：,單位時(shí)間內(nèi)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(shí)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(shí)間內(nèi)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(diǎn)切線的斜率。,,,Fi,Pi,,,,,△F,△P,曲線上總有一點(diǎn)μi =λi,單位：噸/兆瓦小時(shí),分析：,?μi 與λi一般不相等，但在耗量特性曲線有一點(diǎn)相同，也是μi的最小。,2024年3月

52、31日2時(shí)50分 59,?三者關(guān)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(jì)調(diào)度或經(jīng)濟(jì)分配。,一般在系統(tǒng)中有一定的備用容量時(shí)，就可考慮系統(tǒng)負(fù)荷在運(yùn)行發(fā)電機(jī)之間的最優(yōu)分配問題；,1.假設(shè)：,? 不計(jì)線路損耗；,? 系統(tǒng)只有火電廠存在，所有負(fù)荷也由火電廠分配；,2024年3月31日2時(shí)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(tái)發(fā)電機(jī)組，系統(tǒng)負(fù)荷為：PLΣ,各發(fā)電機(jī)組輸出功率分別為：PG1、PG2、┈、 PGn。,?各發(fā)電機(jī)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(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷為PLΣ一定時(shí)，各發(fā)電機(jī)組輸出功率PG1、PG2、┈、 PGn分別為何值時(shí)，使總的消耗燃料F為最小。,1式稱為目標(biāo)函數(shù)；,1,2024年3月31日2時(shí)50分 61,? 發(fā)電機(jī)組的耗量特性是非線性函數(shù)，目標(biāo)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(shí)際是數(shù)學(xué)上的求函數(shù)的極小值的問題；,? 對(duì)實(shí)際系統(tǒng)

55、來說，取得F最小值，還應(yīng)滿足一定的約束條件；,★有功功率平衡：,★發(fā)電機(jī)所分配的負(fù)荷不得超出該機(jī)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(shí)50分 62,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,★節(jié)點(diǎn)電壓：,取得F最小值，還需滿足上4個(gè)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(jì)功率分配時(shí)，可先考慮等約束條件，將不等約束條件作為檢驗(yàn)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(shí)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(zhǔn)則：,應(yīng)用求條件極值的拉格朗日乘數(shù)法計(jì)算。,? 建立拉格朗日新函數(shù)：,? 對(duì)PG1、 PG1 、┄、 PG1 、

57、λ求導(dǎo)，并令其為零：,2024年3月31日2時(shí)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(jié)論：按照各發(fā)電機(jī)組耗量微增率相等原則分配負(fù)荷，就可使得全系統(tǒng)消耗的燃料達(dá)到最小，這一原則就是著名的等耗量微增率準(zhǔn)則。,4.等耗量微增率準(zhǔn)則的物理說明：,2024年3月31日2時(shí)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(jī)系統(tǒng)的最優(yōu)分配。,已知兩發(fā)電設(shè)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(shè)備耗量特性的畫法：,對(duì)于任一點(diǎn)m：,總?cè)剂舷模?2024年3月31日2時(shí)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(diǎn)，并會(huì)發(fā)現(xiàn)，該兩點(diǎn)的切線平行，即有相同的斜率，或說兩曲線在該點(diǎn)的微增率相等；,5.最優(yōu)分配計(jì)算：,以三機(jī)系統(tǒng)為例說明計(jì)算方法（迭代法求解）：,已知三臺(tái)發(fā)電機(jī)設(shè)備的λ曲線（方程）： （可由耗量特性獲得）,2024年3月31日2時(shí)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(jì)算獲得,ⅲ.用等約束條件驗(yàn)證：,ⅱ.,2024年3月31日2時(shí)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(jì)算中還要檢驗(yàn)不等約束條件：,★ 若計(jì)算中某臺(tái)發(fā)電設(shè)備越限，則該發(fā)電設(shè)備取其極限值，不再參加最優(yōu)分配計(jì)算，剩下的負(fù)荷由其他發(fā)電設(shè)備重新進(jìn)行最優(yōu)分配計(jì)算。,★ 無功功率和電壓限制和有功功率負(fù)荷的分配沒有直接關(guān)系，可暫時(shí)

61、不計(jì)，當(dāng)有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配完成后計(jì)算潮流分布再考慮。,ⅳ.,2024年3月31日2時(shí)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(jì)功率分配,1.說明：,? 不計(jì)線路損耗，不考慮水的經(jīng)濟(jì)性；,? 水電廠除應(yīng)具有火電廠的約束條件外，還有一個(gè)用水量的約束條件：,? 分析方法基本與火電廠間的經(jīng)濟(jì)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(yùn)行周期內(nèi)，總發(fā)電用水量WT是一個(gè)給定值；,τ-可以是1日、1周或1月,2024年3月31日2時(shí)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(dá)到最小。,2.計(jì)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(biāo)函數(shù)仍然是：,僅火電廠的耗量特性,等約束條件有兩個(gè)：,?為了分析簡(jiǎn)單，以兩機(jī)系統(tǒng)為例：,F

63、=F1 (PT),目標(biāo)函數(shù)：,2024年3月31日2時(shí)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(xiàng)，變換一下形式，即按一段時(shí)間分析：,τ周期內(nèi)分成t個(gè)時(shí)段；,目標(biāo)函數(shù)：,τ周期內(nèi)消耗的總?cè)剂?2024年3月31日2時(shí)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(shí)50分 73,? 上式共有3t+1個(gè)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(fù)荷的，這就是水火電廠經(jīng)濟(jì)功率分配原則；,? γ2稱為水煤換算系數(shù)：,2024年3月31日2時(shí)50分

65、 74,即：相當(dāng)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(dāng)功率平衡時(shí)，有ΔPTK↑,則必有ΔPHK↓,即：,F的單位：噸/小時(shí)； W的單位：立方米/小時(shí)，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(jìn)行比較，1立方米的水相當(dāng)于γ2噸的煤；,2024年3月31日2時(shí)50分

66、 75,γ2一般不易求，只能采用迭代法計(jì)算；,§5-3 電力系統(tǒng)有功功率的最優(yōu)分配,? 對(duì)于多個(gè)水火電廠，上面的過程也可以推廣使用；,? 水火電廠經(jīng)濟(jì)功率分配計(jì)算步驟(迭代法)：,? 給定初值γ(0)，相當(dāng)于將水電廠折算成火電廠；,? 計(jì)算全部時(shí)段的負(fù)荷分配；,? 由算出的整個(gè)時(shí)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)