电力系统第5章

§5 电力系统有功功率及频率调整电能质量指标：电压、频率、波形调频经济性能指标：网损、比耗量、厂用电最优运行（机组组合、负荷最优分配）主要内容1、备用容量的分类2、机组的最有组合方法3、有功功率的最有分配方法4、电力系统频率调整过程及调频计算 §5.1电力系统中有功功率的平衡1、负荷变化的构成 1）、负荷变化幅值很小，周期很短 没有规律性，计划外负荷波动2)、负荷变化幅度较大，周期较长（2‘~5’） 规律性较小，冲击性较强，如轧钢厂 3）、负荷变化幅度很大，周期很长规律性强，由生产、生活、气象条件引起 2、有功负荷的预报（有规律变化的负荷） 日负荷曲线（第三种）方法：回归分析、曲线拟合、时间序列分析人工智能：专家系统、人工神经网络、灰色系统、模糊系统3、有功及频率的调整 1）一次调整针对第一种负荷波动 发电厂调速器（自动调速系统） 2）二次调整针对第二种负荷波动 发电厂调频器（直接开动汽门或水门） 3）三次调整针对第三种负荷波动 机组组合、最优分配 *负荷控制4、有功电源及备用容量发电机负荷=系统综合负荷+网损+厂用电 （系统最小电源容量）网络损耗（包括不变和可变损耗）(6%~10%)⎪⎩⎪⎨⎧1%~0.1%5%~4%8%~5%小电厂原子能电厂火电厂厂用电为满足可靠性，电源容量>发电容量 备用=电源容量—发电容量⎩⎨⎧）冷备用（）热备用（备用reserve cold reserve spinning 备用按负荷变化分为： （1）负荷备用（热备用） 承担计划外负荷变化 2~5%（2）事故备用（热备用、冷备用）承担发电线路设备故障的容量 5%~8%>单机容量 （3）检修备用（冷备用） 根据具体情况来定（4）国民经济发展备用（冷备用）§5.2有功功率的最优分配⎩⎨⎧）负荷最优分配（热备用机组组合（冷备用）1、各类发电厂的特点及合理组合p2002、负荷最优分配目标：在满足一定约束条件的情况下，尽可能节约一次能源 依据：单位时间内输入与输出关系（耗量特性） 1）基本概念 a ）耗量特性Hg火电厂：C BP AP F g g ++=2水电厂：c bP aP W h H ++=2b ）比耗量μ、耗量微增率λP F =μ ()P W dP dF =λ ()dP dW2）有功功率的最优分配（不计网损） 目标：∑∑==ni Gi i i P F F1min)(1=g P 2=g P )(已知L P约束条件： a ）等约束条件 a 、全网功率平衡0=-∑∑LGPP （不计损耗）b 、电网各节点功率平衡 ()()0sin cos 1g =+--∑=nj ij ij ij ijji Li i B GU U P P δδb ）不等约束max min gi gi gi P P P ≤≤ max min gi gi gi Q Q Q ≤≤ max min i i i U U U ≤≤（1）、火电厂之间的有功最优分配 新的目标函数：()()∑∑--=Lgigi i P P P F L λ求极值：()⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=-∂∂=∂∂⇒=∂∂=-⇒=∂∂∑∑0000λλgi gi i gi giL gi P P F P L P L P P Li=1,2,…n()gigi i P P F ∂∂=⇒λλ====∴gnn gi i g g dP dF dP dF dP dF dP dF Λ2211—等耗量微增率原则 （火电厂之间有功功率的最优分配原则） 注：当m ax gi g P P >λ时，取max gi gi P P = 当min gi g P P <λ时，取min gi gi P P =例：同一电厂有两台机组并列运行，耗量特性分别为：()()⎪⎩⎪⎨⎧++=++=h J P P F h J P P F g g g g /0018.018.00.5/0014.025.05.222222111MW P MW MW P MW g g 100201002021≤≤≤≤求负荷为100MW 时的最优分配方案。

解：按等耗量微增率原则⎪⎩⎪⎨⎧=++=+10018.00036.025.00028.02121g g g g P P P P⎪⎩⎪⎨⎧==⇒mw P MWP g g 7.543.4521经不等约束来校验，1g P ，2g P 为最优方案。

若条件改为MW P MW g 50202≤≤则此题变为：经不等约束校验MW P g 501=MW P g 502=为最优方案。

（2）、水、火电厂之间有功最优分配（两个厂：水厂、火厂） 目标函数：火电厂T 时间的耗量最小 ()()∑⎰=∆==tk Tk Tgi t P F dt P F F 1约束条件：（1）、对电网任何瞬间0=-+∑LtTt Ht PP P（2）、满足水库调度的约束（水厂消耗的水量）()())(1常数k t P W dt P W tk HkTHi=∆=∑⎰=（3）、不等约束（同上） 新的目标函数：⎥⎦⎤⎢⎣⎡-∆+-+-∆=∑∑∑∑===t Hk tk Lk Hk Tk t Tk k t P W P P P t P F L 1k 1k 1k )()()(γλ变量个数：Tk P 、Hk P 、k λ、γ一共（3t+1）个变量 求极值：()()()⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎧=-∆⇒=∂∂=-+⇒=∂∂=∂∂⇒=∂∂=∂∂⇒=∂∂∑∑=tk Hk Lk HkTk k k Hk Hk HkkTk Tk i Tk k t P W L P P P L P P W P L P P F P L1000000γλλγλ),2,1(t k Λ= ()()k HkHk Tk Tk dP P dW dP P dF λγ==⇒γ—水煤换算系数（单位：)()(3水煤m t ）()()Hk Tk P dW P dF =γ—按发出相同数量的电功率进行比较；1立方米水相当于γ吨煤§5.3 电力系统的频率调整频率调整的必要性（对用户、对电力系统） 1、离心式调速系统的工作原理一次调整—有差调整，改变ω→改变f )2(f πω=二次调整—无差调整（能够）（负荷变化较大时）⎩⎨⎧手动调整自动调整2、负荷与同步发电机组的功频特性A ：负荷的P-f 特性表达式：Λ+⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=2210N N N N N L f f P a f f P a P a P 其中Λ210,,a a a 百分系数，且0.1210=++++n a a a a Λ 以N N f P ,为基准，Λ+++=***2210f a f a a P L （标幺值表达式）负荷的单位调节功率L K 定义：()Hz MW fP K LL ∆∆=几何意义：βtg K L =物理意义：标志随频率的升降负荷消耗功率增加的多寡。

说明：（1）、L P f ,↓有下降的效应。

左右5.1=*L K ⎪⎪⎭⎫⎝⎛=∆∆=*LNNL LN N L L P fK f P f P K （2）、L K 不可控（取决于负荷的成分） B ：发电机组的P-f 特性发电机组的单位调节功率G K ：定义： fP K GG ∆∆=几何意义：αtg K G =f物理意义：G K 标志了随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。

说明：<1>、L P f ,↓有上升的效应； <2>、G K 可以整定。

GNN G GN N G G P fK f P f P K =∆∆-=*100%1⨯=*σG K %σ—调差系数 3、频率的一次调整（负荷微小波动）''''A B O B BA OB OA P LO -=+==∆ f K P O B G G ∆-=∆=''B A f K P BA L L ''=∆-=∆=f K f K K P S L G LO ∆-=∆+-=∆∴)(（一次调节方程）其中L G S K K K +=—系统单位调节功率物理意义：标志了系统负荷增加或减少时，在原动机调速器和负荷本身的调节效 应共同作用下频率下降或上升的多寡 说明：（1）、L P ∆的组成⎩⎨⎧∆∆f K f K L G 负荷的降低效应发电机经一次调整（2）、有差调整()0≠∆f4、频率的二次调整如果f ∆不满足要求，要进行二次调整00BA CB OC OA P LO ++==∆ GO P OC ∆=""''C B f K CB G =∆-="""B A f K BA L =∆-=f K K P P L G GO LO ∆+-=∆-∆∴)(—频率二次调整方程说明：（1）、L P ∆的组成⎪⎩⎪⎨⎧∆∆∆减少的负荷功率负荷本身的调节效应而—负荷效应率二次调整发电机增发功—二次调整电机组功率调速器作用而增大的发—一次调整f K P f K L GO G ； （2）、0=∆-∆GO LO P P 时，0=∆f —无差调节； （3）、二次调整时在一次调整基础上完成的。

5、互联系统的频率调整LAGA LA GA P P ∆∆,LBGB LB GB P P ∆∆,分析：联合前：对A ：()A LA GA GA ab LA f K K P P P ∆+-=∆-∆+∆ 对B ：()B LB GB GB ab LB f K K P P P ∆+-=∆-∆-∆联合：f f f B A ∆=∆=∆⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+∆+∆-=∆+∆-∆=∆⇒B A B AB A A B B A abK K P P f K K P K P K P其中：LA GA A K K K += LB GB B K K K += GA LA A P P P ∆-∆=∆ GB LB B P P P ∆-∆=∆ 例：A 、B 互联系统正常运行时，系统间无交换功率，A 系统容量1000MW ，B 系统容量500MW ，两系的P-f 特性的系数分别以各自容量为基准，.4.1,5.1,20,25====****LB LA GB GA K K K K 当A 系统负荷增加100MW 时，试求下列情况下联络线的交换功率及系统的频率差。

()Hz f 500=（1）A 、B 两系统均参加一次调频； （2）A 、B 两系统不参加一次调频； （3）A 系统不参加一次调频；（4）两系统都参加一、二次调频，且各增发50MW ；（5）两系统都参加一次调频，且A 部分机组参加二次调频增发70MW 。

解：MWP MWLA 1001000=∆MW500Hz MW f P K K N GN GA GA 50050100025=⨯==*Hz MW f P K K N LN LA LA 305010005.1=⨯==*Hz MW f P K K N GN GB GB 2005050020=⨯==*Hz MW f P K K N LN LB LB 14505004.1=⨯==*（1）Hz MW K A 530= Hz MW K B 214=MW P A 100=∆0=∆B P MW K K P K P K P BA AB B A ab 76.28-=+∆-∆=∆∴Hz K K P P f BA BA 1344.0-=+∆+∆-=∆（2）Hz MW K A 30= Hz MW K B 14=MW P A 100=∆0=∆B P MW K K P K P K P BA AB B A ab 82.31-=+∆-∆=∆∴Hz K K P P f BA BA 27.2-=+∆+∆-=∆（3）Hz MW K A 30= Hz MW K B 214=MW P A 100=∆0=∆B P MW P ab 70.87-=∆∴ Hz f 41.0-=∆ （4）Hz MW K A 530=Hz MW K B 214=MW P A 50=∆MW P B 50-=∆MW P ab 50-=∆∴ Hz f 0=∆（5）Hz MW K A 530= Hz MW K B 214=MW P A 30=∆0=∆B P MW P ab 63.8-=∆∴ Hz f 04.0-=∆例：A 、B 两系统并联运行，A 系统负荷增大50MW 时，B 系统向A 系统输送的交换功率为300MW ，如果这时将联络线切除，则切除后A 系统的频率为49Hz ，B 系统的频率为50Hz ，求：（1）A 、B 两系统的单位调节功率B A K K ,；（2）A 系统负荷增大750MW ，联合系统的频率变化量。