5电力系统的有功功率和频率调整
电力系统有功功率和频率调整
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电力系统有功功率和频率调整1. 引言在电力系统中,有功功率和频率是两个关键的电能参数。
有功功率是指电力系统中实际提供给负载的电能,而频率则表示电力系统中电压和电流的周期性变化。
准确地调整有功功率和频率可以保证电力系统的稳定运行,提高能源利用率,保障用电的安全和可靠性。
2. 电力系统有功功率调整电力系统的有功功率调整主要通过控制发电机输出功率来实现。
有功功率调整的目标是使电力系统的供需平衡,以满足用户的用电需求。
有功功率调整可以通过控制发电机的机械输入来实现,也可以通过调整发电机的励磁电流来实现。
2.1 机械输入调整机械输入调整是通过控制发电机的机械输入来调整有功功率。
机械输入调整的方式包括调速和负载调整两种。
2.1.1 调速调整调速是通过调整发电机的键合阻抗或者转子的绕组来改变发电机的转速,从而改变机械输入功率。
调速调整的原理是根据负荷需求,通过调整发电机的转速来保持有功功率的平衡。
2.1.2 负载调整负载调整是通过调整发电机的输出负载来改变发电机的有功功率。
负载调整的方式包括直接调整负载阻抗、调整发电机馈线阻抗、调整发电机并联等。
2.2 励磁调整励磁调整是通过调整发电机的励磁电流来改变发电机的有功功率。
励磁调整的原理是控制发电机的磁场强度,从而改变发电机的输出电压和电流。
励磁调整可以通过调整励磁电流的大小、相位和波形等来实现。
3. 电力系统频率调整电力系统的频率调整主要通过控制发电机输出的机械输入来实现。
频率调整的目标是使电力系统的供电频率保持在额定值附近,以满足用户的用电需求。
3.1 负荷频率特性负荷频率特性是指负载的电流和供电频率之间的关系。
负荷频率特性可以分为正负荷频率特性和正负荷功率频率特性两种。
正负荷频率特性描述了负载对供电频率变化时的功率响应。
3.2 机械输入调整机械输入调整是通过调整发电机的机械转速来调整电力系统的频率。
机械输入调整的方式包括调速和负载调整两种。
3.2.1 调速调整调速调整是通过改变发电机的转速来调整电力系统的频率。
第四章 电力系统的有功功率和频率调整
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• 事故备用是使电力用户在发电设备发生偶然性事故时不 受严重影响,维持系统正常供电所需的备用。事故备用 容量的大小应根据系统容量、发电机台数、单位机组容 量、机组的事故概率、系统的可靠性指标等确定,—般 约为最大负荷的5%一10 %,但不得小于系统中最大 机组的容量。 • 检修备用是使系统中的发电设备能定期检修而设置的备 用只有在系统负荷季节性低落期间和节假日安排不厂所 有设备的大小修时,才需设置专门的检修各电容量。 • 负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用归纳起 来以热备用和冷备用的形式存在于系统中。而不难想见, 热备用中至少应包括全部负荷备用和一部分事故备用
五、网络损耗的修正 1.网损修正系数 计及网络损耗时
困难在于网损微增率的计算
第三节 电力系统的频率调整
一、调整顿率的必要性 电力系统的频率变动对用户、发电厂和电力系统本身都 会产生不利影响,所以必须保持频率在额定值50Hz上下, 且偏移不超过一定范围。 电力系统频率变动时,对用户的影响有: 用户使用的电动机的转速与系统频率有关。频率变化将 引起电动机转速的变化,从而影响产品质量。例如,纺织 工业、造纸工业等都将围频率变化而出现残次品。 近代工业、国防和科学技术都已广泛使用电子设备,系统 频率的不稳定将会影响电子设备的工作。雷达、电子计算 机等重要设施将因频率过低而无法运行。
•
•
•
•
二、有功功申负荷曲线的预计 进行有功功率和频率的三次调整 时引以为据的多半是有功功率日 负荷曲线。 预计有功功率日负荷曲线的方法 不止一种,但都要运用累积的运 行记录。 连续曲线,则往往还需对它们加 工。加工的原则是:加工前后两 种曲线上最大、最小负荷等待征 点应一致;两种曲线下阴影面积, 即负荷消费的电能应一致。换言 之,不应在加工过程中带来附加 误差。 加工方法示于图
第五章电力系统有功功率与频率的调整
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1
电力系统中负荷随时间不断变化,必须调整发电机的出力, 电力系统中负荷随时间不断变化,必须调整发电机的出力, 使之与负荷的有功功率平衡,并同时调整系统的频率, 使之与负荷的有功功率平衡,并同时调整系统的频率,使之 尽量保持不变。 尽量保持不变。 负荷无功的的变化则要求发电机和其他无功补偿设备的运 行情况作相应调整,使之满足负荷无功需求的同时,保证合 行情况作相应调整,使之满足负荷无功需求的同时, 格的供电电压质量。 格的供电电压质量。 在分配和调整各个发电机的功率时,需要考虑它们和线路、 在分配和调整各个发电机的功率时,需要考虑它们和线路、 变压器等设备的容量限制和其他条件, 变压器等设备的容量限制和其他条件,以保证设备和系统运 行的安全性。 行的安全性。 电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关, 电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关, 对系统的运行方式进行决策和调整时必须考虑经济性。 对系统的运行方式进行决策和调整时必须考虑经济性。以上 各点反映了电力系统运行的安全、经济、优质等进本要求。 各点反映了电力系统运行的安全、经济、优质等进本要求。 2
(1)不需燃料费,但一次投资大 不需燃料费, (2)出力调节范围比火电机组大 (3)启停费用低,且操作简单 启停费用低, (4)出力受水头影响 (5)抽水蓄能 (6)必须释放水量--强迫功率 必须释放水量--强迫功率 --
16
一、 各类发电厂的运行特点
3 核电厂
(1)最小技术负荷小,为额定负荷 ~15%。 )最小技术负荷小,为额定负荷10~ %。 (2)启停费用高;负荷急剧变化时,调节费用高; 启停 )启停费用高;负荷急剧变化时,调节费用高; 及急剧调节时,易于损坏设备。 及急剧调节时,易于损坏设备。 (3)一次投资大,运行费用小。 )一次投资大,运行费用小。
《电力系统分析》第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
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PG 2
0.53 0.18 0.0036
97
PL PG1 PG2 197
因此,负荷继续增加时,增加的负荷应由发电设备2承担, 两套设备的综合耗量微增率也就取决于发电设备2。
(b)PL 100MW,按最优分配时,有
PL
PG1
PG 2
0.25
0.0028
0.18
(以下简称负荷)时刻都在 作不规则变化,如右图所示。 对系统实际负荷变化曲线的 分析表明,系统负荷可以看 作是由三种具有不同变化规 律的变动负荷所组成:第一 种变化幅度很小,变化周期 短,负荷变动有很大的偶然 性;第二种是变化幅度大, 变化周期较长;第三种是变 化缓慢的持续变动负荷。
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
2、水力发电厂的特点 (1)必须释放水量--强迫功率。 (2)出力调节范围比火电机组大,启停费用低,且操作简
单。 (3)不需燃料费,但一次投资大,水电厂的运行依水库调
节性能的不同在不同程度上受自然条件的影响。
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
3、原子能发电厂的特点 (1)最小技术负荷小,为额定负荷10~15%。 (2)启停费用高;负荷急剧变化时,调节费用高;启停 及急剧调节时,易于损坏设备。 (3)一次投资大,运行费用小。
【题库】第5章 电力系统有功功率平衡与频率调整
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25、如果发电机不参加调频,当负荷增加时,系统的频率会( A.升高 B. 降低 C. 不变 D.不能确定
26.系统进行频率调整可以分为一次及二次调整,其中可以实现无差 调节的是( A.一次调频 C.一、二次调频均可以 ) B.二次调频 D.一、二次调频都不可以 )
27、关于电力系统频率的调整,下述说法中错误的是(
A.比耗量
20.单位时间内输入能量增量与输出功率增量的比值称为( A.比耗量 B.耗量特性 C.耗量微增率
)
D.等耗量微增率 )
21、发电机的单位调节功率可以表示为( A. C.
KG PG f PG f
B. D.
KG
f PG
KG
KG
f PG
22、负荷的单位调节功率可以表示为( A.KL= C.KL
10、从技术和经济角度看,最适合担负系统调频任务的发电厂是 ( )。
A.具有调整库容的大型水电厂 B.核电厂 C.火力发电厂 D.径流式大型水力发电厂 11、电力系统的有功电源是( ) A.发电机 B.变压器 C.调相机 D.电容器 )
12、系统备用容量中,哪种容量可能不需要专门设置( A.负荷备用 C.检修备用 B.事故备用 D.国民经济备用
2、频率变化是系统负荷与电源之间( A.电压 C.电流 B.有功功率 D.无功功率 )
)失去平衡所致。
3、电力系统的频率主要决定于( A.有功功率的平衡 C.电压质量
B.无功功率的平衡 D.电流的大小 )
4、电力系统频率调整的基本原理是(
A.根据负荷的变化,调整电力系统中无功电源的出力,将系统频率限 制在允许范围 B.根据负荷的变化,调整发电机的有功出力,将系统频率限制在允许 范围 C.根据系统频率的变化,切除或投入负荷,将电力系统频率限制在允 许范围 D.根据负荷的变化调整系统中变压器的分接头, 将电力系统频率限制 在允许范围 5、下面所列的电力系统负荷波动中,可以预测的是( A.由用电设备的投入和退出运行所引起的第一类负荷变化 B.由大容量的用电设备投入或退出所引起的第二类负荷变化 C.由生产、生活规律和气象条件变化所引起的第三类负荷变化 D.第一类和第二类负荷变化 6. 为考虑随国民经济发展的负荷超计划增长而设置一定的备用容量, 称为( ) )
电力系统有功功率平衡与频率调整
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第五章 电力系统有功功率平衡与频率调整主要内容提示 本章主要讨论电力系统中有功功率负荷的最优分配和频率调整。
§ 5-1电力系统中有功功率的平衡 在电力系统运行中,负荷作功需要一定 时,传输这些功率也要在网络中造成有 此,电源发出的有功功率必须满足下列式中P G—所有电源发出的有功功率;P L —所有负荷需要的有功功率;P —网络中的有功功率损耗。
可见,发电机发出的功率比负荷功率大的多才行。
当系统中负荷增大时,网络损耗也将 增大,发电机发出的功率也要增加。
在实际电力系统中,负荷随时在变化,所以必须靠 调节电源侧,使发电机发出的功率随负荷功率的变化而变化。
负荷曲线的形状往往是无一定规律可循, 但可将这种无规则的曲线看成是几种有规律的 曲线的迭加。
如图5-1所示,将一种负荷曲线分解成三种曲线负荷。
第一种负荷曲线的变化,频率很快,周期很短,变化幅度很小。
这是由于想象不到的小一、电力系统负荷变化曲线的有功功率,同 功功率损耗。
因平衡式:负荷经常性变化引起的第二种负荷曲线的变化,频率较慢,周期较长,幅度较大。
这是由于一些冲击性、间歇性负荷的变动引起的,如大工厂中大电机、电炉、电气机车等一开一停。
第三种负荷曲线的变化,非常缓慢,幅度很大。
这是由于生产、生活、气象等引起的。
这种负荷是可以预计的。
对于第一种负荷变化引起的频率偏移进行调整,称为频率的“一次调整”。
调节方法一般是调节发电机组的调速器系统。
对于第二种负荷变化引起的频率偏移进行调整,称为频率的“二次调整”,调节方法是调节发电机组的调频器系统。
对于第三种负荷的变化,通常是根据预计的负荷曲线,按照一定的优化分配原则,在各发电厂间、发电机间实现功率的经济分配,称为有功功率负荷的优化分配。
二、发电厂的备用容量电力系统中的有功功率电源是发电厂中的发电机,而系统中装机容量总是大于发电容量,即要有一定的备用容量。
系统的备用容量包括:负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用。
电力系统有功功率的平衡与频率调整
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i1
(2)约束条件:
n
n
等式约束: 有功功率必须保持平衡
PGi PLi P
i 1
i 1
若忽略网损,则
n
n
PGi PLi 0
i 1
i 1
不等式约束: 系统的运行限制
PGi min PGi PGi max QGi min QGi QGi max Ui min Ui Ui max
解:按等耗量微增准则
1
dF1 dPG1
0.3 0.0014PG1
2
dF09PG3
PG1 14.29 0.572PG2 0.643PG3 PG1 PG2 PG3 400
1 2 3
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
5.2.1电力系统负荷的有功功率—频率静态特性
描述系统有功负荷随频率变化的关系曲线称为负荷的有功功率-频
率静态特性。简称负荷频率特性。
电力系统中各种用电设备与频率的关系大致如下
1)与频率变化无关的负荷,如照明,电阻炉等电阻性负荷
2)与频率变化成正比的负荷,如拖动金属切削机床的异步电动机
PL PLN
—系统频率为 —系统频率为
(2)运行中不宜承担急剧变化的负荷。 (3)一次投资大,运行费用小。
(应二指)出各: 类发电厂的合理组合 原则(枯1水)充季分节利往用往水由源系。统中的大型水电厂承担调频任务;洪水季
节(这2)任降务低火就电转机移组给的中单位温煤中耗压,火发电挥厂高.效抽机水组蓄的作能用电。厂在其发电 期间也可参加调频.但低温低压火电厂则因容量不足,设备
束条件如下:
F1 4 0.3PG1 0.0007PG21 100MW PG1 200MW
F2 3 0.32PG2 0.0004PG22 120MW PG2 250MW
电力系统的有功功率平衡和频率调整
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PG ( f )
发电机两者的调节效应.考虑一台 P2 ΔPD0 ΔPD
发电机和一个负荷的情况.
ΔPG P1
P’D ( f ) PD ( f )
假定系统的负荷增加ΔPD0
负荷的实际增量:
PGPD0PD
o
f2 f1
f
< 负荷的实际增量应与发电机组的功率输出的增量相等 >
13.2 电力系统的频率特性
三.电力系统的 P–f 静态特性
13-3 电力系统的频率调整
系统调频
➢负荷变化时通常首先由主调频电厂进行 二次调频力图恢复系统频率. ➢若仍有功率缺额则由配置了调速器的机 组进行一次调频.
13.3 电力系统的频率调整
1. 频率的一次调整
发电机组的调速器,根据系统频率的偏移,改变机组的出力,使有 功功率重新达到平衡,这就是频率的一次调整.
13.3 电力系统的频率调整
5. 互联系统的频率调整
二 功负次 率荷调 增增频 量量
频率调整可能引起网络潮流的重新分布
A
B
PDAPABPGAKAf PDBPABPGBKBf
ΔPDA ΔPGA
KA
ΔPAB
ΔPDB ΔPGB
KB
f P D A P D B P G A P G B P D P G= 0, 则: △f = 0
说的频率调整
同步器平行移动发电机 的功频静特性来调节频率和 分配机组间的有功功率
P3 ΔPD0
P2
P1
o
PG ( f ) ΔPD ΔPG
P’D ( f ) PD ( f )
f2 f1
f
13.3 电力系统的频率调整
3. 发电机的分类
有可调容量的机组均参加频率的一次调整 只有一台或少数几个机组参加频率的二次调整 主调频机组:参与二次调频的机组,条件:有足够大的调频容量和 调节范围,出力调整速度应满足系统负荷变化速度的要求等. 辅助调频机组:只有在系统频率超过某一规定的偏移范围时才参 与频率调整 非调频机组:按调度中心预先给定的负荷曲线运行,不参与频率的 二次调整
电力系统的有功功率和频率调整
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21
第二节 电力系统有功功率的最优分配
核电厂
反应堆的负荷没有限制 汽轮机的技术最小负荷为额定负荷的10%-15% 反应堆和汽轮机退出运行和再度投入或承担急
转动到DE’,使F点下降至F’和E点下降至E’。
38
测速元件 调频器
执行机构
39
第三节 电力系统的频率调整
错油门活塞下移使油管a、b的小孔开启,压力油 经b进入油动机活塞下部,活塞上部的油经a流入 错油门上部。
8
第一节 电力系统有功功率的平衡
说明:
担任二次调整任务的发电厂称为调频厂,其母 线通常可设为潮流计算中的平衡节点。
三次调整中按给定负荷曲线发电的发电厂称为 负荷监视厂。
近年来我国出现的一种新的调整手段—负荷控 制: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,由系统运行管理部门在远 方将其部分或全部切除的控制方式。
26
第二节 电力系统有功功率的最优分配
2.2 各类发电厂的合理组合
基荷和峰荷的概念
基荷:日负荷曲 P
线最低点以下的
部 分 , 24 小 时 内峰荷不变。峰荷:基荷和最 大负荷之间的部 分,经常变动。
基荷
t
27
第二节 电力系统有功功率的最优分配
各类发电机的组合顺序 火电厂以承担基本不变的负荷为宜。高温高 压电厂优先投入,中温中压电厂其次。 核电厂原则上应承担额定容量负荷 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:丰水期优先 投入;枯水期后投入 抽水蓄能电厂承担高峰负荷
第五章电力系统有功功率和频率调整

❖ 机组投入退出,承担急剧负荷响应时间长,多耗能 量,易损坏设备
❖ 热电厂抽汽供热,效率高,但技术最小负荷取决于 热负荷,为强迫功率
火电厂的效率
❖中温中压 ❖高温高压 ❖超高压力 ❖超临界压力 ❖热电厂
内容
❖ 机组优化组合(简要介绍)
确定系统中需要运行多少机组,哪些机组运行, 以及什么时候运行。
❖ 经济功率分配(重点学习)
在已知机组组合的基础上,确定各机组的功率输 出,在满足机组、系统安全约束的同时,使系统 的运行最优化。
火电厂特点
❖ 需燃料及运输费用,但不受自然条件影响 ❖ 效率与蒸汽参数有关
❖ ④原子能电厂虽然可调容量较大,调整速度也不 亚于火电厂,但因其运行费用较低,通常都以满负 荷运行,一般不考虑用这类电厂调频。
❖ ⑤如果系统中有抽水蓄能电厂,首先应该考虑采 用这类电厂进行调频。
名词解释
❖ ALFC:自动负荷频率控制 ❖ AGC:自动发电控制 ❖ EDC:经济调度控制 ❖ ACE:区域控制偏差
,从6.80%下降到5.69%。
1997~2009年厂用电率变化情况
电源备用容量
❖ 有功功率平衡:
发电功率=厂用电+网损+综合用电负荷
❖ 有功电源的备用容量:
备用容量=发电机组的额定容量-发电功率
电源备用容量(按状态分类)
❖ 热备用:运转中的发电设备可能发的最大功 率与发电负荷之差(旋转备用);
调整:减小进气量或进水量,进而减小作用在发 电机转子上的机械功率,机械功率=电磁功率, 转子达到额定转速,系统频率达到额定频率。
第五章 电力系统有功功率平衡及频率调整
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电力系统应用
第五章 电力系统有功功率平衡及频率调整
三、电力系统有功功率平衡与备用
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 偶然性 频率变化与功率调 冲击性 整量的定量关系 负荷的变动类型 周期性 发电机的电磁有功变化类型 频率的调整方法
P K f G G
一次调频 二次调频 三次调频
第五章 电力系统有功功率平衡及频率调整
LANZHOU RESOURCES&ENVIRONMENT VOC-TECH COLLEGE
电力系统应用
第五章 电力系统有功功率平衡及频率调整
二、不考虑网损时的火力机组间有功负荷的经济分配
1、发电机组的耗量特性 电力系统中有功功率经济 分配的目标:在满足一定的条 件下,尽可能节约一次能源。 耗量特性:发电机组单位时 间内消耗的能量与有功功率 的关系。 单位耗量(比耗量):发电 机组在单位时间内输入能量 与输出功率之比。
q
发电机组 原动机惯性大,有功调节慢,无法时 原动机+发电机 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。 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 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。 LANZHOU RESOURCES&ENVIRONMENT VOC-TECH COLLEGE
耗量特性用一个多项式表示
F a bP cP
工程实际计算中,常用二次
曲线来表示
LANZHOU RESOURCES&ENVIRONMENT VOC-TECH COLLEGE
电力系统应用
第五章 电力系统有功功率平衡及频率调整
2。等微增率准则 • 一发电厂,有n台机组并联运行,发电厂承担的总负荷 是PL,分析各机组间如何如何分配负荷,使得全厂消耗 燃料最小。
第五章电力系统频率及有功功率的调节

第五章电力系统的频率及有功功率的自动调节f=pn/60式中f --发电机频率,HZP——发电机转子的极对数;n 机组转速,r/min。
由上式可知,要控制发电机频率就得控制机组转速。
第一节电力系统的频率特性一、电力系统频率控制的必要性1、频率对电力用户的影响(1)电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化,这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化。
有些产品(如纺织和造纸行业的产品)对加工机械的转速要求很高,转速不稳定会影响产品质量,甚至会出现次品和废品。
(2)系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能,频率过低时有些设备甚至无法工作。
这对一些重要工业和国防是不能允许的。
(3)电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低,导致其所带动机械的转速和出力降低,影响电力用户设备的正常运行。
2、频率对电力系统的影响1)频率下降时,汽轮机叶片的振动会变大,轻则影响使用寿命,重则可能产生裂纹。
对于额定频率为50Hz的电力系统,当频率降低到45Hz附近时,某些汽轮机的叶片可能发生共振而断裂,造成重大事故。
2)下降到47〜48Hz时,由异步电动机驱动的送风机、吸风机、给水泵、循环水泵和磨媒机等发电厂厂用机械的出力随之下降,使火电厂锅炉和汽轮机的出力随之下降,从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。
这种趋势如果不能及时制止,就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度,这种现象称为频率雪崩。
出现频率雪崩会造成大面积停电,甚至使整个系统瓦解。
3)核电厂中,反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。
当频率降到一定数值时,冷却介质泵即自动跳开,使反应堆停止运行。
4)电力系统频率下降时,异步电动机和变压器的励磁电流增加,使异步电动机和变压器的无功损耗增加,引起系统电压下降。
频率下降还会引起励磁机出力下降,并使发电机电势下降,导致全系统电压水平降低。
如果电力系统原来的电压水平偏低,在频率下降到一定值时,可能出现电压快速而不断地下降,即所谓电压雪崩现象。
第五章 电力系统的频率调整

(2)当稳定运行于O点时,负荷突然增加△PL0 ,由O点跳至A点。
(3)因机组功率不能及时变动,机组将减速,频率将下降。 (4)随着频率的下降,负荷消耗的功率减少,负荷的功频特性 将沿着新的特性曲线PL’下降,由A点向O‘点移动。由于这种特 性是由负荷本身决定的,因此PL和PL’斜率相同。 以上都是针对负荷来分析,下面针对发电机组来分析。
K G* PGN PGN 1 1 1 100 K G K G* 100 % fN % fN
KG和调差系数是可以整定的。
四、一次调频
为了便于分析,现假设系统中只有一台发电机组和一个负荷。
频率的一次调整过程:
(1)系统正常运行时,稳定运行于O点,此时发电机发出的 功率等于负荷消耗的功率,处于平衡状态,即:
第三节 电力系统的频率调整
一、频率调整的必要性 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。
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。
频率变动的影响:
1、对用户的影响
频率变化超出允许范围将使用户遭受损失 。 由于频率变化引起异步电动机转速变化,将会影响用户产品质 量。 例如:纺织及造纸行业可能产生残次品。
这就是一次调频的整个过程。
因此: 整个系统的负荷功率的增大量= 发电机组功率的增大量-负荷功 率减少量 取功率和频率的上升为正
PL 0 K G f K L f
下面来分析负荷功率的增加量是由哪 几部分组成的,由图可知:
( K G K L )f K s f PL 0 / f K G K L K S
第五章 电力系统的有功功率和频率讲解

• 由数学知识可知,为求有功功率负荷的最优分配 问题,可以用求条件极值的拉格朗日乘数法。
• 为求满足等约束条件f (PG1 ,PG2)=0时,目标函 数C=C(PG1 ,PG2)的最小值,可根据给定的目标 函数和等约束条件建立如下拉格朗日函数
C* C(PG1,PG2)- f (PG1,PG2)
• 冷备用则指未运转的发电设备可能发的最大功率。
• 负荷备用是指调整系统中短时的负荷波动并担负 计划外的负荷增加而设置的备用。
• 事故备用是使电力用户在发电设备发生偶然性事 故时不受严重影响,维持系统正常供电所需的备 用。
• 检修备用是使系统中的发电设备能定期检修而设 置的备用。
• 电力工业是先行工业,除满足当前负荷的需要设 置上述备用外,还应计及负荷超计划增长而设置 一定的备用。这种备用就称国民经济备用。
•
得超过水库的容水量 对简单的系统有
PT 1
PH 2
PL1
PL2=0
• 目标函数
不等约束条件
F
0 F1(PT1)dt
PT1min PT1 PT1max PH 2min PH 2 PH 2max
QT1min QT1 QT1max QH 2min QH 2 QH 2max
• 第三种负荷基本上可以预计。据此,电力系统的 有功功率和频率调整大体上也可分为一次、二次、 三次调整三种。
• 一次调整或频率的一次调整指由发电机组的调速 器进行的、对第一种负荷变动引起的频率偏移的 调整。
二次调整或频率的二次调整指由发电机的调频器 进行的、对第二种负荷变动引起的频率偏移的调 整。
• 就整个系统而言,
in
in
PGi PLi P 0
电力系统稳态 第五章 电力系统的有功功率和频率调整
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• PT = PE + PD ≈ PE
• 电力系统的功率平衡:发电机与负荷之间的电磁功率 平衡,时刻平衡
PG PLoad PLoss
整理课件
发电机组的有功平衡与频率的关系
PTi PGi f= f 0 PTi PGi f PTi PGi f
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。
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)
• 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。
• 水力发电厂的特点
(1)状态变量(x) :反映系统运行状态的变量——因变量; • 除平衡节点外,其它所有节点的电压相角; • 除发电机节点以及具有可调无功补偿设备节点之外,其它
所有节点的电压模值。 (2) 控制变量(u) :可以设定、调整的变量 • 除平衡节点外,其它发电机的有功出力: • 所有发电机节点(包括平衡节点)及具有可调无功补偿设备
第五章 电力系统的有功功率 和频率调整
华侨大学 尚荣艳
衡量电能质量的指标
频率 电压 波形
衡量经济性的主要指标
比耗量 线损率
详见第一章P6
第1节 电力系统中有功功率的平衡
电力系统经济调度:是在满足安全和一定质量要求的条件 下尽可能提高运行的经济性,即合理地利用现有的能 源和设备,以最少的燃料消耗量(或燃料费用或运行 成本),保证对用户可靠而满意地供电。
频率的一次调整:用发电机组的调速器(第一种负荷变 动)。
第5章 电力系统有功功率平衡和频率调整(含答案)
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第5章电力系统有功功率平衡和频率调整一、填空题1.日负荷率和日最小负荷率的数值越大,表明负荷波动越小(填“大”或“小”),发电机的利用率越高(填“高”或“低”)。
2.由变化幅度小、变化周期较短的负荷变化引起的频率偏移,由发电机组的调速器进行自动调整,称为一次调频;由变化幅度较大、变化周期较长的负荷变化引起的频率偏移,需要手动调频器参与频率调整,称为二次调频。
3.可供系统调度的电源容量是指可投入发电设备的可发功率之和。
4.系统备用容量按作用可分为负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用,按存在方式可分为热备用和冷备用。
5.负荷的单位调节功率反映了系统负荷对频率的自动调整作用,其取决于系统负荷的组成,是不可(填“可”或“不可”)调整的,而发电机组的调差系数是可(填“可”或“不可”)整定的。
6.二次调频实现无差调节的条件是在调频器作用下,发电机组增发的功率能完全抵消负荷的原始增量,此时负荷不会(填“会”或“不会”)主动少吸收有功。
二、选择题1.下列概念之中,内涵最广的是(C)A.系统综合最大用电负荷B.系统供电负荷C.系统发电负荷D.直配负荷2.下列哪个参数不直接用于反映有功功率负荷曲线的平坦程度(D)A.日负荷率B.日最小负荷率C.年最大负荷利用小时数D.最大功率损耗时间3.关于一次调频和二次调频,下列说法正确的是(B)A.一次调频一定是有差调节,二次调频一定是无差调节B.一次调频一定是有差调节,二次调频可能是无差调节C.一次调频可能是无差调节,二次调频一定是无差调节D.一次调频可能是无差调节,二次调频也可能是无差调节4.某系统年持续负荷曲线如下图所示,其全年消耗电能A约为(B)A.36.52×106kW·hB.35.33×106kW·hC.36.64×106kW·hD.34.88×106kW·h5.电力系统的频率主要决定于(A)A.有功功率的平衡B.无功功率的平衡C.电压质量D.电流的大小三、简答题1.系统综合最大用电负荷、系统供电负荷和系统发电负荷的概念分别是什么?在计算系统综合最大用电负荷时为什么要乘上同时率k1?答:系统综合最大用电负荷:电力系统在一定时段内(如一天、一年)的最大负荷值。
电力系统分析第05章电力系统有功功率平衡与频率调整

汽轮机
它采用抽汽供热,其总效率要高于
锅炉
发电机
一般的火电厂。但是与热负荷相适
应的那部分发电功率是不可调节的 强迫功率。
热力网
9
水电厂和核电厂的特点
水电厂
¾ 不需要支付燃料费用,而且水能是可以再生的资源。但水电厂的运行 因水库调节性能的不同在不同程度上受自然条件(水文条件) 的影响. 有调节水库水电厂主要是按调度部门给定的耗水量安排出力。为保证 河流下游的灌溉,通航,释放一定的水量,发出一部分强迫功率。无 调节水库的径流式水电厂只能按实际来水流量发电
3
电力系统的有功功率和频率调整
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:针对第一种负荷变动引起的频率变化进
行调整,由发电机调速器进行; 2. 二次调频:针对第二种负荷变动引起的频率偏移进
行调整,由发电机调频器进行; 3. 三次调频:针对第三种负荷变动引起的频率偏移进
行调整,即由调度部门根据负荷曲线进行最优分 配,通常是通过负荷预报得到负荷曲线,按最优化 准则分配负荷,在各发电厂或发电机组间实现有功 负荷的经济分配。
(1)热备用,指运行中发电设备可能发出的 最大功率 与系统发电负荷的差,又称其为旋转备用或运转备用
(2)冷备用,指未运转的发电设备可能发出的最大功 率,检修中发电设备不属于冷备用,因它不能随时听命于 调度动用。冷备用可作为检修备用、国民经济备用以及部 分事故备用
负荷备用 2~5% 热备用
事故备用 3~5%
算。
5) 直到满足条件。
19
例5-1同一发电厂内两套发电设备共同供电,耗量特性分别为
F1 = 3 + 0.25PG1 + 0.0014PG21 F2 = 5.0 + 0.25PG2 + 0.0018PG22
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2. 电力系统经济调度的数学模型
2) 等式约束条件:有功功率必须保持平衡的条件。 对于每个节点:
对于整个系统:
若不计网损:
2. 电力系统经济调度的数学模型
3) 不等式约束条件:为系统的 运行限制。
4) 变量:各发电设备输出有功功率。
3. 电力系统经济调度问题的求解
一般用拉格朗日乘数法。 现用两个发电厂之间的经济调度来说明,问题 略去网络损耗。 1) 建立数学模型。
3. 电力系统经济调度问题的求解
2) 根据给定的目标函数和等式约束条件建立一个新的 、不受约束的目标函数——拉格朗日函数。
3) 对拉格朗日函数求导,得到最小值时应有的三个条 件:
(1)
3. 电力系统经济调度问题的求解
4) 求解(1)得到:
这就是著名的等耗量微增率准则,表示为使总耗量 最小,应按相等的耗量微增率在发电设备或发电厂 之间分配负荷。 5) 对不等式约束进行处理 ❖ 对于有功功率限制,当计算完后发现某发电设备越 限,则该发电设备取其限制,不参加最优分配计算 ,而其他发电设备重新进行最优分配计算。 ❖ 无功功率和电压限制和有功功率负荷的分配没有直 接关系,可暂时不计,当有功功率负荷的最优分配 完成后计算潮流分布在考虑。
4. 用迭代法求解电力系统经济调度问题
1) 设耗量微增率的初值 ; 2) 求与 对应的各发电设备应发功率 ; 3) 校验求得的 是否满足等式约束条件:
4) 如不能满足,则如
,取
,取
,自2)开始重新计算。
5) 直到满足条件。
;如
例题
5. 等耗量微增率准则的推广运用
用于解决火力发电厂与水力发电厂之间的最优分配问 题。
2) 数学表达式:
KS: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。
2. 频率的一次调整
3) 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。
P224
三. 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。
2)
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。
1. 概念介绍
2) 发电机是调差系数:单位调节功率的倒数。
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:
二.电力系统最优潮流一般问题的数学模型
目标函数
等式约束
二.电力系统最优潮流一般问题的数学模型
不等式约束
其中:
三.电力系统水火最优潮流的数学模型
目标函数 等式约束
潮流方程:
固定水头水电厂用水量平衡方程:
5电力系统的有功功率和 频率调整
2020年5月25日星期一
第五章 电力系统的有功功 率和频率调整
1. 有功功率的最优分布 2. 频率调整
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。
1. 机组的最优组合顺序 2. 机组的最优组合数量 3. 机组的最优开停时间
二.有功功率负荷的最优分配
最优化:是指人们在生产过程或生活中为某个 目的而选择的一个“最好”方案或一组“得力”措施 以取得“最佳”效果这样一个宏观过程。
有功功率负荷的最优分配:是指系统的有功功 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。其核心是按等耗量微增率准则 进行分配。
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。
第一节 电力系统中有功功率的平衡
电力系统经济调度:是在满足安全和一定质量 要求的条件下尽可能提高运行的经济性,即合 理地利用现有的能源和设备,以最少的燃料消 耗量(或燃料费用或运行成本),保证对用户 可靠而满意地供电。
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。
例题
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。
四. 频率的二次调整
4. 频率调整图
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
2. 电力系统经济调度的数学模型
总的目标函数为:
关于目标函数的一些重要的概念: 1) 耗量微增率 :单位时间内输入能量微增量与输出
功率微增量的比值。为耗量特性曲线上某一点切线 的斜率。
2) 比耗量 :单位时间内输入能量与输出功率之比。 为耗量特性曲线上某一点纵坐标和横坐标的比值。
3) 发电设备的效率 :为比耗量的倒数。
须具有充裕的可调有功电源。
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 ❖ 辅机功能下降 3. 对系统的影响 ❖ 互联电力系统解列 ❖ 发电机解列
二. 自动调速系统及其特性
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。
即在满足h(x)=0的等式约束条件下和g(x)不等 式的条件下,求取目标函数f(x)值最小。
2. 电力系统经济调度的数学模型
1) 目标函数:系统发电所需的总费用或所消耗的总燃 料耗量 对于纯火电系统, 发电厂的燃料费用主要与发 电机输出的有功功率有关,与输出的无功功率及电 压等运行参数关系较小 。这种反映单位时间内发电 设备的能量消耗与发出的有功功率之间的关系称为 耗量特性。其函数关系式为: 单位:吨/小时 上述函数可用,阶数为2比较合适,即
电力系统最优运行是电力系统分析的一个重要 分支,它所研究的问题主要是在保证用户用电 需求(负荷)的前提下,如何优化地调度系统 中各发电机组或发电厂的运行工况,从而使系 统发电所需的总费用或所消耗的总燃料耗量达 到最小这样决策问题。
1. 数学模型 一般非线性规划问题可描述为满足非线
性约束条件是非线性函数的最小值问题,其 标准形式为:
比较小,λ比较大 比较大,λ比较小
5. 等耗量微增率准则的推广运用
1) 根据给定的可消耗水量K2,设换算系数的初值 ;
2) 求与 相对应的,各个不同时刻的有功功率负荷最 优分配方案;
3) 计算与这最优分配方案对应的消耗水量
;
4) 校验求得的 是否与给定的K2相等;
5) 当
时,取
;当
。自第二步开始重复计算;
3. 三次调频:由调度部门根据负荷曲线进行最 优分配。
前两种是事后的,第三种是事前的。
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。
二.一些名词性解释
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。
第二节 电力系统中有功功率的最优分配
经济调度的第二个问题是有功功率的最 优分配,包括有功功率电源的最优组合和有 功功率负荷的最优分配。
一.有功功率电源的最优组合
有功功率电源的最优组合:是指系统中发电 设 备或发电厂的合理组合。通常所说的机组 的合理开停,大体上包括三个部分:
n 汽轮发电机组
=3~5或 =33.3~20
n 水轮发电机组
=2~4或 =50~25
1. 概念介绍
3) 负荷的单位调节功率:综合负荷的静态频率特性的 斜率。
一般而言:
2. 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。
的影响下,两系统的频率和交换
例题
七. 自动负荷-频率控制
这是广义的自动调频,其功能有: 保持系统频率等于或十分接近额定值; 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; 保持各发电设备以最经济的方式运行。
第四节 最优潮流
一.概述 电力系统最重要的两个指标:
– 经济性
– 安全性
频厂。
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
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:
系统A: 系统B: 在负荷增加 功率的变化量为:
负荷预测分类:
1. 安全监视过程中的超短期负荷预测;
2. 日调度计划;
3. 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。