有功功率平衡

●
43/43
热电厂可调功率 燃烧劣质和当地燃料火电厂 核电厂 水电厂和热电厂的强迫功率
核电厂 无调节水电厂和其他强迫功率
枯水期
丰水期
22/43
4.4.2 发电机组的耗量特性
1) 发电机组的耗量特性
发电机组在单位时间内，消耗的能源与发出的有功 功率的关系。 F a bP cP2

◎

单元机组，直接做出整套机组的耗量特性 母管式，先分别做出锅炉、汽轮机—发电机组的耗量 特性，然后算出它们各种组合的值。 水电机组的耗量特性与水流量、水头有关： 水流量(m3/s) kW 水头(m) 综合效率
系统的单位调节系数
f3
f f1
f2
PG
Pl 0
Pl
P1
P2 P3
P
19/43
4) 调频厂的选择——主调频厂和辅助调频厂 • 机组要有足够的调节能力及范围； • 较快的调节速度； • 运行经济。
●
• 水轮发电机调节范围大；50%，快。枯水期调频。 • 水电厂容量不足时，或丰水期，火电厂调频。
解，得
P 32.45MW
当功率P < 32.45MW时，2号机耗量小，2号机 经济。
37/43
思考题
4-1．电力系统有哪几种备用？ 4-2．什么是电力系统负荷的功频特性？什么是负 荷的频率调节效应？ 4-3．什么是发电机组的功频特性？发电机的单位 调节功率是什么？ 4-4．电力系统频率的一次、二次调整？能否做到 无差调节？ 4-5．在枯水期和丰水期，各类电厂如何组合？ 4-6．解释名词：耗量微增率、耗量微增率准则。

高压油 油动机
转速升高，飞 摆张开， O点 升高。

静油
错油门
调频器 蒸汽 调速 汽门
调频器工作原 理——减速时
15/43
4.3 电力系统的频率调整
4.3.1 电力系统有功负荷的变化特点

◎


P1：周期短，变动幅度小， 偶然性。一次调频 P2：周期较长，变动幅度 较大，大的冲击负荷。电 炉、延压机、电气机车、 工业大电机。二次调频 P3：周期最长，变动幅度 最大。工作、生活、气象
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4.2 负荷和电源的频率静特性
4.2.1 电力系统负荷的频率静特性
Pl* PlN*
●
P l a0 a1 f an f
负荷的单位调节功率
n
Pl* fN Kl * Kl f* PlN
fN* f*
Pl Kl f
1.5左右
7/43
4.2.2 发电机组的功频静特性
35/43
解
(1) 机组微增率
●
dQ1 0.02P 1 1.2 dP 1
dQ2 0.03P2 1.5 dP2
根据耗量微增率准则，得
0.02P 1 1.2 0.03P 2 1.5
P 1P 2 120
P 1 78MW
P2 42MW
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(2)设
●
2 2
0.01P 1.2P 25 0.015P 1.5P 10
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(5) 机组耗量特性的微增率曲线
F
n A耗量特性 7 λ
○
3 1 2
4
5
6
B微增率
P1
P7
P
33/43
(6) 多机组耗量特性的综合微增率曲线
○
λ
λ A
B
λ
λ C
D
PA1 PA2
PB1
PC1
PA1 +PB1 +PC1
P
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= 例1 已知某水电厂有两台机组，其耗量特性为 Q1● 0.01P2+ 1.2P + 25，Q2 = 0.015P2 + 1.5P + 10。每台机 组的额定容量均为100MW，当按额定容量发电时， 耗水量分别为Qh1= 245m2/s，Qh2= 310m2/s。试求： (1) 电厂负荷为120MW时，两台机如何经济分配负 荷；(2) 当一台运行时，电厂负荷在什么范围内采用 2号机最经济。
G l L Y
发 电 出 力
有 功 负 荷
有 功 损 耗
发 电 厂 厂 用
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◎
1)负荷预测、发电计划。 2)备用种类与容量
如何平衡？
• 负荷备用：预测负荷与实际负荷不等，误差可在 2%~5%，此备用应该高于此值； • 事故备用：由于系统或机组故障，某些机组可能 退出。要根据机组台数、容量、故障率及可靠性 指标确定，一般为最大负荷的5%~10%，但不能 小于最大机组的容量；
Pl Pk
k 1
n
Pk min Pk Pk max
Qk min Qk Qk max
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○
(4) 多元函数的条件极值——用拉格朗日乘法
拉格朗日方程：
L F λ(Pl Pk )
k 1
n
求导
L F λ Pi Pi
L F λ λ
第4章 电力系统有功功率平衡与频率调整
○
本章要点：
• • • • 有功平衡与频率偏移 负荷和电源的频率静特性 电力系统的频率调整 电力系统有功经济分配
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4.1 有功功率平衡与频率偏移
4.1.1 有功平衡
运行频率高低：取决于有功功率平衡
●
P (t) P (t) P (t) P (t)
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4.4 电力系统有功功率经济分配
4.4.1 机组组合

◎

有功电源的最优组合：合理开停，组合顺序、 组合数量、开停时间。 有功负荷经济分配——总耗能最低：机组效 率、距离负荷中心的电气距离。
21/43
○
水电厂可调功率
中温中压火电厂
中温中压火电厂
高温高压火电厂
高温高压火电厂
热电厂可调功率 燃烧劣质和当地燃料火电厂

高压油 油动机
D点不变； E点下降，错 油门活塞下降。

静油
错油门
调频器 蒸汽 调速 汽门
调速器工作原 理——减速时
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飞摆 套 筒O' D A C E' B
○ 错油门活塞下降，错油门 打开； 高压油进入油动机下部。

高压油 油动机
静油
错油门
调频器 蒸汽 调速 汽门
调速器工作原 理——减速时
●
F F ( x, u, d )
状态变量
扰动变量 控制变量
(2) 等式约束条件
h( x, u, d ) 0
(3) 不等式约束条件
g ( x, u, d ) 0
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1) 火电厂的经济运行
(1) 目标函数——发电厂总煤耗量
●
F Fk ( Pk )
k 1
n
(2) 等式约束条件 (3) 不等式约束条件
PG PGi
i 1 n i 1
●
1)调速器与一次调频(多个发电机) 发电机满载时， n KG = 0。 PG
KG f
f K Gi
系统发电机的单 位调节功率
K G K Gi
i 1
n
PGN PG* KG KG* K G* fN f* f n 1 PG ( K P ) Gi* GN KG f N i 1 fN
F d F P dP
P(MW)
FA tan PA
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●
F(t/h) ΔF ΔP FA F0 α 0 PA A 单位耗量随发电出力 增加而减小(在额定 功率附近以前)。 机组耗量微增率随发 电出力增加而增加 B
P(MW)
27/43
4.4.3 电力系统的经济运行
(1) 目标函数——最小
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2) 一次调频(系统的单位调节系数)
●
根据发电机组和负荷的功频静特性。调整手段： 调速器系统
P l 0 Kl f KG f P l 0 ( KG Kl )f K S f
K S K Gi K l
i 1 m
f f1 f2
PG
Pl
Pl 0
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飞摆 套 筒
A
B
O''
D
C
E
○ 高压油进入油动机下部， 活塞上升， B点升高，汽 门开度变大。 转速升高，飞摆张开， O点升高，但不能回到原 位；

高压油 油动机
E点升高，错 油门活塞回到 中间位置。

静油
错油门
调频器 蒸汽 调速 汽门
调速器工作原 理——减速时
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4.2.2 发电机组的功频静特性
P
P1
P2
P3 t
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4.3.2 频率调整的方式
1) 调频方式 一次调频—有差调节
针对负荷中P1变化引起频率变化的调整 调整手段：调速器系统

●
二次调频—无差调节
针对负荷中P2变化引起频率变化的调整 调整手段：在发电机组上装设调频器系统/AGC

三次调频—无差调节
针对负荷中P3变化引起频率变化的调整 调整手段：机组组合/经济调度
○ 正常运行时，转速不变； 错油门活塞处于中间位 置，错油门关闭； 油动机不动，保持汽门 开度不变。

油动机
静油源自文库
错油门
调速器工作原 理——正常时
调频器 蒸汽 调速 汽门
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飞摆 套 筒O' D A C E' B
○ 负荷增加，套筒减速； 飞摆靠拢，O点下降； 油动机不动，B点不变； A点下降；
1)调速器与一次调频(单个发电机)
f*
1
●
f* 发电机组的调差系数 R* PG*
功频静特性系数
f0 f N R% 100 fN
PG* 1 K G* R* f*
汽轮发电机约33.3~20
1
PG*
水轮发电机约50~25
8/43
调速器
飞摆 套 筒O D A C 静油 高压油 E B
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◎ 2)备用种类与容量 • 检修备用：机组计划检修而退出，需要备用机组 发电； • 国民经济备用：考虑经济发展的增加的备用； 3)备用机组状态 • 热(旋转)备用：负荷备用及部分事故备用； • 冷备用：检修备用、国民经济备用和部分事故备 用。
4/43
4.1.2 频率偏移
如何平衡？
●
1)频率指标 负荷需要能恰好满足吗？ 额定频率50Hz； 频率调节 频率偏差范围为±0.2~±0.5Hz。
P 9.81Qh H
23/43
火电厂耗量特性
F(t/h)
●
F=f(P)
F0
P(MW)
0
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水电厂耗量特性
Qb (m3/s) H1< H2< H3 H1
● 短期(一天)内， 可认为水头不变
H2 H3
Qb=f(P)
F0 P(MW) 0
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●
F(t/h) ΔF ΔP FA F0 α 0 PA A 单位耗量(比耗量) 机组耗量微增率 B
(K
i 1
n
Gi * GN
P )
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4.2.2 发电机组的功频静特性
1)调频器与二次调频
有差调节特性
f*
1
●
f*
无差调节特性
1
不调节
P*
1
1
PG*
PG*
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飞摆 套 筒O D
A
B
C
E
○ 调节调频器，D点升高， E点下降; 错油门活塞下降，高压 油进入油动机下部， B点 升高，汽门开度变大；
系统的单位调 节系数
P1 P2 P
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3) 二次调频 调速器和调频器
●
发电机二次调频 根据发电机组和负荷的功频静特性。调整手段： 增发量ΔPG0
P l 0 P G 0 P G P l
P l 0 P G 0 KG f Kl f P l 0 P G 0 ( KG Kl )f K S f
2)频率偏移的原因


有功不平衡； 发电有功出力少，频率较低；反之升高。
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4.1.2 频率偏移
3)频率偏移的影响

○


电动机转速变化，影响纺织等行业的产品质 量，出现次品或废品； 频率低引起输出功率降低，影响设备运行； 频率低影响发电机厂用设备的出力，进一步 降低发电能力； 频率降低会使汽轮机叶片产生共振，影响其 寿命、或断裂，造成事故。
( Pl Pk )
k 1
n
Pi
n k 1
0
F λ 0 Pi
Pl Pk
k 1 n
(( Pl Pk )λ) λ
0
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●
拉格朗日函数存在极值的条件
F F F λ P P2 Pn 1
等耗量微增率准则 等耗量微增率准则可以用于同一电厂的各机组， 不计网络损耗时也可以用于不同电厂的各机组。