电力系统的有功功率平衡、最优分配和频率调节

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各种备用容量的关系
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5.1.3 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。
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5.1.3 有功功率电源和备用容量* ——有功功率备用容量
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5.2.0 概述



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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

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

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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
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枯水期
组合顺序示意图
丰水期
各类发电厂的日负荷曲线
5.3 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

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。
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5.1.3 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。



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来自百度文库
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
图5-1 有功功率负荷的变动曲线
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)
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。
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5.2 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?
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5.2 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)
d
P Ti
推力
PGi
阻力
发电机组的 有功平衡与 频率的关系
P Ti P Gi f=f 0 P Ti P Gi f P Ti P Gi f
( 2f )
q
发电机组 原动机惯性大,有功调节慢,无法时刻保持 原动机+发电机 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。
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5.1.3 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。
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
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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。
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
发电机的电磁有功变化类型
偶然性 冲击性 周期性 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
5.2.1 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

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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。
——火力发电厂的运行特点




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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)
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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 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。
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图5-3 负荷曲线加工
5.1.3 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
P G K G f
PL K L f
频率的调整方法
原动机的有功调整方法
P L 0 K S f P L 0-P G 0 K S f
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有功备用容量的概念
各类机组的有功调节特性
5.1 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?
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5.2.1 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。
5.2.1 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
5.2.1.1 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。
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5.2.1.1 各类发电厂的运行特点
——水力发电厂的特点
5.2.1 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

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5.2.1.1 各类发电厂的运行特点
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5.1 电力系统中有功功率的平衡


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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
负荷变动的类型及其特点


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。
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P
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
5.1.2 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)
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5.1.2 有功功率负荷曲线的预计 ——传统方法

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存在核电厂时,应该考虑建设抽水蓄能水电厂。
5.2.1.2 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
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5.2.1.2 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。
第 5 章
有功功率和频率调整
1
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
2
有功平衡与频率变化的关系
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。
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