第五章_电力系统有功功率平衡和频率调整_教案_

二、有功功率负荷曲线的预计
1、 负荷预测分类：负荷预测分为系统负荷预测和母线负荷预测，系统负荷预测按周期又有 超短期、短期、中期和长期之分。 （1） 超短期负荷预测用于质量控制需 5-10 秒的负荷值， 用于安全监视需 1-5 分钟的负荷值， 用于预防控制和紧急状态处理需 10-60 分钟的负荷值，使用对象是调度员 （2） 短期负荷预测主要用于火电分配、水火点协调、机组经济组合和交换功率计划，需要 1 日-1 周的负荷值，使用对象是编制调度计划的工程师。 （3） 中期负荷预测主要用于水库调度、机组检修、交换计划和燃料计划，需要 1 月-1 年的 负荷值，使用对象是编制中长期运行计划的工程师。 （4） 长期负荷预测用于电源和网络发展，需数年至数十年的负荷值，使用对象是规划工程 师。 2、 负荷预测的精度：首先决定于对具体电力系统负荷变化规律的掌握，其次才是模型与算 法的选择。影响负荷变化的因素主要有： （1） 负荷构成 （2） 负荷随时间的变化规律
（3） 气象变化的影响 （4） 负荷随机波动
三、有功功率电源和备用容量
装机容量——所有发电设备容量总和。 电源容量——可投入使用的容量之和。 备用容量——系统电源容量减去最大发电负荷（包括网损、负荷、厂用电等） 。 系统备用容量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。 所谓热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。 电力工业是线性工业， 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。 具备了备用容量， 才可能谈论它们在系统中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。
一、有功功率负荷的变动和调整控制
∑ PG = ∑ PL + ∑ ∆PL
如图 5－1 中所示，负荷可以分为三种。第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷 变动有很大的偶然性。第二种变动幅度较大，周期也较长，属于这一种的主要有电炉、压延 机械、电气机车等带有冲击性的负荷。第三种变动幅度最大，周期也最长，这一种是由于生 产、生活、气象等变化引起的负荷变动。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。 三次调整实际上就是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目标 1． 掌握电力系统有功功率平衡与频率调整之间的关系 2． 掌握频率调整的方法：一次调频、二次调频、三次调频（按等耗量微增率准则安排 发电计划） 3． 等耗量微增率准则的原理及应用 4． 掌握联合系统的频率调整 二、教学重点 频率调整的方法。 三、教学难点 等耗量微增率准则的推广 四、教学内容和要点
第一节 电力系统有功功率的平衡
电力系统运行的根本目的是在保证电能质量的条件下，连续不断地供给用户需要的功 率，实现电力系统的功率平衡，包括有功功率平衡和无功功率平衡，本章讨论有功功率平衡 和频率调整。 衡量电能质量的指标有三个，交流电的频率 f 是重要指标。我国电力系统采用的标准 频率是 50Hz，且允许有±0.2~±0.5Hz 的偏移。同样的频率偏差对不同规模的电力系统的威 胁是不一样的，一般来说，规模越大的电力系统对频率控制的要求越严。 电力系统中并联运行的发电机保持同步是系统维持正常运行的必要条件。 同步发电机的 转速由作用在转子轴上的转矩决定的。 作用于转子上的转矩包括原动机的机械转矩和发电机 的电磁转矩，前者为驱动转矩，后者为制动转矩，正常运行时两者平衡，因而转子维持同步 转速运转。此时系统的频率就是额定频率。转矩与功率成正比，因此发电机在额定状态下运 行时输入到发电机的机械功率和输出的电磁功率平衡， 这就是电力系统的有功功率平衡。 而 电力系统的负荷是时刻变化的，引起发电机输出电磁功率的变化，有功功率平衡被打破了， 则发电机转子的转速发生了变化。假设机械功率不变，当负荷增大时转子减速，系统的频率 下降；当负荷减小时转子转速增大，系统频率上升。所以频率调整的目标就是再次建立有功 功率平衡，使发电机转子的转速恢复到额定转速，系统频率达到额定频率。
第二节 电力系统中有功功率的最优分配
一、各类发电厂的运行特点和合理组合
电力系统中有功功率的最优分配主要包括两个内容：有功电源的最优组合和有功负荷 在运行机组间的最优分配。 ⑴有功电源的最优组合 按照使用的一次能源形式的不同，可以将发电厂分为火力发电、水力发电、原子能发电 （俗称核电） 、风力发电、地热发电、潮汐发电、太阳能发电等形式的发电厂。其中前三类 发电厂占主导地位，占整个发电量的 99%以上。各类发电厂的特点是： 1）火力发电厂的主要特点 ①运行中需要支付燃料费用，燃料运输受到运输条件的限制，但不受自然条件的影响。 ②不同发电设备的效率也不同，高温高压设备效率最高，中温中压设备效率较低，低温 低压设备效率最低。 ③受锅炉和汽轮机技术最小负荷的限制， 火力发电厂有功功率调节的范围小 （其中高温 高压设备调节范围最窄，中温中压设备调节范围稍宽） ，负荷增减速度慢，机组投入和退出 运行时间长。承担急剧变动负荷或投入和退出运行时，易于损坏设备且额外消耗能量。 ④带有热负荷的火力发电厂， 由于抽汽供热而使其效率大大提高。 但与一般火力发电厂 相比，其技术最小负荷取决于热负荷，相应的发电功率亦为不可调节的强迫功率。