第五章电力系统有功功率和频率调整(李庚银新教材).ppt

2 目标函数和约束条件 我们要研究有功功率负荷的最优分配。 我们的目标是什么？ 运行变量受到什么约束？ 如何用数学表达式来表达目标函数和约束条件？ 如何求解满足约束后的目标函数？ 目标：在负荷总量不变的情况下，将这些负荷如何分配给各个发电机组，使所有机组所消耗的化石能源最少？ 约束：水电厂的水量约束，电网的功率平衡约束，发电设备的有功、无功约束，节点电压约束等。 用数学表达式来表达目标函数 求有功负荷在发电厂或运行机组间最优分配的问题时，目标函数通常是使火电厂或火电机组的总煤耗最小 式中，以 表示某发电设备发出有功功率 时单位时间内所需消耗的能源 用数学表达式来表达约束条件 1.有功平衡的约束 如果忽略网损，则为 2.水库库容的约束： 3.发电设备有功约束： 4.发电设备无功约束： 5.节点电压约束： 不等约束 等式约束 简单的例子 求此方程的极值：f(x,y) = xy 同时未知数满足 x+ y = 1 因为只有一个限制条件，我们只需要用一个乘数λ. g(x,y) = x + y ? 1 Φ(x,y,λ) = f(x,y) + λg(x,y) = xy + λ(x + y ? 1) 这里有三个变量，x,y, λ,将所有Φ方程关于这三个变量的偏微分设为零，得到一个方程组，最大值是以下方程组的解： y + λ= 0 x +λ= 0 得到结果x=y=1/2，极值是1/4 x + y ? 1 = 0 最优分配负荷时的等耗量微增率准则 目标函数是C最小 约束条件是 假设有两个火电发电设备，耗量特性分别是 构造拉格朗日函数 求拉格朗日函数的极值 等耗量微增率准则 1号机组的耗量微增率 2号机组的耗量微增率 如果有n台机组，则 OA=PG1 AB=PG2 OB=PL=PG1+PG2 按等耗量微增率准则分配负荷，λ 1与λ2平行,则线段MN最短 F1 F2 O A B λ1 λ2 M N K L AM=F1 AN=F2 例题 发电机有功功率的约束 高于上限取上限，低于下限取下限。 参考资料 电力系统经济学原理 中国电力出版社 朱治中 译 作业 计算题：5-2,5-3,5-6,5-8 * 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。 * 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。 * 火电以承担基本不变的负荷为宜。这样可避免频繁开停设备或增减负荷。其中，高温高压电厂因效率最高，应优先投入，而且，由于它们可灵活调节的范围较窄，在负荷曲线的更基底部分运行更恰当。其次是中温中压电厂。电厂设备陈日，效率很低，应及早淘汰。而在淘汰之前只能在高峰负荷期间用以发必要的功率。 * 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都不可调，应首先投入。有调节水电厂的可调功率，在洪水季节，为防止弃水，往往也优先投入，在枯水季节则恰相反，应承担高峰负荷。在耗尽日耗水量的前提下，枯水季节将水电厂的可调功率移在后面投入，不仅可使火电厂的负荷更平稳，从而减少因开停设备或增减负荷而额外消耗的燃料，而且可使系统中的功率分配更合理，从而节约总的燃料消耗。更何况水电厂还有快速起动、快速增减负荷的突出优点。 * 抽水蓄能电厂在低谷负荷时，其水轮发电机组作电动机—水泵方式运行，因而应作负荷考虑，在高峰负荷时发电，与常规水电厂无异。虽然这一抽水蓄能、放水发电循环的总效率只有70％左右，但因这类电厂的介入，使火电厂的负荷进一步平稳，就系统总体而言，是很合理的。这类电厂常伴随原子能电厂出现，其作用是确保原子能电厂有平稳的负荷。但系统中严重缺乏调节手段时，也应考虑建设这类电厂。 各类型电厂在调频中的作用 ①水电厂因其具有较宽的有功功率调节范围和较快的调节速度，最适宜担当调频工作，所以当系统中有水电厂时，一般选水电厂作为调频厂； ②高温高压火电厂因其技术最小负荷较大而使有功功率调节范围较窄，且高温高压火电厂效率较高，再考虑到高温高压火电厂的负荷增减速度不能太快，故高温高压火电厂不宜作为调