05第五章电力系统的有功功率和频率调整解析.ppt

电力系统分析基础Power System Analysis Basis（五） 主讲人：栗然 §5.1电力系统中有功功率的平衡 一.电力系统频率变化的影响 对用户的影响 （1）异步电机转速：纺织工业、造纸工业 （2）异步电机功率下降 （3）电子设备的准确度 对发电厂和电力系统的影响 （1）对发电厂厂用机械设备运行的影响 （2）对汽轮机叶片的影响 （3）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无 功消耗。 二 频率与有功平衡的关系 频率—由发电机转速决定 转速与其轴上的转矩平衡有关 转矩平衡与功率平衡 三有功功率负荷的 变化及其调整 系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优分配问题，包括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配。 有功电源的最优组合：系统中发电设备和发电厂的合理组合。包括：机组的最优组合顺序，机组的最优组合数量，机组的最优开停时间。 有功负荷的最优分配：系统中的有功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。 一、 各类发电厂的运行特点 1 火电厂 2 水电厂 （1）不需燃料费，但一次投资大 （2）出力调节范围比火电机组大 （3）启停费用低，且操作简单 （4）出力受水头影响 （5）抽水蓄能 （6）必须释放水量－－强迫功率 3 核电厂 （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。 原则 （1）充分利用水源。 （2）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。 （3）尽量降低火力发电成本，增加燃用劣质煤、当地煤。 1、 发电机组的耗量特性：反映发电机组单位时间内能量输入和输出关系的曲线。 比耗量：耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，即输入和输出之比 效率：比耗量倒数 耗量微增率：耗量特性曲线上某点切线的斜率，表示在该点的输入增量与输出增量之比。 2、目标函数和约束条件 有功负荷最优分配的目的：在满足对一定量负荷持续供电的前提下，使发电设备在生产电能的过程中单位时间内所消耗的能源最少。 满足条件： 等式约束 f(x、u、d)=0 不等式约束 g(x、u、d)≤0 使 目标函数 F=F(x、u、d) 最优 (1) 目标函数 系统单位时间内消耗的燃料（火电机组） (2) 约束条件 等式约束 不等式约束 以两台火电机组为例，忽略有功网损；假定各台机组的燃料消耗量和输出功率不受限制，要求：确定负荷功率在两台机组间的分配，使总的燃料消耗量最小。 等式约束 目标函数 作图法求解（只有两台机组） 在OO’上找到一点作垂线， 与两条耗量特性曲线的交点 间距离最短。 在耗量特性曲线具有凸性的情 况下，两条曲线的切线平行时， 燃料消耗量最少。 曲线的切线即斜率，就是该点的耗量微增率。 切线平行时，斜率相等，也就是耗量微增率相等。这就是等微增率准则。 物理意义 （1）.不计网损的有功最优分配 目标函数最小： 等式约束条件： 这是多元函数求条件极值问题，可以利用拉格朗日乘数法求解。 构造拉格朗日函数 求拉格朗日函数的无条件极值 不等式约束的处理 功率上下限约束 先不考虑该约束条件进行经济分配计算，若发现越限，越限的发电厂按极限分配负荷，其余发电厂再按经济分配。 节点电压及无功功率约束 在经济功率分配后的潮流计算中处理。 （2）.考虑网损的有功最优分配 等式约束变为 目标函数不变 拉格朗日函数为 目标：在整个运行周期内满足用户的电力需求，合理分配水火电厂的负荷，使总燃料消耗量最少。 等式约束： 目标函数最小： 变分法求解，分段处理 等式约束： 目标函数： 负荷的有功功率－频率静态特性简化表达 二、 发电机组的有功功率－频率静态特性 2、概念介绍 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。 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。 发电机的调差系数：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： 汽轮发电机组 =3~5或 =33.3~20 水轮发电机组 =2~4或 =50~25 注意： 取功率的增大或频