有功功率平衡和频率调节

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1、课程负责人：穆钢教授申报单位：东北电力大学第五章有功功率平衡和频率调整内容提要频率偏移产生的原因、影响、以及允许的频率偏离量？保持频率偏移量不超过一定范围的条件（如何保持有功功率的平衡）电力系统的频率调整有功功率的最优分配8/5/20215.1电力系统的频率偏移频率变化的原因?频率变化对负荷的影响(1)异步机(2)电子设备(3)电钟频率变化对电力系统的影响(1)水泵、风机、磨煤机(2)汽轮机的叶片(3)变压器的励磁频率允许偏移的范围：50Hz±(0.2~0.5)Hz系统中负荷的变化你答对了吗?8/5/20215.2电力系统有功功率的平衡运行中：规划、设计：备

2、用容量:1.按作用形式分负荷备用(2-5%Plmax)检修备用(可能不安排)事故备用(5-10%Plmax或系统中最大一台单机容量）国民经济发展备用(3-5%Plmax）8/5/20212、按存在形式分为两者差一个网损两者差一个厂用电热备用:运转中发电设备可能发的最大功率与发电负荷之差(旋转备用)冷备用:未运转的、但能随时启动的发发电设备可以发的最大功率(不含检修中的设备)负荷的分类:1.用电负荷2.供电负荷3.发电负荷8/5/2021有功功率负荷变动曲线8/5/2021有功功率负荷变动曲线据此图,负荷可以分为三种:第一种变动幅度很小，周期又很短。变动有很大的

3、偶然性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这一种是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动第二种变动幅度较大，周期也较长.第三种变动幅度最大，周期也最长.该种负荷基本可以预计。8/5/2021据此,频率调整一次调整: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: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: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荷曲线发电。8/5/20215.3电力系统中有功功率的最优分配有功功率的最优分配:有功功率电源的最优组合即指系统中发

4、电设备或发电厂的合理组合,也就是所谓的机组合理开停.有功功率负荷的最优分配即指系统的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.最常用的是按等耗量微增率准则分配.8/5/2021火电厂外景8/5/2021各类发电厂的运行特点和合理组合(1)火电厂特点：需燃料及运输费用，但不受自然条件影响效率与蒸汽参数有关受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整范围较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄(高温高压30%，中温中压75%)机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能量，易损坏设备热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于热负荷，为强迫功率8/5/

5、2021丰满水电厂外景8/5/2021(2)水电厂特点：不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条件影响。出力调节范围大，50%以上,增减负荷速度快，操作容易，可承担急剧变化的负荷决定发电量的除水量外还有水位差保证出力抽水蓄能机组（天荒坪6×30万千瓦）必须与火电配合维持航运、灌溉、需一定水量，对应强迫功率8/5/2021秦山核电站外景8/5/2021(3)核电厂特点：可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能量、时间，易损坏设备一次投资大，运行费低，尽量利用承担基本负荷应指出:枯水季节往往由系统中的大型水电厂承担调频任务;洪水季节这任务就转移给中温中压火电厂

6、.抽水蓄能电厂在其发电期间也可参加调频.但低温低压火电厂则因容量不足,设备陈旧,不能担负调频任务.8/5/2021有功功率电源的最优组合各类发电厂组合顺序示意图枯水季节:8/5/2021洪水季节:8/5/2021最优分配负荷的目标函数和约束条件1.耗量特性:发电设备单位时间内消耗的能源与发出的有功功率的关系。如图所示:比耗量:单位时间内输入能量与输出功率之间的比值.耗量微增率:耗量特性曲线上某点切线的斜率8/5/20212.目标函数和约束条件目标函数有功负荷最优分配的目的：在供应同样大小负荷用功功率的前提下，单位时间内的能源消耗最少。这里的目标函数就应该是总耗

7、量最少。即为为网络总损耗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。等式约束条件8/5/2021不计网络损耗时，上式可改写为:不等式条件各节点发电设备有功功率、无功功率和电压大小不得逾越的限额:8/5/2021用拉格郎日乘数法求解可建立如下拉格朗日函数:式中为拉格朗日乘数8/5/2021以两台机为例目标函数:等式约束条件:等耗量微增率准则所以可得:它表示为使总耗量最小，应按相等的耗量微增率在发电设备或发电厂之间分配负荷。8/5/2021根据等耗量微增率准则得:进而可以求得.对不等式约束条件的考虑:有功功率越限,则按限额发电,剩余功率在其他机组间重新

8、按等耗量微增率原则分配.8/5/202