电力系统稳态分析14-17讲.ppt
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1、电力系统稳态分析,第十四讲 电力系统的有功功率平衡 与频率调整 (电力系统有功负荷的最优分配频率的三次调整) 主讲 刘建华,一、有功负荷的最优分配 1、目的 满足负荷需求,经济合理分配各发电机组有功出力,使系统总的能源消耗(燃料费用、市场调度总费用)最少。 2、发电机的耗量特性 耗量特性 火电厂: 水电厂:,汽轮发电机组耗量特性曲线 水轮发电机组耗量特性曲线 比耗量 火力发电机组: 水力发电机组: 反映发电机在该运行状态下平均效率的高低。, 耗量微增率 火力发电机组: 水力发电机组: 反映发电机组在该运行状态下,出力增加或减少单位值 时,能源消耗增加或减少的多少。,3、有功负荷的最优分配(火电
2、厂、不计能源消耗受限) 目标函数 约束条件 等约束条件: (或 潮流方程 ) 不等约束条件:, 简单最优分配 不计不等约束、不计网损影响情况下,根据拉格朗日乘 数法有: C*取得极值条件,即原函数在满足等约束条件下取得极值 条件为: (1) (2) 即: (3)等耗量微 增率准则 (4),-等耗量微增率准则, 计及有功不等约束时,有功负荷的最优分配 先不考虑不等约束条件,按等耗量微增率准则对负荷进行 分配; 对于分配功率超过上限的机组取上限,低于下限的机组取 下限; 从总负荷中减去按上限或下限发电机组的出力,将剩余的 负荷在剩余机组中再按等耗量微增率准则进行分配。 节点电压及无功不等约束条件的
3、考虑 不能违背; 与有功负荷最优分配无直接关系; 有功负荷最优分配后,在潮流计算中考虑。, 考虑网损时,有功负荷的最优分配 目标函数不变: 等约束条件: 拉格朗日函数: 取得极值条件:,最优分配原则: 将各发电机的耗量微增率用相应的网损修正系数修正 后,在满足等约束条件下,按等网损微增率准则分配。 4、例题1,二、能源消耗受限制(既有火电厂,又有水电 厂)时,有功负荷的最优分配(一水一火) 1、目标 在整个运行时间段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。 2、最优分配原则 目标函数: 等约束条件:,拉格朗日函数: 取得极值条件:,最优分配原则: 即在每个时间段内,
4、在满足功率平衡的情况下,按 分配,并使总的水量消耗等于规定值。,3、 的物理意义及计算 物理意义 就发电而言,每吨标准煤相当于 立方米水,称为水煤 换算系数。, 与允许耗水量 的关系 越大,水轮发电机分配得到的出力 越小,耗水量 越小。反之,允许的耗水量越大 ,则 的取值应越小。, 的确定 采用迭代法,步骤如下: (1)给定出 ,按最优分配原则求 (2)将 与允许耗水量 进行比较,若 , 则重取 ;若 ,则重取 。 再按所取 循环计算,直到 ,则 即为所求。,例题2,三、多个火电厂和多个水电厂的负荷分配 给定 与已知 比较 直到 与 相等,则最后一次 求得的 就是最优分 配。,这里只是一种概念
5、。现代电力系统中优化调度方法,例,目标函数: 等式约束条件: 不等式约束:,总费用,火电费用,水电费用,优化模型及求解,电力系统稳态分析,第十五讲 电力系统的有功功率平衡 与频率调整 主讲 刘建华,负荷的变化将引起频率的相应变化,电力系统的有功功率和频率调整大体上分一次、二次、三次调整。 频率的一次调整(或称为一次调频)指由发电机组的调速器进行的,是对一次负荷变动引起的频率偏移作调整。 频率的二次调整(或称为二次调频)指由发电机组的调频器进行的,是对二次负荷变动引起的频率偏移作调整。 频率的三次调整(或称为三次调频)是对三次负荷变动引起的频率偏移作调整。将在有功功率平衡的基础上,按照最优化的原
6、则在各发电厂之间进行分配。,一、电力系统综合负荷的有功静态频率特性 1、负荷有功功率静态频率特性,当频率偏离额定值不大时,负荷有功频率静态特性用一条近似直线来表示。,KL*(KL)由系统负荷性质决定,无法调整。通常,负荷的频率调节效应系数或称为负荷的频率调节效应、负荷的单位调节功率,表示负荷随频率的变化程度。,2、发电机有功功率静态频率特性 调速器工作原理,1 转速测量元件离心飞摆及其附件; 2 放大元件错油门(或称配压阀); 3 执行机构油动机(或称接力器); 4 转速控制机构或称同步器(调频器),FLASH, 调频器工作原理, 发电机有功功率静态频率特性 无调速器时 有调速器时, 有调频器
7、时, 发电机的调差系数、单位调节功率,调差系数:某台机组负荷改变时相应的频率偏移 若2为额定运行点,1为空载 运行点:,单位调节功率,调差系数的倒数,表示频率变化时发电机组输出功率的变化量。,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 =35或 =33.320 水轮发电机组 =24或 =5025,二、电力系统频率的一次调整 1、工作过程 2、电力系统的有功功率 静态频率特性 发电机功率增量 称为电力系统的单位调节功率。,系统的单位调节功率定义:,标幺值表示 系统的单位调节功率,kr=PGN/PLN为备用系数,等式两端同除以PLN/fN,3、
8、多机系统中等值发电机的单位调节功率 结论:参与一次调整的发电机数量越多,等值发电机的单 位调节功率越大,从而系统的单位调节功率越大。 4、一次调整的特点 不能实现无差调节,因而在负荷变化较大的情况下(如 第二类负荷变化)不能保证系统频率在要求的范围; 参与一次调整的发电机数量越多,同样负荷变化情况 下,系统频率波动越小。,5、一次调整的计算 计算系统等值发电机的单位调节功率 计算系统的单位调节功率 计算电力系统的频率偏移 计算各发电机增发的功率(需要时),注: 取功率的增大或频率的上升为正; 为保证调速系统本身运行的稳定,不能采用过大的单位调节功率; 对于满载机组,不再参加调整。 对于系统有若
9、干台机参加一次调频: 具有一次调频的各机组间负荷的分配,按其调差系数即下降特性自然分配。,三、电力系统频率的二次调整,负荷变动幅度较大 (0.5%1.5%),周期较长(几分钟) 仅靠一次调频作用不能使频率的变化保持在允许范围内 需要调频器动作 可以实现无差调节,1、调整过程 2、计算分析 若 则 3、系统负荷变化的提供: 二次调频的发电机组增发的功率 ; 发电机组执行一次调频,按有差特性的调差系数分配而增发的功率 ; 由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率,四、互联网络的频率调整,联络线功率,例46 例47,电力系统稳态分析,第十六讲 电力系统的有功功率平衡与频率调整 (调频电厂的选择) 电
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