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1、电力系统分析,第四章 电力系统有功功率和频率调整,第四章 电力系统的有功功率和频率控制,第二次课,一次调频与二次调频,评价电能质量的指标包括、。发电机有功出力不足，系统频率将（上升or下降）。发电机中针对短周期、小幅度负荷波动的功率调节装置称为，这种调整称为频率的。发电机中针对较长周期、较大幅度负荷波动的功率调节装置 称为，这种调整称为频率的。针对季节性负荷变化，电力系统采取的调频措施是什么？,此图为（负荷的静态调节特性）此图为（发电机组的静态调节特性）,KD为负荷的（频率调节效应系数），单位（KW/Hz）；KG为发电机的（单位调节功率），单位（KW/Hz）；为发电机的（静态调差系数），单位（
2、Hz/KW）；,频率二次调整 频率二次调整定义为通过改变调频机组调速系统的给定值，改变其输出功率使电网频率回到额定值。在一次调频作用后，最终稳定频率会使机组功率偏离给定值。需通过调整预先指定的调频机组的负荷设定值，使各机组的负荷变化量转移到调频机组上，同时将频率恢复到额定值。变化周期较长、变动幅度较大，有一定可预测性。频率三次调整缓慢变化、变化幅度较大，由生产、生活、气象待变化引起。根据预测的负荷曲线，按最优化的原则对各发电厂、发电机组之间进行有功功率的经济分配。,频率一次调整频率一次调整定义为在调速系统给定值不变的情况下，利用汽轮机转速控制或调节器，感受电网频率(周波)变化改变有功功率输出，
3、维持同步区域发电输出与电网负荷平衡。一次调频为有差调节。,频率调节的特点,负荷突增PLD，发电机组功率不能及时变动而使机组减速，系统频率下降；同时，发电机组功率由于调速器的一次调整作用而增大：PG1PG2，f1 f2；负荷功率因其本身的调节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程由32，达到新的平衡；即整个过程为从平衡点1新的平衡点2。,4.3 电力系统的频率调整,假设系统只有一台发电机组、一个综合负荷,4.3 电力系统的频率调整,KS 称为系统的单位调节功率，单位MW/Hz；表示负荷增 加或减少时，在原动机调速器和负荷本身的调节效应共同 作用下 系统频率下降或上升的多少。,2、数学表达式：发电机输
4、出有功增量与负荷实际增量相平衡,标幺值表示,系统的单位调节功率kr=PGN/PDN为系统热备用系数,等式两端同除以PDN/fN,4.3 电力系统的频率调整,3、对于系统有若干台发电机组参加一次调频：,系统的单位调节功率：,可见：n台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的 单位调节功率。这也就可以解释为什么大系统的频率稳定性更好！,把n台机组用一台等值机代表，等值单位调节功率标幺值：,代入,等值调差系数,注意：当PGi=PGi,max时其KGi=0,频率的一次调整的计算过程,由负荷变化量，求出频率偏差,每台机组的功率增量,求系统的单位调节功率,由上式推得,小结：调差系数越小的机组增加的有功输出相
5、对越多。,4.3 电力系统的频率调整,例题43：某系统发电机组的总容量为3475MW，系统总负荷3300MW，负荷的频率调节效应系数KLD*=1.5；各发电机组的容量和调差系数分别为：水轮发电机组 100MW 5台=2.5；75MW 5台=2.75 汽轮发电机组 100MW 6台=3.5；50MW 20台=4.0 较小容量汽轮机组合计1000MW=4.0试分别计算下述四种情况系统单位调节功率KS（MW/Hz）：（1）全部机组都参加一次调整；（2）全部机组都不参加一次调整；（3）仅水轮机组参加一次调整；（4）仅水轮机组和20台50MW的汽轮机组参加一次调整。,4.3 电力系统的频率调整,各发电机
6、组的单位调节功率：,575MW水轮机组：,6100MW汽轮机组：,2050MW汽轮机组：,1000MW小容量汽轮机组：,负荷：,解：首先分别计算负荷和各发电机组的单位调节功率,5100MW水轮机组：,4.3 电力系统的频率调整,（1）全部机组都参加一次调整：,（2）全部机组都不参加一次调整：,（3）仅水轮机组参加一次调整：,（4）仅水轮机组和20台50MW的汽轮机组参加一次调整：,然后根据不同情况计算KS：,4.3 电力系统的频率调整,补充1：计算（3）系统单位调节功率的标幺值？,方法一：根据标幺值定义,方法二：KS的标幺值是以负荷的额定容量为基准值，以此进行换算：,4.3 电力系统的频率调整
7、,(1)全部机组都参加一次调整：,(3)仅水轮机组参加一次调整：,补充2：负荷突然减少300MW时，(1)(3)系统频率？,参加一次调频的发电机组越多，频率偏移越少,一次调频,一次调频是控制系统频率的一种重要方式，但由于它的调节作用的衰减性和调整的有差性，因此不能单独依靠它来调节系统频率。要实现频率的无差调节，必须依靠频率的二次调节。对异常情况下的负荷突变，一次调频可以起到某种缓冲作用。电网的一次调频能力是网内各台机组一次调频能力的共同反映。不管是发电机组并入或丢失还是负荷的突变引起的电网频率波动，网内所有机组一次调频能力大小的总和，基本决定了电网频率的变化过程。,图 某电厂机组一次调频曲线,
8、4.3 电力系统的频率调整,1、基本原理：将发电机组的功频静特性曲线平行移动，从而 改变发电机的有功功率使负荷变动引起的频率偏差保持在 允许范围内；即二次调整使频率偏差减小或为0。,三、电力系统频率的二次调整,2、频率调整图：,一次调整后，f2可能会超出频率偏差允许范围，此时调频器进行二次调整，即：使功频静特性曲线平行移动由PGPG或PG，到3点可有效缩小频率变化范围，到1点可实现频率无差调节。,问题,在大电网中运行的机组可不投一次调频吗？若某些机组不投一次调频，会降低电网的一次调频性能。若发生电网分裂故障，局部电网会由于一次调频性能太差，而出现频率大幅度波动，甚至出现大面积停电。带基本负荷的
9、机组可不参加一次调频吗？若带基本负荷的机组都不参加一次调频，会大幅降低电网的一次调频性能。并不是调频机组才承担一次调频任务，所有机组都应具有一次调频能力。,风力发电机组可以参与电网一次调频吗？目前对于风电机组参与电力系统频率调节主要研究基于双馈感应电机的变速风电机组，因为其转速运行范围较宽，既可以超同步速运行，又可以亚同步速运行，风力机可以提供较充分的旋转动能来参与电力系统频率的调节，且双馈变速风电机组是风电市场上的主流机型，是今后风电机组单机容量大型化发展的主要选择之一。风力发电机组一次调频方式浆距角控制调整功率和转速的最优运行曲线增加储能设备(如电池系统、飞轮储能系统、燃料电池等),4.3
10、 电力系统的频率调整,3）由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率:,3、数学表达式：,当系统负荷增加时，由以下三方面提供：,1）二次调频 的发电机组增发的功率,2）发电机组执行一次调频，按有差 特性调差系数分配而增发的功率,4.3 电力系统的频率调整,发电机输出有功增量与负荷实际增量相平衡，则,当二次调整发电机组增发的功率PG0与负荷功率的原始增 量PLD 相等时，f=0，实现了无差调节。,在有n台发电机组的电力系统中，当综合负荷发生变动时，所有机组都参与一次调频，而二次调频一般仅由一台机组（s）承担，则有：,4.3 电力系统的频率调整,当负荷增加300MW时，分别计算：（1）全部机组都参加
11、一次调整，二次调整机组增发功率为100 MW时，系统频率变为多少？（3）仅水轮机组参加一次调整，系统频率不低于49.8Hz时，二次调整机组应增发多少功率？,例题4-3(补充)：某系统发电机组的总容量为3475MW，系统总负荷3300MW，负荷的频率调节效应系数KLD*=1.5；各发电机组的容量和调差系数分别为：水轮发电机组 100MW 5台=2.5；75MW 5台=2.75 汽轮发电机组 100MW 6台=3.5；50MW 20台=4.0 较小容量汽轮机组合计1000MW=4.0,4.3 电力系统的频率调整,解:(1)全部机组都参加一次调整，系统单位调节功率KS为：,二次调整机组增发功率100
12、MW，即PG0=100MW，则：,4.3 电力系统的频率调整,（2）仅水轮机组参加一次调整，系统单位调节功率KS为：,系统频率不低于49.8Hz时：,无差调节PG0=？,4.3 电力系统的频率调整,1、基本原理：由几个地区系统互联为一个大系统的情况，对某一个地区 系统而言，负荷变化（增加）PLD时，可能伴随着与其他 系统交换功率Pt 的变化：,2、设A、B两系统互联：两系统负荷变化（增加）分别为PLDA和PLDB，引起互联 系统的频率变化（降低）f，及联络线交换功率的变化 Pab；Pab对子系统A为负荷变化量，对子系统B为发电 机增发功率。,四、互联电力系统的频率调整,4.3 电力系统的频率调
13、整,互联电力系统频率变化f 取决于系统总的功率缺额和总的单位调节功率。,PA和PB分别为子系统A和B的功率缺额,4.3 电力系统的频率调整,补充例题：A、B两系统并列运行，A系统负荷增大500MW时，B系统向A系统输送的交换功率为300MW，若这时将联络线切除，切除后A系统的频率为49Hz，B系统的频率为50Hz。试求：1）A、B两系统的单位调节功率KA、KB；2）A系统负荷增大750MW时联合系统的频率变化量。,4.3 电力系统的频率调整,解：1）设 f 为负荷增大后联络线切除前系统频率，fA、fB分别为 联络线切除后A、B系统频率，Pab（-300MW）对子系统A 为负荷变化量，对子系统B
14、为发电机增发功率，则有：,4.3 电力系统的频率调整,联立可得：,2）A系统负荷增大750MW时联合系统频率变化为：,4.3 电力系统的频率调整,1、调频厂须满足的条件：,五、频率调频厂的选择,2、调频厂的选择原则:,4.6 电力系统有功功率的平衡,四、有功功率负荷曲线的预测,1、电力系统经济调度概述：,电力系统经济调度是电力系统运行的重要内容之一，其主要任务是在保证电能质量和供电安全性的前提下，使系统的运行成本降至最低。系统经济调度主要通过制定优化的系统运行计划来实现。短期运行计划就是指日或周的系统发电计划，其直接服务于系统的优化运行。系统的短期运行计划问题是一个十分复杂的系统优化问题，但由
15、于其所带来的显著经济效益，人们一直在积极研究，提出了各种方法来解决这个问题。,4.1 电力系统有功功率的平衡,2、有功功率负荷预测目的：电力系统经济调度的第一个问题就是研究用户的需求，即进 行电力负荷预测，以此为依据按最优准则对各发电厂、发电 机组之间进行有功功率的经济分配。,3、负荷曲线的编制：发电厂负荷曲线总负荷网损厂用电 参照长期积累的数据对用户的用电计划进行调整；确定网络损耗和厂用电；注意气象、节假日等条件的变化。,4、负荷预测方法：传统预测方法和现代预测方法。,1.人工神经网络法 2.模糊系统方法 3.专家系统方法 4.灰色系统方法 5.遗传算法 6.小波分析方法,4.2 电力系统有
16、功功率的最优分配,2、主要内容 要求在保证系统安全的条件下，在所研究的周期内，以小时为单位合理选择电力系统中哪些机组应该运行、何时运行 及运行时各机组的发电功率，其目标是在满足系统负载及其它物理和运行约束的前提下使周期内系统消耗的燃料总量或总费用值为最少。,引言：,4.2 电力系统有功功率的最优分配,有功功率电源的最优组合：系统中发电设备或发电厂 的合理组合，即通常所说的机组的合理开停，大体上包括三个部分：1.机组的最优组合顺序；2.机组的最优组合数量；3.机组的最优开停时间。,有功功率负荷的最优分配：是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；核心是按等耗量微增率
17、准则 进行分配。,各类发电厂的基本运行特点?,发电厂的效率：比耗量倒数；即。,2、比耗量：耗量特性曲线上某点的纵坐标 和横坐标之比，即单位时间内 能量的输入和输出之比，记为；即。,4.2 电力系统有功功率的最优分配,一、基本概念,1、耗量特性：反映发电设备或几种发电设备 的组合在单位时间内能量输入 和输出关系的曲线。,4.2 电力系统有功功率的最优分配,3、耗量微增率：耗量特性曲线上某点切线的斜率，表示在该点 的能量输入增量与输出增量之比，即,4.2 电力系统有功功率的最优分配,1、目标函数：有功负荷最优分配的目的：在满足有功功率平衡的前提下，合理分配各发电机组出力，使发电设备在生产电能的过程
18、 中所消耗的能源最少或成本最少。,二、有功功率负荷最优分配的目标函数和约束条件,单位时间内总能源消耗最少（n火电厂系统）：,该目标函数是各发电设备发出有功功率的函数，描述的是单位时间内能源的总消耗量。,耗量特性相互独立,4.2 电力系统有功功率的最优分配,当消耗的能源受到限制（含有水力发电厂）时，目标函数 就不再是单位时间内消耗的能源，而是一定运行时间内 的能源消耗：,（1）等式约束条件：系统有功功率的平衡,若不计网损，则,2、约束条件：,4.2 电力系统有功功率的最优分配,（2）不等式约束条件：,若系统含有水电厂，除有功功率平衡条件外，还有一个 约束条件（用水量C）：,4.2 电力系统有功功率的最优分配,求解：建立一个新的、不受约束的目标函数拉格朗日函数,三、等耗量微增率准则,1、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，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。,目标函数：,等式约束条件：,拉格朗日函数求极值基本方法？,4.2 电力系统有功功率的最优分配,对拉格朗日目标函数求导，得到最小值时应有的三个条件：,即 时，单位时间内总能源消耗最少。,
