第五章电力系统有有功功率平衡和频率调整
更新时间:2023-05-20 22:07:01 阅读量: 实用文档 文档下载
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第五章
电力系统有功功率的平衡和频率的调整
系统的频率由系统中的有功功率分配有关, 本章主要内容:系统有功功率的最优分布和频率的 调整。
第一节 电力系统中的有功功率的平衡 第二节 电力系统的频率调整
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第一节 电力系统中的有功功率的平衡一、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响
频率变化
电动机转速的变化
产品质量 电动机停转
电厂的给水泵停运,锅炉停炉等等
频率变化的原因:
由有功负荷变化引起的
我国频率范围:50 0.2Hz 发达国家(如澳大利亚):50 0.1Hz 华东电网已达到: 50 0.1Hz
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二、电力系统中有功功率的平衡和备用容量1、有功功率负荷的变动及其调整 一、变化幅度很小、变化周 期较短,负荷变动有很大 的偶然性。 二、变化幅度较大、变化周 期较长,如电炉。电气机 床。 三、变化缓慢的持续变动负 荷,如由生产、生活、气 象变化引起的负荷变动。
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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,按照调度计划的周期, 可分为日负荷预测,周负荷预测和年负荷预测。 不同的周期的负荷有不同的变化规律:
负荷预测的精度直接影响经济调度的效益,提高预测的 精度就可以降低备用容量,减少临时出力调整和避免计 划外开停机组,以利于电网运行的经济性和安全性。
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1.
2.3.
根据负荷变化,电力系统的有功功率和频率 调整大体上也可分为: 一次调频:由发电机调速器进行; 二次调频:由发电机调频器进行; 三次调频:由调度部门根据负荷曲线进行最 优分配。 前两种是事后的,第三种是事前的。 一次调频是所有运行中的发电机组都可参加 的,取决于发电机组是否已经满负荷发电。 这类 发电厂称为负荷监视厂。 二次调频是由平衡节点来承担。
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2、有功功率平衡和备用容量
P 发电厂发出的有功功率 总和 P 系统的总负荷 P P P P P P 用户的有功负荷 P 发电厂厂用有功负荷 P 网络的有功损耗G L D
G
L
D
S
c
S
C
系统的备用容量:系统电源容量大于发电 负荷的部分,可分为热备用和冷备用或负 荷备用、事故备用、检修备用和国民经济 备用等。
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负荷备用:为满足系统中短时的负荷波动和一 天中计划外的负荷增加而留有的备用容量。一 般为系统最大负荷的2%~5% 事故备用:为使电力用户在发电设备发生偶然事 故时不受严重影响,能够维持系统正常供电所需 的备用容量。一般为系统最大负荷的5%~10% 检修备用:为保证系统中的发电设备进行定期检 修时,不影响供电而在系统中留有
的备用容量。 国名经济备用:考虑到工农业用户超计划生产, 新用户的出现等而设置的备用容量。一般为系统 最大负荷的3%~5%
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3、各类发电厂的特点及合理组合
水电厂、火电厂、核电厂 (一) 各类电厂的特点(自学)
(二) 各类发电厂的合理组合
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4、有功功率的最优分配有功功率的最优分配,包括有功功率电 源的最优组合和有功功率负荷的最优分配。(1).有功功率电源的最优组合
有功功率电源的最优组合:是指系统中发电 设 备或发电厂的合理组合。通常所说的机组 的合理开停,大体上包括三个部分:1. 2. 3.
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
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(2).有功功率负荷的最优分配
最优化:是指人们在生产过程或生活中为某个 目的而选择的一个“最好”方案或一组“得力” 措施以取得“最佳”效果这样一个宏观过程。 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。其核心是按等耗量微增率准则 进行分配。 电力系统最优运行:是电力系统分析的一个重 要分支,它所研究的问题主要是在保证用户用 电需求(负荷)的前提下,如何优化地调度系 统中各发电机组或发电厂的运行工况,从而使 系统发电所需的总费用或所消耗的总燃料耗量 达到最小这样决策问题。
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有功功率负荷合理分配的目标
在满足一定约束条件的前提下,尽可能节 约消耗的能源。1).耗量特性F,W F,W P F
m
F
0F (W ) 比耗量 P
0 PG
P
PGdF (W ) dP
发电设备的效率
1
耗量微增率
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, ,
m0
PG
比耗量和耗量微增率的变化
合理组合发电 设备的方法之一就 是按照最小比耗量 由小到大的顺序, 随负荷的由小到大 增加,逐套投入发 电设备;或负荷的 由大到小,逐套退 出发电设备。
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2) 目标函数和约束条件
在一定约束条件下,使某一目标函数为最优。 约束条件和目标函数都是状态变量x、控制变量 u、扰动变量d的非线性函数。等约束条件 f(x、u、d) 0 不等约束条件g(x、u、d) 0
目标函数C=C(x、u、d)最优
有功负荷最优分配的目的:在供应同样大小的有 功功率的前提下,单位时间内的能源消耗最少。
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目标函数:系统发电所需的总费用或所消耗的总燃料耗量注:对于纯火电系统, 发电厂的燃料费用主要与发电机 输出的有功功率有关,与输出的无功功率及电压等 运行参数关系较小 。
F F1( PG1) F2 ( PG 2 ) .... Fn ( PGn )
F (Pi i 1
n
Gi )
Fi ( PGi )表示发电设备发出有功 功率PGi 时单位时间
内所消耗的 能源
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等约束条件:有功功率必须保持平衡对于每个节点P PLi U i Gi
U Gj j 1
n
ij cos ij Bij sin ij 0
对于整个系统
P PGi i 1 i 1QGi
n
n
Li P 0
不计网损
P PGi i 1 i 1
n
n
Li 0
不等约束条件:为系统的运行限制各节点发电设备有功功 率PGi
,无功功率
和电压大小不能超过限额。
PGi min PGi PGi max QGi min QGi QGi max U i min U i U i max
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3) 最优分配负荷时的等耗量微增率准则一般用拉格朗日乘数法。 现用两个发电厂之间的经济调度来说明问题, 略去网络损耗。 建立数学模型。2 min f Fcost a2i PGi a1i PGi a0i i 1 2
1)
P Pi 1 Gi i 1
2
2
Li
0
PG1min PG1 PG1max , PG 2 min PG 2 PG 2 max QG1min QG1 QG1max , QG 2 min QG 2 QG 2 max U1min U1 U1max ,U 2 min U 2 U 2 max
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2)
根据给定的目标函数和等约束条件建立一个新的、 不受约束的目标函数——拉格朗日函数。
C* F1 P 1 F2 P 2 P 1 P 2 PL1 PL2 G G G G
拉格朗日乘子3)
对拉格朗日函数求导,得到最小值时应有的三个条 件: dF PG1 1 0 dP 1 G
(1)
dF2 PG 2 0 dP 2 G
f PG1 , PG 2 PG1 PG 2 PL1 PL 2
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4)
求解(1)得到: 1 2 这就是著名的等耗量微增率准则,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。 对不等式约束进行处理 对于有功功率限制,当计算完后发现某发电设备越 限,则该发电设备取其限制,不参加最优分配计算, 而其他发电设备重新进行最优分配计算。 无功功率和电压限制和有功功率负荷的分配没有直 接关系,可暂时不计,当有功功率负荷的最优分配 完成后计算潮流分布在考虑。推广: 1 2 .... n=
5)
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例题
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2.已知两台机组并联共同向一负荷供电,它们的耗量特性分别 为F1=a1+8P1+0.004P12 t/h,F2=a2+6P2+0.0045P22 t/h , 120MW《P1《400MW,120MW《P2《400MW,求当负荷功 率PL=420MW时,负荷的最优经济分配。解: 1 dF1 8 0.008P1 dP 1
2
dF2 6 0.009P2 3分 dP2
根据耗量微增率准则: 1= 2 有 8 0.008P1=6 0.009P2----3分 联立:P1+P2=420 解出:P2=315MW P1=105MW-----2分
P1越限,取其下限,即P1=120MW P2=420 120 300MW---4分 - =
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第二节 电力系统的频率调整概述 频率是电力系统运行的一个重要的质量指标,直接影响着负荷的正常运行。负荷要求频率的偏差一般应控 制在(±0.2~
±0. 5)Hz的范围内。
要维持频率在正常的范围内,其必要的条件是系统必须具有充裕的可调有功电源。
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