1、电力系统分析基础电力系统分析基础Power System Analysis Basis（五）（五） 主讲人：朱晓荣1第五章电力系统的有功功率和频率调整第五章电力系统的有功功率和频率调整1、电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡2、有功功率的最优分配有功功率的最优分配各类发电厂的运行特点和合理组合各类发电厂的运行特点和合理组合不计网损时水、火电厂间的经济功率分配不计网损时水、火电厂间的经济功率分配计网及损时各发电厂间的经济功率分配计网及损时各发电厂间的经济功率分配3、电力系统频率的调整、电力系统频率的调整电力系统负荷及电源的频率静态特性电力系统负荷及电源的频率静态特性频率的一、二次调整
2、，互联系统的频率调整频率的一、二次调整，互联系统的频率调整2一一. .电力系统频率变化的影响电力系统频率变化的影响对用户的影响对用户的影响（1 1）异步电机转速：纺织工业、造纸工业）异步电机转速：纺织工业、造纸工业（2 2）异步电机功率下降）异步电机功率下降（3 3）电子设备的准确度）电子设备的准确度对发电厂和电力系统的影响对发电厂和电力系统的影响（1 1）对发电厂厂用机械设备运行的影响）对发电厂厂用机械设备运行的影响（2 2）对汽轮机叶片的影响）对汽轮机叶片的影响（3 3）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无 功消耗。功消耗。5.15.1电力系统中有功功
3、率的平衡电力系统中有功功率的平衡3二二 频率与有功平衡的关系频率与有功平衡的关系频率频率由发电机转速决定由发电机转速决定转速与其轴上的转矩平衡有关转速与其轴上的转矩平衡有关转矩平衡与功率平衡转矩平衡与功率平衡5.15.1电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡负荷变化负荷变化M MT T：由于惯性大变化慢由于惯性大变化慢M ME E：有功负荷变化快有功负荷变化快产生瞬时不平衡产生瞬时不平衡转矩转矩不平衡不平衡 发电机转速变化发电机转速变化 频率变化频率变化( (+ +0.2HZ0.2HZ + +0.5HZ)0.5HZ)4三有功功率负荷的 变化及其调整5.15.1电力系统中有功功率的平衡
4、电力系统中有功功率的平衡5 系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动 负荷组成：负荷组成：（1 1）变动周期小于）变动周期小于10s10s，变化幅度小，变化幅度小: :小操作、线路摇摆等小操作、线路摇摆等（3 3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律（2）变动周期在（变动周期在（10s10s，180s180s），变化幅度较大：大电机、电），变化幅度较大：大电机、电 炉启停炉启停调速器调速器频率的一次调整频率的一次调整调频器调频器频率的二次调整频率的二次调整根据预测负根据预测负荷
5、，在各机荷，在各机组间进行最组间进行最优负荷分配优负荷分配电力系统的经济运行调度（发电计划）电力系统的经济运行调度（发电计划）65.15.1电力系统中有功功率的平衡电力系统中有功功率的平衡备用容量：备用容量：15%15%20%20%作用：作用：为了保证供电可靠性及电为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量应大能质量合格，系统电源容量应大于发电负荷。于发电负荷。定义：定义：备用容量备用容量 系统可用系统可用电源容量电源容量 发电负荷发电负荷 有功功率平衡：有功功率平衡：8760t(h)P(MW)发电负荷发电负荷备用容备用容量量新增容新增容量量四、有功功率电源和备用容量四、有功功率电源和备用
6、容量系统电源容量系统电源容量：可投入：可投入发电设备的可发功率之和发电设备的可发功率之和7按作用分：按作用分：(1)负荷备用：满足负荷波动、计划外负荷备用：满足负荷波动、计划外的负荷增量的负荷增量2%5%(2)事故备用：发电机因故退出运行而事故备用：发电机因故退出运行而预留的容量预留的容量5%10%(3)检修备用：发电机计划检修检修备用：发电机计划检修4%5%(4)国民经济备用：满足工农业超计划国民经济备用：满足工农业超计划增长增长3%5%按其存在形式分：按其存在形式分：(1)热备用热备用(2)冷备用冷备用备用容量的分类备用容量的分类8系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优分配问系统中有备用
7、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。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有功电源的最优组合：系统中发电设备和发电厂的合：系统中发电设备和发电厂的合理组合。理组合。包括：机组的最优组合顺序，机组的最优组包括：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。合数量，机组的最优开停时间。有功负荷的最优分配有功负荷的最优分配：系统中的有功负荷在各个正在：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。运行的发电设备或发电厂之间的合理分配。5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最
8、优分配9承担急剧变化负荷时与投、退相似，额外耗能、费时承担急剧变化负荷时与投、退相似，额外耗能、费时一、一、 各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点1 1 火电厂火电厂5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配支付燃料费用支付燃料费用技术最小负荷技术最小负荷锅炉锅炉 25%70%25%70%汽机汽机 10%15%10%15%效率与蒸汽效率与蒸汽参数有关参数有关高温高压：效率高、调节范围小高温高压：效率高、调节范围小中温中压：较前者低、但调节范围大中温中压：较前者低、但调节范围大低温低压：指标最差、不用于调节低温低压：指标最差、不用于调节热电厂：抽气供热，效率最高，有
9、不可调节的强迫功率热电厂：抽气供热，效率最高，有不可调节的强迫功率火火电电厂厂102 2 水电厂水电厂（1 1）不需燃料费，但一次投资大）不需燃料费，但一次投资大（2 2）出力调节范围比火电机组大）出力调节范围比火电机组大（3 3）启停费用低，且操作简单）启停费用低，且操作简单（4 4）出力受水头影响）出力受水头影响（5 5）抽水蓄能）抽水蓄能（6 6）必须释放水量强迫功率）必须释放水量强迫功率一、一、 各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配113 核电厂核电厂（1）最小技术负荷小，为额定负荷）最小技术负荷小，为额定负荷10
10、15。（2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高；启）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。停及急剧调节时，易于损坏设备。（3）一次投资大，运行费用小。）一次投资大，运行费用小。一、一、 各类发电厂的运行特点各类发电厂的运行特点5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配12原则原则（1 1）充分利用水源。）充分利用水源。（2 2）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。用。（3 3）尽量降低火力发电成本，）尽量降低火力发电成本，增加燃用劣质煤、当增加燃用劣质煤、当地煤地煤。二、二、 各类
11、发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配13枯水期枯水期丰水期丰水期抽水抽水发电发电141 1、 发电机组的耗量特性发电机组的耗量特性：反映发电机组单位时反映发电机组单位时间内能量间内能量输入输入和和输出输出关系的曲线。关系的曲线。耗量特性耗量特性三、三、电力系统有功功率的最优分配电力系统有功功率的最优分配5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配15比耗量：比耗量：耗量特性曲线上某耗量特性曲线上某点的纵坐标和横坐标之比，点的纵坐标和横坐标之比，即输入和输出之比即输入和输出之比效率：效率：比耗量倒数比耗量
12、倒数耗量微增率耗量微增率：耗量特性曲线：耗量特性曲线上某点切线的斜率，表示在上某点切线的斜率，表示在该点的输入增量与输出增量该点的输入增量与输出增量之比。之比。效率曲线和微增率曲线效率曲线和微增率曲线 1 1、发电机组的耗量特性发电机组的耗量特性5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配16有功负荷最优分配的目的有功负荷最优分配的目的：在满足对一定量负荷持续：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。时间内所消耗的能源最少。 满足条件：满足条件： 等式约束等式约束 f(x、
13、u、d)=0 不等式约束不等式约束 g(x、u、d)0 使使 目标函数目标函数 F=F(x、u、d) 最优最优2、目标函数和约束条件、目标函数和约束条件5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配17(1) (1) 目标函数目标函数系统单位时间内消耗的燃料（火电机组）系统单位时间内消耗的燃料（火电机组）该目标函数是各发电设备发出有功功率的函数，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消耗量。描述的是单位时间内能源的消耗量。2、目标函数和约束条件目标函数和约束条件5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配18(2) (2
14、) 约束条件约束条件等式约束等式约束不等式约束不等式约束忽略有功网损忽略有功网损2、目标函数和约束条件、目标函数和约束条件5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配19以两台火电机组为例，忽略有功网损；假定各台机组的燃料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：消耗量和输出功率不受限制，要求：确定负荷功率在两台机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组间的分配，使总的燃料消耗量最小。 等式约束等式约束 目标函数目标函数3、等耗量微增率准则等耗量微增率准则5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的
15、最优分配20作图法求解（只有两台机组）作图法求解（只有两台机组） 在在OO上找到一点作垂线，上找到一点作垂线， 与两条耗量特性曲线的交点与两条耗量特性曲线的交点 间距离最短。间距离最短。 在耗量特性曲线具有凸性的情在耗量特性曲线具有凸性的情 况下，况下，两条曲线的切线平行时，两条曲线的切线平行时， 燃料消耗量最少燃料消耗量最少。 曲线的切线即斜率，就是该点的曲线的切线即斜率，就是该点的耗量微增率。耗量微增率。3、等耗量微增率准则等耗量微增率准则5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配21切线平行时，斜率相等，也就是耗量微增率相等。切线平行时，斜率相等，也就是耗量微增
16、率相等。这就是等微增率准则。这就是等微增率准则。物理意义物理意义22（1 1）. .不计网损的有功最优分配不计网损的有功最优分配目标函数最小：目标函数最小：等式约束条件：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。解。构造拉格朗日函数构造拉格朗日函数 4、多个发电厂间的负荷经济分配多个发电厂间的负荷经济分配5.25.2电力系统中有功功率的最优分配电力系统中有功功率的最优分配23求拉格朗日函数的无条件极值求拉格朗日函数的无条件极值24不等式约束的处理不等式约束的处理功率上下限约束功率上下限约束 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。按经济分配。节点电压及无功功率约束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。在经济功率分配后的潮流计算中处理。25（2 2）. .考虑网损的有功最优分配考虑网损的有功最优分配等式约束变为等式约束变为目标函数不变目标函数不
