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第三章有功功率平衡和频率调整

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电力系统的有功功率平衡和频率调整PPT课件

电力系统的有功功率平衡和频率调整PPT课件

第30页/共44页
13.3 电力系统的频率调整
5. 互联系统的频率调整
二率负次增荷调量增频量功
频率调整可能引起网络潮流的重新分布
A
B
PDA PAB PGA KAf PDB PAB PGB KBf
ΔPDA ΔPGA
KA
ΔPAB
ΔPDB ΔPGB
KB
f PDA PDB PGA PGB PD PG = 0, 则: △f = 0
电力系统的频率调整133133133133频率的一次调整调速器的有差调节特性一次调频是有差调频所有发电机均装有调速器均参加一次调频机械液压调速系统电气液压调速系统自动装置中详细介绍单靠一次调频不能使频率偏移保持在允许的范围之内发电机组的调速器根据系统频率的偏移改变机组的出力使有功功率重新达到平衡这就是频率的一次调整
f
KD (KD*)：负荷频率调节效应系数（频率调节效应）
KD* =1～3（频率下降1 %，负荷有功功率变化 KD* %）
KD* 取决于全系统各类负荷的比重，不同系统或同一系统不同时刻的KD* 都可能不同。 KD* 是调度部门必须掌握的一个数据，是考虑按频率减负 荷方案和低频事故时用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。
调差系数越小，频率偏移越小！
发电机的δ(δ*)和KG ( KG* )可以整定，而负荷的KD ( KD* )则不行
K汽水G轮轮机机1：：δδ**==00P..fG0042，～～K0.0G0.60，4，K1KG*G*=1=255Pf0G～NN～162K.57G
fN PGN
第12页/共44页
电 力13系.2统 的 频 率 特 性
第8页/共44页
例13-1
某电力系统中，与频率无关的负荷占30％，与频率一次方、二次方、三次方成 正比的负荷分别占40％、10％、20％。求系统频率由50Hz降到48Hz和45Hz时， 相应的负荷变化百分值。
第三章电力系统频率及有功功率的调节

第三章电力系统频率及有功功率的调节

L
这种有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的
功率—频率特性，是负荷的静态频率特性，也
称作负荷的调节效应。
2）电力系统中各种有功负荷与频率的关系
负荷的功率—频率特性一般可表示为
f
f2
fn
P

a
P

a
P
()

a
P
()





a
P
()
L
0
LN
1
LN
2
LN
n
LN
f
f
f
N
N
N
式中 f N —额定频率
P—系统频率为f时，整个系统的有功负荷
第一节 电力系统的频率特性
9）负荷的变动情况可以分成几种不同的分量：
一是变化周期一般小于10s的随机分量；
二是变化周期在10s～3min之间的脉动分量；
三是变化周期在3min以上的持续分量，负荷预测预报
这一部分。
10）第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来
调整原动机的输入功率，这称为频率的一次调整。
P

0
*
*
G
*
上式又称为发电机组的静态调节方程。
第一节 电力系统的频率特性
在计算功率与频率的关系时，常常采用调差
系数的倒数，

P
1
G
*
K



G
*
R

f*
KG*——发电机的功率-频率特性系数，或原动
机的单位调节功率。
一般发电机的调差系数或单位调节功率，可
采用下列数值：
对汽轮发电机组 R*=(4-6)%或KG* =16.6-25 ；
有功功率和频率调整课件

有功功率和频率调整课件


04
配电线路
将电能从变电站分配 到最终用户。
电力系统的特点
电力系统的装机容量通常很大， 以满足大量用户的用电需求。
电力系统通常配备有各种自动化 控制系统，以确保稳定、安全和 经济运行。
高电压 大容量 远距离
自动化控制
通常在数千伏至数百千伏之间。
输电线路通常很长，跨越不同的 地理区域和气候条件。
电力系统的要求
调速器调整
汽轮机调整
调速器是发电机组的重要控制设备，可以 通过调整调速器的开度来控制发电机组的 出力，从而调整电力系统中的频率。
汽轮机可以通过调整进汽量来控制发电机 组的出力，从而调整电力系统中的频率。
锅炉调整
其他调整方法
锅炉可以通过调整燃料量来控制发电机组 的出力，从而调整电力系统中的频率。
除了以上三种方法外，还有水泵、压缩机 等设备可以通过调整流量来控制发电机组 的出力，从而调整电力系统中的频率。
负荷分配
根据电力系统负荷需求，自动分配发电机组的输出功率，确保满足负荷需求。
AGC的实现方式
集中控制
在电力调度中心设置控制中心，对整 个电力系统的发电机组进行集中控制 。
分散控制
在各发电机组设置控制装置，对各自 的输出功率进行分散控制。
06
电力系统稳定器(PSS)
Chapter
PSS的概念
电力系统稳定器定义
有功功率
有功功率是指实际做功的功率， 是电力系统中实际传输的功率，
也是用户实际消耗的功率。
功率平衡
有功功率平衡是指系统中所有发电 机组的有功功率之和等于系统所需 消耗的功率总和，以保证系统的正 常运行。
重要性
有功功率平衡是电力系统稳定运行 的重要条件，如果功率不平衡，会 导致系统电压波动、频率不稳定等 问题。
电力系统有功功率平衡及频率调整知识讲解

电力系统有功功率平衡及频率调整知识讲解

第三章电力系统有功功率平衡及频率调整例3-1 某一容量为100MW 的发电机，调差系数整定为4% ，当系统频率为50Hz 时，发电机出力为60MW ；若系统频率下降为49.5Hz 时，发电机的出力是多少？解根据调差系数与发电机的单位调节功率关系可得K G= (1/s *) X( P GN/f N) = (1/0.04)X( 100/50) =50 (MW/Hz ) 于是有△ P G=—K G△ f=50 (50-49.5) =25 ( MW )即频率下降到49.5Hz时，发电机的出力为60+25=85 ( MW)例3-2电力系统中有A、B两等值机组并列运行，向负荷P D供电。

A等值机额定容量500MW，调差系数0.04，B等值机额定容量400MW，调差系数0.05。

系统负荷的频率调节效应系数K D*=1.5。

当负荷P D为600 MW时，频率为50Hz，A 机组出力500MW，B机组出力100MW。

试问：( 1) 当系统增加50MW 负荷后，系统频率和机组出力是多少？( 2) 当系统切除50MW 负荷后，系统频率和机组出力是多少？解首先求等值发电机组A, B 的单位调节功率及负荷的频率调节效应系数为K GA= (1/S *) X( P GNA/f N) = (1/0.04)X( 500/50) =250 (MW/Hz )K GB= (1/S *) X( P GNB/f N) = (1/0.05)X( 400/50) =160 (MW/Hz )K D=K D*X(P DN/f N)=1.5X(600/50)=18(MW/Hz )( 1) 当系统增加50 MW 负荷后。

由题可知，等值机A已满载，若负荷增加，频率下降，K GA=0,不再参加频率调整。

系统的单位调节功率K=K GB+K D=160+18=178(MW/Hz ) 频率的变化量△ f= —△ P D/K=—50/178=-0.2809 (Hz)系统频率f=50—0.2809=49.72( Hz)A 机有功出力P GA=500MWB 机有功出力P GB=100—K GB△ f=100+160X 0.2809=144.94 ( MW )( 2 当系统切除50MW 负荷后。

电力系统有有功功率平衡和频率调整 PPT

电力系统有有功功率平衡和频率调整 PPT


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
F
P
m F
0 PG
比耗量 F(W)
P
发电设备的效率 1
0
P
PG
耗量微增 dF 率 (W)
dP
, ,
m
0 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。
电力系统有有功功率平衡和频率调整
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）：500.1Hz 华东电网已达到： 50 0.1Hz
总和
P G P L P D P S P 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。
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％～
i1
i1
PG1minPG1PG1ma,xPG2minPG2PG2max QG1minQG1QG1ma,xQG2minQG2QG2max U1minU1U1ma,xU2minU2U2max
PGimin PGi PGimax QGimin QGi QGimax Uimin Ui Uimax
第三章电力系统频率及有功功率的自动调节_电力系统自动化

第三章电力系统频率及有功功率的自动调节_电力系统自动化

在稳态下，配有调速器的发电机组转速n与所带有功功率P的关系..
n no nN n △f △P f
若发电机组原在（PN，nN） 点，当有功变化为P时，调 速器调节后，机组运行在 （P，n）,n≠ nN因此又称为 有差调节特性。
PN
P
PG
1.速度变动率R（调速系统静态特性的斜率）： 当发电机有功功率从0增加到PN时，转速从n0 变到nN, R=no-nN
b1＞b2:1号机组的功率减少 △P,其功率变为P1 ,相应的微增率 减小至b1 ;2号机组增加相同的△P,其功率变为P2 相应的微增率 增大至b2 1号机组减少的燃料消耗费用大于2号机组增加的消耗费用, 负荷转移可使消耗费用减少,当b1等于b2时,总的燃料消耗费用为
, , , ,
最小即最经济.
系统中并联运行的发电机组经济调度的准则是: 各机组的微增率相等
负荷变化较大时，调整结束时频率与额定值偏差较大——调节结果有差； 频率的二次调整通过调频器反应系统频率变化，调节原动力阀门开度
调节转速，表现为一条调节特性上、下平移，可以保证调整结束时频率与 额定值偏差很小或趋于零——调节结果是无差的；
复习思考
• • • 1.频率和有功功率调节的主要任务是什么? 2.在电力系统中,有了调速器对频率的一次调节, 为什么还要引入调频器,进行二次调节? 3.调速器的失灵区对频率调整有何影响?
×100%
nN
2.发电机组的频率调节方程 :
Δf* + R* · ΔPf* = 0
(三)调节特性的失灵区ε（迟缓率）
1．定义：由于测量元件的不灵敏性, 调速系统对于微小的转速
变化不能反应,调节特性实际上是一条具有一定宽度
f
不灵敏的带子, 称为失灵区。
电力系统有功平衡与频率调整

电力系统有功平衡与频率调整


n
n
建立拉格朗日方程： L Fi (Pi ) ( Pi PL )
i 1
i 1
L最小 L 0 Pi
勇PL于1 开始d，Fd1才P(1P能1)找到成 0
功P的L2 路
dF2 (P2 ) dP2
0
L Pn
dF1(Pn ) dPn
0
dF1(P1) dF2 (P2 ) dFn (Pn )
又称作二次调频，可实现
无差调节。
f fn
Δf f1
PGN
ΔPG PG1
2 1
P
5.3 电力系统的频率调整
➢系 统 负 荷 的 不 同 变 化 规 律 （三种）及其引起的频率偏 移的调整方法：
（1）变动周期最短（小于10s）， 变化幅度最小—由小负荷的经常 性投切造成，随机性强。
调速器
一次调频
（2）变动周期较长（在10s～ 180s），变化幅度较大---由一 些冲击性、间歇性负荷的变动
一、有功电源的最优组合 包括三个部分：
机组的最优组合顺序、最优组合数量和最优开停时间。
各电厂组合的基本要求：
---分担系统负荷时，要依据各类电厂的技术特点，按 效率优先原则安排，已达到经济合理利用资源的目的。
电力系统有功功率经济分配
具体原则：
➢(1)充分利用水源： ✓枯水期：无调节水电以及有调节水电厂的强迫功率首 先投入，有调节水电厂的可调功率承担高峰负荷。 ✓丰水期：所有水电厂优先投入。
➢(2)可以做到无差调节。
5.4 电力系统有功功率经济分配
系统有功功率的最优分配，包括：
➢有功电源的最优组合 --系统中发电设备和发电厂的合理组合，即所谓机组的 合理开停（冷备用容量的合理分布问题）。
第三章-电力系统频率及有功功率的自动调节

第三章-电力系统频率及有功功率的自动调节


PG=f (f)
P
PL PG P (KG KL )f Kf
K
KG
KL
PL f
所有机组均 机组装有 无调速器 调速器
KG
PGN fN
KL
PLN fN
PL f
当负荷增加后，依靠调速器动作实现了频率
KG
PGN PLN
KL
PL f
的一次调节，会使电网的频率有所上升，但频 率值仍然偏离额定频率，如果负荷变动较大，
电力系统自动化
第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节
第一节 电力系统的频率特性
➢每分钟转数
n
n
➢每秒钟转数
60
➢系统频率 ➢正常情况
➢负荷突然变动而使发
电机组电功率增加PL
f Pn 60
m
m
PTi PGi
1
1
m
m
PTi PGi PL
1
1
m
1
PTi
m 1
PGi
PL
d dt
m
条直线。
频率下降的特性有利于
PL
系统中有功功率在另一
频率值下重新平衡。这
种现象称为负荷的频率 调节效应。
PLN
β
KL
tg
PL f
KL
PL f
KL
KL
fN PLN
0
fN
f
图负6-3荷的负静荷态的频静态率频特率性特性
电力系统自动化
第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节
KL
dPL df
KL
dPL df
5.调节特性的失灵区
f
fN
fW
fW
PW PW
电力系统有功功率的平衡与频率调整

电力系统有功功率的平衡与频率调整

电力系统有功功率的平衡与频率调整
5.1 电力系统中的有功平衡与频率调整
5.1.1 频率调整的必要性
1 频率变化对用户的影响
(1)系统频率的变化将引起工业用户的电动机转速的变化，这将影响产品 的质量。如纺织工业、造纸工业将因频率变化出现残次品。
(2) 当频率降低，使电动机有功功率降低，将影响所传动机械的出力。 (3) 频率不稳定，将会影响电子设备的准确性。雷达、电子计算机等重要
入功率
损平衡和备用容量
1、有功功率负荷的变动及其调整
对系统实际负荷变化曲线的分析表明 ，系统负荷可以看作是由三种具有不 同变化规律的变动负荷所组成：
第一种是变化幅度小，变化周期较短 （10s内）的负荷分量；
第二种是变化幅度较大，变化周期较 长(一般为10s至3min)的负荷分量， 如工业中大电机、电炉、电气机车等
5.1.4 各类发电厂的特点及合理组合
目前发电厂主要有以下三类：火力发电厂、水力发电厂、核电厂
（一）各类发电厂的特点
1、火力发电厂的主要特点
火电厂外景
（1）运行需要支付燃料费用，占用运输能力，运行不受 自然条件的影响。 （2）有功出力受锅炉和汽轮机最小技术负荷的限制，启 停时间长且启停费用高。 （3）效率与蒸汽参数有关，高温高压设备效率最高，低 温低压设备效率最低。 （4）热电厂采用抽汽供热，总效率较高。
(3)系统频率降低时，异步电动机和变压器的励磁电流大大增加，引起系 统无功损耗增加，若系统备用无功电源不足，将导致电压降低。
总之，电力系统的频率降低时将影响各行各业，频率过低时甚至会使系 统瓦解，造成大面积停电，必须设法使系统频率保持在规定范围内
5.1.2 电力系统的频率与有功功率平衡的关系
系统频率同发电机转速之间的关系 f np 60
电力系统有功功率平衡及频率调整知识讲解

电力系统有功功率平衡及频率调整知识讲解

第三章电力系统有功功率平衡及频率调整例3-1 某一容量为100MW的发电机，调差系数整定为4%，当系统频率为50Hz 时，发电机出力为60MW；若系统频率下降为49.5Hz时，发电机的出力是多少？解根据调差系数与发电机的单位调节功率关系可得K G=（1/δ*）×（P GN/f N）=（1/0.04）×（100/50）=50（MW/Hz）于是有△P G=－K G△f=50（50－49.5）=25（MW）即频率下降到49.5Hz时，发电机的出力为60+25=85（MW）例3-2 电力系统中有A、B两等值机组并列运行，向负荷P D供电。

A等值机额定容量500MW，调差系数0.04，B等值机额定容量400MW，调差系数0.05。

系统负荷的频率调节效应系数K D*=1.5。

当负荷P D为600 MW时，频率为50Hz，A机组出力500MW，B机组出力100MW。

试问：（1）当系统增加50MW负荷后，系统频率和机组出力是多少？（2）当系统切除50MW负荷后，系统频率和机组出力是多少？解首先求等值发电机组A, B的单位调节功率及负荷的频率调节效应系数为K GA=（1/δ*）×（P GNA/f N）=（1/0.04）×（500/50）=250（MW/Hz）K GB=（1/δ*）×（P GNB/f N）=（1/0.05）×（400/50）=160（MW/Hz）K D=K D*×（P DN/f N）=1.5×（600/50）=18（MW/Hz）（1）当系统增加50 MW负荷后。

由题可知，等值机A已满载，若负荷增加，频率下降，K GA=0，不再参加频率调整。

系统的单位调节功率K=K GB+K D=160+18=178（MW/Hz）频率的变化量△f=－△P D/K=－50/178=-0.2809（Hz）系统频率f=50－0.2809=49.72（Hz）A机有功出力P GA=500MWB机有功出力P GB=100－K GB△f=100+160×0.2809=144.94（MW）（2）当系统切除50MW负荷后。

电力系统有功功率的平衡和频率调整基础知识讲解

电力系统有功功率的平衡和频率调整基础知识讲解


%=3~5或 KG*=33.3~20 %=2~4或 KG*=50~25
c.负荷的单位调节功率：综合负荷的静态频率特性的斜率。
一般而言：
KL* 1.5
三、 频率的一次调整
1、简述：由于负荷突增，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，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，达到新的平衡。
2、数学表达式：
KS：称为系统的单位调节功率，单位Mw/Hz。表示原动 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。
3、注意： ➢ 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。
对于系统有若干台机参加一次调频：
原则（1）充分利用水源。 （2）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。 （3）尽量降低火力发电成本。 根据上述原则，在夏季丰水期和冬季枯水期各类电厂在
日负荷曲线中的安排示意图，见图4-2。
图4-2 各类发电厂组合顺序示意图 （a）枯水季节 （b）丰水季节
➢夏季丰水期，水量充足，水电厂应带基本负荷以避免 弃水、节约燃煤。在此期间，可抓紧时间进行火电厂设 备的检修。
2）、发电机组的有功功率—频率静态特性 a.发电机的单位调节功率：发电机组原动机或电源频率特 性的斜率。
标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。
b.发电机是调差系数：单位调节功率的倒数。
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 • 水轮发电机组
➢冬季枯水期，来水较少，应由凝汽式火电厂承担基本 负荷，水电厂则承担尖峰负荷。

电力系统有有功功率平衡和频率调整41页PPT


等约束条件：有功功率必须保持平衡
n
对于每 P GiP L 个 iU i节 U j点 G ic j o i jsB is j iinj0
j 1
n
n
对于整个PG系 i 统 PL iP0
n
n
不计网损PGi PLi0
i1 i1
i1
i1
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 PG,无i 功功率 和QGi电压大小不能超过限额。
▪ 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。
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：
1. 一次调频：由发电机调速器进行；
2. 二次调频：由发电机调频器进行；
3. 三次调频：由调度部门根据负荷曲线进行最 优分配。
PGimin PGi PGimax QGimin QGi QGimax Uimin Ui Uimax
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。
1) 建立数学模型。
2
mfi• nF cto s a 2 iP G 2 ia 1 iP G ia 0 i
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。
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：

电力系统分析3.课题三 电力系统的有功功率平衡和频率调整


第六单元 电力系统频率电压调整
课题三 电力系统的有功功率平衡和频率调整
二、电力系统有功功率备用容量
PT P G PG
PT
若备用容量按作用分类，可分为 以下几种:
1.负荷备用
为满足一天24h计划外负荷增加和适应系统中的短时间负 荷波动而留有的备用容量称为负荷备用。负荷备用的大小 应根据系统总负荷的大小、运行方式和系统中各类负荷的 比重来确定，一般为系统最大负荷的2%～5%。
第六单元 电力系统频率电压调整
课题三 电力系统的有功功率平衡和频率调整
一、电力系统有功功率平衡
PT P G
PG
PT
通过以上分析可知，当系统负荷消耗的有功功率变化时， 系统频率会相应变化，因此，引起电力系统频率变化的根 本原因是系统有功功率的变化；当有功负荷变化时，要保 持系统频率在允许的范围内，就必须调整发电机组的电磁 功率。
P
三、电力系统的频率调L
电力系统的频 率特性
当负荷变化，引起系统频率变化，发电机机
组调速器动作，调整频率的过程称为频率的
一次调整。
0
fN
f
第六单元 电力系统频率电压调整
课题三 电力系统的有功功率平衡和频率调整
三、电力系统的频率调整
P
PD
2.频率的二次调整
PB
PC
PA 即在频率一次调整的基础上，机组调频器动
第六单元 电力系统频率电压调整
课题三 电力系统的有功功率平衡和频率调整
二、电力系统有功功率备用容量
2.事故备用
当电力系统某些机组发生故障或者电厂预想出力突然下降时， 为避免系统失去稳定性而留有的备用容量称为事故备用。事 故备用容量的大小可根据系统中机组的台数、机组容量的大 小、机组的故障率以及系统的可靠性指标等来确定，一般为 最大负荷的5%～10%，但不应该小于运行中最大一台机组的 容量。 3.检修备用

电力系统的有功功率和频率调整PPT课件

• 频率调整的方法及其特点？ • 负荷变动与频率调整的关系？ • 什么是可供调度的系统电源容量、备用容量、热备用和冷备用、负荷备用（事故备用、检修备用、国民经
济备用）？ • 两类备用容量的关系？
3
第3页/共81页
5.1 电力系统中有功功率的平衡
• 有功功率负荷的变动和调整控制 （1）有功功率负荷的变动 ——变动类型及其特点 ——综合负荷的分解 （2）有功功率和频率的调整 ——调整方法及其特点 ——任务的分配
大，调节能力越强。所谓多年调节，指库容足够大，可 24 第24页/共81页
各类发电厂的运行特点
——抽水蓄能水电厂的特点
• 抽水蓄能水电厂： ✓上下方各有一水库。
✓系 统 负 荷 出 现 低 谷 时 ， 抽 水 至 上 水 库 储 蓄 水 能
✓系统负荷出现高峰时，放水至下水库同时发电
✓抽 水 蓄 能 ， 放 水 发 电 循 环 的 总 效 率 只 有 7 0 % ， 但 由 于其具有很强的消峰填谷的作用，可以使火电厂的 负荷比较平稳，因此，当系统的有功调节能力不足，
• 二次调频的功率频率调整量计算方法
负荷的变动类型
发电机的电磁功率变化类型
偶然性 冲击性 周期性
频率的调整方法
原动机的有功调整方法
一次调频 二次调频 三次调频
频率变化与功率调 整量的定量关系
PG KGf PL KLf PL0 KS f PL0－PG0 KS f
有功备用容量的概念 各类机组的有功调节特性
2
第2页/共81页
5.1 电力系统中有功功率的平衡 ——基 本 概 念 • 负荷变动的类型及其特点？
瞬变负荷及发电机功率的平衡，而只能保证动 原动机＋发电机
态平衡，相应频率也只能保持动态稳定。

电力系统自动化---第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节

引起频率单位变化时的负荷变化量。
14
第十四页，共96页。
标幺值表示
K KG K D
PD 0
f
K G
PGN
PD 0
PDN
K D

fN
fN
f
等式两端同除以PDN/fN
K G
PGN
PD 0 PDN
PD 0
K D

PDN
f f N
f
K * k r K G K D
（3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律
根据预测负
荷，在各机
组间进行最
优负荷分配
电力系统的经济运行调度（发电计划）
6
第六页，共96页。
4 有功功率平衡与备用容量
– 有功功率平衡：
P P P
Gi
Di
loss
–备用容量：15%～20%
• 作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量应大于
3有功功率负荷的变化及其调整
负荷总的变化情况
随机分量
脉冲分量
持续分量
5
第五页，共96页。
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：
（1）变动周期小于10s，变化幅度小:小操作、线路摇摆等
调速器
频率的一次调整
（2）变动周期在（10s，180s），变化幅度较大：大电机、电
炉启停
调频器
频率的二次调整
f


P2 P1
P
若2为额定运行点，1为空载
运行点：
P2 PGN
f2 f N
P1 0
f1 f 0
f / f N

第三章有功功率平衡和频率调整


可建立如下拉格朗日函数:
L F1(PG1 ) F2 (PG2 ) Fn (PGn )
式中

(PG1 PG2 PGn
为拉格朗日乘数
PL )
L PG1

F1 ( PG1 )

dF1( PG1 ) dPG1



1


0
L
PG 2

F2 ( PG2 )
荷的变 化
频率变化的原因?
你答对了吗?
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
《电力系统分析》
2019年11月27日星期三
三次调整:按最优化准则分配第三种有 规律变动的负荷，即调度部门责成各发电
按事先给定的发电负荷曲线发电。
《电力系统分析》
2019年11月27日星期三
同系统总负荷
2、有功功率平衡和备用容量
所有用户的
有功负荷
运行中： PGPL PDPS PC
网络的有功损耗
规划、设计： PGNPGPR
二、电力系统有功功率的平衡和备用容量
1.有功功率负荷变动及其调整
P
0
《电力系统分析》
PΣ
P1
P2
P3
t
2019年11月27日星期三
有功功率负荷变动曲线
据此图,负荷可以分为三种 :
变动有很大的偶然性
第一种变动幅度很小，周期又很短。
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
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布在考虑。
《电力系统分析》
2018年10月13日星期六
等耗量微增率准则的推广应用
实践中:由于能源消耗受限制
有功功率负荷的最优分配
其在火力发电厂与 水力发电厂之间的最优分配问题
消耗的水量受水库调度的约束
《电力系统分析》
2018年10月13日星期六

为了简化分析，将负荷的分配局限于一个 火电一个水力发电设备之间，并略去网损。
概述

电力系统是现代社会中最重 要、最庞杂的工程系统之一。 如何保证正常、稳态运行时 的电能质量和经济性问题， 是我们考虑的重点问题之一。
衡量电能质量的指标包括： 频率质量、电压质量和波形 质量，分别以频率偏移、电 压偏移和波形畸变率表示。
衡量运行经济性的主要指标
有功功率的最优分布包括：

有功功率负荷预计、有功功 率电源的最优组合、有功功 率负荷在运行机组间的最优 分配等。
2018年10月13日星期六

《电力系统分析》
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) 2、按存在形式分为 冷备用:未运转的、但能随时启动的
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
《电力系统分析》
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必须与火电配合
维持航运、灌溉、需一定水量，对应强迫功率
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丰满水电厂外景
《电力系统分析》
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(3) 核电厂特点： 负荷调整主要取决于汽轮机，技术最小负荷约为 额定负荷的10%~15% 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
你答对了吗?
化
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
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二、电力系统有功功率的平衡和备用容量
0
4
8
12
16
20
24
《电力系统分析》
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洪水季节:
负荷
中温中压火电厂
高温高压火电厂
热电厂可调功率
燃烧劣质当地燃料火电厂
原子能电厂
水电厂和热电厂的强迫功率 水电厂和热电厂的强迫功率
0
《电力系统分析》
4
8
12
16
20
24
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应指出:
枯水季节往往由系统中的大型水电厂承担调频
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火电厂外景
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(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。水力调节可分为无调节、季调节、年 调节和多年调节，调节周期越长，受自然条件影响 越小。
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）
2k
( PH 2 k )t k K 2 0
L F1k ( PT 1k )t k k PT 1k PH 2k ( PL1k PL2 K )t k
《电力系统分析》
k 2 W2k ( PH 2k )t k K 2 k 1
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 的关系称为耗量特性。 函数关系
F,W
Fi Fi PGi
上述函数可用试验数据通过最 小二乘法拟合而成，根据前 人经验，阶数为2比较合适， 即
Fi ai P bi PGi ci
2 Gi
0
PG
如图所示:
《电力系统分析》
2018年10月13日星期六
U i min U i U i max
《电力系统分析》
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3.最优分配负荷时的等耗量微增率准则
用拉格郎日乘数法求解 可建立如下拉格朗日函数:
L F1 ( PG1 ) F2 ( PG 2 ) Fn ( PGn )
式中

为拉格朗日乘数
( PG1 PG 2 PGn PL )
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2、有功功率平衡和备用容量

同系统总负荷 所有用户的 有功负荷 网络的有功损耗 所有发电厂厂用 电有功负荷
运行中：
P P P P P
G L D S
C

规划、设计：
备用容量:
1.按作用形式分
P P P
GN G
R


负荷备用(2-5%PLmax) 事故备用(5-10% PLmax或系统中 最大一台单机容量） 检修备用(可能不安排) 国民经济发展备用(3-5%PLmax ）
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所以可得:
1 2 n
等耗量微增率准则
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。

以两台机为例
目标函数:
等式约束条件:
F F1 ( PG1 ) F2 ( PG 2 )
PG1 PG 2 PL 0

比耗量μ: 单位时间
内输入能量与输出功 率之间的比值.
F,W
uF/P

dF
耗量微增率λ: 耗量
特性曲线上某点切线 的斜率
m
0
dP
F
F / P dF / dP
《电力系统分析》
P
PG
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2. 目标函数和约束条件

目标函数
有功负荷最优分配的目的：在供应同样大小有功功 率负荷的前提下，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量最少。即为
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秦山核电站外景
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（二）有功功率电源的最优组合

各类发电厂组合顺序示意图
负荷
枯水季节:
蓄能
高温高压火电厂
水电厂可调功率
中温中压火电厂
热电厂可调功率
发电
燃烧劣质当地燃料火电厂
原子能电厂 原子能电厂
无调节水电厂和其迫率 无调节水电厂和其迫率
minF Fcos t F1 ( PT 1 )dt
0

水电的约束条件
等式约束还应增加：
W (P
0 2

H2
)dt 定值
上式中用小的时间段之和来表示积分效果，表示 火电厂的燃料，表示水电厂消耗的水量。
W
新的拉格朗日函数 :
k k k 1 k 1
k
k 1
若时间段取的很短,则可将式中的下标“k”可略 去，可改写为： 水煤转换系数
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《电力系统分析》
根据等耗量微增率准则得:
1 2
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按等耗量微增率原则分 配.
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对于有功功率限制，当计算完后发现某发电设备越限，则
1.有功功率负荷变动及其调整
P
PΣ
P1
P2
P3
0
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t
有功功率负荷变动曲线
据此图,负荷可以分为三种 :
变动有很大的偶然性
第一种变动幅度很小，周期又很短。
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
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 这一种是由于生产、生活、气象等变 计。
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同理由:
dW2 k ( PH 2 k ) 2 k 0( k 1,2,, ) dPH 2 k
dF1k ( PT 1k ) k 0(k 1,2,, ) dP T 1k
得:
dF1k ( PT 1k ) dW2 k ( PH 2k ) 2 k ( k 1,2,, ) dP dPH 2 k T 1k
该发电设备取其限值，不再参加最优分配计算，剩下的负荷 由其他发电设备重新进行最优分配计算。
1
2
3
PG1min
PG 1 PG1max
PG 2min PG 2
PG 2max
PG 3min
PG 3 PG 3max
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
为：比耗量和线损率
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2018年10月13日星期六
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） 有功功率的平衡 有功功率的最优分配 电力系统的频率调整
《电力系统分析》
2018年10月13日星期六
两者差一个网损 两者差一个厂用电