5章 电力系统的有功功率和频率调整

d
P Ti
PGi
阻力
发电机组的 有功平衡与 频率的关系
P Ti P Gi f＝f 0 P Ti P Gi f P Ti P Gi f
助动力
( 2f )
q
发电机组 原动机惯性大，有功调节慢，无法时刻保持与 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。
5.2.1 各类发电厂的运行特点
——无调节和有调节水电厂的分类特点

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无调节水库的水电厂：——径流式水电厂 发出的功率取决于河流的天然流量。一昼夜间水量和机组 发出功率基本不变。 有调节水库的水电厂： 运行方式取决于水库调度所给定的水电厂耗水量。 洪水季节，满负荷运行。——来水多，避免弃水。 枯水季节，承担急剧变动负荷。——来水少，可储存 根据水库容量分为：日、年、多年等调节方式，库容越大， 调节能力越强。所谓多年调节，指库容足够大，可存储多 年的多余水量，说明其库容调节能力强。
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5.1.3 有功功率电源和备用容量* ——有功功率备用容量

负荷备用：调整系统中的短时负荷波动并担负计划外的负荷增加 而设置的备用。负荷备用设置在调频厂内,取最大负荷的2%～5%，
（大系统取小值，小系统取大值。）

事故备用：使电力用户在发电设备发生偶然性事故时不受严重影 响，维持系统正常供电需要的备用。取最大负荷的5%～10%，但 不得小于系统中最大机组的容量。
电力系统的有功平衡：发电机与负荷之间的电磁功率平衡，瞬时平衡。
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频率变化反映机组和系统的有功平衡关系，是其有功实时调节的依据。
本章主要内容及其关系
目标：保证频率的质量与稳定，满足有功调节的经济性与可靠性要求
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
一次调频 二次调频 三次调频
频率变化与功率调 整的定量关系
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5.2.0 概述



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有功功率的最优分配主要包括两个内容： （1）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，即机组的最优启停调度（日调度问题）。 主要涉及冷热备用容量的合理分布问题。 （2）有功功率负荷的最优分配：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，即负荷的经 济调度或者最优潮流问题。主要涉及热备用容量的合理分 布问题。 目标有耗煤量最少、污染排放量最少、启停损失最少、发 电成本最少、耗水量最少、水电发电量最多等。约束条件 有机组的运行特性约束、网络安全约束、水库流量约束等
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5.1.2 有功功率负荷曲线的预计
——负荷曲线的加工
实测曲线 加工后的曲线 加工原则： 实测曲线加 工前后，最 大和最小负 荷特征及曲 线下的面积 应一致。
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图5-3 负荷曲线加工
5.1.3 有功功率电源和备用容量*

有功功率电源
有功功率备用容量
备用容量、热备用与冷备用
负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用

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5.2.1.1 各类发电厂的运行特点
——火力发电厂的运行特点




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锅炉和汽轮机都有技术最小负荷，前者为额定负荷的 25%～70%，后者为额定负荷的10%～15%，总35%～85% 锅炉和汽轮机的投切或承担急剧变动负荷时都会耗能、费 时（（2%~5%）/分钟），且易于损坏设备。 火电厂锅炉和汽轮机的分类： (1)高温高压设备：效率高；灵活调节的范围窄 (2)中温中压设备：效率较高温高压设备低；灵活调节的 范围较高温高压设备宽。 (3)低温低压设备：技术经济指标最差，应淘汰 热电厂(供热式火力发电厂):效率高,技术最小负荷取决于 热负荷(称为强迫功率)

检修备用：使系统中的发电设备能定期检修而设置的备用。系统 负荷季节性低落期间和节假日安排不下所有设备的大小检修时才 设置专门的检修备用。

国民经济备用：计及负荷的超计划增长而设置的备用。
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5.1.3 有功功率电源和备用容量* ——各种备用容量的关系



负荷备用——热备用 事故备用——至少包括一部份热备用（可含冷备用） 检修备用（通过检查年最大负荷曲线来确定） 国民经济备用 具备了备用容量，才可能谈及备用用量在各发电设备 和发电厂之间的最优分配以及系统的频率调整问题。
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存在核电厂时，应该考虑建设抽水蓄能水电厂。
5.2.1.2 各类发电厂的合理组合

考虑调节性能与能力的组合顺序 考虑网络与调频要求的组合 组合顺序示意图 各类发电厂的日负荷曲线
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5.2.1.2 各类发电厂的合理组合
——考虑调节性能与能力的组合顺序
(1)各类发电厂的组合顺序——考虑调节效率/能力 火电厂以承担基本不变的负荷为宜，避免频繁调节。高 温高压电厂优先投入，其次是中温中压电厂。 原子能电厂原则上应持续承担额定容量负荷，运行费用 小 无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库水电厂的强 迫功率应首先投入。 有调节水库水电厂的可调功率洪水季节先投入；枯水季 节后投入。 抽水蓄能水电厂低谷负荷时当负荷，高峰负荷时当电源。
P G K G f
PL K L f
频率的调整方法
原动机的有功调整方法
P L 0 K S f P L 0－P G 0 K S f
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有功备用容量的概念
各类机组的有功调节特性
互联 K P K B PA Pab A B 断面 K A KB 有功
各种备用容量的关系
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5.1.3 有功功率电源和备用容量* —可能小于总装机容量 定期停机检修 水电厂的发电机因水头极度降低不能按额定容量发电 各发电厂预计可投入运行的发电机组的可发功率之和
为可供调度的系统电源容量。
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5.1.3 有功功率电源和备用容量* ——有功功率备用容量
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5.2 电力系统中有功功率的最优分配
——基本概念

有功功率最优分配的主要内容？ 各类电厂的运行特点？ 各类电厂的投切费用特点？ 各类电厂的运行费用？水-原子能-火 什么是水电厂与热电厂的强迫功率？
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5.2 电力系统中有功功率的最优分配





5.2.0 概述-有功电源的最优组合与有功负荷的最优分配 5.2.1 各类发电厂的运行特点和合理组合* 5.2.2 最优分配负荷时的目标函数和约束条件（略） 5.2.3 最优分配负荷时的等耗量微增率准则(火电)（略） 5.2.4 等耗量微增率准则的推广运用（水火电）（略） 5.2.5 网络损耗的修正（略） 5.2.6 电力市场及其对电力系统经济运行的影响（略）


收集未来若干天的预计负荷(大用电量用户)； 参照长期积累的历史实测数据，汇总调整用电负荷； 计入网络损耗：一般约为系统总负荷的6%～10% 不变损耗：与负荷大小无关(变压器空载损耗) 可变损耗：与负荷的平方成正比 考虑厂用电：水电厂，0.1%～1%；火电厂，5%～8%； 原子能电厂：4%～5%；相应必须考虑可投入的发电设 备和发电容量， 特别注意气象条件变化对负荷曲线的影响。 实测负荷曲线形成以后，还需要负荷曲线的加工。
第 5 章 电力系统的有功功率和频率调整
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基本内容
有功平衡与频率变化的关系（补充）
本章主要内容及其关系
5.1
电力系统中有功功率的平衡 5.2 电力系统中有功功率的最优分配 5.3 电力系统的频率调整
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有功平衡与频率变化的关系
发电机组的有功平衡：发电机的电磁功率PGi与 原动机的机械功率PTi之间的平衡，动态平衡。
为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统电源容量必 须大于发电负荷。 备用容量：可供调度的系统电源容量大于发电负荷的部 分。 热备用(旋转备用)：运转中的发电设备可能发的最大功 率与系统发电负荷之差。 冷备用：未运转的发电设备可能发的最大功率。检修中 的发电设备不属冷备用。发电设备从“冷状态”至投入 系统发出额定功率所需时间几分钟（水电常）或十余小 时（火电厂）。热备用越多，越有利于保证电能质量和 供电可靠性，但经济性不好。
9
P
电力系统 中负荷变 动的幅度
愈大，周
期就愈长。
图5-2 调频任务的分配
5.1.2 有功功率负荷曲线的预测

作用：有功功率和频率三次调整的依据 方法： （1）传统方法 （2）统计分析方法——回归分析法，时间序列分析
法等。（不讲）
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5.1.2 有功功率负荷曲线的预计 ——传统方法



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5.1.1 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 ——调频任务的分配 5.1.2 有功功率负荷曲线的预计 5.1.3 有功功率电源和备用容量*
负荷变动的类型及其特点

第一种：变动幅度很小，周期很短，有很大的偶然
性。——偶然性的负荷变动

第二种：变动幅度较大，周期较长，冲击性负荷（电 炉、压延机械、电气机车） ——冲击性的负荷变动 第三种：变动幅度最大，周期最长，由生产、生活、 气象变化引起（可以预计） ——可预见的负荷变动

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综合负荷曲 线
偶然性负荷变动
冲击性负荷变动 可预见性负荷变动
图5-1 有功功率负荷的变动曲线
频率调整方法及其特点


频率的一次调整：用发电机组的调速器(第一种负荷 变动)。 秒级控制周期 频率的二次调整：用发电机组的调频器(第二种负荷 的变动)。 ——调频厂——分钟级控制周期 频率的三次调整：按最优化准则分配第三种有规律变 动的负荷，即责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲 线发电。日前发电调度计划与实时滚动调整计划 负荷侧管理：个别负荷大量或长时间超计划用电以致 影响系统运行质量时，由系统管理部门在远方将其部 分或全部切除的控制方式(不同于前三种)；按合约要 求，采用电价补偿方式调整负荷功率，以实现削峰填 谷目标。