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电力系统第5章.docx

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    • §5电力系统有功功率及频率调整电能质量指标:电压、频率、波形L调压一调频经济性能指标:网损、比耗量、厂用电最优运行(机组组合、负荷最优分配)主要内容1、 备用容量的分类2、 机组的最有组合方法3、 有功功率的最有分配方法4、 电力系统频率调整过程及调频计算§5.1电力系统中有功功率的平衡1、 负荷变化的构成1) 、负荷变化幅值很小,周期很短没有规律性,计划外负荷波动2) 、负荷变化幅度较大,周期较长(2‘〜5’)规律性较小,冲击性较强,如轧钢厂3) 、负荷变化幅度很大,周期很长规律性强,由生产、生活、气象条件引起2、 有功负荷的预报(有规律变化的负荷)日负荷曲线(第三种)方法:回归分析、曲线拟合、时间序列分析人工智能:专家系统、人工神经网络、灰色系统、模糊系统3、有功及频率的调整1) 一次调整针对第一种负荷波动发电厂调速器(自动调速系统)2) 二次调整针对第二种负荷波动发电厂调频器(直接开动汽门或水门)3) 三次调整针对第三种负荷波动机组组合、最优分配*负荷控制4、有功电源及备用容量发电机负荷=系统综合负荷+网损+厂用电(系统最小电源容量)网络损耗(包括不变和可变损耗)(6%〜10%)'火电厂5%〜8%厂用电[原子能电厂4%〜5%小电厂0.1%〜1%为满足可靠性,电源容量〉发电容量备用=电源容量一发电容量[热备用(spinning reserve) 备用〈,-| 冷备用(cold reserve)备用按负荷变化分为:(1) 负荷备用(热备用)承担计划外负荷变化2〜5%(2) 事故备用(热备用、冷备用)承担发电线路设备故障的容量5%~8%>单机容量(3) 检修备用(冷备用)根据具体情况来定(4) 国民经济发展备用(冷备用)§5.2有功功率的最优分配J机组组合(冷备用)i负荷最优分配(热备用)1、 各类发电厂的特点及合理组合p2002、 负荷最优分配目标:在满足一定约束条件的情况下,尽可能节约一次能源依据:单位时间内输入与输出关系(耗量特性)1)基本概念a)耗量特性火电厂:F = AP2 + BP + C水电厂:W = aP2 + bP^ + cb)比耗量R、耗量微增率人r = F . P (^ P) X = dF :dP(dW: dP)2)有功功率的最优分配(不计网损)目标:£pgi)i=1PglPg 2A PJ已知)约束条件:a)等约束条件a、 全网功率平衡ZP -EP = 0 (不计损耗)G Lb、 电网各节点功率平衡P — P — U E U G cos 8 + B sin 8 »= 0gi Li i j ij ij ij ijj=1b)不等约束gi min gi gi maxgi min ' gi Q gi maxU min * * max(1)、火电厂之间的有功最优分配新的目标函数: L = F P )-x(EP —ZP )i gigi性=0 nZ P-E p= 0dh gidL 八 dLdF P )求极值:1dF P )dP '"gidPgin dPgidPgidF 1-dPg1dF 2-dPg 2电 =A 兽 =h —等耗量微增率原则 dP. dP(火电厂之间有功功率的最优分配原则)注:当时,取 Pgi= Lax取Pg广Pmin当 Pg/Pmin 时,同一电厂有两台机组并列运行,耗量特性分别为:=2.5 + 0.25P + 0.0014P2(J / h) g1 g1F2 = 5.0 + 0.18P2 + 0.0018P22 J / h)例:20MW < P < 100MW20MW < P 2 < 100MW求负荷为100MW时的最优分配方案。

      解:按等耗量微增率原则0.0028P + 0.25 = 0.0036P + 0.18P 1 + P 2 = 100n];1 5 r 经不等约束来校验,P,P为最优方案IP = 54.7mw g1 g22若条件改为20MW < P 2 < 50MW=50MW为最优方案则此题变为:经不等约束校验Pg 1 = 50 MWPg 2(2)、水、火电厂之间有功最优分配(两个厂:水厂、火厂)目标函数:火电厂T时间的耗量最小Tk k =1F = \tF P .)dt = £f(P)At约束条件:(1)、对电网任何瞬间Ph + %-Z P = 0(2) 、满足水库调度的约束(水厂消耗的水量)\TW(P )dt = £w(P )At = k(常数)0 Hi Hkk =1(3) 、不等约束(同上)新的目标函数:L = Yf (P )At—L(P + P —£P 认 +yk=12Lw (々「At — kk=1k=1变量个数:PTk、求极值:g = 0nE =X dP dP kTk Tk( \必=0力业2=x dP dP kHk Hk毕=0n P + P —£P Ok Tk Hk LkkPHk、k、『一共(3t+1)个变量(k = 1,2,A t) =0dL = 0nl^W(P )At — k = 0d Hkl k =1dFP ) = dWP ) =* ^ dP: =Y dP: = kdF(P )7 - dW(P!k )HkY 一水煤换算系数(单位:t(煤)「”3(水)) 按发出相同数量的电功率进行比较;1立方米水相当于7吨煤§5.3电力系统的频率调整频率调整的必要性(对用户、对电力系统)1、离心式调速系统的工作原理一次调整一有差调整,改变« -改变f (①=2酒')二次调整一无差调整(能够)(负荷变化较大时)自动调整手动调整2、负荷与同步发电机组的功频特性A:负荷的P-f特性表达式:、27+A其中a ,a ,a A 百分系数,且a + a + a +A + a = 1.00 1 2 0以P ,f为基准,P = a + a f *+ a f *2+A (标幺值表达式)N N L* 0 1 -负荷的单位调节功率K定义:Kl普(MW:Hz )f几何意义:物理意义:K = tg^L标志随频率的升降负荷消耗功率增加的多寡。

      说明:(1)、f l,P有下降的效应K = 1.5左右KL*L*马=K f PLNW(2)、匕不可控(取决于负荷的成分)B:发电机组的P-f特性发电机组的单位调节功率k :定义:KgAP GAf几何意义:\二奶物理意义:Kg标志了随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡说明:<1>、f "l有上升的效应;<2>、KG可以整定—APX = K fPGN Af—x100 ,b %3、频率的一次调整(负荷微小波动)KG*KG*APLOgPGNb % —调差系数B' O' =APg =- Kg AfBA = AP=-孔 Af = AB'••• AP^ = -(Kg + Kl )Af = -%Af (一次调节方程) 其中七=Kg + Kl —系统单位调节功率物理意义:标志了系统负荷增加或减少时,在原动机调速器和负荷本身的调节效 应共同作用下频率下降或上升的多寡说明:(1)、A%的组成;发电机经一次调瞥L 〔负何的降低效应KLAf(2)、有差调整曷0)4、频率的二次调整如果W不满足要求,要进行二次调整PPP0P0"o'' f0△PO = OA = OC + CB + BAOC = APGOCB = - Kg Af'' = B "C -BA =-七 Af" = A” B"••• APlo - APgo = -(Kg + Kl )Af —频率二次调整方程说明:(1)、apl的组成'一次调整Kg A 一调速器作用而增大的发电机组功率<二次调整aP^ —二次调整发电机增发功率负荷效应kG° 一负荷本身的调节效应而减少的负荷功率I L(2)、AP^ -APo = 0时,Af = 0 一无差调节;(3)、二次调整时在一次调整基础上完成的。

      七APA, APAGB LB5、互联系统的频率调整APB, APB分析:联合前:对 A: APA+AP b -APA =-^Kga + KA)AfA对 B: APB - APb - APB =-女德 + Kb )%联合:WA=WB=W[ap = Ka 七", ab K + K^K a +aap bAf = -—A B/ Ka + KB其中:K = K + K K = K + K AP = AP - AP AP = AP - APA GA LA B GB LB A LA GA B LB GB例:A、B互联系统正常运行时,系统间无交换功率,A系统容量1000MW, B系统容量500MW,两系的P-f特性的系数分别以各自容量为基准,K = 25, K = 20, K = 1.5, K = 1.4.当A系统负荷增加100MW时,试求下列情GA^ GB* LA^ LB*况下联络线的交换功率及系统的频率差f0=50 Hz)(1) A、B两系统均参加一次调频;(2) A、B两系统不参加一次调频;(3) A系统不参加一次调频;(4) 两系统都参加一、二次调频,且各增发50MW;1000MW 500MWAPA= 100 MW(5) 两系统都参加一次调频,且A部分机组参加二次调频增发70MW。

      解:K = K M = 25 x1000 = 500 MW HzGA GA* f 50KLAK Pn = 1.5 x 迎LA* fN 50=30 MW HzKGB=K i = 20 x 迎GB* fN 50=200 MW HzKlb = Klb PL^ = 1.4x500 = 14MW/Hz N(1)Ka = 530MW/Hz Kb = 214MW/Hz APA = 100MW Ap = 0•••AP = K * K APa = -28.76MW ab 七 + KB△f =—△「a + △[ = —0.1344Hz Ka + K:(2) KA=30 MW HzKb = 14 MW/Hz △p = 100MW △P = 0:.△PabKAP-KA K: + K:△P A= —31.82 MW△f =—△a +电=—2.27 Hz Ka + KB(3) KA:.△Pab=—87.70MW △f = —0.41Hz(4) KA=530MW: Hz=30 MW I。

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