第三章有功功率平衡和频率调整.ppt

第三（5）章电力系统有功功率的平衡和频率调整
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 指系统中发电设备或发电厂的合理组合,也就是所谓的机组合理开停.
有功功率负荷的最优分配
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.
电力系统中有功功率负荷合理分配的目标是，在满足一定约束的前提下，尽可能节约消耗的一次能源。
最常用的是按等耗量微增率准则分配.
Date
最优分配负荷的目标函数和约束条件
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
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
如图所示:
Date
比耗量μ: 单位时间内输入能量与输出功率之间的比值.
耗量微增率λ: 耗量特性曲线上某点切线的斜率
P
Date
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
为网络总损耗
以 表示某发电设备发出有功功率时单位时间内所需消耗的能源。
等式约束条件
Date
不计网络损耗时，上式可改写为:

不等式条件
各节点发电设备有功功率、无功功率和电压大小不得逾越的限额:
Date
用拉格郎日乘数法求解
可建立如下拉格朗日函数:
式中 为拉格朗日乘数

Date
以两台机为例
目标函数:

等式约束条件:
等耗量微增率准则
所以可得:
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。
Date
根据等耗量微增率准则得:

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.
Date
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。
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。
Date
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
Date
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。
水电的约束条件
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。
新的拉格朗日函数 :
等式约束还应增加：
Date
得:
若时间段取的很短,则可将式中的下标“k”可略去，可改写为：　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　由上可知，只要将水力发电厂的水耗量乘以某一个待定的拉格朗日乘数，就可将等耗量微增率准则应用到火力发电厂与水力发电厂之间负荷的最优分配。
即
水煤转换系数
同理由:
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网损的修正
等式约束条件修正为：
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式中为　　　　网损微增率(灵敏度)
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2
Date
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　电力系统的频率调整
一、频率调整的必要性

所有用电设备都是按系统额定频率设计的，只有在额定频率下才能有好的技术经济性能，是电能质量的一个重要指标。
电力系统的频率变动对用户、发电厂和电力系统本身都会产生不利影响;
Date
电网频率f是发电机转速的表现，当发电机PM与PE（+有功损耗）平衡时，ω和f不变
负荷随机变化，PE随机变化
不可能严格保证任何时刻额定频率，频率偏移不可避免，需合理规定允许的偏移范围。
我国目前：50Hz±（∽)Hz，发达国家±
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二、发电机组的有功功率-频率调整特性
（一）自动调速系统
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调速系统的基本原理
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（二）发电机组的有功功率—频率静态特性
原动机未配置自动调速系统时，其机械功率与频率的关系：
原动机配置自动调速系统后：
原