电力系统分析课件PDF格式,第5章

来源:师德师风心得 发布时间:2020-03-06 00:23:18 点击:
电力系统分析电力系统分析 第第5章章 电力系统的有功功率电力系统的有功功率 平衡和频率调整平衡和频率调整 孙丽华孙丽华 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院2 第第5章章 电力系统的有功功率电力系统的有功功率 平衡和频率调整平衡和频率调整 5 1 电力系统电力系统中有功功率的平衡中有功功率的平衡 5 2 电力系统的电力系统的频率调整频率调整 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院3 5 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 一一 频率变化对负荷和电力系统的影响频率变化对负荷和电力系统的影响 频率变化会引起工业用户异步电动机转速变化频率变化会引起工业用户异步电动机转速变化 将会影将会影 响产品质量响产品质量 频率波动会影响电子设备的准确性和性能频率波动会影响电子设备的准确性和性能 频率下降会使汽轮机叶片的振动变大频率下降会使汽轮机叶片的振动变大 缩短其使用寿命缩短其使用寿命 频率下降到频率下降到47 48Hz时时 会使火电厂由异步电动机驱动会使火电厂由异步电动机驱动 的辅机的辅机 如送风机如送风机 的出力随之下降的出力随之下降 从而使火电厂发从而使火电厂发 电机发出的有功功率下降电机发出的有功功率下降 这种趋势若不能及时制止这种趋势若不能及时制止 将会引起频率崩溃将会引起频率崩溃 当频率降到一定数值时当频率降到一定数值时 会使核电厂中的反应堆冷却介会使核电厂中的反应堆冷却介 质泵自动跳开质泵自动跳开 从而使反应堆停止运行从而使反应堆停止运行 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院4 频率下降将会使异步电动机和变压器的励磁电流增频率下降将会使异步电动机和变压器的励磁电流增 加加 使无功消耗增加使无功消耗增加 引起系统电压下降引起系统电压下降 增加电压调增加电压调 整的困难整的困难 当频率下降到一定值时当频率下降到一定值时 可能出现电压雪崩可能出现电压雪崩 现象现象 二二 电力系统的有功功率平衡和备用容量电力系统的有功功率平衡和备用容量 1 有功功率负荷的变动及其调整有功功率负荷的变动及其调整 电力系统的负荷随时间变动的规律分为三种电力系统的负荷随时间变动的规律分为三种 见见图图5 1 第一种变动幅度很小第一种变动幅度很小 周期又很短周期又很短 这种负荷变动有这种负荷变动有 很大的偶然性很大的偶然性 P1 第二种变动幅度较大第二种变动幅度较大 周期也较长周期也较长 如电炉如电炉 压延机压延机 械械 电气机车等带有冲击性的负荷变动电气机车等带有冲击性的负荷变动 P2 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院5 第三种负荷变动幅度最大第三种负荷变动幅度最大 周期也最长周期也最长 是由于生产是由于生产 生活生活 气象等变化引起的负荷变动气象等变化引起的负荷变动 这种负荷变动基本这种负荷变动基本 上可以预计上可以预计 P3 因此因此 电力系统的有功功率和电力系统的有功功率和 频率调整大体上也可分为三种频率调整大体上也可分为三种 一次调整一次调整 指由发电机组的调速指由发电机组的调速 器进行的器进行的 对第一种负荷变动引起对第一种负荷变动引起 的频率偏移的调整的频率偏移的调整 二次调整二次调整 指由发电机的调频器指由发电机的调频器 进行的进行的 对第二种负荷变动引起的对第二种负荷变动引起的 频率偏移的调整频率偏移的调整 图图5 1 有功功率负荷的变动有功功率负荷的变动 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院6 三次调整三次调整 指按最优化准则分配第三种有规律变动的指按最优化准则分配第三种有规律变动的 负荷负荷 即责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电即责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电 2 有功功率平衡和备用容量有功功率平衡和备用容量 电力系统的有功功率平衡可用下式表示电力系统的有功功率平衡可用下式表示 CSDG PPPP 线路和变压器的线路和变压器的 总有功功率损耗总有功功率损耗 发电机发出的发电机发出的 总有功功率总有功功率 系统中所有用系统中所有用 户的有功负荷户的有功负荷 所有发电厂的厂所有发电厂的厂 用电有功负荷用电有功负荷 为了维持频率的稳定为了维持频率的稳定 电力系统装设的发电机的额电力系统装设的发电机的额 定容量必须大于当前的发电负荷容量定容量必须大于当前的发电负荷容量 即必须装设备用即必须装设备用 容量容量 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院7 备用容量按用途分备用容量按用途分 有以下几种有以下几种 负荷备用负荷备用 为满足系统中短时的负荷波动和计划外的为满足系统中短时的负荷波动和计划外的 负荷增加而设置的备用负荷增加而设置的备用 一般为系统最大负荷的一般为系统最大负荷的 2 5 事故备用事故备用 在发电设备发生偶然性事故时在发电设备发生偶然性事故时 为使电力为使电力 用户不受严重影响用户不受严重影响 维持系统正常供电所需的备用维持系统正常供电所需的备用 一一 般约为最大负荷的般约为最大负荷的5 10 检修备用检修备用 为保证发电设备的定期检修而设置的备用为保证发电设备的定期检修而设置的备用 国民经济备用国民经济备用 考虑到国民经济超计划增长而设置的考虑到国民经济超计划增长而设置的 备用备用 一般约为最大负荷的一般约为最大负荷的3 5 上述四种备用容量一般占最大负荷的上述四种备用容量一般占最大负荷的15 25 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院8 热备用热备用 机组处于旋转状态机组处于旋转状态 运转中的发电设备可运转中的发电设备可 能发的最大功率与发电负荷之差能发的最大功率与发电负荷之差 旋转备用旋转备用 热备用热备用 包括部分事故备用和全部负荷备用包括部分事故备用和全部负荷备用 冷备用冷备用 机组处于停机转态机组处于停机转态 未运转的未运转的 但能随时但能随时 启动的发电设备可以发的最大功率启动的发电设备可以发的最大功率 冷备用包括部分事冷备用包括部分事 故备用和全部检修备用及国民经济备用故备用和全部检修备用及国民经济备用 备用容量按投入时间分备用容量按投入时间分 有热备用和冷备用两种有热备用和冷备用两种 3 各类发电厂的特点及合理组合各类发电厂的特点及合理组合 火电厂特点火电厂特点 需要支付燃料及运输费用需要支付燃料及运输费用 但不受自然条件影响但不受自然条件影响 火力发电设备的效率与蒸汽参数有关火力发电设备的效率与蒸汽参数有关 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院9 火力发电厂有功出力受锅炉火力发电厂有功出力受锅炉 汽轮机最小技术负荷的汽轮机最小技术负荷的 限制限制 调整范围比较小调整范围比较小 负荷增减速度慢负荷增减速度慢 机组投入和退出的运行时间长机组投入和退出的运行时间长 承担急剧负荷响应时承担急剧负荷响应时 间长间长 耗能量多耗能量多 易损坏设备易损坏设备 热电厂由于采取抽汽供热热电厂由于采取抽汽供热 效率高效率高 但技术最小负荷但技术最小负荷 取决于热负荷取决于热负荷 称为强迫功率称为强迫功率 水电厂特点水电厂特点 不需要燃料费不需要燃料费 水力可梯级开发水力可梯级开发 连续使用连续使用 但受自但受自 然条件影响然条件影响 水轮发电机的出力调节范围大水轮发电机的出力调节范围大 增减负荷速度快增减负荷速度快 操操 作容易作容易 可承担急剧变化的负荷可承担急剧变化的负荷 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院10 决定发电量的除水量外还有水位差决定发电量的除水量外还有水位差 水利枢纽兼顾发电水利枢纽兼顾发电 航运航运 防洪防洪 灌溉灌溉 渔业渔业 旅旅 游游 不一定与电力负荷适应不一定与电力负荷适应 所以必须与火电配合所以必须与火电配合 维持航运维持航运 灌溉需一定水量灌溉需一定水量 这部分为强迫功率这部分为强迫功率 核电厂特点核电厂特点 核电厂反应堆的负荷基本上没有限制核电厂反应堆的负荷基本上没有限制 其技术最小负其技术最小负 荷主要取决于汽轮发电机荷主要取决于汽轮发电机 核电厂的反应堆和汽轮机退核电厂的反应堆和汽轮机退 投投 增增 减负荷时也要减负荷时也要 消耗能量消耗能量 花费时间花费时间 易损坏设备易损坏设备 因此因此 在运行中核在运行中核 电厂不宜带急剧变动的负荷电厂不宜带急剧变动的负荷 一次投资大一次投资大 运行费低运行费低 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院11 各类发电厂的合理组合各类发电厂的合理组合 充分利用水力资源充分利用水力资源 避免弃水避免弃水 降低火力发电的单位煤耗降低火力发电的单位煤耗 发挥高产机组作用发挥高产机组作用 减少火电成本减少火电成本 多烧劣质煤多烧劣质煤 本地煤本地煤 少烧油少烧油 考虑发电成本考虑发电成本 燃料价格燃料价格 管理水平管理水平 机组效率机组效率 等等 充分利用资源充分利用资源 在丰水期和枯水期各类发电厂在日负荷曲线中的安在丰水期和枯水期各类发电厂在日负荷曲线中的安 排如排如图图5 2所示所示 其基本原则是其基本原则是 基荷由具有强迫功率基荷由具有强迫功率 不可调功率或高效率的热电厂不可调功率或高效率的热电厂 火电厂火电厂 核电厂核电厂 迳流迳流 式水电厂式水电厂 泄洪灌溉等水电厂承担泄洪灌溉等水电厂承担 峰荷由具有调节水峰荷由具有调节水 库的水电厂库的水电厂 燃气轮机发电厂和中温中压火电厂等承担燃气轮机发电厂和中温中压火电厂等承担 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院12 图图5 2 各类发电厂组合顺序示意图各类发电厂组合顺序示意图 a 枯水期枯水期 b 丰水期丰水期 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院13 4 有功功率负荷最优分配有功功率负荷最优分配 耗量特性耗量特性 电力系统中有功功率负荷合理分配的目标是电力系统中有功功率负荷合理分配的目标是 在满在满 足一定约束条件的前提下足一定约束条件的前提下 尽可能节约消耗的尽可能节约消耗的 一次一次 能源能源 耗量特性是指发电设备单位时间内消耗的能源与发耗量特性是指发电设备单位时间内消耗的能源与发 出有功功率的关系出有功功率的关系 如图如图5 3所示所示 比耗量比耗量 单位时间内输入能量与单位时间内输入能量与 输出功率之比输出功率之比 为耗量特性曲线上任为耗量特性曲线上任 一点和原点连线的斜率一点和原点连线的斜率 P F P W 或或 图图5 3 耗量特性耗量特性 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院14 发电设备的效率发电设备的效率 为为比耗量的倒数比耗量的倒数 dP dF dP dW 或或 比耗量和耗量微增率的变化如图比耗量和耗量微增率的变化如图5 5所示所示 耗量微增率耗量微增率 单位时间内输入能单位时间内输入能 量微增量与输出功率微增量的比值量微增量与输出功率微增量的比值 为耗量持性曲线上某一点切线的斜率为耗量持性曲线上某一点切线的斜率 图图5 4 比耗量和耗量微增率比耗量和耗量微增率 图图5 5 比耗量和耗量微增率的变化比耗量和耗量微增率的变化 注意注意 比耗量和耗量微增率的单位相同比耗量和耗量微增率的单位相同 但物理意义不同但物理意义不同 数值也不同数值也不同 只有在从只有在从 原点向耗量特性作切线的切点原点向耗量特性作切线的切点 m点点 上上 它们才相等它们才相等 且在该点比耗量的数值且在该点比耗量的数值 最小最小 见图见图5 4 河北科技大学电气信息学院河北科技大学电气信息学院15 目标函数和约束条件目标函数和约束条件 电力系统的经济运行又称经济调度电力系统的经济运行又称经济调度 属于最优规划问属于最优规划问 题题 在数学上可描述为在满足等约束条件在数学上可描述为在满足等约束条件和和 不等约束条件不等约束条件 0的前提下的前提下 使目标函数为最优使目标函数为最优 0 duxf duxg 有功功率负荷最优分配的目的有功功率负荷最优分配的目的 在供应同样大小负荷在供应同样大小负荷 用功功率用功功率的前提下的前提下 单位时间内的能源消耗最少单位时间内的能源消耗最少 n i Gi P 1 目标函数目标函数 是总耗量

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