《電力系統(tǒng)工程基礎(chǔ)》(控制篇)

電力系統(tǒng)工程根底--控制篇主要內(nèi)容第15章電力系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)與控制第16章電力系統(tǒng)電能質(zhì)量與可靠性第15章電力系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)與控制15.1電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的平安性15.2電力系統(tǒng)的有功與頻率控制15.3電力系統(tǒng)的電壓控制15.4電力系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度15.5電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的自動化15.1電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的平安性15.1電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的平安性15.1.1電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)平安性的定義電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的平安性是指應(yīng)付各種能夠的擾動以堅持電力系統(tǒng)延續(xù)運轉(zhuǎn)的才干。500MW700MW250MW250MW機組1機組21200MW500MW700MW500MW0MW機組1機組21200MW

詳細而言，電力系統(tǒng)的正常運轉(zhuǎn)必需滿足兩個條件〔約束〕：有功、無功功率的平衡〔等式約束〕；電能質(zhì)量和設(shè)備的運轉(zhuǎn)形狀〔即頻率、電壓、元件電流、機組功率、功角等〕不應(yīng)超出允許要求的范圍〔不等式約束〕。應(yīng)付的手段：電力系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)調(diào)度與調(diào)理、維護、控制，用戶側(cè)管理等。15.1.2電力系統(tǒng)平安性的防御電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)的監(jiān)測義務(wù)：向調(diào)度控制中心提供實時運轉(zhuǎn)的相關(guān)信息。主要包括母線電壓，線路電流\有功\無功，斷路器、隔分開關(guān)的形狀，系統(tǒng)頻率，機組功率，變壓器分接頭位置等。作用：根據(jù)搜集的信息，判別系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)形狀，為調(diào)度人員及時作出相關(guān)的控制決策提供輔助手段。手段：數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)〔supervisorycontrolanddataacquisition，SCADA〕，完成電力系統(tǒng)的形狀估計〔stateestimation，SE〕，料想事故評價〔staticsecurityassessment/dynamicsecurityassessment，SA/DSA〕等。8料想事故評價料想事故評價：在完成電力系統(tǒng)形狀估計的根底上，對料想的事故集〔contingencies〕進展分析。電力系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)形狀分類正常形狀：平安正常形狀、不平安正常形狀緊急形狀解體形狀恢復(fù)形狀電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)形狀的轉(zhuǎn)化過程平安形狀不平安形狀正常形狀緊急形狀恢復(fù)形狀解體形狀緊急控制校正控制恢復(fù)控制供電恢復(fù)預(yù)防控制偶爾擾動形狀轉(zhuǎn)移平安控制形狀轉(zhuǎn)移料想事故正常形狀:分為平安/不平安正常形狀預(yù)防控制：使系統(tǒng)從不平安正常形狀轉(zhuǎn)移到平安正常形狀的控制。緊急形狀:滿足第一個條件，不滿足第二個條件。靜態(tài)情況下，表現(xiàn)為過載或電壓越限，允許時間較長，經(jīng)過校正控制使系統(tǒng)前往正常形狀；對于穩(wěn)定性破壞性質(zhì)的，功角不斷增大，頻率或電壓不斷下降，允許時間較短，經(jīng)過緊急控制，如切機、解列、切負荷使系統(tǒng)進入恢復(fù)形狀恢復(fù)形狀:第一個條件不滿足，第二個條件滿足。啟動機組、系統(tǒng)并列等，使系統(tǒng)重新進入正常形狀15.1.3電力系統(tǒng)的平安準那么為了實現(xiàn)電力系統(tǒng)的平安、穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)各部門〔規(guī)劃、方案、設(shè)計、建立、消費運轉(zhuǎn)和科研實驗等〕都有本人的平安準那么平安準那么隨技術(shù)、經(jīng)濟程度的開展而不斷修正<電力系統(tǒng)平安穩(wěn)定導(dǎo)那么>81年版、DL755-2001<電力系統(tǒng)技術(shù)導(dǎo)那么>SD131-84<電力系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程>SDJ161-8515.2電力系統(tǒng)的有功與頻率控制全系統(tǒng)的有功平衡運轉(zhuǎn)中：∑PG=∑PD+∑PL規(guī)劃設(shè)計：∑PN=∑PG+∑PR系統(tǒng)電源容量〔∑PN〕:可投入發(fā)電設(shè)備的可用功率之和系統(tǒng)的備用容量〔∑PR〕:系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電負荷的部分設(shè)置備用的目的：系統(tǒng)的最大負荷不確定；發(fā)輸電設(shè)備的缺點不確定；機組必需定期檢修15.2.1有功功率平衡與備用備用容量的分類按投入時間〔任務(wù)方式〕分熱備用：運轉(zhuǎn)中的發(fā)電設(shè)備能夠發(fā)的最大功率與發(fā)電負荷之差〔旋轉(zhuǎn)備用〕；冷備用：未運轉(zhuǎn)的、但能隨時啟動的發(fā)電設(shè)備能夠發(fā)的最大功率〔不含檢修中的設(shè)備〕；按用途分負荷備用：順應(yīng)負荷短時動搖、一日內(nèi)方案的負荷添加，普通為最大負荷的2~5%；事故備用：順應(yīng)發(fā)電設(shè)備發(fā)生偶爾事故時的備用，普通為最大負荷的5~10%，分冷、熱備用；檢修備用：滿足檢修需求而設(shè)置的備用〔有時不設(shè)〕；國民經(jīng)濟〔開展〕備用：計及負荷超方案增長而設(shè)置的備用，普通為最大負荷的3~5%。15.2.2有功功率負荷變動及控制三類負荷變化1、周期短〔＜10s〕、幅度小，偶爾性極大；2、周期較長〔10s~3min〕、幅度較大。如電爐、壓延機械、電力機車等帶有沖擊性的負荷變動。3、周期長〔>3min〕、幅度大。主要是由消費、生活、氣候等變化引起的負荷變動。根本上可預(yù)測，并由負荷曲線反映。電網(wǎng)頻率f是發(fā)電機轉(zhuǎn)速ω的表達，當發(fā)電機PM與PE〔+有功損耗〕平衡時，ω和f不變。負荷隨機變化，PE隨機變化。不能夠嚴厲保證任何時辰額定頻率，頻率偏移不可防止，需求合理規(guī)定允許的偏移范圍。我國目前：50Hz±(0.2~0.5)Hz，興隆國家：±0.1Hz?？刂品绞娇刂圃敲礊橛泄β实钠胶?，本質(zhì)上調(diào)整發(fā)電機輸出功率頻率的一次調(diào)整：調(diào)速器頻率的二次調(diào)整：調(diào)頻器頻率的三次調(diào)整：依負荷曲線，在發(fā)電廠、機組間經(jīng)濟合理地分配近似直線族〔一次、二次調(diào)頻〕發(fā)電機的單位調(diào)理功率：發(fā)電機組原動機或電源頻率特性的斜率。標志著隨頻率的升降發(fā)電機組發(fā)出功率減少或添加的多寡。發(fā)電機組功頻靜態(tài)特性ff0fN0PGNPG123發(fā)電機調(diào)差系數(shù)：單位調(diào)理功率的倒數(shù)。發(fā)電機的單位調(diào)理功率與調(diào)差系數(shù)的關(guān)系：發(fā)電機的單位調(diào)理功率是可以整定的：汽輪發(fā)電機組：σ%=3~5或KG*=33.3~20水輪發(fā)電機組：σ%=2~4或KG*=50~25ff0fN0PGNPG123負荷的頻率靜特性有功功率需求與頻率的關(guān)系：與頻率變化無關(guān)的負荷：如照明設(shè)備、電阻爐與頻率變化的一次方成正比：如切削設(shè)備、往復(fù)式水泵、壓延設(shè)備，等與頻率變化的二次方成正比：如變壓器的渦流損耗，等與頻率變化的三次方成正比：如通風機、靜水頭阻力不大的循環(huán)水泵，等與頻率變化的高次方成正比：如靜水頭阻力很大的循環(huán)水泵，等a0+a1+a2+a3+…=1，當f=fN時，PD=PDN主要成份為前2種，在額定值附近為不斷線〔族〕負荷的單位調(diào)理功率：綜合負荷靜態(tài)頻率特性的斜率。ffN0PLNPL123負荷的單位調(diào)理功率是不能整定的，KL*≈1.5。值得留意的是，電力系統(tǒng)的靜態(tài)頻率特性〔發(fā)電機和負荷〕之所以以為是線性的，其前提是頻率圍繞額定值變化很小的范圍。頻率的一次調(diào)整根底：有功平衡幾何圖解：負荷添加、頻率降低初始負荷增量:ΔPL0系統(tǒng)頻率變化:Δf=f′0–f0<0負荷調(diào)理效應(yīng):ΔPL=KLΔf<0負荷實踐增量:ΔPL0+ΔPL=ΔPL0+KLΔf發(fā)電機功率增量:ΔPG=–KGΔf根據(jù)有功平衡，有：ΔPL0+ΔPL=ΔPGff0f′00P0PP′0PLP′LPGA′B′Q′ABQΔPGΔPLΔPL0ΔPL0=ΔPG–ΔPL=–(KG+KL)Δf=–KSΔfKS為系統(tǒng)的單位調(diào)理功率標志了系統(tǒng)負荷添加或減少時，在原動機調(diào)速器和負荷本身調(diào)理效應(yīng)的共同作用下系統(tǒng)頻率下降或上升的多寡。其可以確定在頻率允許偏移范圍內(nèi)系統(tǒng)能接受的負荷的變化量。系統(tǒng)負荷↑，f↓，發(fā)電機輸出↑，負荷由其本身調(diào)理效應(yīng)減少功率耗費，到達新的平衡形狀P′0，f′0〔而不是P0+ΔPL0〕。ff0f′00P0PP′0PLP′LPGA′B′Q′ABQΔPGΔPLΔPL0頻率的一次調(diào)整為有差調(diào)理。KS數(shù)值越大，負荷增減引起的頻率的變化就越小，頻率也就越穩(wěn)定。負荷的單位調(diào)理功率不可調(diào)，要調(diào)理KS需求控制、調(diào)理發(fā)電機的單位調(diào)理功率或調(diào)速器的調(diào)差系數(shù)。系統(tǒng)進展頻率的一次調(diào)頻的前提是系統(tǒng)有備用容量，即PGN＞PLN。假設(shè)機組滿載，那么KG=0。例如，系統(tǒng)中有n臺發(fā)電機，當n臺發(fā)電機全部參與調(diào)整時：當n臺機組僅有m臺參與調(diào)整時：需求留意的是，KS*≠KG*+KL*ΔPL0=ΔPG–ΔPL=?(KG+KL)Δf=?(KG*PGN/fN+KL*PLN/fN)Δf兩邊同時除以PLN，得ΔPL0*=?(ρKG*+KL*)Δf*，ρ=PGN/PLN備用系數(shù)ΔPL0太大時，僅靠一次調(diào)頻不能使Δf在一定的范圍內(nèi)。f1f2PG1PG2PG1PG2PG1P'G1PG2P'G2可知：并聯(lián)運轉(zhuǎn)機組所調(diào)理的有功功率與頻率變化和機組額定容量成正比，與機組調(diào)差系數(shù)成反比。并聯(lián)機組有功功率的分配能否將KS整定的很大〔或調(diào)差系數(shù)很小〕，以保證頻率質(zhì)量？假設(shè)KS很大，在多機系統(tǒng)中，負荷變化量在個發(fā)電機組之間的分配無法固定，使得各發(fā)電機組的調(diào)速系統(tǒng)不能穩(wěn)定任務(wù)。頻率的二次調(diào)整負荷初始增量：ΔPL0頻率變化：Δf=f″0-f0負荷調(diào)理效應(yīng)：ΔPL=KLΔf〔線段?〕負荷實踐增量：ΔPL0+ΔPL發(fā)電機一次調(diào)整功率增量：ΔPG=?KGΔf〔線段?〕發(fā)電機二次調(diào)整功率增量：ΔPGQ〔線段?〕ff0f′00P0PP′0PGA′B′Q′ABQΔPGQΔPLQA″C″CB″Q″P″0f″0Δf′Δf″P′GPLP′L根據(jù)有功平衡，有：ΔPL0+ΔPL=ΔPG+ΔPGQΔPL0–ΔPGQ=–(KG+KL)ΔfΔf=–(ΔPL0–ΔPGQ)/KS假設(shè)ΔPL0>ΔPGQ，f如何變化？假設(shè)ΔPL0=ΔPGQ，f如何變化？〔無差調(diào)理〕ff0f′00PPGA′B′Q′ABQΔPGQA″C″CB″Q″f″0Δf′Δf″P′GPLP′LΔPLQP0P′0P″0調(diào)頻廠須滿足的條件調(diào)整的容量和范圍應(yīng)足夠大；調(diào)整的速度應(yīng)足夠快；調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟性能應(yīng)該好；留意系統(tǒng)內(nèi)及互聯(lián)絡(luò)統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題。根據(jù)各種電廠的特點，調(diào)頻廠的選擇原那么系統(tǒng)中有水電廠時，選擇水電廠做調(diào)頻廠；當水電廠不能做調(diào)頻廠時，選擇中溫中壓火電廠做調(diào)頻廠互聯(lián)電網(wǎng)的頻率調(diào)整假設(shè)設(shè)A、B兩系統(tǒng)互聯(lián)，KA和KB分別為互聯(lián)前A、B兩系統(tǒng)的單位調(diào)理功率。兩系統(tǒng)負荷變化〔添加〕分別為ΔPDA和ΔPDB，引起互聯(lián)絡(luò)統(tǒng)的頻率變化〔降低Δf〕，及聯(lián)絡(luò)線交換功率的變化ΔPt。假設(shè)兩系統(tǒng)中都設(shè)有進展二次調(diào)整的電廠，它們的功率增量分別為ΔPGA和ΔPGB。設(shè)聯(lián)絡(luò)線上的交換功率由A向B流動時為正值。系統(tǒng)A：系統(tǒng)B：在負荷添加ΔPDA、ΔPDB的影響下，兩系統(tǒng)的頻率和交換功率的變化量為：頻率的三次調(diào)整負荷曲線的編制與負荷預(yù)告負荷估計+歷史實測數(shù)據(jù)+天氣預(yù)告+統(tǒng)計分析方法誤差不超越2%~3%按估計的負荷曲線〔有功功率日負荷曲線〕，安排系統(tǒng)中各發(fā)電廠估計可投入的發(fā)電設(shè)備和發(fā)電容量發(fā)電方案：機組組合〔unitcommitment，UC〕經(jīng)濟調(diào)度〔economicdispatch，ED〕最優(yōu)化潮流〔optimalpowerflow，OPF〕與潮流計算的聯(lián)絡(luò)在潮流計算中，除平衡節(jié)點以外其他節(jié)點的注入有功功率之所以可以給定，就是由于系統(tǒng)中絕大部分發(fā)電廠是按照經(jīng)濟性原那么進展優(yōu)化調(diào)度的。平衡節(jié)點，普通取系統(tǒng)中擔負調(diào)頻義務(wù)的發(fā)電廠母線，實踐運轉(zhuǎn)中這類廠有多個，構(gòu)成自動發(fā)電控制〔automaticgenerationcontrol，AGC〕。15.2.3自動發(fā)電控制自動發(fā)電控制自動發(fā)電控制是將一次、二次調(diào)整按照電力系統(tǒng)整體設(shè)計的自動負荷—頻率控制系統(tǒng)。根本目的使全系統(tǒng)的出力與負荷相匹配將電力系統(tǒng)的頻率偏向調(diào)理到0，堅持系統(tǒng)頻率為額定值控制區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的交換功率與方案值相等，實現(xiàn)各區(qū)域內(nèi)有功功率的平衡在區(qū)域各個電廠間進展負荷的經(jīng)濟分配控制方式區(qū)域控制誤差：ACEi=bidf+dPT,i定頻率控制〔FFC，fixedfrequencycontrol〕：以偏離額定頻率為準那么，實現(xiàn)頻率的無差特性定聯(lián)絡(luò)線功率控制〔FTC，fixedtie-lineactivepowercontrol〕：以偏離區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線功率方案值為準那么，實現(xiàn)聯(lián)絡(luò)線功率方案值的無差特性聯(lián)絡(luò)線頻率偏向控制〔TBC，tie-linefrequencybiascontrol〕：使每個區(qū)域的負荷和發(fā)電恢復(fù)平衡，即：頻率在給定值，臨近區(qū)域的純功率交換為給定值A(chǔ)GC的普經(jīng)過程跟蹤控制調(diào)理控制機組控制發(fā)電方案調(diào)速器汽輪機負荷預(yù)測機組組合水電方案交換方案電力系統(tǒng)發(fā)電方案區(qū)域控制誤差機組分組dωPGAGC對機組功率的分配包括兩個部分：按經(jīng)濟調(diào)度原那么分配方案負荷和方案外負荷，送出基點功率值；將消除區(qū)域控制誤差所需求的調(diào)理功率PR分配給機組按照一定的時間間隔〔如5min〕AGC機組由三次調(diào)整整定其基態(tài)從廣義角度，電力系一致次、二次、三次頻率調(diào)整結(jié)合、一致的自動功能就是電力系統(tǒng)的AGC。其中，一次調(diào)整時自然的，二次調(diào)整與三次調(diào)整嚴密相關(guān)，將電力系統(tǒng)平安、可靠、經(jīng)濟進展統(tǒng)籌思索。15.3電力系統(tǒng)的電壓控制電力系統(tǒng)的電壓偏移大電壓偏移對現(xiàn)代消費和生活的影響電力設(shè)備設(shè)計：額定電壓下才有好的技術(shù)經(jīng)濟性能異步電動機：電壓低，定子電流顯著增大，溫升，加速絕緣老化，燒電機；電壓高，破壞絕緣電熱設(shè)備：電壓低，大大降低發(fā)熱量照明設(shè)備：電壓低，發(fā)光缺乏；電壓高，影響壽命家用電器〔如電視機〕：電壓低，圖像不穩(wěn)定；電壓高，影響顯像管壽命電子設(shè)備、精細儀器：對電壓極其敏感，要求極高；電壓質(zhì)量已成為現(xiàn)代企業(yè)投資環(huán)境的重要要素電力系統(tǒng)用戶，要求提供電壓合格的優(yōu)質(zhì)電能商品大電壓偏移對電力系統(tǒng)本身的影響電壓低：功率損耗、電能損耗增大，危及電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性電壓高：破壞絕緣，超〔特〕高壓網(wǎng)絡(luò)電暈損耗增大電力系統(tǒng)允許的電壓偏移負荷隨機變化，系統(tǒng)運轉(zhuǎn)方式經(jīng)常變化，導(dǎo)致電壓損耗隨機變化不能夠嚴厲保證一切節(jié)點任何時辰額定電壓，電壓偏移不可防止，需求合理規(guī)定允許的偏移范圍電網(wǎng)額定電壓電壓允許偏移范圍35kV及以上±5%10kV及以下±7%低壓照明±5%~-10%農(nóng)村照明±7.5%~-10%事故時再加5%，正偏移不能超過10%15.3.1無功功率電壓靜態(tài)特性綜合負荷的無功功率電壓特性異步電動機是電力系統(tǒng)主要的無功負荷系統(tǒng)無功負荷的電壓特性主要由異步電動機決議r/sjXσI0IjXmU當U>UN時，鐵芯磁路飽和，Xm下降，Qm按電壓的高次方比例變化當U<UN時，Qm按電壓的平方比例變化當U<<UN時，轉(zhuǎn)差率s顯

著增大，定子電流增大，

Qσ顯著添加QMU0Ucr發(fā)電機無功功率的電壓靜態(tài)特性jXUIP+jQEjIXIUEδφQU0UcrE近似二次曲線族E↑，曲線↑電力系統(tǒng)的電壓靜態(tài)特性無功功率平衡幾何圖解：負荷添加，

電壓下降和控制過程結(jié)論：無功平衡程度決議

電壓程度，實現(xiàn)無功功率

在額定電壓下的平衡是保

證電壓質(zhì)量的根本條件，

要求無功電源充足。QG123QUU2U10U3QG'QLD'QLD15.3.2電力系統(tǒng)無功功率的平衡全系統(tǒng)的無功平衡運轉(zhuǎn)中：∑QG=∑QD+∑QL規(guī)劃設(shè)計：∑QN=∑QG+∑QR無功功率負荷和無功功率損耗實踐負荷的功率因數(shù)低〔0.6~0.9〕，負荷耗費的無功功率約為其有功功率的0.5~1.3倍，而發(fā)電機功率因數(shù)高〔0.8~0.9〕〔會產(chǎn)生什么問題？〕網(wǎng)損：無功損耗>有功損耗線路無功損耗：約為QD的25%變壓器：勵磁支路無功損耗的百分值≈空載電流的百分值〔1~2%〕；繞組漏抗無功損耗≈短路電壓的百分值〔10%〕；多級變壓器無功損耗約為QD的50~75%系統(tǒng)中總無功損耗≈無功負荷，無功電源約為2倍無功負荷無功功率不能遠間隔保送有功功率損耗電壓損耗因此：需求就地設(shè)置除發(fā)電機外的其他無功電源以滿足系統(tǒng)電壓要求：無功補償！無功功率電源同步發(fā)電機獨一的有功電源，又是基

本的無功電源。發(fā)無功的

才干與同時發(fā)出的有功有

關(guān)系，由發(fā)電機的PQ極限

曲線決議。有功備用足夠時，可將負

荷中心發(fā)電機降低功率因

數(shù)運轉(zhuǎn)，少發(fā)有功，多發(fā)無功，有利于無功的部分平衡，提高系統(tǒng)的電壓程度。QBDCAPOEjXdIN同步伐相機同步伐相機是特殊運轉(zhuǎn)形狀下的同步電機，可視為不發(fā)PG的同步發(fā)電機或不帶PL的同步電動機過勵運轉(zhuǎn)時發(fā)出QG〔無功電源〕；欠勵時吸收QG〔無功負荷〕，為過勵運轉(zhuǎn)容量的50~60%優(yōu)點：調(diào)理平滑、強勵缺點時也能調(diào)〔有利于穩(wěn)定性〕、電源\負荷〔升壓\降壓〕均可缺陷：旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備，損耗大〔額定容量的1.5~5%〕，投資大，維護量大。普通安裝在樞紐變電所，平滑調(diào)壓，提高穩(wěn)定性并聯(lián)電容器優(yōu)點：可分散、集中，可分相補償；投資少、損耗少〔額定容量的0.3~0.5%〕，無旋轉(zhuǎn)部件，維護量小，可根據(jù)負荷情況分組投切缺陷：無功補償量與電壓的平方成正比，電壓下降時急劇下降，不利于電壓穩(wěn)定在110kV以下電網(wǎng)運用得非常普遍靜止無功補償器SVC：staticVARcompensator采用晶閘管控制和可調(diào)電抗器并聯(lián)運用組成原理圖和伏安特性曲線經(jīng)過控制晶閘管的導(dǎo)通角來改動吸收的無功功率〔電力電子技術(shù)〕優(yōu)點：調(diào)理才干強，反響速度快，特性平滑，可分相補償，維護簡單，損耗小，國內(nèi)外已大量運用缺陷：最大補償量正比于電壓平方，電壓低時補償量?。恢C波污染高壓輸電線路的充電電容：Qp=U2BL高壓線充電功率固有，當無功電源過剩，電壓偏高時，才采取措施，如并聯(lián)電抗器〔特高壓線路〕電壓/kV110kV單導(dǎo)線220kV500kV三分裂750kV四分裂單導(dǎo)線雙分裂充電功率Mvar/100km3.41419105240無功功率平衡的根本要求無功電源發(fā)出的無功功率應(yīng)該大于或至少等于負荷所需的無功功率和網(wǎng)絡(luò)中的無功損耗之和系統(tǒng)還必需配置一定的無功備用容量盡量防止遠間隔、大量的傳送無功功率，應(yīng)該分地域、分電壓等級地進展無功功率部分平衡普通情況下按照正常最大和最小負荷的運轉(zhuǎn)方式計算無功平衡，必要時還應(yīng)校驗?zāi)承┰O(shè)備檢修時或缺點后運轉(zhuǎn)方式下的無功功率平衡15.3.4電力系統(tǒng)的電壓管理調(diào)壓的目的：采取各種措施，運用戶處的電壓偏移堅持在規(guī)定的范圍內(nèi)負荷節(jié)點：現(xiàn)代大規(guī)模電力系統(tǒng)中負荷節(jié)點數(shù)多且分散，不能夠?qū)σ磺胸摵晒?jié)點的電壓進展監(jiān)視和控制我們該怎樣辦？中樞點的選擇及其電壓管理中樞點：電壓程度具有代表性的關(guān)鍵母線，包括：大型發(fā)電廠的高壓母線、大型變電所的二次母線、有大量地方負荷的發(fā)電廠母線以為：只需控制好中樞點電壓，其他母線的電壓就能滿足要求。問題是：中樞點能否真正具有代表性？〔普通取短路容量越大的點作為中樞點〕中樞點電壓和所代表的負荷電壓的關(guān)系？結(jié)論：中樞點至各負荷點在最大最小負荷室電壓損耗之差不能大于負荷點允許上下限電壓之差〔普通為10%〕。即：中樞點到不同負荷點的電壓損耗不能太大。中樞點電壓的控制方式逆調(diào)壓〔難〕：最大負荷，高電壓〔線路額定電壓+5%〕；最小負荷，低電壓〔線路額定電壓〕。適用：中樞點到各負荷點遠、負荷變化較大順調(diào)壓〔易〕：最大負荷，低電壓〔不低于額定電壓+2.5%〕；最小負荷，高電壓〔不高于額定電壓+7.5%〕。適用：中樞點到各負荷點近，負荷變動小恒調(diào)壓〔中〕：堅持在比線路額定電壓高2~5%。適用：介于上述兩者之間。電壓控制原理能夠有幾種控制措施？調(diào)整UG調(diào)整變比K1、K2改動功率分布SD〔以QD為主〕改動網(wǎng)絡(luò)參數(shù)R+jX〔以X為主〕怎樣做?15.3.4電力系統(tǒng)電壓調(diào)整措施利用發(fā)電機控制電壓調(diào)理勵磁電壓適用于直接由發(fā)電機供電的小系統(tǒng)、線路不長易于逆調(diào)壓，本質(zhì)上是調(diào)理發(fā)電機無功輸出兩個問題機端負荷電壓調(diào)整范圍為5%~0，滿足不了遠方負荷要求：經(jīng)過較長線路、多電壓級，最大、最小負荷時電壓損耗之差往往大于5%多機系統(tǒng)中，實踐上是改動發(fā)電機間無功分配，與無功備用、無功的經(jīng)濟分配有矛盾因此，發(fā)電機調(diào)壓僅作為輔助措施改動變壓器變比控制電壓改動電力變壓器分接頭〔改動變比〕、主接頭〔對應(yīng)UN〕主接頭通常設(shè)在高壓或中/高壓繞組側(cè)，如110±22.5%/10.5kV，主接頭？分接頭幾個？變比分別是多少？如何選擇分接頭？雙繞組變壓器：降壓變知條件：低壓側(cè)固定接頭電壓：U2N最大/最小負荷：Pmax+jQmax，Pmin+jQmin歸算到高壓側(cè)的變壓器阻抗：R+jX(忽略勵磁支路)實踐高壓側(cè)電壓U1max,U1min(由潮流計算獲得)希望經(jīng)過調(diào)壓，低壓側(cè)要求得到的電壓為U2max,U2min待求量：高壓側(cè)分接頭電壓U1N普通雙繞組變壓器，須停電換分接頭，這時，選定的分接頭該當兼顧各種負荷程度！規(guī)格化為U1N校驗：誤差應(yīng)小于半個分接頭電壓，如不合格采用OLTC規(guī)格化為U1N取平均值兼顧雙繞組變壓器：升壓變知低壓側(cè)實踐電壓U2和高壓側(cè)希望得到的電壓U1，求高壓分接頭U1N？與降壓變不同之處：規(guī)格化為U1N三繞組變壓器分接頭在高、中壓側(cè)，兩次套用雙繞組算法由高-低壓側(cè)，定高壓側(cè)分接頭；由高-中壓側(cè)，定中壓側(cè)分接頭。留意點：三個繞組功率不一樣時，計算ΔU時，須計算中性點電壓有載調(diào)壓變壓器假設(shè)選定的分接頭不能兼顧不同負荷程度，那么需求有載調(diào)壓變壓器〔任務(wù)原理，在不同負荷程度下，可不停電選不同分接頭〕加壓調(diào)壓變壓器依電源變、串聯(lián)變得不同解法，功能有所不同，可具有復(fù)數(shù)變比，有：縱向調(diào)壓、橫向調(diào)壓、混合型調(diào)壓3種加壓調(diào)壓變壓器利用無功補償控制電壓無功補償：按調(diào)壓要求；按經(jīng)濟要求〔15.4.2節(jié)〕。與變壓器調(diào)壓配合，充分利用變壓器的作用兩個步驟：變比和容量假定補償前后，U1不變知條件〔與確定雙繞組降壓變變比一樣〕低壓側(cè)固定接頭電壓：U2N最大/最小負荷：Pmax+jQmax，Pmin+jQmin歸算到高壓側(cè)的變壓器+線路阻抗：R+jX(忽略勵磁支路)實踐高壓側(cè)電壓U1max(=U1min,由潮流計算獲得)希望經(jīng)過調(diào)壓，低壓側(cè)要求得到的電壓為U2max,U2min待求量：高壓側(cè)分接頭電壓U1N〔或變比k〕,補償容量Qc補償前：補償后：由補償前后U1不變，可知：解得：引入變比k：補償量Qc取決于補償前后的電壓U′2、U2c及變比k根據(jù)補償設(shè)備不同，補償量選擇方法不同利用無功補償控制電壓〔并聯(lián)電容器〕特點：只發(fā)感性無功，可全部或部分切除，不能平滑調(diào)理分兩步計算：①最小負荷時，無功電源不缺，切除全部電容，利用變壓器調(diào)壓滿足要求〔確定k〕規(guī)格化為U1N，求得變比:k=U1N/U2N②最大負荷時，k已確定，確定Qc：U2cmax：最大負荷時，由調(diào)壓要求確定的低壓希望得到的電壓U′2max：最大負荷時，補償前低壓側(cè)歸算到高壓側(cè)的實踐電壓規(guī)格化Qc，并校驗U2cmax、U′2max能否到達要求利用無功補償控制電壓〔同步伐相機〕特點：能作無功電源；又能作無功負荷，但此時最多為容量的50~60%；能平滑調(diào)理①最大負荷時：作無功電源②最小負荷時：作無功負荷求出k，規(guī)格化，然后求Qc，再規(guī)格化后校驗利用串聯(lián)電容控制電壓并補串補減少無功流動，直接減少線路有功損耗通過提高電壓水平而較少有功損耗，等容量下并補作用強通過較少無功流動而減少電壓損耗，不如串補明顯（無功變化）由XC上的負電壓損耗抵償XL上的電壓損耗，適用于電壓波動頻繁、功率因數(shù)低的場合（極端情況）補償電容器使短路電流顯著加大，補償容量越大，短路電流增大就越劇烈。在電容器“后側(cè)〞線路的短路時，短路電流能夠大于其“前側(cè)〞線路短路時的電流，從而使維護誤動作。15.4電力系統(tǒng)的優(yōu)化調(diào)度電力系統(tǒng)經(jīng)濟運轉(zhuǎn)是怎樣回事？在競爭猛烈的市場環(huán)境下，電力公司可以經(jīng)過經(jīng)濟運轉(zhuǎn)來降低本錢，提高競爭力〔與傳統(tǒng)方式比〕供不應(yīng)求：假設(shè)一切機組必需滿載才干滿足負荷需求，那么無經(jīng)濟性可言供大于求：現(xiàn)實上，可用的發(fā)電容量總大于系統(tǒng)負荷，有多種可行的發(fā)電組合，有經(jīng)濟性優(yōu)化的空間經(jīng)濟調(diào)度〔economicdispatch，ED〕：在滿足平安和電能質(zhì)量的前提下，合理利用能源和設(shè)備，以最低的發(fā)電本錢〔或燃料費用〕保證對用戶可靠地供電。分類：有功ED和無功ED15.4.1有功功率的最優(yōu)分配電力系統(tǒng)的有功功率的最優(yōu)分配屬于三次調(diào)整，主要包含有功功率電源的最優(yōu)組合和有功功率負荷在運轉(zhuǎn)機組間的最優(yōu)分配兩個方面。有功功率電源的最優(yōu)組合，即機組組合〔unitcommitment，UC〕，是指在確保電力系統(tǒng)平安穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的條件下，合理地選擇運轉(zhuǎn)的機組和安排其開停方案，使運轉(zhuǎn)周期內(nèi)系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)費用〔或燃料耗量〕最少。有功功率負荷在運轉(zhuǎn)機組間的最優(yōu)分配，即有功EDUC涉及的是系統(tǒng)備用容量的合理分配問題。有功ED涉及的是系統(tǒng)熱備用容量的合理分配問題。有功ED問題的數(shù)學(xué)建模與求解電力系統(tǒng)運轉(zhuǎn)本錢：燃料、勞動力、維護等。為簡化分析，僅思索可變本錢，主要是燃料本錢。耗量特性：發(fā)電在單位時間內(nèi)的輸入、輸出關(guān)系。Fi(PGi)〔t規(guī)范煤/h〕或Wi(PGi)〔m3/h〕比耗量：耗量特性上某點縱坐標和橫坐標的比值，μ=F/P或μ=W/P，其倒數(shù)表示發(fā)電廠的效率η=P/F或η=P/W。耗量微增率：耗量特性上某點切線的斜率，它表示在該點運轉(zhuǎn)時輸入增量對輸出增量之比。耗量特性曲線普通是近似的二次曲線，即：系數(shù)均為正值，分析合理性？c>0：有極小值，無極大值b>0：極小值落在PGi<0〔單調(diào)〕a>0：PGi=0時，F(xiàn)i(PGi)>0〔廠用電等〕例：一臺300MW容量機組

有功ED數(shù)學(xué)模型的普通方式問題：各節(jié)點負荷給定PDi，如何優(yōu)化n臺機組的PGi，使發(fā)電總本錢最??？目的函數(shù)：約束條件：等式約束：有功潮流方程，對一切節(jié)點不等式約束：，對一切發(fā)電機，對一切支路因此，ED問題是一個帶有高維等式和不等式約束的大規(guī)模非線性規(guī)劃問題〔最優(yōu)化原理〕。如何了解ED問題？網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造和參數(shù)給定電壓參考相角給定〔δ1=0〕一切SDi給定一切Ui給定一旦給定控制變量〔PG2,PG3〕

的數(shù)值〔滿足不等式約束〕，

經(jīng)過潮流計算確定PG1,δ2和δ3假設(shè)PG1和一切支路Pij滿足不等式約束，那么解可行，可以計算出可行解下的總耗量FΣ。如何了解ED問題？ED問題是在一切〔PG2,PG3〕的可行解中找到使FΣ最小的最優(yōu)解。借助計算機用非線性規(guī)劃方法求解ED問題很耗CPU時間，同時不易解釋最優(yōu)解的物理意義。我們怎樣辦？有功ED問題的適用解法和物了解釋問題簡化1.忽略線路潮流不等式約束2.忽略發(fā)電機出力不等式約束3.忽略網(wǎng)損模型簡化為：等式約束：特點：無損系統(tǒng)中，假設(shè)忽略線路潮流約束，用上述約束替代潮流方程約束；無不等式約束。等耗量微增率準那么等耗量微增率準那么〔重要〕：假設(shè)存在最優(yōu)解，那么在最優(yōu)解中，一切機組的耗量微增率相等。證明：帶等式約束的多元函數(shù)求極值問題，可用拉格朗日乘子法來求解，構(gòu)造L函數(shù)〔λ為L乘子〕：L取極值必要條件：〔高數(shù)〕

n+1個方程，n+1個待求量如何了解等耗量微增率？采用反證法：二機系統(tǒng)的兩臺機組運轉(zhuǎn)在不同的耗量微增率上，不能夠是最優(yōu)解！如圖，λ1>λ2，假設(shè)PG1減少ΔP，節(jié)省規(guī)范煤ΔP*λ1，PG2添加ΔP，添加規(guī)范煤ΔP*λ2，總發(fā)電〔150MW〕不變，但總耗量節(jié)?。害*(λ1-λ2)ED求解中的問題？對n臺機組，總負荷PL在ED求解時，拉格朗日函數(shù)的極值條件為n個方程，n個未知數(shù)，如何求解？〔線性或非線性〕發(fā)電機出力有上下限？解不滿足怎樣辦？如何思索發(fā)電機出力限制？在經(jīng)典ED模型上添加不等式約束：在數(shù)學(xué)上，利用最優(yōu)化實際求解滿足不等式約束條件下目的函數(shù)的最小值普通的ED準那么：〔1〕找到一個λ，使一切機組有一樣的耗量微增率，且滿足機組出力上下限約束；〔2〕假設(shè)不能滿足負荷要求，需調(diào)整λ〔發(fā)電缺乏時，添加λ；發(fā)電過剩時，減少λ〕；Why？(λ是PG的增函數(shù))〔3〕假設(shè)某機組出力越界，那么將其固定在界上，在剩余機組中繼續(xù)用等耗量微增率準那么調(diào)整λ，直到滿足負荷。試用反證法來證明上述算法得到的是帶出力上下限約束的ED最優(yōu)解？如何思索網(wǎng)損？如一切發(fā)電機位于同一廠內(nèi)或地理上很接近，那么忽略網(wǎng)損是合理的。但現(xiàn)代電力系統(tǒng)中，電廠廣域分布，網(wǎng)損必需思索，前述的ED準那么必需修正。思索最簡單情形：假設(shè)系統(tǒng)中n臺機組完全一樣，就是位置不同，假設(shè)思索網(wǎng)損，那么離負荷中心越近的發(fā)電機多發(fā)電一定更經(jīng)濟。更普通地：假設(shè)PL知，假定網(wǎng)損為ΔPΣ，那么ΔPΣ(PG)這時，功率平衡約束變?yōu)椋簶?gòu)造拉格朗日函數(shù)為：L極值的必要條件為：或：這是經(jīng)過網(wǎng)損修正后的等微增率準那么，αi為網(wǎng)損修正系數(shù)，為網(wǎng)損微增率。不同發(fā)電機在電網(wǎng)中位置不同，網(wǎng)損微增率也不同，當其大于0時，那么PGi添加會引起ΔPΣ添加，這時αi>1，發(fā)電機耗量微增率宜取較小的數(shù)值，反之亦然。留意：ΔPΣ(PG)是潮流方程的隱函數(shù)，網(wǎng)損微增率的實踐求解比較復(fù)雜〔不做要求〕。思索水火電協(xié)調(diào)的有功ED問題的求解與物了解釋前述方法：針對純火電思索水電時，有什么特殊性？如何進展水火電協(xié)調(diào)？1個水電和火電機組的協(xié)調(diào)ED問題〔最簡單情形〕水電約束的特殊性：在指定的運轉(zhuǎn)周期內(nèi)〔一日〕，發(fā)電總用水量WΣ為給定值〔水庫來水〕水火電協(xié)調(diào)的ED問題：在整個運轉(zhuǎn)周期內(nèi)，時辰滿足負荷需求的前提下，如何合理分配水、火電機組的出力，使運轉(zhuǎn)周期內(nèi)的總發(fā)電本錢最?。繂栴}簡化：1.思索到水電本錢為零，ED目的變?yōu)榛痣姲l(fā)電耗量最小化2.忽略網(wǎng)損3.忽略水庫水頭〔水位〕變化4.忽略不等式約束〔機組出力、線路潮流〕水火協(xié)調(diào)ED的數(shù)學(xué)模型目的函數(shù)：約束條件：W(PH)是水耗量特性曲線，單位m3/h特點：求泛函極值問題，普通用變分法進展求解，這里，我們用L乘子法求解思緒：對時間積分不益處置，將時間離散化，變?yōu)榍蠛停」β势胶馑科胶馑饏f(xié)調(diào)ED問題的求解時間離散化：將運轉(zhuǎn)周期τ，劃分為T個微段：假設(shè)恣意時段Δtk內(nèi)，負荷功率PLk，水電廠功率PHk，火