教学内容
第一节电力系统运行的安全性
知识要点：电力系统运行安全性、安全性的防御、安全准则的介绍。
第二节电力系统的有功与频率控制
知识要点：有功功率平衡及备用、有功功率负荷变动及控制、频率的一次调整、二次调整、三次调整的概念、自动发电控制的概念。
第三节电力系统的电压控制
知识要点：电力系统的无功功率电压静态特性、电力系统无功功率的平衡、电压管理系统、中枢点调压方式、电压调整常见措施。
第四节电力系统的优化调度
知识要点：有功功率最优分配、耗量特性、等微增率准则、计线损和不计线损的等微增率准则的应用计算。
教学重点与难点
1．教学重点：有功功率平衡及备用、有功功率负荷变动及控制、频率的一次调整、二次调整、三次调整的概念、自动发电控制的概念、电力系统的无功功率电压静态特性、电力系统无功功率的平衡、电压管理系统、中枢点调压方式、电压调整常见措施、有功功率最优分配、耗量特性、等微增率准则、计线损和不计线损的等微增率准则的应用计算。
2．教学难点：频率的一次调整、二次调整、三次调整的区别、等微增率准则、计线损和不计线损的等微增率准则的应用计算。
电力系统运行的安全性
电力系统运行的安全性是指系统应付各种干扰，保持持续运行的能力。这一个概念和稳定性有相似之处。
应付手段有电力系统的调节、保护、控制、管理（用户侧）。
简单电力系统
在这一简单电力系统中，每回的输电线路的最大载荷为400MW。
如果一回线路出现故障，那么另一回线路将过载。
我们需要降低分配到每回线路的载荷，因此选择降低机组1的发电功率。
改良后的简单电力系统
电力系统监测的任务是向调度控制中心提供实时信息，信息包括各母线电压，线路电流、功率（有/无功），开关（断路器、熔断器）状态，分接头位置（变压器）等。
我们将处理调度控制中心实时信息的系统称之为SCADA系统。
之后，工作人员通过SCADA系统收集了电力系统状态，然后在这个基础上对预想的事故集进行预想事故评估。
有功功率和频率控制
电力系统运行时，发电厂发出的有功功率的总和，必须和总负荷相平衡。为了安全着想，电源总容量会大于系统最大负荷，这也意味着要有备用电源。
设置备用是为了机组定期检修，防止水电机组、最大负荷、设备（发、输）故障的不确定性。
有功功率负荷呈现周期性变化，它的变动会影响到系统频率的变动，大致分为三类：
第一类，幅度小，周期短（10s以下），具有偶然性。
我们可以通过一次调频（调速器）控制。
简化的调速系统框图
第二类，幅度较大，周期较长（10s~2min）。
我们可以通过二次调频（调频器）控制。
第三类，幅度最大，周期最长，引起变动的原因是工厂作息制度、居民生活、气象变化等。
我们可以通过三次调频（发电优化调度）控制。
电力系统的频率特性：
发电机组的功频静态特性曲线
综合负荷静态特性曲线
频率特性的一般表达式为：
频率特性一般表达式
当频率下降时，负荷随之下降，我们称之为“负荷调节效应”。
一般来说，n取到3即可。标幺化是上图的第一个式子除以额定功率。
这一节的计算主要考察一次调频的计算，同学们要把重点放在例题15-1。
AGC是自动发电控制的缩写，它将一次调频（发电机的调速器）和二次调频（调频器）整合到一个自动频率控制系统。从理论上来说，AGC属于二次调频的范畴，比如说水轮机水门和汽轮机汽门的自动控制。
电压控制
系统的用电设备按照额定电压设计，一旦低于额定值，设备错过最佳效益和性能，工作人员就需要增添无功电源容量，来满足无功负荷的要求，保证用户电压在规定的允许偏差范围内。
因此，他们必须监视和调节系统电压。
电力系统的无功功率电压静态特性有三种：综合负荷、发电机和电力系统。
下图中的点1、2、3就是无功功率平衡点。
系统中的无功功率分布有三点：负荷、损耗、电源。
大多数的用电负荷都要消耗无功功率。
损耗则主要是变压器和电力线路的损耗，我们可以参照一下第三章潮流分析的功率损耗。
电源有五种：同步发电机、同步调相机、并联电容器、并联电抗器、静止补偿器。我们可以记忆为“两同两并一静止”。
同步发电机不但是有功功率电源，也是无功功率电源。
同步调相机可以理解为只发无功功率的发电机。
无功功率平衡就是指电源发出的无功功率和负荷加上无功功率损耗相平衡。
电力系统结构复杂，因此电压最好通过能够反映系统电压水平的点（中枢点）调整。发电厂、变电所的母线就是中枢点。
中枢点的调压方式有三种：顺调压、逆调压以及常调压。
正常情况下，高峰负荷时要降低电压，低峰时要升高电压。这是顺调压的情况，我们可以记忆为“高低低高”。逆调压刚好相反，我们可以记忆为“高高低低”。常调压是指任何时刻电压都保持不变的情况。
以上所说的电压都为中枢点电压。
说完调压方式，我们就要说说调压的措施了。电压通过增减发电机的转子励磁电流来调整。
调压措施分为两大类：直接调压和间接调压。
直接调压是指发电机调压和改变变压器变比（k）调压。
中大型同步发电机一般都装有自动励磁调节装置。
变压器调压主要是改变升、降压变压器分接头的位置，还有一种是选择其他变压器分接头的位置。
间接调压是要并联无功功率补偿装置。常用的设备有并联电容器、同步调相机和静止补偿器等。
优化调度
说完了有功功率和无功功率的控制之后，我们就要以大局为重，从整体实现电力系统的优化调度。
以下内容以有功功率为主，无功功率不做要求。
有功功率可以分为电源和负荷，电源我们不做要求，重点放在负荷。
有功功率负荷的最优分配是说有功功率负荷合理分配到运行中的各电厂或机组。
我们需要了解几个相关术语。
第一、耗量特性。即单位时间内，发电的输入和输出的关系。
下图中，F为单位时间内火电厂消耗的燃料，W为单位时间内水电厂消耗的水量，PG为电功率。
比如每小时汽电厂消耗n吨的蒸汽生成m千瓦的电功率；每小时火电厂消耗p吨燃料生成n吨的蒸汽。
第二、比耗量μ。即耗量特性上某点纵坐标和横坐标的币值。
第三、耗量微增率λ。即耗量特性上某点的斜率。
总能源消耗或总成本最少即为优化的目标，我们以此引出“目标函数”。
总能源消耗最少即为单位时间内i个机组消耗的有功功率总和最少。
目标函数
目标函数的具有约束条件，一个是等式约束，还有一个是不等式约束。
等式约束即需要满足的负荷要和各个有功功率之和相等，可以写成如下的形式，第二个式子忽略了网络的线损。
不等式约束是有功功率大于各机组的最小输出功率，小于各机组的最大输出功率。
不等式约束：PGimin ≤ PGi ≤ PGimax
同时，最优分配负荷需要遵循等耗量微增率准则。即按照耗量微增率相等的条件分配负荷，这样的能源消耗最少。
同学们一定要好好掌握例题15-2，本节课到此结束。
网友评论