有功功率的平衡

2014-12-2 10:15| 编辑:电工学习网| 查看: 16057| 评论: 0

　　电力系统的根本任务是在保证电能质量符合标准的前提下，能够持续的为用户供给所需的电能，并使系统可靠、稳定和经济地运行。衡量经济性运行的指标是比耗量和线损率。比耗量指生产单位电能所需消耗的一次能源，例如火电厂以克/千瓦·小时表示的煤耗率。线损率或网损率如前所述，就整个系统而言，是指系统中损耗的电能占电源发出电能的百分数。这些技术经济指标的优劣与系统中有功、无功功率的分配以及频率、电压的调整有关。
　　1、有功功率平衡与备用容量
　　电力系统中的功率平衡是指在一定频率下的平衡，有功功率电源是集中在各类发电厂中的发电机，电源发出的有功功率必须大于系统负荷的有功功率。系统电源容量大于发电负荷的部分称为系统的备用容量。从备用容量所处的状态可划分为热备用和冷备用。热备用是运行中的发电设备可能发出的最大功率与系统发电负荷之差，亦称旋转备用。冷备用则指未运行的设备可能发出的最大功率。负荷备用必须取热备用形式，事故备用中的部分容量取热备用形式，部分容量取冷备用形式。
　　有功功率平衡是指运行中，所有发电厂发出的有功功率的总和

，在任何时候都等于该系统的总负荷

。

包括所有用户的有功功率负荷

，网络的总有功功率损耗

，即　　

（1）　　在一般情况下，网络总损耗约为系统负荷的6-10%，对于厂用电，水电厂的厂用电相当小，仅为电厂最大负荷的0.1-1%，火电厂稍大，约为5-8%。为了保证系统的安全、优质、经济地运行，系统还应具有一定的备用容量，只在具备系统备用容量的情况下，才有可能进行系统的频率调整与厂间负荷的最优分配。
　　为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量大于发电负荷的部分称系统的备用容量，即
　　备用容量＝系统可用电源容量－发电负荷
　　系统备用容量按存在形式可分：
　　(1)热备用，指运转中的发电设备可能发的最大功率与系统发电负荷之差，因而也称运转备用或旋转备用。
　　(2)冷备用，指未运转的发电设备可能发的最大功率。检修中的发电设备不属于冷备用，它们不能听命于随时调用。
　　从保证供电可靠性及电能质量角度，热备用愈多愈好。因发电设备从“冷备用”至投入系统、只发出额定功率所需的时间短则几分钟（水电厂）长则十余小时（火电厂）。而就保证重要负荷供电而言，时间应尽量缩短，但从保证系统经济性的角度，热备用又不宜过多。
　　系统备用容量按作用可分：
　　(1)负荷备用：指调整系统中短时负荷波动并担负计划外的负荷增加而设置的备用，满足负荷波动、计划外的负荷增量。负荷备用容量的大小应根据系统负荷的大小、运行经验并考虑系统中各类用电的比重确定。一般为最大负荷的2-5%，大系统采用较小数值，小系统采用较大数值。
　　(2)事故备用：指电力用户在发电设备发生偶然性事故时不受严重影响，维持系统正常供电所需的备用。是保证发电机因故退出运行能顶上的容量，大小应根据系统容量、发电机台数、单位机组容量、机组的事故概率、系统的可靠性指标确定，一般约为最大负荷的5-10%，但不得低于系统中最大机组的容量。
　　(3)检修备用：是指系统中的发电设备能定期检修而设置的备用，它和系统负荷大小关系不密切，只和负荷性质、发电机台数、检修时间的长短、设备的新旧程度等有关。发电机运转一段时间后必须进行检修，检修分大修和小修，大修一般安排在系统负荷的季节性低落期间，小修一般安排在节假日进行。在这期间内，如不能完全安排所有机组的大小修时，才设置所需的检修备用容量。
　　(4)国民经济备用：是为了满足工农业超计划增长而设置的备用。
　　综上所述，负荷备用、事故备用、检修备用、国名经济备用归纳起来仍是以热备用和冷备用形式存在于系统中，热备用中至少应包括全部负荷备用和一部分事故备用，而将部分事故备用处于停机状态，一般检修备用、国民经济备用及部分事故备用采用冷备用状态。
　　2、有功功率电源
　　发电机是电力系统中唯一的有功功率电源，发电机安装在发电厂内。根据发电厂所用一次能源的不同，可将发电厂分为火力发电厂，水力发电厂、核能发电厂等三大类。
　　火力发电厂是电力系统有功功率电源的一个重要组成部分，在世界上大部分国家，包括我国在内，火力发电厂装机容量占总装机容量的一半以上，因而在系统中具有重要地位。火力发电厂还可以进一步分类。按其燃料，可分为燃油火力发电厂、燃气（天然气）火力发电厂、燃煤火力发电厂；按蒸汽参数，可分为低温低压（蒸汽温度450°C，压力35大气压），中温中压（500-520°C，100大气压），高温高压（550°C，180大气压），以及超临界机组（575°C，200大气压）。一般来讲，运行效率与蒸汽参数有关，高温高压热电厂运行效率大于中温中压热电厂。
　　火力发电厂的运行特点：
　　(1)火电厂运行时要消耗大量的燃料，需要支付燃料费用，但运行不受自然条件影响。火电厂的锅炉和汽轮机都受最小技术负荷的限制，可调范围小。
　　(2)火电厂机组的投入、退出或承担急剧变动的负荷时，既额外耗费能量，又花费时间，且易损坏设备。
　　(3)带有热负荷的火电厂称为热电厂，如图所示，热负荷输出功率是强迫功率，通过热力网向附近工业区和居民住宅供热，它采用抽汽供热，其总效率要高于一般的凝汽式火电厂。

图1热电厂承担热负荷

　　水力发电厂是电力系统中又一中重要的有功功率电源，我国是水力资源十分丰富的国家，有效地开发和合理利用水资源对我国经济建设具有重要意义。建国60年来，我国一直十分重视水电发展。1949年全国水电装机只有16.3万千瓦，2008年全国水电装机容量达到1.73亿千瓦，年发电量已达5655.5亿千瓦时。
　　根据水力资源的不同，水力发电厂可分为多年调节库容水力发电厂、日调节库容水力发电厂、径流式水力发电厂、抽水蓄能水力发电厂等。
　　水电厂的运行特点：
　　(1)水厂不需要支付燃料费用，且水能是可以再生的资源。
　　(2)受水库容量限制，水电厂的水轮机没有严格的最小技术负荷要求，发电机出力的调整范围较宽。
　　(3)可调范围大。水电厂机组的投入、退出或承担急剧变动的负荷时，所需时间短，不增加能耗，操作简单，无需额外的耗费。有强迫功率，视不同水电厂而定，一般可充当调峰机组，如图2所示，由图可见，抽水蓄能发电厂减小了系统符合的峰谷差。
　　(4)水力枢纽往往兼有防洪、发电、航运、灌溉、养殖、供水和旅游等多方面的效益。

图2抽水蓄能水电厂承担的调峰作用

　　核能发电厂利用原子能裂变反应所释放的能量进行发电。虽然核能发电厂的一次性投资大，但一旦建成投产，其运行费用要较火电厂低得多，因而在系统日常运行中应可能利用它的容量。
　　核电站的运行特点：
　　(1)核电厂一次性投资大，运行费用低。
　　(2)核电厂的反应堆和汽轮机投入、退出或承担急剧变动负荷时，需耗费能量，花费时间，且设备易损坏。
　　(3)一般承担基荷。
　　目前，由于可再生能源的大力发展，在世界上已分布了十大可再生能源工程，分别在美国、中国、英国和法国等地，主要包括水电站、风电场、潮汐能电站、太阳能热电厂、生物能电厂、波浪能电厂等。在我国很多地区开始建设风力发电场，风力发电场是将风能转换为机械能，再将机械能转换为电能的发电方式。风力发电利用的是自然能源。风力发电不可视为备用电源，但是却可以长期利用。因为风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染，风力发电正在世界上形成一股热潮。
　　3、各类发电厂（机组）的合理组合
　　有功功率电源的最优组合是指各发电厂（机组）在承担系统负荷时的合理组合。电力系统的负荷变动用负荷曲线表示，典型的日负荷曲线如图3所示。它是调度运行的重要依据，电力调度部门根据负荷曲线的变化将发电任务分配给各个发电厂。日负荷曲线的最低点以下部分称为基荷，基荷与最大负荷之间的部分称为峰荷。基荷在24小时之内是不变的，而峰荷是实时变化的。根据经济运行的目的，按各类发电厂的特点，可以将基荷和峰荷分别分配给各类发电厂，如图4所示，基荷由具有强迫功率、不可调功率或高效率的热力发电厂、火力发电厂、核能发电厂或径流式水力发电厂负担，而峰荷则由有调节水库的水力发电厂、燃气轮机发电厂、中温中压火力发电厂等负担。
　　电力系统中的有功功率时刻发生变化，实际上是不规则的负荷变动曲线，如图5所示。一般将系统实际的负荷看作由三种具有不同变化规律的变动负荷组成:第一种变动幅度很小（0.1%～0.5%），周期又很短（一般10s以内），这种负荷变动有很大的偶然性。第二种变动幅度较大（0.5%～1.5%），周期也较长（一般10s～3min），属于这种的主要有电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷变动；第三种变动幅度最大，周期也最长的可预测负荷，这一种是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。第一、二种负荷变动不易预计，要通过装设在原动机上的调速器对发电机输出功率进行调解。第三种负荷可以通过参考长期积累的实测数据，根据用电量大户申报的近日预计负荷来预测，提前编制预测的有功功率日负荷曲线，按最优分配的原则，做出各发电厂的日发电曲线，各发电厂则按此曲线调节发电功率。