电力系统稳态7_有功平衡
电力系统的有功功率平衡及频率调整
作用：是调度部门考虑按频率减负荷方案和低频率事故时 用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。 二、发电机组的有功功率－静态频率特性 1.调速系统（四个部分） 检测部件(离心飞摆)：转速→位移 放大部件(错 油 门)：位移→油压(信号放大) 执行部件(油 动 机)：油压 启闭阀门 (功率放大) 反馈位置信号 转速控制部件：速度基准控制 调速器：前三者组成，完成频率一次调整； 调频器：加入转速控制部件，完成频率二次调整。
(4)电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流 增加，使无功消耗增加，引起系统电压下降，频率下降还会 引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电 压水平降低。如果电力系统原来的电压水平偏低，在频率下 降到一定值时，可能出现所谓电压雪崩现象，出现电压雪崩 也会造成大面积停电，甚至使系统瓦解。 2、电力系统有功功率控制的必要性 A.维持电力系统频率在允许范围之内 系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机组发出的有 功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总 和之间的平衡来维持的。但是电力系统的负荷是时刻变化的 ，从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范 围之内 ，就是要及时调节系统内并联运行机组有功功率。
P D a 0 P DN a 1 P DN ( f fN ) a 2 P DN ( f fN ) a 3 P DN (
2
f fN
)
3
标么值： P 当f
D
a 0 P DN a 1 P DN f * a 2 P DN f * a 3 P DN f *
2
3
f N , PD PDN
电力系统的频率水平由有功功率平衡决定，如果有功电源 充足，能保证用户需要，且具有及时进行调整的能力，则能 保证频率在合理的范围之内。反之，则将出现较大的频率偏 移。 实际负荷曲线 频率二次调整负荷分量 频率一次调整负荷分量
电力系统有功功率平衡与频率调整
第五章 电力系统有功功率平衡与频率调整主要内容提示 本章主要讨论电力系统中有功功率负荷的最优分配和频率调整。
§ 5-1电力系统中有功功率的平衡 在电力系统运行中，负荷作功需要一定 时，传输这些功率也要在网络中造成有 此，电源发出的有功功率必须满足下列式中P G—所有电源发出的有功功率；P L —所有负荷需要的有功功率；P —网络中的有功功率损耗。
可见，发电机发出的功率比负荷功率大的多才行。
当系统中负荷增大时，网络损耗也将 增大，发电机发出的功率也要增加。
在实际电力系统中，负荷随时在变化，所以必须靠 调节电源侧，使发电机发出的功率随负荷功率的变化而变化。
负荷曲线的形状往往是无一定规律可循， 但可将这种无规则的曲线看成是几种有规律的 曲线的迭加。
如图5-1所示，将一种负荷曲线分解成三种曲线负荷。
第一种负荷曲线的变化，频率很快，周期很短，变化幅度很小。
这是由于想象不到的小一、电力系统负荷变化曲线的有功功率，同 功功率损耗。
因平衡式：负荷经常性变化引起的第二种负荷曲线的变化，频率较慢，周期较长，幅度较大。
这是由于一些冲击性、间歇性负荷的变动引起的，如大工厂中大电机、电炉、电气机车等一开一停。
第三种负荷曲线的变化，非常缓慢，幅度很大。
这是由于生产、生活、气象等引起的。
这种负荷是可以预计的。
对于第一种负荷变化引起的频率偏移进行调整，称为频率的“一次调整”。
调节方法一般是调节发电机组的调速器系统。
对于第二种负荷变化引起的频率偏移进行调整，称为频率的“二次调整”，调节方法是调节发电机组的调频器系统。
对于第三种负荷的变化，通常是根据预计的负荷曲线，按照一定的优化分配原则，在各发电厂间、发电机间实现功率的经济分配，称为有功功率负荷的优化分配。
二、发电厂的备用容量电力系统中的有功功率电源是发电厂中的发电机，而系统中装机容量总是大于发电容量，即要有一定的备用容量。
系统的备用容量包括：负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用。
电力系统有功平衡与频率调整
n
n
建立拉格朗日方程： L Fi (Pi ) ( Pi PL )
i 1
i 1
L最小 L 0 Pi
勇PL于1 开始d，Fd1才P(1P能1)找到成 0
功P的L2 路
dF2 (P2 ) dP2
0
L Pn
dF1(Pn ) dPn
0
dF1(P1) dF2 (P2 ) dFn (Pn )
又称作二次调频，可实现
无差调节。
f fn
Δf f1
PGN
ΔPG PG1
2 1
P
5.3 电力系统的频率调整
➢系 统 负 荷 的 不 同 变 化 规 律 （三种）及其引起的频率偏 移的调整方法：
（1）变动周期最短（小于10s）， 变化幅度最小—由小负荷的经常 性投切造成，随机性强。
调速器
一次调频
（2）变动周期较长（在10s～ 180s），变化幅度较大---由一 些冲击性、间歇性负荷的变动
一、有功电源的最优组合 包括三个部分：
机组的最优组合顺序、最优组合数量和最优开停时间。
各电厂组合的基本要求：
---分担系统负荷时，要依据各类电厂的技术特点，按 效率优先原则安排，已达到经济合理利用资源的目的。
电力系统有功功率经济分配
具体原则：
➢(1)充分利用水源： ✓枯水期：无调节水电以及有调节水电厂的强迫功率首 先投入，有调节水电厂的可调功率承担高峰负荷。 ✓丰水期：所有水电厂优先投入。
➢(2)可以做到无差调节。
5.4 电力系统有功功率经济分配
系统有功功率的最优分配，包括：
➢有功电源的最优组合 --系统中发电设备和发电厂的合理组合，即所谓机组的 合理开停（冷备用容量的合理分布问题）。
电力系统的有功功率平衡和频率调整
PG ( f )
发电机两者的调节效应.考虑一台 P2 ΔPD0 ΔPD
发电机和一个负荷的情况.
ΔPG P1
P’D ( f ) PD ( f )
假定系统的负荷增加ΔPD0
负荷的实际增量：
PGPD0PD
o
f2 f1
f
< 负荷的实际增量应与发电机组的功率输出的增量相等 >
13.2 电力系统的频率特性
三.电力系统的 P–f 静态特性
13-3 电力系统的频率调整
系统调频
➢负荷变化时通常首先由主调频电厂进行 二次调频力图恢复系统频率. ➢若仍有功率缺额则由配置了调速器的机 组进行一次调频.
13.3 电力系统的频率调整
1. 频率的一次调整
发电机组的调速器,根据系统频率的偏移,改变机组的出力,使有 功功率重新达到平衡,这就是频率的一次调整.
13.3 电力系统的频率调整
5. 互联系统的频率调整
二 功负次 率荷调 增增频 量量
频率调整可能引起网络潮流的重新分布
A
B
PDAPABPGAKAf PDBPABPGBKBf
ΔPDA ΔPGA
KA
ΔPAB
ΔPDB ΔPGB
KB
f P D A P D B P G A P G B P D P G= 0, 则: △f = 0
说的频率调整
同步器平行移动发电机 的功频静特性来调节频率和 分配机组间的有功功率
P3 ΔPD0
P2
P1
o
PG ( f ) ΔPD ΔPG
P’D ( f ) PD ( f )
f2 f1
f
13.3 电力系统的频率调整
3. 发电机的分类
有可调容量的机组均参加频率的一次调整 只有一台或少数几个机组参加频率的二次调整 主调频机组：参与二次调频的机组,条件：有足够大的调频容量和 调节范围,出力调整速度应满足系统负荷变化速度的要求等. 辅助调频机组：只有在系统频率超过某一规定的偏移范围时才参 与频率调整 非调频机组：按调度中心预先给定的负荷曲线运行,不参与频率的 二次调整
电力系统有功与无功调整
电力系统有功与无功调整1. 引言电力系统是现代社会中至关重要的根底设施之一。
在电力系统中，有功功率和无功功率是两个重要的参数。
有功功率表示电能在电力系统中转换为其他形式的能量，例如机械能、热能等。
而无功功率表示消耗在电力系统中的无效能量，例如电感、电容的耗散能量等。
有功与无功的平衡对于电力系统的运行稳定和效率至关重要。
因此，电力系统中需要进行有功与无功的调整。
本文将讨论电力系统中有功与无功的调整方法以及其重要性。
2. 电力系统中的有功与无功调整方法2.1 发电机的调整在电力系统中，发电机是将机械能转换为电能的设备。
调整发电机的参数和运行状态可以有效地控制发电机的有功和无功输出。
2.1.1 励磁调节励磁调节是通过调整发电机的励磁电流来控制发电机的输出功率。
增加励磁电流可以提高发电机的有功输出，减小励磁电流可以提高无功输出。
因此，通过调整励磁电流可以实现有功与无功的平衡。
2.1.2 调整转子角度发电机的转子角度也会对有功和无功输出产生影响。
调整转子角度可以改变发电机的励磁磁势分布，影响发电机的有功和无功输出。
通过调整转子角度，可以有效地控制发电机的有功和无功功率。
2.2 无功补偿装置在电力系统中，无功补偿装置可以通过改变电压的相位和幅值来实现对无功功率的调整。
2.2.1 无功电容补偿无功电容补偿是一种常用的无功调整方法。
通过将无功电容器连接到电力系统中，可以提供额外的无功功率，从而实现对系统的无功功率的调整。
通过控制无功电容器的接入和断开，可以调整电力系统的无功功率。
2.2.2 静态无功补偿装置静态无功补偿装置是一种通过电子开关控制的无功补偿设备。
它可以根据电力系统的无功功率需求，自动调整无功功率的输出。
静态无功补偿装置可以快速响应系统的无功功率需求变化，提高电力系统的稳定性和可靠性。
3. 有功与无功调整的重要性3.1 系统稳定性有功和无功功率的平衡对于电力系统的稳定运行至关重要。
当电力系统的有功和无功失衡时，会导致电压的波动和系统的振荡。
电力系统稳态要点
Ch1电力系统、电力网和动力系统:电力系统是由生产、变换、输送、分配、消耗电能的设备，以及测量、保护、控制装置和管理系统所组成的统一整体。
电力网络是由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备所组成的部分。
动力系统是指电力系统以及发电厂的动力部分的总和。
电力系统的运行特点：1．电能与国民经济各个部门之间的关系都很密切2．电能不能大量储藏3．生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割4．电能生产、输送、消费工况的改变十分迅5．对电能质量的要求颇为严格。
煤耗率：生产1度所消耗的标准煤量。
线损率：电力系统中电力网络损耗的电能与电力网络提供电能之比。
总装机容量：指该系统中实际安装的发电机额定有功功率的总和。
年发电量：指该系统中所有发电机组全年实际发出电能的总和。
地理结线图：主要显示该系统中发电厂、变电所的地理位置，电力线路的路径，以及它们相互间的联结。
电气结线图：主要显示该系统中发电机、变压器、母线、断路器、电力线路等主要电机、电器、线路之间的电气结线。
电力系统基本要求：1.保证持续可靠的供电2.保证良好的电能质量3.保证系统运行的经济性电能质量指标：电压，频率，波形电力系统规定额定电压等级原因：1.考虑导线的载流部分的截面积以及线路的绝缘水平，对于一定长度的输电线路须要一个合理的电压等级2.对于电气设备制造商，为保证其产品的系列化，规定额定电压等级，有利于电力工业的发展。
中性点运行方式及特点和适用电压等级：中性点的运行方式主要分两类，即直接接地和不直接接地，其中还有中性点经消弧线圈接地属于不直接接地方式。
直接接地方式，其要求的绝缘水平低，但是当单行短路时其短路电流大，供电可靠性低。
不直接接地方式，其要求的绝缘水平相对较高，但是供电可靠性好。
中性点经消弧线圈接地方式，通过消弧线圈的感性电流来补偿接地电弧的容性电流，使接地电流减小，有利于熄弧，提高了供电可靠性。
Ch2发电机组的运行限额及约束条件：（1）定子绕组温升约束。
电力系统的有功功率平衡
电力系统的有功功率平衡1、有功功率平衡及其与频率的关系频率的变化与电力系统的有功功率平衡之间有着密切的关系。
因为频率与发电机组的转速之间为线性关系，转速的变化取决于作用于发电机转子上的驱动转矩与制动转矩的平衡，而转矩的平衡受发电机输入机械功率于输出电磁功率的平衡关系的影响。
发电机输入的功率减去励磁损耗和各种机械损耗后，如果能与发电机输出的电磁功率严格地保持平衡，则发电机的转速就恒定不变，系统的频率就保持恒定不变。
由于电能不能存储，发电机输出的电磁功率是由系统的运行状态决定的，全系统发电机输出的有功功率之总和，在任何时刻都是与系统的有功功率负荷（包括各种用电设备所需的有功功率和网络的有功功率损耗）相等。
负荷功率的任何变化都立即引起发电机输出功率的相应变化，这种变化是瞬时出现的。
由于原动机调节系统的惯性，发电机的输入机械功率无法适应发电机输出电磁功率的瞬时变化。
因此，发电机转轴上转矩的绝对平衡是不存在的，因此，严格地维持发电机转速不变或频率不变是不可能的。
但是需要动态的调整发电机输入机械功率，保持有功功率的动态平衡，从而使频率不超出允许偏差范围。
2、有功负荷的变化规律和频率调整的方法电力系统的负荷时刻都在做不规则的变化，对系统实际负荷变化曲线的分析表明，系统负荷可以看作由3种具有不同变化规律的变动负荷所组成，如图1所示。
图中，曲线4为实际的负荷变化；曲线1为第1种负荷分量，是变化幅度很小，变化周期较短（一般为10s以内）的负荷分量；曲线2为第2种负荷分量，是变化幅度较大，变化周期较长（一般为10s~3min）的负荷分量，属于这类负荷的主要有电炉、延压机械、电气机车等；曲线为第3种负荷分量，是变化缓慢的持续变动负荷，引起负荷变化的原因主要是工厂的作息制度、人们的生活规律、气象条件的变化等。
图1 有功负荷的变化规律负荷的变化将引起频率的相应变化。
相应的频率调整分为3种：一次调整、二次调整、三次调整。
第一种变化负荷引起的频率偏移将由发电机组的调速器进行调整。
电力系统中的有功功率的平衡
主讲：朱丽云 2017年5月8日
内容概述
第一部分 电力系统有功平衡与频率调整 第二部分 电力系统无功平衡与电压调整
第一部分
电力系统有功平衡与
频率调整
一、电力系统中的有功功率的平衡
作者：
版权所有
1、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响
电动机转速的变化 产品质量 电动机停转 电厂的给水泵停运，锅炉停炉等等
PL a0 PLN a1PLN ( f fN ) a2 PLN ( f fN ) 2 a3PLN ( f fN )3
PL为电力系统频率为f时，整个系统的有功负荷
PL PLN
PLN 为电力系统频率为额定频率f N时，整个系统的有功负荷
K L tg
K L tg
PL ( MW / Hz ) f P P P K L L LN LN f f N f
K L＝1～3
K L、K L：有功负荷的频率调节 效应系数
0 fN f
二、电力系统的频率调整
2、发电机组的有功功率－频率静态特性
作者：
版权所有
PG PGN 0
K G tg
发电机的单位调节功率
PG KG tg ( MW / Hz ) f f f N f PGN
作者：
版权所有
频率不稳定给运行中的电气设备带来的危害：
1.
2. 3.
对用户的影响 产品质量降低 生产率降低 对发电厂的影响 汽轮机叶片谐振 辅机功能下降 对系统的影响 互联电力系统解列 发电机解列
二、电力系统的频率调整
作者：
版权所有
1、电力系统负荷的有功功率－－频率的静态特性 当电力系统处于稳态运行时，系统中的有功负荷随频 率变化特性称为负荷的有功功率－频率静态特性。
电力系统的有功功率平衡名词解释
电力系统的有功功率平衡名词解释有功功率平衡是电力系统的重要组成部分，也是保证系统稳定运行的基础。
它是指将系统各部分的有功功率结果进行平衡，使它们能够与总系统的有功功率相一致。
有功功率在电力系统中占有重要地位，因为他们对系统的稳定和可靠性具有重要影响。
有功功率平衡的原则是将系统中不同部分的有功功率求和，使它们的总和与系统的有功功率相等。
有功功率的平衡有助于确保系统的稳定性，同时也有助于降低系统中潜在的安全问题。
因此，有功功率平衡是电力系统运行稳定的基础。
电力系统有功功率平衡的实现有多种方式，其中最常见的是调整机组的出力。
根据电力系统需求，平衡机组的输出能力，使总系统的有功功率能够保持平衡。
此外，电力系统中的其他设备也可以用来做有功功率平衡，比如电抗器、电容器、无功补偿装置等。
另外，对于电力系统中的各个部分，也需要采用一种合理的方法进行有功功率平衡。
根据需要，可以采用一种分析方法，以确定系统中有功负荷之间的平衡关系。
电力系统的有功功率平衡是一个复杂的过程，它应当由一组专业的工程师和技术人员来实施。
在实施过程中，工程师和技术人员需要对系统中的每个部分进行仔细的检查，通过调整和计算来确保每个部分的有功功率负荷是平衡的。
为了确保有功功率平衡的准确性，他们还需要定期进行检查，以确保系统保持稳定。
综上所述，有功功率平衡是电力系统的重要组成部分，其实施过程需要专业的工程师和技术人员的协调和支持，其中包括系统中不同部分的有功功率求和，调整机组出力以及其他设备的使用，并定期进行检查和调整，以确保系统的稳定运行。
因此，有功功率平衡是电力系统稳定的基础，其实施必须按照严格的标准和规范来进行，以保证系统的安全性。
电力系统稳态分析总结
《电力系统稳态分析》总结对于这本书的总结，我准备采用分章总结，然后在结合整本书的内容进行整合分析；最后，谈谈我对这门学科的认识。
以下内容全部由我个人概括总结而写出来的.第一章电力系统的基本概念第一章主要是给我们简单的介绍一下电力系统这个概念以及构成。
首先,电力系统的基本参量有七个，分别为:（1)总装机容量(Kw、MW、GW）；（2）年发电量（MW•h、GW•h、TW•h）；（3）最大负荷(Kw、MW、GW）;（4)额定频率（我国为50Hz）；（5）最高电压等级；（6）地理接线图；（7）电气接线图。
接下来就是讲了电能的生产、输送、消费的特点：(1）电能与国民经济各部门之间关系密切；（2）电能不能大量储存；（3）生产、输送、消费电能各环节所组成的统一整体不可分割；(4）电能生产、输送、消费工况的改变十分迅速；（5)对电能质量的要求颇为严格。
接下来就强调了电力系统要稳定运行的基本要求，分别是：（1)保证可靠地持续供电；(2）保证良好的电能质量；（3)保证系统运行的经济性；(4）保证对环境的保护。
其中将符合分为三类,第一，一级负荷,主要为国家用电负荷.第二，二级符合，主要为工厂以及企业的用电负荷。
第三，三级负荷，主要为家庭负荷。
然后，就是介绍了接线方式和电压等级.接线方式分为无备用和有备用接线方式。
无备用接线方式通常有三种:放射式，干线式和链式。
有备用可分为：放射式、干线式、链式、环式以及两端供电网络。
其电压等级与线路传输距离有关。
以上内容为第一章的主要内容。
第二章电力系统各元件的特性和数学模型对于本章的学习的内容主要有：1。
发电机组的数学模型；2.变压器的数学模型;3。
输电线路的数学模型；4.用电负荷的数学模型.其四种数学模型就为电力系统的四大组成部分。
发电机的数学模型:对于发电机的数学模型,其主要的量有有功功率和机端电压或者有功功率和无功功率两种.其对应的等值电路如下（用proteus软件画的图）：有功功率和机端电压有功功率和无功功率其中与发电机有关的量还有复功率以及视在功率。
电力系统稳态分析部分习题答案
电力系统稳态分析部分习题答案之答禄夫天创作第一章电力系统的基本概念12 电力系统的部分接线示与图 12，各电压级的额定电压及功率输送方向已标明在图中。
题图 12 系统接线图试求：（1）发电机及各变压器高、低压绕组的额定电压；（2）各变压器的额定变比；（3）当变压器T1工作于+5%抽头，T2、T4工作于主轴头，T3工作于—2.5%轴头时，各变压器的实际比？解（1）发电机及各变压器高、低压绕组的额定电压。
发电机：VGN=10.5KV,比同电压级网络的额定电压高5%。
对于变压器的各侧绕组，将依其电压级别从高到低赋以标号1、2和3。
变压器T1为升压变压器：VN2=10.5KV，等于发电机额定电压；VN1=242KV，比同电压级网络的额定电压高10%。
变压器T2为将压变压器：VN2=121KV和VN3=38.5KV，分别比同电压级网络的额定电压高10%。
同理，变压器T3：VN1=35KV和VN2=11KV。
变压器T4：VN1=220KV和VN2=121KV（2）各变压器的额定变比。
以比较高的电压作为分子。
（3）各变压器的实际比。
各变压器的实际变比为两侧运行时实际整定的抽头额定电压之比。
T4：kT3 =220/110=213电力系统的部分接线如题图13所示，网络的额定电压已在图中标明。
试求：（1）发电机，电动机及变压器高、中、低压绕组的额定电压；（2）当变压器T1高压侧工作于+2.5%抽头，中压侧工作于+5%抽头；T2工作于额定抽头；T3工作于—2.5%抽头时，各变压器的V GN实际变比；题图 13 系统接线图解（1）发电机、电动机及变压器高、中、低压绕组额定电压。
（a）发电机：网络无此电压等级，此电压为发电机专用额定电压，故VGN=13.8KV。
（b）变压器T1：一次侧与发电机直接连接，故其额定电压等于发电机额定电压；二次侧额定电压高于网络额定电压10%，故T1的额定电压为121/38.5/13.8KV。
电力系统稳态分析(陈珩) 作业答案
3-12对图3-2所示的环行等值网络进行潮流计算。图中各线路的阻抗参数分别为：
各点的运算负荷分别为： 而且U1=235kV。
图3-１图3-２
解：（1）求初步功率分布
从电源点1处拆开网络，如图所示。是两端电源电压相等的两端供电网络。
因为该网络中 ， ，
，
他们几乎相等，所以可按均一网络的简化公式进行计算。
2-10.电力系统负荷曲线有哪些？它们有何用途？
2-11．双水内冷汽轮同步发电机的型号为TQFS-125-2，PN=125MW，cosφN=0.85，UN=13.8 kV，Xd=1.867，Xd′=0.257，Xd″=0.18。试计算该发电机的直轴同步电抗Xd，暂态电抗Xd′和次暂态电抗Xd″的有名值。
1-8.标出下图所示电力系统各设备的额定电压。
G1：10.5kV；T1:一次侧10.5kV,二次侧：121kV；T2:一次侧110kV,二次侧：38.5kV
（b）
G1：10.5kV；T1:一次侧10.5kV,二次侧121kV；
G2：10.5kV；T2:低压侧10.5kV,中压侧38.5kV，高压侧121kV
直接接地供电可靠性低。系统中一相接地，接地相电流很大，必须迅速切除接地相甚至三相。不接地供电可靠性高，对绝缘水平的要求也高。系统中一相接地时，接地相电流不大，但非接地相对地电压升高为线电压。
我国110kV及以上的系统中性点直接接地，60kV及以下系统中性点不接地。
电力系统分析第05章电力系统有功功率平衡与频率调整
¾ 目标函数 ¾ 约束条件：
n
∑ F = Fi ( PGi ) i =1
∑ ∑ PGi − PLi = 0
¾ 等微增率准则的表达式
dF1 ( PG1 ) = dF2 ( PG2 ) = .... = dFn ( PGn ) = λ
dPG1
dPG 2
dPGn
18
3.最优分配方案的求解步骤
对于机组较少的情况，可以用解方程组的方法求解，机 组较多，可以迭代求解
算。
5) 直到满足条件。
19
例5-1同一发电厂内两套发电设备共同供电，耗量特性分别为
F1 = 3 + 0.25PG1 + 0.0014PG21 F2 = 5.0 + 0.25PG2 + 0.0018PG22
它们可发有功功率上下限分别为PG1max=100MW, PG1min=20MW,
PG2max=100MW, PG2min=20MW,求承担150MW负荷时的分配方案 解：两台发电设备的耗量微增率分别为
第五章 电力系统有功功率 平衡与频率调整
1
第五章电力系统有功功率平衡与频率调整
电力系统的调频问题实质上是正常运行时有功功率的平衡问题。 ¾ 发电机的输入功率、输出功率和系统的总负荷相等，发电机匀速运
转。 ¾ 当系统中发出的有功功率与负荷消耗的有功功率不平衡时，就会反映
为频率的变化。
当电力系统发生某种扰动（负荷减小），发电机输出的功率瞬间 减小。但发电机的输入功率是机械功率，不能瞬间变化。扰动后瞬间 发电机的输入功率大于输出功率，发电机转子将加速，电力系统的频 率上升。
投切增减负荷不增 加能耗，时间短 (4)有强迫功率，视不 同水电厂而定
调峰机组
电力平衡
电力平衡一、电力平衡的定义1、定义电力平衡是指：电力系统所有的有功电源发出的有功功率总和与电网所有用电设备(包括输电线路)所取用的有功功率总和相等；电力系统所有的无功电源发出的无功功率总和与所有用电设备(包括输电线路)所取用的无功功率总和相等。
所以电力平衡的内容就是电网的有功功率的平衡和无功功率的平衡。
2、电力平衡是一个动态平衡电力平衡是由电网发电、供电、用电三个方面决定的，由于发电和用电是在同一个时间里完成的，发电量并不一定正好等于用电量。
电力系统的有功负荷及无功负荷是经常发生变化的，因此，平衡经常被打破，要再努力使之达到平衡，所以说电力平衡是动态的，是在不平衡中求得暂时的平衡，也是在一定程度上缓和电力供需矛盾的重要措施。
电力平衡是实现电网发电、供电、用电三个方面的电力平衡，它关系到电网的电能质量，关系到电力系统的安全、稳定、可靠、经济运行，也关系到诸多工矿企业的供电和利益，关系到工农业生产和人民生活用电。
所以搞好电力平衡是电力系统和广大用户共同的任务。
二、电力平衡与供电质量之间的关系1．有功功率的平衡与电能质量的关系（1）功率P与频率f的关系当电力系统的电源与负荷失去平衡时，频率f和电压u便会发生变化。
由于频率的变化，整个系统和各个发电机组功率P又会发生相应的变化，用电设备取用的功率P也会随之而变化。
其变化特性表现在发电机发出或用电设备取用的有功功率对频率的关系上。
所以频率f和功率P存在某种关系。
这种关系可以用函数()n=ψ表示，P f对于不同性质的负荷，n取的值也不同。
①如照明、电阻、电炉、电弧电炉、整流器和由整流器供电的负荷等，此类用电设备的有功负荷与频率的变化无关，n取0②如金属切削机床、球磨机、螺旋输送机、磨煤机、空气压缩机、卷扬机、往复式水泵、纺织机、回转窑等，它们都是用交流电动机拖动的。
此类用电设备的有功负荷与频率的一次方成正比变化, n取1③如电网的有功损耗，有功负荷与频率的二次方成正比变化，此类用电设备，n取2④如煤矿、自来水厂、发电厂采用的鼓风机、二次通风机、引风机及循环水泵等，此类用电设备的有功负荷与频率的三次方成正比，n取3⑤静阻力压头很大的水泵，如发电厂的给水泵，就属于此类设备。
电力系统中的有功、无功平衡问题(电力市场第2讲)
有功不平衡会导致系统频率偏差，影响电能质量， 严重时会导致系统崩溃。
02
无功不平衡会导致系统电压偏差，同样影响电能质 量，严重时会导致设备损坏。
03
有功和无功不平衡还会增加线路损耗和变压器损耗 ，降低电力系统运行效率。
有功与无功平衡的协调策略
01
调度部门应实时监测系统有功和无功平衡情况，及时调整发电计划和 需求侧管理措施。
智能电网建设与有功、无功平衡的关系
智能电网建设对有功平衡的影响
智能电网通过先进的调度和控制系统，能够实现电网的优化运行和有功平衡。 智能电网能够提高电力系统的可观测性和可控制性，从而更好地应对负荷变化 和新能源发电的波动性。
智能电网建设对无功平衡的影响
智能电网通过优化无功配置和无功补偿，能够提高系统的无功平衡能力。智能 电网还能够实现无功的分区控制和优化调度，从而提高系统的电压稳定性。
有功平衡问题
有功平衡的重要性
维持系统稳定
有功平衡是维持电力系统稳定运行的 关键，当有功不平衡时，系统频率会 发生变化，影响电力系统的安全性和 可靠性。
保证电能质量
优化资源配置
通过有功平衡，可以优化资源配置， 提高电力系统的经济性和运行效率。
有功平衡是保证电能质量的重要因素 ，频率的稳定直接关系到电力用户用 电的可靠性和稳定性。
01
建立无功平衡模型
根据电力系统的实际情况，建立 无功平衡数学模型，为优化策略 提供依据。
02
引入人工智能算法
利用人工智能算法，如遗传算法 、粒子群算法等，对无功平衡问 题进行优化求解。
03
制定合理的电价机 制
通过制定合理的电价机制，激励 用户和发电企业主动参与无功平 衡的调节。
电力系统稳态 第五章 电力系统的有功功率和频率调整
• PT ＝ PE + PD ≈ PE
• 电力系统的功率平衡：发电机与负荷之间的电磁功率 平衡，时刻平衡
PG PLoad PLoss
整理课件
发电机组的有功平衡与频率的关系
PTi PGi f＝ f 0 PTi PGi f PTi PGi f
原动机惯性大，有功调节慢，无 法时刻保持与瞬变负荷及发电机 功率的平衡，而只能保证动态平 衡，相应频率也只能保持动态稳 定。
热电厂(供热式火力发电厂):效率高,技术最小负荷取决于 热负荷(称为强迫功率)
• 原子能发电厂的特点
反应堆的负荷没有限制，其技术最小负荷取决于汽轮 机，为其额定负荷的10%～15%
反应堆和汽轮机的投切或承担急剧变动负荷时会耗能 、费时、易于损坏设备
原子能发电厂的一次投资大，运行费用小。
• 水力发电厂的特点
(1)状态变量(x) ：反映系统运行状态的变量——因变量； • 除平衡节点外，其它所有节点的电压相角； • 除发电机节点以及具有可调无功补偿设备节点之外，其它
所有节点的电压模值。 (2) 控制变量(u) ：可以设定、调整的变量 • 除平衡节点外，其它发电机的有功出力： • 所有发电机节点(包括平衡节点)及具有可调无功补偿设备
第五章 电力系统的有功功率 和频率调整
华侨大学 尚荣艳
衡量电能质量的指标
频率 电压 波形
衡量经济性的主要指标
比耗量 线损率
详见第一章P6
第1节 电力系统中有功功率的平衡
电力系统经济调度：是在满足安全和一定质量要求的条件 下尽可能提高运行的经济性，即合理地利用现有的能 源和设备，以最少的燃料消耗量（或燃料费用或运行 成本），保证对用户可靠而满意地供电。
频率的一次调整：用发电机组的调速器(第一种负荷变 动)。
电力系统中的有功、无功平衡问题(电力市场第2讲)
具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其 具有一次调频的各机组间负荷的分配， 调差系数即下降特性自然分配。 调差系数即下降特性自然分配。
四、频率的二次调整
当负荷变动幅度较大（ ），周期较长 当负荷变动幅度较大（0.5%~1.5%），周期较长（几 ），周期较长（ 分钟）， ），仅靠一次调频作用不能使频率的变化保持在 分钟），仅靠一次调频作用不能使频率的变化保持在 允许范围内，这时需要籍调速系统中的调频器动作， 允许范围内，这时需要籍调速系统中的调频器动作， 以使发电机组的功频特性平行移动， 以使发电机组的功频特性平行移动，从而改变发电机 的有功功率以保持系统频率不变或在允许范围内。 的有功功率以保持系统频率不变或在允许范围内。
五、 调频厂的选择
调频厂须满足的条件： 调频厂须满足的条件： 调整的容量应足够大； 调整的容量应足够大； 调整的速度应足够快； 调整的速度应足够快； 调整范围内的经济性能应该好； 调整范围内的经济性能应该好； 注意系统内及互联系统的协调问题。 注意系统内及互联系统的协调问题。 通过分析各种电厂的特点，调频厂的选择原则为： 通过分析各种电厂的特点，调频厂的选择原则为： 系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂； 系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂； 当水电厂不能做调频厂时， 当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做 调频厂。 调频厂。
频率为什么会变化？ 频率为什么会变化？
二、电力系统中有功功率的平衡和备用容量 负荷可以看作是由三种具有 不同变化规律的变动负荷所 组成： 组成：第一种视变化幅度很 小，变化周期短，负荷变动 变化周期短， 有很大的偶然性； 有很大的偶然性；第二种是 变化幅度大，变化周期较长； 变化幅度大，变化周期较长； 第三种是变化缓慢的持续变 动负荷。 动负荷。
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发电机组的二次调频
发电机组的二 次调频是通过调频 器实现的，其作用 是使发电机的功频 静特性平行移动。
电能系统频率的二次调整
初始运行点 O 一次 调频 运行点O 二次 调频 运行点O
电能系统功率二次调整
二次调频后，负荷的变化量由三部分组成：
二次调整后，发电机组增发的功率ΔPG0（图中线段 OC）。 调速器动作，发电机增发的功率：图中线段BC
（1）变动周期小于10s，变化幅度小:小操作、线路摇摆等
调速器
频率的一次调整
（2）变动周期在（10s，180s），变化幅度较大：大电机、电 炉启停
调频器
频率的二次调整
（3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律
根据预测负 荷，在各机 组间进行最 优负荷分配
电力系统的经济运行调度（发电计划）
PGN f
PG1 K G1 f PG2 K G2 f PGN K GN f
电能系统频率的一次调整
n
n
PGS PGi KGif KGS f
ｎ台机组参加
i1
i1
调频时：
KGS KG1 KG2 KGN
在图中起始运行点--O 点，系统负荷与发电机发 出功率相平衡。
PL0 PGS0 P0
联立求解得：
PAB
K A (PLB
PGB ) KB (PLA KA KB
PGA)
令：
PA PLA PGA PB PLB PGB
7.2.5 互联系统的频率控制
ΔPA、ΔPB－A、B系统的功率缺额。
f PA PB KA KB
PAB
K APB KA
KBPA KB
互联系统的调频方式
电能系统的有功平衡与频率调整 (1)
电能系统的有功平衡
功率平衡关系：
PG PL Pl Pg
∑PG－电网中所有发电机发出功率的总和。 ∑PL－电网用户负荷总和。 ∑∆Pl－网络中线路和变压器上的有功功率损耗。 ∑∆Pg－网络内发电厂本身厂用电总和。
为了保证可靠供电和良好的电能质量， 系统中的发电设备容量应大于系统的负 荷。
负荷功频静特性的斜率：
KL
PL f
负荷的单位调节功率
电力网负荷的功率——频率特性
负荷的单位调节功率KL*
K
L
PL f
PL f
PLN fN
KL
fN PLN
∆PL－负荷变化量；PLN－额定频率下的系统负荷； ∆f－系统频率变化量； fN－系统额定运行频率；
负荷的单位调节功率标志了随频率的升降， 负荷消耗功率增加或减小的程度。其大小与额定 条件下负荷的频率调节效应相等。
备用容量：系统中的发电容量大于负荷 的部分，分为热备用和冷备用。
热备用：指运行着的发电设备可能发的最大 功率与系统实际的负荷之差，也称旋转备 用；
冷备用：指系统中那些未运行的发电设备可 能发的最大功率。
发电机与负荷的功率——频率 特性
1. 电力网负荷的功率——频率特性
负荷的功率—频率静特性：系统的其他因素 保持不变，负荷吸取的有功功率的大小随系统 频率变化的静态关系。
调频厂。 •调频厂应满足的条件： 1）足够的调整容量 2）较快的调整速度 3）调整范围内的经济性较好
调整容量: 水电厂>火电厂 中温中压电厂（75％）>高温高压电厂（30％）
调整速度： 水电厂>火电厂
调频厂选择： 首选：水电厂 其次：中温中压电厂
电力系统有功负荷
系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律 的变动负荷组成：
电力系统稳态分析
徐青山 xuqingshan@
东南大学电气工程学院
东南大学电气工程学院
系统频率偏移过大的危害：
对用户的影响:生产效率下降,产生次品和废品。
对发电厂的影响：汽轮机叶片谐振，发电机温度 升高，电压下降，辅机功能下降。
对系统运行的影响：互联电力系统的解列，发电 机解列。
1）保持频率无偏差的调整方式： f 0
PAB (PLA PGA) PA PAB PLB PGB PB
KGf
KG
(
f
0
f0)
负荷本身因调节效应而减少的功率：图中线段AB。
KLf KL ( f00 PG0 (KG KL )f
f f PL0 PG0 PL0 PG0
KG KL
KS
1.主调频厂的选择 •调频厂：负有二次调频任务的电厂，分为主调频厂和辅助
发电机的功率频率——特性
2. 发电机的功率频率——特性 1） 原动机未配置自动调速系统时：
Pm C1 C2 2 C1 f C2 f 2
发电机的功率频率——特性
2) 原动机配置自动调速系统后：
发电机组的一次调频
发电机的功—频静特性：发电机原动机随 机组转速变化不断改变进气量或进水量，而频 率将随发电机功率的增大而线性的降低的特性。
发电机组的调差系数：
f
PG
fN PGN
f0 0
f0 fN PGN
*
1 KG*
f* PG *
% f fN 100 % f0 fN 100
PG PGN
fN
电能系统频率的一次调整
１. 电能系统的一次调频
当系统中装有ｎ台有调速器的发电机组时：
K G1
PG1 f
KG2
PG 2 f
KGN
发电机组通过调速器实现频率的调整称为 一次调频。
发电机功频静特性直线的斜率：
KG
PG f
发电机的单位调节功率
发电机的单位调节功率:
KG*
PG f
PGN fN
KG
fN PGN
式中：PGN－发电机额定功率。 ｆN－系统额定频率。 ΔPG－发电机功率变化量。 Δｆ－系统频率变化量。
发电机组的调差系数
互联系统的频率控制
互联系统的频率控制
将A、B系统看做一个整体：
PLA PLB PGA PGB (K A KB )f
f (PLA PGA) (PLB PGB ) KA KB
对A系统单独分析：
PLA PAB PGA K Af
7.2.5 互联系统的频率控制
对B系统单独分析： PLB PAB PGB K Bf
电能系统频率的一次调整
当系统负荷突然增加，系统工作于 新的平衡点O' PGS KGS f
PL K Lf
P0 P0 PL0 PL P0 PGS
PGS PL0 PL
电能系统频率的一次调整
PL0 PGS PL KL KGS f KSf
KS KGS KL KS——系统的单位调节功率。