电力系统有功功率与频率调整
电力系统有功功率和频率调整
电力系统有功功率和频率调整1. 引言在电力系统中，有功功率和频率是两个关键的电能参数。
有功功率是指电力系统中实际提供给负载的电能，而频率则表示电力系统中电压和电流的周期性变化。
准确地调整有功功率和频率可以保证电力系统的稳定运行，提高能源利用率，保障用电的安全和可靠性。
2. 电力系统有功功率调整电力系统的有功功率调整主要通过控制发电机输出功率来实现。
有功功率调整的目标是使电力系统的供需平衡，以满足用户的用电需求。
有功功率调整可以通过控制发电机的机械输入来实现，也可以通过调整发电机的励磁电流来实现。
2.1 机械输入调整机械输入调整是通过控制发电机的机械输入来调整有功功率。
机械输入调整的方式包括调速和负载调整两种。
2.1.1 调速调整调速是通过调整发电机的键合阻抗或者转子的绕组来改变发电机的转速，从而改变机械输入功率。
调速调整的原理是根据负荷需求，通过调整发电机的转速来保持有功功率的平衡。
2.1.2 负载调整负载调整是通过调整发电机的输出负载来改变发电机的有功功率。
负载调整的方式包括直接调整负载阻抗、调整发电机馈线阻抗、调整发电机并联等。
2.2 励磁调整励磁调整是通过调整发电机的励磁电流来改变发电机的有功功率。
励磁调整的原理是控制发电机的磁场强度，从而改变发电机的输出电压和电流。
励磁调整可以通过调整励磁电流的大小、相位和波形等来实现。
3. 电力系统频率调整电力系统的频率调整主要通过控制发电机输出的机械输入来实现。
频率调整的目标是使电力系统的供电频率保持在额定值附近，以满足用户的用电需求。
3.1 负荷频率特性负荷频率特性是指负载的电流和供电频率之间的关系。
负荷频率特性可以分为正负荷频率特性和正负荷功率频率特性两种。
正负荷频率特性描述了负载对供电频率变化时的功率响应。
3.2 机械输入调整机械输入调整是通过调整发电机的机械转速来调整电力系统的频率。
机械输入调整的方式包括调速和负载调整两种。
3.2.1 调速调整调速调整是通过改变发电机的转速来调整电力系统的频率。
第四章 电力系统的有功功率和频率调整
• 事故备用是使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。事故备用 容量的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、系统的可靠性指标等确定，—般 约为最大负荷的5％一10 ％，但不得小于系统中最大 机组的容量。 • 检修备用是使系统中的发电设备能定期检修而设置的备 用只有在系统负荷季节性低落期间和节假日安排不厂所 有设备的大小修时，才需设置专门的检修各电容量。 • 负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用归纳起 来以热备用和冷备用的形式存在于系统中。而不难想见， 热备用中至少应包括全部负荷备用和一部分事故备用
五、网络损耗的修正 1．网损修正系数 计及网络损耗时
困难在于网损微增率的计算
第三节 电力系统的频率调整
一、调整顿率的必要性 电力系统的频率变动对用户、发电厂和电力系统本身都 会产生不利影响，所以必须保持频率在额定值50Hz上下， 且偏移不超过一定范围。 电力系统频率变动时，对用户的影响有： 用户使用的电动机的转速与系统频率有关。频率变化将 引起电动机转速的变化，从而影响产品质量。例如，纺织 工业、造纸工业等都将围频率变化而出现残次品。 近代工业、国防和科学技术都已广泛使用电子设备，系统 频率的不稳定将会影响电子设备的工作。雷达、电子计算 机等重要设施将因频率过低而无法运行。
•
•
•
•
二、有功功申负荷曲线的预计 进行有功功率和频率的三次调整 时引以为据的多半是有功功率日 负荷曲线。 预计有功功率日负荷曲线的方法 不止一种，但都要运用累积的运 行记录。 连续曲线，则往往还需对它们加 工。加工的原则是：加工前后两 种曲线上最大、最小负荷等待征 点应一致；两种曲线下阴影面积， 即负荷消费的电能应一致。换言 之，不应在加工过程中带来附加 误差。 加工方法示于图
电力系统有功功率及频率调整ppt课件
（1）负荷备用：是指调整系统中短时的负荷波动并担负计划 外的负荷增加而设置的备用。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％一5％，大系统采用较小数值，小系统 采用较大数值
2、发电机组的有功功率—频率静态特性 1. 概念介绍 1) 发电机的单位调节功率：发电机组原动机或电源频 率特性的斜率。
标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加 的多寡。
2) 发电机是调差系数：单位调节功率的倒数。
发电机的单位调节功率与调差系数的关系：
一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：
和不等式约束条件
的前提下，使目标函数
为最优
有功负荷的最优分配的目的在于：在供应同样大小 负荷有功功率n pGi的前提下，单位时间内的能源消耗最少。 这目标函数应该i1 是总耗量。原则上，这总耗量应与所有 变量有关，但通常认为，它只是各发电设备所发有功功 率 的p函Gi数，即目标函数可写作
等式约束条件：有功功率必须保持平衡的条件。 对于每个节点：
第五章 电力系统有功功率的平衡和 频率调整
❖ 第一节 电力系统中有功功率的平衡 ❖ 第二节 电力系统的频率调整
第一节 电力系统中有功功率的平衡
一、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响
系统频率的变化将引起工业用户的电动机转速的变化， 这将影响产品的质量。当频率降低，使电动机有功功率降 低，将影响所有的转动机械的出力。频率的不稳定，将会 影响电子设备的准确性。
原则（1）充分利用水源。 （2）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。 （3）尽量降低火力发电成本。 根据上述原则，在夏季丰水期和冬季枯水期各类电厂在
第五章电力系统有功功率与频率的调整
1
电力系统中负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力， 电力系统中负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力， 使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率， 使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使之 尽量保持不变。 尽量保持不变。 负荷无功的的变化则要求发电机和其他无功补偿设备的运 行情况作相应调整，使之满足负荷无功需求的同时，保证合 行情况作相应调整，使之满足负荷无功需求的同时， 格的供电电压质量。 格的供电电压质量。 在分配和调整各个发电机的功率时，需要考虑它们和线路、 在分配和调整各个发电机的功率时，需要考虑它们和线路、 变压器等设备的容量限制和其他条件， 变压器等设备的容量限制和其他条件，以保证设备和系统运 行的安全性。 行的安全性。 电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关， 电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关， 对系统的运行方式进行决策和调整时必须考虑经济性。 对系统的运行方式进行决策和调整时必须考虑经济性。以上 各点反映了电力系统运行的安全、经济、优质等进本要求。 各点反映了电力系统运行的安全、经济、优质等进本要求。 2
（1）不需燃料费，但一次投资大 不需燃料费， （2）出力调节范围比火电机组大 （3）启停费用低，且操作简单 启停费用低， （4）出力受水头影响 （5）抽水蓄能 （6）必须释放水量－－强迫功率 必须释放水量－－强迫功率 －－
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一、 各类发电厂的运行特点
3 核电厂
（1）最小技术负荷小，为额定负荷 ～15％。 ）最小技术负荷小，为额定负荷10～ ％。 （2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高； 启停 ）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高； 及急剧调节时，易于损坏设备。 及急剧调节时，易于损坏设备。 （3）一次投资大，运行费用小。 ）一次投资大，运行费用小。
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 一、电力系统负荷变化曲线 在电力系统运行中，负荷作功需要一定的有功功率，同时，传输这些功率也要在网络中造成有功功率损耗。
因此，电源发出的有功功率必须满足下列平衡式：∑∆+∑=∑P P P Li Gi式中Gi P ∑—所有电源发出的有功功率；Li P ∑—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t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。
电力系统的有功功率和频率调整变化
§5.2电力系统中有功功率的最优分配
一、 各类发电厂的运行特点
3 核电厂
（1）最小技术负荷小，为额定负荷10～15％。 （2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高；
启停及急剧调节时，易于损坏设备。 （3）一次投资大，运行费用小。
12
§5.2电力系统中有功功率的最优分配
二、 各类发电厂的合理组合
3、等耗量微增率准则
• 以两台火电机组为例，忽略有功网损；假定各台机组的燃料 消耗量和输出功率不受限制，要求：确定负荷功率在两台机 组间的分配，使总的燃料消耗量最小。
效率曲线和微增率曲线
16
§5.2电力系统中有功功率的最优分配
2、目标函数和约束条件
• 有功负荷最优分配的目的：在满足对一定量负荷持续 供电的前提下，使发电设备在生产电能的过程中单位 时间内所消耗的能源最少。
• 满足条件：
等式约束 f(x、u、d)=0 不等式约束 g(x、u、d)≤0
使
目标函数 F=F(x、u、d) 最优
2
§5.1电力系统中有功功率的平衡
一.电力系统频率变化的影响 • 对用户的影响 （1）异步电机转速：纺织工业、造纸工业 （2）异步电机功率下降 （3）电子设备的准确度 • 对发电厂和电力系统的影响 （1）对发电厂厂用机械设备运行的影响 （2）对汽轮机叶片的影响 （3）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无
于发电负荷。
➢ 定义：备用容量 ＝ 系统可用 电源容量 － 发电负荷
新增容
量
备用容
量
发电负荷
8760 t(h)
系统电源容量：可投入发电设备的可发功率之和
7
备用容量的分类
按作用分：
(1)负荷备用：满足负荷波动、计划外 的负荷增量2%~5%
电力系统有功功率的平衡与频率调整
i1
(2)约束条件:
n
n
等式约束: 有功功率必须保持平衡
PGi PLi P
i 1
i 1
若忽略网损，则
n
n
PGi PLi 0
i 1
i 1
不等式约束: 系统的运行限制
PGi min PGi PGi max QGi min QGi QGi max Ui min Ui Ui max
解：按等耗量微增准则
1
dF1 dPG1
0.3 0.0014PG1
2
dF09PG3
PG1 14.29 0.572PG2 0.643PG3 PG1 PG2 PG3 400
1 2 3
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
5.2.1电力系统负荷的有功功率—频率静态特性
描述系统有功负荷随频率变化的关系曲线称为负荷的有功功率-频
率静态特性。简称负荷频率特性。
电力系统中各种用电设备与频率的关系大致如下
1)与频率变化无关的负荷，如照明，电阻炉等电阻性负荷
2)与频率变化成正比的负荷，如拖动金属切削机床的异步电动机
PL PLN
—系统频率为 —系统频率为
（2）运行中不宜承担急剧变化的负荷。 （3）一次投资大，运行费用小。
（应二指）出各: 类发电厂的合理组合 原则（枯1水）充季分节利往用往水由源系。统中的大型水电厂承担调频任务;洪水季
节（这2）任降务低火就电转机移组给的中单位温煤中耗压，火发电挥厂高.效抽机水组蓄的作能用电。厂在其发电 期间也可参加调频.但低温低压火电厂则因容量不足,设备
束条件如下：
F1 4 0.3PG1 0.0007PG21 100MW PG1 200MW
F2 3 0.32PG2 0.0004PG22 120MW PG2 250MW
电力系统的有功功率和频率调整
21
第二节 电力系统有功功率的最优分配
核电厂
反应堆的负荷没有限制 汽轮机的技术最小负荷为额定负荷的10%-15% 反应堆和汽轮机退出运行和再度投入或承担急
转动到DE’，使F点下降至F’和E点下降至E’。
38
测速元件 调频器
执行机构
39
第三节 电力系统的频率调整
错油门活塞下移使油管a、b的小孔开启，压力油 经b进入油动机活塞下部，活塞上部的油经a流入 错油门上部。
8
第一节 电力系统有功功率的平衡
说明：
担任二次调整任务的发电厂称为调频厂，其母 线通常可设为潮流计算中的平衡节点。
三次调整中按给定负荷曲线发电的发电厂称为 负荷监视厂。
近年来我国出现的一种新的调整手段—负荷控 制：个别负荷大量或长时间超计划用电以致影 响系统运行质量时，由系统运行管理部门在远 方将其部分或全部切除的控制方式。
26
第二节 电力系统有功功率的最优分配
2.2 各类发电厂的合理组合
基荷和峰荷的概念
基荷：日负荷曲 P
线最低点以下的
部 分 ， 24 小 时 内峰荷不变。峰荷：基荷和最 大负荷之间的部 分，经常变动。
基荷
t
27
第二节 电力系统有功功率的最优分配
各类发电机的组合顺序 火电厂以承担基本不变的负荷为宜。高温高 压电厂优先投入，中温中压电厂其次。 核电厂原则上应承担额定容量负荷 无调节水库水电厂的全部功率和有调节水库 水电厂的强迫功率应首先投入 有调节水库水电厂的可调功率：丰水期优先 投入；枯水期后投入 抽水蓄能电厂承担高峰负荷
电力系统有功功率与频率调整
.郑州电力职业技术学院毕业生论文题目：＿浅谈电力系统有功功率与频率调整系别＿＿＿电力工程系＿＿＿＿专业＿继电保护及自动化班级＿＿＿15继电3班＿＿＿＿学号＿＿15401020341姓名＿＿＿＿张高原＿＿＿＿论文成绩答辩成绩综合成绩指导教师主答辩教师答辩委员会主任. 1.浅谈电力系统有功功率与频率调整摘要本文首先介绍了电力系统有功功率与频率调整的基本知识，有功功率的应用、意义及；频率调整的必要性，电压频率特性，频率的一二次调整，以及互联系统中的频率的一二次调整，调频与调压的关系，以及电力系统频率调整在个类电厂中得作用。
关键词：有功功率频率调整互联系统.2.目录1电力系统有功功率与频率调整的意义 (1)2频率调整的必要性 (1)2.1频率变化的危害 (1)2.2电力系统负荷变动规律 (1)3电力系统的频率特性 (2)3.1负荷的有功功率－频率静态特性3.2电源的有功功率－频率静态特性3.2.1同步发电机组的调试系统 (2) (4) (4)3.2.2调速系统框图 (4)3.2.3同步发电机组的有功功率-频率静态特性 (4)4电力系统的频率调整 (6)4.1频率的一次调整 (6)4.1.1基本原理 (6)4.1.2基本关系 (6)4.1.3多机系统的一次调频 (7)4.2频率的二次调整 (9)4.2.1基本原理 (9)4.2.2基本关系： (10)4.2.3基本理论： (10)4.3互联系统的（二次）频率调整 (10)4.3.1基本关系 (10)4.3.2注意要点： (10)4.4调频与调压的关系 (11)4.4.1频率变化对电压的影响4.4.2电压变化会频率的影响 (11) (11)4.4.3注意 (11)5电力系统的有功平衡与备用容量 (12)5.1有功平衡关系 (12)5.2备用容量 (12)6电力系统负荷在各类发电厂的合理分配 (12)6.1火力发电厂的主要特点6.2水力发电厂的主要特点 (12) (13)6.3抽水蓄能水电厂的主要特点 (13)6.4核能发电厂的主要特点 (13)总结 (14)致谢 (15)参考书籍 (16).3.1电力系统有功功率与频率调整的意义发电机的输出电压和输出电流是有限制的，发电机的负荷是以伏安计算的（即电流有效值乘以电压有效值，视在功率），当负载的功率因数为全部转换成有功功率输出。
电力系统有功功率与频率的调整
电力系统有功功率与频率的调整引言电力系统中，有功功率和频率是两个重要的参数。
有功功率是指电力系统中用于传输、传递和消耗电能的功率，频率那么代表了电力系统中交流电信号的周期性。
因各种原因，有功功率和频率可能会发生变化，因此需要对其进行调整以确保电力系统的正常运行。
本文将探讨电力系统中有功功率和频率的调整方法。
有功功率调整方法发电机调整发电机是电力系统中有功功率的主要来源，因此调整发电机的输出功率可以实现对有功功率的调整。
在调整发电机的输出功率时，可以通过调整发电机的燃料供应或调整转子的转速来实现。
调整燃料供应调整燃料供应是一种常用的调整发电机输出功率的方法。
通过增加或减少燃料供应，可以增加或减少发电机的输出功率。
这种调整方法比拟简单，但需要注意控制燃料供应的精度，以确保发电机输出功率的稳定性。
调整转速调整发电机转速是另一种调整发电机输出功率的方法。
通过增加或减少发电机的转速，可以实现对输出功率的调整。
这种调整方法需要对发电机的转速进行精确控制，以防止对发电机的运行造成过大的影响。
负荷调整除了调整发电机的输出功率外，还可以通过调整电力系统的负荷来实现对有功功率的调整。
负荷调整可以通过增加或减少供电设备的负载来实现。
增加负荷增加负荷是一种常用的调整有功功率的方法。
通过增加供电设备的负载，可以增加电力系统的有功功率。
这种调整方法可以通过增加电阻、连接额外的负载设备或调整电力系统的运行模式来实现。
减少负荷减少负荷是另一种调整有功功率的方法。
通过减少供电设备的负载，可以减少电力系统的有功功率。
这种调整方法可以通过断开某些负载设备、调整供电设备的运行模式或降低负载的使用率来实现。
频率调整方法频率是电力系统中交流电信号的周期性表征，其稳定性对电力系统的正常运行至关重要。
频率的调整方法通常包括调整发电机的转速和调整负载的负载。
调整发电机转速调整发电机转速是一种常用的调整频率的方法。
通过增加或减少发电机的转速，可以实现对频率的调整。
第五章电力系统有功功率和频率调整
❖ 机组投入退出，承担急剧负荷响应时间长，多耗能 量，易损坏设备
❖ 热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于 热负荷，为强迫功率
火电厂的效率
❖中温中压 ❖高温高压 ❖超高压力 ❖超临界压力 ❖热电厂
内容
❖ 机组优化组合（简要介绍）
确定系统中需要运行多少机组，哪些机组运行， 以及什么时候运行。
❖ 经济功率分配（重点学习）
在已知机组组合的基础上，确定各机组的功率输 出，在满足机组、系统安全约束的同时，使系统 的运行最优化。
火电厂特点
❖ 需燃料及运输费用，但不受自然条件影响 ❖ 效率与蒸汽参数有关
❖ ④原子能电厂虽然可调容量较大，调整速度也不 亚于火电厂，但因其运行费用较低，通常都以满负 荷运行，一般不考虑用这类电厂调频。
❖ ⑤如果系统中有抽水蓄能电厂，首先应该考虑采 用这类电厂进行调频。
名词解释
❖ ALFC:自动负荷频率控制 ❖ AGC：自动发电控制 ❖ EDC：经济调度控制 ❖ ACE：区域控制偏差
，从6.80%下降到5.69%。
1997~2009年厂用电率变化情况
电源备用容量
❖ 有功功率平衡：
发电功率=厂用电+网损+综合用电负荷
❖ 有功电源的备用容量：
备用容量=发电机组的额定容量-发电功率
电源备用容量（按状态分类）
❖ 热备用：运转中的发电设备可能发的最大功 率与发电负荷之差(旋转备用)；
调整：减小进气量或进水量，进而减小作用在发 电机转子上的机械功率，机械功率=电磁功率， 转子达到额定转速，系统频率达到额定频率。
5电力系统的有功功率和频率调整
KS KG KL
具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其调差系 数即下降特性自然分配。
5) 对不等式约束进行处理 ❖ 对于有功功率限制，当计算完后发现某发电设备越限，则该
发电设备取其限制，不参加最优分配计算，而其他发电设备 重新进行最优分配计算。
❖ 无功功率和电压限制和有功功率负荷的分配没有直接关 系，可暂时不计，当有功功率负荷的最优分配完成后计 算潮流分布在考虑。
18
4. 用迭代法求解电力系统经济调度问题
1. 第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动有 很大的偶然性；
2. 第二种变动幅度较大，周期也较长，属于这种负荷的主 要有：电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷 变动；
3. 第三种变动基本上可以预计，其变动幅度最大，周期 也最长，是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷 变动。
5
▪ 负荷预测的精度直接影响经济调度的效益，提高 预测的精度就可以降低备用容量，减少临时出力 调整和避免计划外开停机组，以利于电网运行的 经济性和安全性。 负荷预测分类：
/ PLN
KL* 1.5
29
2. 频率的一次调整
1) 简述：由于负荷突增，发电机组功率不能及时变动而 使机组减速，系统频率下降，同时，发电机组功率由 于调速器的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身 的调节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程，达到 新的平衡。
2) 数学表达式：
PL0 KG KL f
min f (x) s.t. h(x) 0
g g(x) g
即在满足h(x)=0的等式约束条件下和g(x)不等式 的条件下，求取目标函数f(x)值最小。
11
2. 电力系统经济调度的数学模型
电力系统有功功率和频率调整
一、系统频率标准
• 1.2当发生省网或省内局部地区独立网运行时，独立网 当发生省网或省内局部地区独立网运行时， 当发生省网或省内局部地区独立网运行时 万千瓦及以上,频率偏差正常不得超过 用电负荷为 300 万千瓦及以上 频率偏差正常不得超过 50±0.2 赫兹；超出 ±0.2赫兹，持续时间不得超过 赫兹；超出50± 赫兹 赫兹， ± 30 分钟；超出50±0.5 赫兹，持续时间不得超过15分 分钟；超出 ± 赫兹，持续时间不得超过 分 万千瓦， 钟。独立网用电负荷小于 300万千瓦，频率偏差正常 万千瓦 不得超过50± 赫兹；超出50± 赫兹 赫兹， 不得超过 ±0.5 赫兹；超出 ±0.5赫兹，持续时间 不得超过30分钟 超出50± 赫兹 分钟； 赫兹， 不得超过 分钟；超出 ±1赫兹，持续时间不得超 分钟。 过15分钟。 分钟 • 1.3系统事故造成地区电网独立网运行时，地调及地区 系统事故造成地区电网独立网运行时， 系统事故造成地区电网独立网运行时 电厂负责独立小网调频调压任务， 电厂负责独立小网调频调压任务，使之能与省电网顺 利并列，不得出现因调整不当而引起的高频切机、 利并列，不得出现因调整不当而引起的高频切机、低 频减负荷甚至垮网的现象。 频减负荷甚至垮网的现象。
3
二、调频厂的确定及频率调整
1.调频厂的确定
• 电网运行时应指定第一调频厂和第二调频厂。 电网运行时应指定第一调频厂和第二调频厂。 • 省电网单机容量在100MW及以上的火电厂、单机容量在50MW及 及以上的火电厂、单机容量在 省电网单机容量在 及以上的火电厂 及 以上的水电厂、 以上的水电厂、燃汽轮机组以及抽水蓄能机组均可担任系统的第 二调频厂。正常运行情况下， 一、二调频厂。正常运行情况下，省调应指定上述其中的电厂担 任第一调频厂，机组投入AGC运行的电厂即自动转为第一调频厂 运行的电厂即自动转为第一调频厂， 任第一调频厂，机组投入AGC运行的电厂即自动转为第一调频厂， 未指定为第一调频厂或未投AGC的上述电厂均为系统的第二调频 未指定为第一调频厂或未投 的上述电厂均为系统的第二调频 厂。 • 选择系统调频厂应遵循以下原则： 选择系统调频厂应遵循以下原则： 1、具有足够的调频容量，可满足系统负荷的最大增、减变量。 、具有足够的调频容量，可满足系统负荷的最大增、减变量。 2、具有足够的调整速度，可适应系统负荷的最快增、减变化。 、具有足够的调整速度，可适应系统负荷的最快增、减变化。 3、在系统中所处的位置合理，其与系统间的联络通道具备足够的输 、在系统中所处的位置合理， 送能力。 送能力。
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。
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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
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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
电力系统有功功率和频率调整
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单位调节功率用标幺值表示：
KG*
PG* f*
PG / PGN f / fN
KG
fN PGN
1
*
式中，
*
f* PG*
称为发电机组的调差系数，通常由
额定运行点和空载运行点定出。
在额定运行点，f fN , PG PGN ;在空载运行点， f f0 , PG 0
*
( fN (PGN
(2)只有水轮机组参与调节：
5
KS KG KD 80 5 90 490 MW/Hz i 1
f PD0 300 0.6122 Hz
KS
490
24
小 结：
1、负荷的有功频率特性：
KD
PD f
2、有功电源的有功频率特性：KG
PG f
3、有功平衡：一次调频
调速器
二次调频
调频电厂
本次课的重点：一次调频的原理和计算。
KA
KB
B系统不参 加二次调整
PAB 0
PAB
K APDB
K B (PDA PGA ) KA KB
PDB
K B (PD PGA ) KA KB
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互联系统的频率调整常采用如下三种方式 ： 1、频率保持不变，△f=0 2、联络线功率保持不变，△PAB=0
- - 3、△PDA △PGA= △PDB △PGB=0
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负荷的有功频率特性简化表达
当频率偏离额定值不大时，负荷有功频率特性用一条近似 直线来表示。
K
tg
P D
D
f
PD
PD
P / P P
K D
DN
D
D f / f
f
N
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PL* a0 a1 f* a2 f* a f
关键点：一个用电设备消耗功率的大小与 频率有关。当系统频率发生偏移时，设备 消耗负荷会发生改变，改变量的大小通过 负荷的频率调节效应系特性
PL K L f
PL PLN
fN
PL K L f K L K L f N / PLN
f
印象：负荷消耗的 有功功率随系统频 率的增加而增加。
二、频率调整的必要性和有功功率 平衡
1、频率调整的必要性 （1）保证电能质量，满足负荷要求； （2）维持系统稳定运行。
2、有功功率和备用容量 （1）负荷备用； （2）事故备用； （3）检修备用； （4）国民经济备用。
三、发电机组的调速系统和频率 的一次调整
d TJ Tm Te Pm Pe dt
1、调速器的调整过程
功率平衡时,Pe=Pm,ω=ω0= ωN Pe 发生变化 , 功率平衡被打破 , ω变化 , 释放转 子动能使系统能量守衡。系统频率发生变化。 调速器测量到转速的变化，调整机组的进水量 或进汽量，改变 Pm ，使转速ω向ωN靠近 , 但不 能调整到等于ωN,因为调速器的调节特性为有 差调节。
2、发电机(调速器)的功频特性
PG Pset=PG0
PG f
A′ A
KG
K G
f fN
f
PG / PGN f / f N
发电机的功频调节系数 发电机的功频特性
PG KG f
3、频率的一次调整
一次调整过程(自然调整过程，系统的固 有特性): 系统的负荷发生变化时，系统 中所有机组均释放转子动能来平衡系统 负荷的变化，导致系统频率变化，紧接 着各机组调速器感受到转速变化而调整 机组出力，使系统频率有所恢复,由于是 有差调节，系统频率不能恢复到fN。
答案：转子释放机械能，弥补负荷的增加。 转子速度降低，系统频率下降！ 系统的频率指标不能满足电能质量要求！怎么办？
4、负荷变化，导致系统频率变化， 不满足电能质量要求！怎么办？
调 速 器
水 轮 机 PM + 发 电 机 PG
N
开 度
PL
调速器：感受到转速的变化，说明系统负 荷发生改变，需要调整水能输入，以满足 负荷的要求。转速也将向靠近N变化。
但转速能通过调节，使=N吗？？
5、调速器动作，能通过调节，使=N吗 ？？
如果能，会发生什么现象？
f fN
PG1 G1
PG
2
PG1
P
G2 PG2
PG
ΔP
PL
PG =PG1+ PG2
能 : 调速器静态特性为无差调节，水电站内 部机组的工作点会出现飘移现象，工作点不 能唯一确定，机组不能稳定运行。怎么办？
电力系统正常运行方式的 调整和控制
三峡大学电气与新能源学院 李咸善 教授/博导 lixianshan@
1. 2. 3. 4. 5. 6.
需要掌握的主要知识点 负荷的功频特性 发电机的功频特性 系统的功频特性 频率的一次调整过程 频率的二次调整过程 AGC与区域控制误差
第一部分 提出问题，定性分析
（启发式教案，同学参与讨论）
第二部分 理论及定量分析
（按教材内容进行）
1、电力系统正常运行下，相关情况如何？
G
PG
∆P
PL
功率平衡：PG = ∆P + PL 机组转速：=N, f = fN= 50Hz 答案：电源发出的功率与网络损耗及用户的负荷相 平衡，系统中的机组同步运行，系统频率维持在额 定频率50Hz。
第二部分 理论及定量分析
（按教材内容进行）
一、负荷的有功功率及其频率特性
1、日负荷曲线 实际负荷=预测负荷+随机负荷
P(MW) 预测负荷 实际负荷
0
4
8
12
16
20
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t(h)
2、负荷的频率特性
f f 2 PL PLN a0 a1 ( ) a2 ( ) fN fN 基准值： PL N , f N
4、系统的功频调节
1）负荷频率调节
PL K L f
2）发电机频率调节
PG KG f
3）系统频率调节
PL0 P G P L ( KG K L )f K S f
KS系统的功频调节系数， KS越大，频率波动 越小。
4）n台机组时，系统的KG计算
K GN K G1 K G 2 K Gn K Gi
i 1 n
仅m台机组参加调频
K GM K G1 K G 2 K Gm K Gi
i 1 m
四、频率的二次、三次调整及自 动发电控制AGC
2、机理分析
水库 水 轮 机 PM 水能 机械能 转 子 发 电 机 PG 电能
PL
功率平衡：PM =PG (忽略损耗） 同步运行：=N, f = fN= 50Hz
3、负荷变化怎么办？（PL增加）
水 轮 机 PM
发 电 机 PG
PG PM
PL
能量始终平衡
PL
输入的水能没有变！增加的能量从哪来？？
6、负荷变化，系统一次调频，频 率不能回到额定值！怎么办？
1）变化前：PG0=PG1+PG2
fN f
2）一次调频后：
PG0 ′ = PG1′+ PG2′
3）二次调频后： PG0 ′ = PG1〃+ PG2
P PG2 ′ PG
2
f
PG1〃 PG
1
PG1 ′
P
结论：二次调频。在一次调频的基础上，人工或自动调节调频 机组的出力，使其完全承担负荷的变化，其他非调频机组的出 力都回到负荷变化以前的值，系统频率恢复到了额定值。
答案：不能。调速器静 态特性必须为有差调节， 工作点才能唯一确定， 机组才能稳定运行。
变化前：PG0=PG1+PG2
P PG2 ′ PG
2
f fN f
PG
1
一次调频后： PG0 ′ = PG1 ′+ PG2 ′
PG1 ′
P
结论：一次调频。系统负荷发生变化，系统中的所有机组都会 释放其转子的动能来满足负荷的变化，导致转速变化，进而使 得系统的频率发生变化。机组调速器感受到转速变化后，调节 输入的水量或汽量，使得转速逐步恢复，系统频率向额定值靠 近。但是，由于调速器的有差调节特性，系统频率不能回到额 定值。这是电力系统的固有特性或自然特性。