电力系统的有功功率和频率调整变化
电力系统的有功功率和频率调整ppt课件
国民经济备用：计及负荷的超计划增长而设置的备用。
16
5.1.3 有功功率电源和备用容量* ——各种备用容量的关系
负荷备用——热备用 事故备用——至少包括一部份热备用（可含冷备用） 检修备用（通过检查年最大负荷曲线来确定） 国民经济备用 具备了备用容量，才可能谈及备用用量在各发电设备
11
5.1.2 有功功率负荷曲线的预计
——负荷曲线的加工
实测曲线 加工后的曲线
加工原则：
实测曲线加
工前后，最
大和最小负
荷特征及曲
线下的面积
12
图5-3 负荷曲线加工
应一致。
5.1.3 有功功率电源和备用容量
有功功率电源 有功功率备用容量
备用容量、热备用与冷备用 负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用 各种备用容量的关系
3 有功备用容量的概念 各类机组的有功调节特性
5.1 电力系统中有功功率的平衡 ——基本概念
负荷变动的类型及其特点？ 频率调整的方法及其特点？ 负荷变动与频率调整的关系？ 什么是可供调度的系统电源容量、备用容量、
热备用和冷备用、负荷备用（事故备用、检修 备用、国民经济备用）？ 两类备用容量的关系？
图5-1 有功功率负荷的变动曲线
频率调整方法及其特点
频率的一次调整：用发电机组的调速器(第一种负荷 变动)。
频率的二次调整：用发电机组的调频器(第二种负荷 的变动)。 ——调频厂，对应潮流计算中的平衡节点
频率的三次调整：按最优化准则分配第三种有规律变 动的负荷，即责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲 线发电。
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
电力系统频率和有功功率控制
第四章 电力系统频率和有功功率控制第一节 电力系统频率和有功功率调整的必要性一、 电力系统频率与有功功率的关系 频率、电压是电网电能质量的二大指标。
频率变化原因：负荷变动导致有功功率的不平衡。
变化过程：负荷变化→发电机转速变化→频率变化→负荷的调节效应→新频率下达到平衡。
消除偏移：原动机输入功率大小随负荷变动而改变。
结论：① 电网仅一个频率；② 电网可在偏离额定频率下稳定运行；（0.2Hz ） ③ 频率调整依靠有功进行调整；④ 维持电网频率，调速器调整原动机输入，跟踪负荷变化。
⑤ 转速与频率关系：60pn f二、 电网频率对电能用户及电力系统的影响 对用户影响：① 异步机：转速变化影响产品质量；电机输出功率变化影响输出功率大小。
② 电子测量设备：影响测量精度。
③照明、电热负荷：影响小。
对电网影响：①汽轮机叶片：振动、裂纹，影响寿命。
②火电厂：低于48Hz→辅助电机（送风、给水、循环、磨煤等）出力下降→锅炉、汽轮机出力下降→有功出力下降→频率进一步下降→恶性循环（频率雪崩）。
③电网电压：频率下降→异步机、变压器励磁电流增大，无功损耗增大。
发电机励磁电压下降→系统电压下降→有可能导致系统电压雪崩（大面积停电）。
④核电厂：频率下降→冷却介质泵跳开→反应堆停运。
第二节同步发电机调速器基本原理一、机械液压调速器（离心式调速器）原理简介组成: 测速环节、执行放大环节、转速给定装置①测速环节：主轴带动的齿轮传动机构和离心飞摆。
转速n上升→ A点上移（升高）；转速n下降→A点下移（降低）；②执行放大环节：错油门＋油动机。
稳定状态：错油门活塞堵死油动机活塞二个油管路，油动机上下油压相等，调节汽阀开度不变。
F上升→上管进油→活塞向下→汽阀开度减小→转速下降；F下降→下管进油→活塞向上→汽阀开度增大→转速上升；放大作用：小力量作用于F点，通过高压油作用，在活塞出生较大作用力。
③转速给定装置：同步器。
控制电机的正转、反转，使D点上下移动。
《电力系统分析》第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
PG 2
0.53 0.18 0.0036
97
PL PG1 PG2 197
因此，负荷继续增加时，增加的负荷应由发电设备2承担， 两套设备的综合耗量微增率也就取决于发电设备2。
（b）PL 100MW，按最优分配时，有
PL
PG1
PG 2
0.25
0.0028
0.18
（以下简称负荷）时刻都在 作不规则变化，如右图所示。 对系统实际负荷变化曲线的 分析表明，系统负荷可以看 作是由三种具有不同变化规 律的变动负荷所组成：第一 种变化幅度很小，变化周期 短，负荷变动有很大的偶然 性；第二种是变化幅度大， 变化周期较长；第三种是变 化缓慢的持续变动负荷。
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
2、水力发电厂的特点 （1）必须释放水量－－强迫功率。 （2）出力调节范围比火电机组大，启停费用低，且操作简
单。 （3）不需燃料费，但一次投资大，水电厂的运行依水库调
节性能的不同在不同程度上受自然条件的影响。
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
3、原子能发电厂的特点 （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。
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。
第四章电力系统有功功率和频率调整
PGN = PG (标幺值)
fN
f
KG
PGN fN
KG
KG和KG：发电机组的单位调节功率
汽轮机：KG =25 : 16.7
水轮机：KG =50 : 25
2020/5/20
电力系统有功功率与频率调整
25
4.2.2 发电机组的有功-频率静态特性
发电机组的功频静态特性—对于调速器
➢ 在实际计算过程中：
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电力系统有功功率与频率调整
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4.2.1 系统负荷的有功-频率静态特性
负荷的静态频率性质
➢ 在实际计算过程中：
PD
KD
PDN
fN
f
有功负荷的静态频率特性
KD
tan
PD f
PDN fN
PD f
(MW / Hz)
KD
PD f
PDN = PD (标幺值) fN f
KD
PDN fN
转速n
电磁功率PE 等于
负荷功率PLD
机械功率PT
2020/5/2结0 论：负荷经常变化电力，系统频有功率功率偏与频移率调不整 可避免，如何调整 5
4.1.3 有功功率负荷的变化及其调整
有功功率负荷的变化
P
曲线分解 1 2
实际负荷 幅度小、周期短 幅度较大、周期较长
2020/5/20
3
幅度很大、变化缓慢、
最大发电负荷
PM PLDmax PLmax
0
系统备用容量
8760 t/h
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电力系统有功功率与频率调整
9
4.1.4 有功功率平衡及备用容量
备用容量—按性质分
➢ 负荷备用 (2%-5%)PM
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
电力系统频率及有功功率的调节
第二种负荷变化引起的频率偏移较大，必须 由调频器参与控制和调整，这称为频率的 二次调整。
第三种负荷变化，调度部门的计划内负荷， 这称为频率的三次调整。
电力系统中各种有功负荷与频率的关系
P L a 0 P L N a 1 P L(N ffN ) a 2 P L(N ffN )2 a n P L(N ffN )n
点4：当频率下降到f2时，ZPJH的第二轮频率继 电器启动，经一定时间Δt2后
点5：又断开了接于第二轮频率继电器上的用户。 点5-6：系统有功功率缺额得到补偿。频率开始
沿5～6曲线回升，最后稳定在f∞(2) 。
逐次逼近：进行一次次的计算，直到找到系统功
率缺额的数值（同时也断开了相应的用户）。即
系统频率重新稳定下来或出现回升时，这个过程 才会结束。
P L * a 0 a 1f* a 2f* 2 a nf* n
0 .3 0 .4 0 .9 0 . 4 1 0 .9 2 0 4 .2 0 .9 3
0 . 3 0 . 3 0 7 . 0 6 0 8 . 1 8 0 6 . 9
P L % (1 0 .9) 3 10 70
KL*
解 减负荷动作后，残留的
频率偏差相对值
5048
fhf*
0.04 50
90 2 0 * 0 .0* 4 2800
P JH
73 M 4 1 2 * 0 .04
各轮动作功率的选择
1）第一级动作频率 一般的一级启动频率整定在49Hz。 2）最后一轮的动作频率 自动减负荷装置最后一轮的动作频率最好不低于
状态。调频过程一直要到ΔPC1不再出现新值才
电力系统分析3.课题三 电力系统的有功功率平衡和频率调整
第六单元 电力系统频率电压调整
课题三 电力系统的有功功率平衡和频率调整
二、电力系统有功功率备用容量
PT P G PG
PT
若备用容量按作用分类，可分为 以下几种:
1.负荷备用
为满足一天24h计划外负荷增加和适应系统中的短时间负 荷波动而留有的备用容量称为负荷备用。负荷备用的大小 应根据系统总负荷的大小、运行方式和系统中各类负荷的 比重来确定，一般为系统最大负荷的2%～5%。
第六单元 电力系统频率电压调整
课题三 电力系统的有功功率平衡和频率调整
一、电力系统有功功率平衡
PT P G
PG
PT
通过以上分析可知，当系统负荷消耗的有功功率变化时， 系统频率会相应变化，因此，引起电力系统频率变化的根 本原因是系统有功功率的变化；当有功负荷变化时，要保 持系统频率在允许的范围内，就必须调整发电机组的电磁 功率。
P
三、电力系统的频率调L
电力系统的频 率特性
当负荷变化，引起系统频率变化，发电机机
组调速器动作，调整频率的过程称为频率的
一次调整。
0
fN
f
第六单元 电力系统频率电压调整
课题三 电力系统的有功功率平衡和频率调整
三、电力系统的频率调整
P
PD
2.频率的二次调整
PB
PC
PA 即在频率一次调整的基础上，机组调频器动
第六单元 电力系统频率电压调整
课题三 电力系统的有功功率平衡和频率调整
二、电力系统有功功率备用容量
2.事故备用
当电力系统某些机组发生故障或者电厂预想出力突然下降时， 为避免系统失去稳定性而留有的备用容量称为事故备用。事 故备用容量的大小可根据系统中机组的台数、机组容量的大 小、机组的故障率以及系统的可靠性指标等来确定，一般为 最大负荷的5%～10%，但不应该小于运行中最大一台机组的 容量。 3.检修备用
第三篇-15电力系统频率及有功功率自动调整1
自动调频调载装置就是协助原动机 调速器对电网电压的频率和有功功率进 行调整。其作用是：
（1）保持电网电压的频率恒定； （2）按并联运行机组的容量比例进行 负荷分配；
（3）接到解列指令时，能自动进行负 荷转移。
15.2.1 自动调频调载装置的原理 基本组成环节有频率变换器、有功功率 变换器、有功功率分配器和调整器等四部分。 1）频率变换器
0
I cos KpI cos P
3）有功功率分配器 主要由比较放大器和加法器组成。
作用：计算每台发电机应承担功率，及与实际 承担功率的差值。只要有偏差，就发出调节信 号。 n
1 PP Pi n 1
1 n Pi Pi Pi n 1
1 n UP KPPi KP Pi Pi n 1
其作用是检测电网电压的实际频率fw和给 定频率f0的差值大小和符号，即f＝fW－f0。
频率变换器通常采用谐振式频率变换器 和基于波形变换的频率变换器。
基于波形变换的频率变换器的原理图
设输入信号频率为f，则平均值输出为：
1 U0 1 f
1 E 0T 0 E 0 T 0 f
n
n
15.2.3 自动分级卸载装置
15－15 ZFX-1型自动分级卸载装置原理框图
将T0＝1/2fe带入上式
E 0 f U0 fe
2）有功功率变换器 其作用是获得一个与并联运行发电机的 实际有功功率P大小成正比的直流电压UP。
每台发电机都需要一个功率变换
up ui Ki K 2 I sint
Up K K 2
2 2
I sint dt
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
电力系统有功功率和频率调整
12
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
32
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
9
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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§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
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§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%
(2)事故备用：发电机因故退出运行而 预留的容量5%~10%
(3)检修备用：发电机计划检修 4%~5%
17
§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
(1) 目标函数 • 系统单位时间内消耗的燃料（火电机组）
n
F F 1 (P G 1 ) F 2 (P G 2 ) F n (P G ) n F i(P G )i i 1
该目标函数是各发电设备发出有功功率的函数， 描述的是单位时间内能源的消耗量。
§5.1电力系统中有功功率的平衡
三 变有 化功 及功 其率 调负 整荷
的
5
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：
（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
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§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
(2) 约束条件
• 等式约束
n
m
忽略有功网损
PGi PLDj PL
i1
j1
n
m
PGi PLDj
i1
j1
• 不等式约束
PGm i i nPGiPGm i ax
QGm i
i
nQGiQGm i
ax
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§5.2电力系统中有功功率的最优分配
间内能量输入和输出关.2电力系统中有功功率的最优分配
1、发电机组的耗量特性
• 比耗量：耗量特性曲线上某 点的纵坐标和横坐标之比， 即输入和输出之比
＝F/P
• 效率：比耗量倒数
＝P/ F
• 耗量微增率：耗量特性曲线 上某点切线的斜率，表示在 该点的输入增量与输出增量
之比。 dF /dP
• 有功负荷的最优分配：系统中的有功负荷在各个正在 运行的发电设备或发电厂之间的合理分配。
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§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 1 火电厂
支付燃料费用 技术最小负荷
锅炉 25%—70% 汽机 10%—15%
承担急剧变化负荷时与投、退相似，额外耗能、费时
火 电 厂
效率与蒸汽 参数有关
功消耗。
3
§5.1电力系统中有功功率的平衡
二 频率与有功平衡的关系
• 频率—由发电机转速决定 • 转速与其轴上的转矩平衡有关 • 转矩平衡与功率平衡
M TM E P TP E
负荷变化
MT：由于惯性大变化慢 ME：有功负荷变化快
产生瞬时不平衡
转矩不平衡 发电机转速变化 频率变化(+0.2HZ+0.5HZ) 4
• 原则
（1）充分利用水源。 （2）尽可能利用原子能。 （3）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作
用。 （4）尽量降低火力发电成本，增加燃用劣质煤、当
地煤。
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抽水
发电
枯水期
14
丰水期
§5.2电力系统中有功功率的最优分配
三、电力系统有功功率的最优分配
1、 发电机组的耗量特性：反映发电机组单位时
高温高压：效率高、调节范围小 中温中压：较前者低、但调节范围大
低温低压：指标最差、不用于调节
热电厂：抽气供热，效率最高，有不可调节的强迫功率
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§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
2 水电厂
（1）不需燃料费，但一次投资大 （2）出力调节范围比火电机组大 （3）启停费用低，且操作简单 （4）出力受水头影响 （5）抽水蓄能 （6）必须释放水量－－强迫功率
(4)国民经济备用：满足工农业超计划 增长3%~5%
按其存在形式分： (1)热备用
(2)冷备用
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§5.2电力系统中有功功率的最优分配
• 系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优分配问 题，包括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配。
• 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。包括：机组的最优组合顺序，机组的最优组 合数量，机组的最优开停时间。
电力系统的有功功 率和频率调整变化
1
1、电力系统中有功功率的平衡
2、有功功率的最优分配
➢ 各类发电厂的运行特点和合理组合 ➢ 不计网损时水、火电厂间的经济功率分配 ➢ 计网及损时各发电厂间的经济功率分配
3、电力系统频率的调整
➢ 电力系统负荷及电源的频率静态特性 ➢ 频率的一、二次调整，互联系统的频率调整
（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）
6
§5.1电力系统中有功功率的平衡
四、有功功率电源和备用容量
– 有功功率平衡：
PGi PLi PLoss,
P(M W)
–备用容量：15%～20%
• 作用：为了保证供电可靠性及电 能质量合格，系统电源容量应大