电力系统分析第五章

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电力系统分析_穆刚_电力系统的有功功率平衡和频率调整

第五章有功功率平衡和频率调整课程负责人：穆钢教授申报单位：东北电力大学内容提要⏹频率偏移产生的原因、影响、以及允许的频率偏离量？⏹保持频率偏移量不超过一定范围的条件⏹（如何保持有功功率的平衡）⏹电力系统的频率调整⏹有功功率的最优分配5.1电力系统的频率偏移频率变化的原因?频率变化对负荷的影响(1)异步机(2)电子设备(3)电钟频率变化对电力系统的影响(1)水泵、风机、磨煤机(2)汽轮机的叶片(3)变压器的励磁频率允许偏移的范围：50Hz ±(0.2~0.5)Hz系统中负荷的变化你答对了吗?5.2 电力系统有功功率的平衡运行中：规划、设计：◆备用容量:1.按作用形式分∑∑∑+=LDGPP P ∑∑∑+=RGNPP P 负荷备用(2-5%Plmax)检修备用(可能不安排)事故备用(5-10% Plmax 或系统中最大一台单机容量）国民经济发展备用(3-5%Plmax ）2、按存在形式分为两者差一个网损两者差一个厂用电热备用:运转中发电设备可能发的最大功率与发电负荷之差(旋转备用)冷备用:未运转的、但能随时启动的发发电设备可以发的最大功率(不含检修中的设备)负荷的分类:1.用电负荷2.供电负荷3.发电负荷PP1 P2P3 PΣ有功功率负荷变动曲线t有功功率负荷变动曲线据此图,负荷可以分为三种:第一种变动幅度很小，周期又很短。

变动有很大的偶然性属于这一种的主要有电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的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二种变动幅度较大，周期也较长.第三种变动幅度最大，周期也最长. 该种负荷基本可以预计。

据此,频率调整一次调整:由发电机组的调速器进行的对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整二次调整:由发电机的调频器进行的、对第二种负荷变动引起的频率偏移的调整三次调整: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荷曲线发电。

5.3 电力系统中有功功率的最优分配有功功率的最优分配:●有功功率电源的最优组合即指系统中发电设备或发电厂的合理组合,也就是所谓的机组合理开停.●有功功率负荷的最优分配即指系统的有功功率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.最常用的是按等耗量微增率准则分配.火电厂外景各类发电厂的运行特点和合理组合(1)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●受锅炉、汽轮机最小技术负荷限制，有功出力调整范围较窄，增减速度慢，参数越高范围越窄(高温高压30%，中温中压75%)●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，为强迫功率丰满水电厂外景(2)水电厂特点：●不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条件影响。

《电力系统分析》第5章习题解答

第五章思考题及习题答案5-1什么是电力系统的有功功率备用容量？为什么要设置备用容量？答：系统的电源容量超出发电厂发出的有功功率的总和的部分，称为系统的备用容量。

系统设置有功功率备用容量为了满足频率调整的需要，以保证在发电、供电设备发生故障或检修时，以及系统负荷增加时，系统仍有足够的发电容量向用户供电，保证电力系统在额定频率下达到有功平衡。

5-2 电力系统频率偏移过大的影响有哪些？答：频率偏移过大时，主要有以下影响：（1）电动机的转速和输出功率随之变化，会严重地影响产品的质量。

（2）会影响各种电子设备工作的精确性。

（3）对电力系统的正常运行影响很大。

对汽轮发电机叶片都有不良影响；电厂用的许多机械如水泵、风机等在频率降低时都要减小出力，因而影响发电设备的正常运行，使整个发电厂的有功出力减小，从而导致系统频率的进一步下降；频率降低时，异步电动机和变压器的励磁电流增大，为了不超越温升限额，不得不降低发电机的发出功率；频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大，无功功率损耗增加，这些都会给电力系统无功平衡和电压调整增加困难。

总之，由于所有设备都是按系统额定频率设计的，系统频率质量的下降将影响各行各业。

而频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电。

5-3 什么是电力系统负荷的有功功率—静态频率特性？何为有功功率负荷的频率调节效应？K的大小与哪些因素有关？L答：系统处于运行稳定时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的有功功率—静态频率特性。

当系统有功平衡破坏而引起频率变化时，系统负荷也参与对频率的调节（当频率变化时，系统中的有功功率负荷也将发生变化），这种特性有助于系统中的有功功率在新的频率下重新达到平衡，这种现象称为负荷的频率调节效应。

K的数值取决于全电力系统各类负荷的比重。

L5-4什么是电力系统发电机组的有功功率—静态频率特性？何为发电机组的单位调节功率？K的大小与哪些因素有关？G答：发电机输出的有功功率与频率之间的关系称为发电机组的有功功率一频率静态特性。

刘天琪电力系统分析理论第5章答案完整版

5-5、电力系统调压的基本原理是什么？电力系统有哪几种主要调压措施？当电力系统无功不负时，是否可以只通过改变变压器的变比？为什么？答：基本原理：由于电力系统的结构复杂，用电设备数据极大，电力系统运行部门对网络中各母线电压及用电设备的端电压进行监视和调整是不可能，而
且没有必要。然而，选择一些有集中负荷的母线作为电压中枢点，运行人员监视中枢点电压，将中枢点电压控制在允许的电压偏移范围以内。只要这些中枢点的电压质量满足要求，系统中其它各处的电压质量也基本上满足要求。简单一句话概况为：通过对中枢点电压控制实现电网电压调整。电力系统的电压调整可以采用以下措施：（1）调节发电机的励磁电流以改变发电机的端电压 VG ；（2）通过适当选择变压器的变比 k 进行调压；（3）通过改变电力网络的无功功率 Q 分布进行调压；（4）通过改变输电线路参数 X 进行调压。在系统无功功率不足的条件下，不宜采用调整变压器分接头的办法来提高电压。因为当某一地区的电压由于变压器分接头的改变而升高后，该地区所需的无功功率也增大了，这就可能进一步扩大系统的无功缺额，从而导致整个系统的电压水平更加下降。所以从全局来看，当系统无功不足时不宜采用改变变压器变比进行调压。
ΔVT min =
Pmin R + Qmin X 13 3 × 3 + 10 × 48 4 = 4.72kV V = V1min 110
最大负负荷时发电电机电压为 1 11kV，则分分接头电压为
V1t max =
(120 + 7) ) × 10.5 = 12 21.23kV 11
(110 + 4.7 72) × 10.5 = 120.456kV k 10
最小负负荷时发电电机电压为 1 10kV，则分分接头电压为

《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

负荷的变化将引起频率的相应变化，电力系统的有功功率和频率调整大体上分一次、二次、三次调整三种。频率的一次调整（或称为一次调频）指由发电机组的调速器进行的，是对一次负荷变动引起的频率偏移作调整。频率的二次调整（或称为二次调频）指由发电机组的调频器进行的，是对二次负荷变动引起的频率偏移作调整。频率的三次调整（或称为三次调频）是对三次负荷变动引起的频率偏移作调整。将在有功功率平衡的基础上，按照最优化的原则在各发电厂之间进行分配。
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。

电力系统稳态分析讲解第五章

( i 1,2, , n)
C PGi
C Fi ( PGi )
i 1 n
dFi ( PGi ) dPGi
( i 1,2, , n)
24
不等式约束的处理

功率上下限约束
PGi min PGi PGi max

先不考虑该约束条件进行经济分配计算，若发现越限，越限的发电厂按极限分配负荷，其余发电厂再按经济分配。节点电压及无功功率约束 Vi min Vi Vi max
F F1 ( PT 1 ( t ))dt
0

这是一个求泛函极值问题，一般应用变分法求解。
27
§5.2电力系统中有功功率的最优分配
5、水、火发电厂间的负荷经济分配

变分法求解，分段处理等式约束： H 2. k
P
W

k t
PT 1.k PLD.k 0
( PH 2. k )t k K 2 0
弧炉、轧钢机、电力机车等冲击性负荷
调频器频率的二次调整，由调频发电厂的机组承担
（3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律，可预测。
根据预测负荷，按等耗量微增率准则在各机组间进行最优负荷分配
频率的三次调整，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
dF1 ( PG 1 ) 0 dPG 1 dF2 ( PG 2 ) 0 dPG 2 PG 1 PG 2 PLD 0
等耗量微增率
1 2
21

物理意义：
dF dF2 假如两台机组微增率不等： 1 ，并且总输出功率不变， dP 1 dP 2 G G 调整负荷分配，机组减少P，机组2增加P，节约的燃料消耗为： 1

电力系统分析第五章(1)

a
d
y D
g α c
Q
5.1同步电机三相短路物理过程分析 5.1同步电机三相短路物理过程分析
5.1.2 无阻尼绕组同步电机空载三相短路的物理过程
b
a
ω
D
o
f
z

f
D
x
c
g Q
b
2．转子短路电流分量分析短路后，定子电流将对转子产生强烈的电枢反应作用。定子三相对称基频电流产生的电枢旋转磁场，对转子相对静止。当定子绕组的电阻略去不计时，定子电流产生的电枢旋转磁场的方向恰好与转子d轴反向，并产生纯去磁性的电枢反应。为了抵消该电枢反应，维持励磁绕组磁链初值不变，励磁绕组将产生一项直流电流，它的方向与原有的励磁电流相同，使励磁绕组的磁场得到加强。这项附加的直流分量产生的磁通也有一部分要穿过定子绕组，激起定子基频电流的更大增长。这就是同步电机在突然短路时的暂态过程中，定子电流大大地超过其稳态短路电流的原因。
短路前定子开路，即
q
& Eq & & EQ X q I t &′ & Eq X ′I & Uq
& Ud
Ψ d = − X d I d + Eq Ψ q = − X q Iq

I d[0] = 0
I q[0] = 0
Eq[0] = U q[0]
Ψ 0 = U q[0] = U t[0]
当转子以同步转速旋转时，定子各相绕组的磁链将随转子位置角作正弦变化
a
d
y
D
g α
c
5.1同步电机三相短路物理过程分析 5.1同步电机三相短路物理过程分析
5.1.2 无阻尼绕组同步电机空载三相短路的物理过程 1．定子短路电流分量分析 ∆ψ a = ψ a0 −ψ a = Ψ 0 cos α 0 −Ψ 0 cos(ωt + α 0 )

第五章-电力系统三相短路的暂态过程

短路全电流
Ri Ldd tiEms int()
i ip iap
短路电流的周期分量 ipIpm si nt ()（5-3）
短路电流周期分量幅值 Ipm
Em
R2 (L)2
电路的阻抗角
arctgL
R
电力系统分析第五章电力系统三相短路的暂态过程
短路全电流
i ip iap
短路电流非周期分量
iapCpetCexp t/T (a)（5-4）
突然短路时，回路阻抗下降，定子电流数值急剧变化，电枢反应磁通变化，在转子绕组中感应电流，又反过来影响定子电流。
等这些感应电流因电阻的能量损耗衰减到零后，同步机达到稳态短路状态。只在暂态存在的电流称为自由电流。
分析电流分量，分清自由分量、强制分量，转速不变，标幺值表示
电力系统分析第五章电力系统三相短路的暂态过程
进行短路计算。
电力系统分析第五章电力系统三相短路的暂态过程
确定计算条件：
①短路发生时系统的运行方式 ②短路的类型和发生地点 ③短路发生后所采取的措施等
电力系统分析第五章电力系统三相短路的暂态过程
5.2 恒定电势源电路的三相短路
◎清风里的一米阳光
每天，清晨起来总喜欢打开手机因为，
◎ 我的梦中情人
一刻一时我忽然傻想把你作为我的梦中情人阳光添了几分光彩
月亮漂
电力系统分析第五章电力系统三相短路的暂态过程
一、短路的暂态过程
ia
短路前a相的电势和电流：
eEmsin(t) i Imsin(t')
式中：
Im
Em
(RR')22(LL')2

电力系统分析第五章(2)

X ad X d − X ′ = Xf X ad
ψ qω = − X q iqω
Eq[0] Xd
3．不计衰减定子三相绕组和励磁绕组短路电流
′ id = id∞ + (id − id∞ ) + idω = +( ′ Eq0 ′ Xd − Eq[0] Xd )− U t[0] ′ Xd cos ω t
iq = iqω =
1．定子基频电流和励磁绕组直流分量计算
′ 0 = − X d id + X ad (if[0] + ∆ifa ) ′ ψ f0 = − X ad id + X f (if[0] + ∆ifa )
ψ f0 = X f if[0]
′ Eq ≡ ( X ad X f )ψ f
if[0] + ∆ifa
d
& Id
d
5.2无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算 5.2无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算
2．定子绕组直流和转子绕组基频电流分量计算
∆ifω
ψ dω = − X d idω + X ad ∆ifω
0 = − X ad idω + X f ∆ifω
ψ dω = U t[0] cos ωt ψ qω = −U t[0] sin ωt
短路前定子开路，即
q
& Eq & & EQ X q I t &′ & Eq X ′I & Uq
& Ud
Ψ d = − X d I d + Eq Ψ q = − X q Iq

I d[0] = 0
I q[0] = 0

第五章电力系统稳态分析

图10-2
向量图
当输电线路不长，首末两端的相角差不大时，近似地有：当输电线路不长，首末两端的相角差不大时，近似地有：
Vi ≈ V j + ∆V
2 电压损耗和电压偏移电压损耗：两点间电压绝对值之差称为电压损耗电压损耗：两点间电压绝对值之差称为电压损耗
∆Vij = Vi − V j
电压偏移：电压偏移：网络中某点的实际电压同该处的额定电压之差称为电压偏移之差称为电压偏移
一、电力网的功率损耗
1.电力线路的功率损耗：流过线路所消耗的功率电力线路的功率损耗：电力线路的功率损耗
Sloss = I 2 ( R + jX ) P2 + Q2 = ( R + jX ) 2 Vj
所以
& Vi
R+ jX
j B 2
S
j B 2
& Vj
P+ jQ
i
& I
j
Ploss
Qloss
P +Q = R 2 Vj P2 + Q2 = X 2 Vj
第五章电力系统稳态分析
主要内容电力系统潮流计算电力系统的频率与有功功率电力系统的电压与无功功率电力系统的经济运行
5.1 电力系统的潮流计算
针对具体的电力网络结构，针对具体的电力网络结构，根据给定的负荷功率和电源母线电压，源母线电压，计算网络中各节点的电压和各支路中的功率及功率损耗。及功率损耗。
特性仍然为G1, 系统运行在点，系统运行在b点特性仍然为系统频率为f2。系统频率为。如果当系统负荷增加，如果当系统负荷增加，综合负荷特性变为L2时合负荷特性变为时，改变发电机调速系统的设定值，电机调速系统的设定值，等效发电机特性变为G2, 则系统运行发电机特性变为在c点，系统频率回到。点系统频率回3; a1 + a2 + L + an = 1

电力系统稳态分析第五章

1 累积实测的有功功率日负荷曲线，进行加工
加工后
实测
加工原则：加工前后最大、最小负荷及曲线下的面积相等
2 3 4 5
收集用电大户申报的未来若干天的预计负荷
参照长期积累的实测数据，汇总、调整用电负荷
计入网络损耗，得到供电负荷在可投入的发电容量中扣除厂用电，得到可承担系统负荷的发电容量
3
5.1 电力系统有功功率的平衡
有功负荷的变动和调整控制有功负荷曲线的预计有功功率电源和备用容量
4
有功负荷的变动和调整控制
PΣ—实际不规则的负荷变动
P1—第一种负荷变动 P2—第二种负荷变动 P3—第三种负荷变动
图5-1
5
有功负荷的变动和调整控制（续1）
变动幅度很小，周期很短，有很大的偶然性，主要由中小型用电设备的投切引起。变动幅度较大，周期较长，主要由冲击性负荷（如电炉、压延机械、电气机车等）引起。变动幅度最大，周期最长，由生产、生活、气象等变化引起的负荷变动，基本可预测，可编制为负荷曲线。
图5-1
6
有功负荷的变动和调整控制（续2）
电力系统中负荷变动的幅度愈大，周期就愈长。
7
有功负荷的变动和调整控制（续3）
频率的一次调整（一次调频）
• 频率的二次调整（二次调频）针对第一种负荷变动引起的频率偏移进行调整
• 由于负荷变化迅速，必须由发电厂原动机调速器自频率的三次调整动跟踪调整
考虑可靠性、网络损耗、频率质量、稳定性，等
31
枯水期
32
丰水期
图5-4
各类发电厂组合顺序示意图
目录
5.1 电力系统有功功率的平衡
5.2 电力系统中有功功率的最优分配

电力系统分析第五章讲解

2019年1月15日星期二 55－6
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
功率-频率电气液压调速系统：
转速 f －频测量差＋放转速 f set ＋大综综合给定合误差 PID 放 P ＋功率 set U err 校正大给定器－功率 PG 测量转速功率放大器电液转换器油动机汽轮机有功功率系发统电机
K G* 1 100 %
PG Pset
单位调节功率
0
fN
f
调速系统常用调差系数百分数σ%来反映静态特性。
例5-2
每台机组的调差系数可单独整定。离心飞摆式调速系统，整定值通过调频器设定；功频电液调速系统可直接整定KG。
2019年1月15日星期二 55－8
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
2019年1月15日星期二 55－4
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
2. 有功功率平衡和备用容量为保证电力系统的频率质量，应满足额定频率下系统有功功率平衡的要求。备用容量的种类： (1)负荷备用。一般取负荷的2%~5%。 (2)事故备用。为防止发电机组发生事故设置的备用容量，一般取系统最大负荷的5%~10%。 (3)检修备用。 (4)国民经济备用。负荷备用必须以热备用的方式存在于系统之中。热备用是指所有投入运行的发电机组可能发出的最大功率之和与全系统发电负荷之差，也称运转备用或旋转备用。冷备用指系统中停止运行状态，可随时待命起动的发电机组最大出力的总和。冷备用可作为检修备用和国民经济备用。
2019年1月15日星期二 55－14
f f PL PLN a0 a1 a 2 f fN N a0 a1 a2 a3 an 1

电力系统分析-第五章

第五章电力系统正常运行方式的调整和控制
第一节电力系统有功功率和频率的调整和控制
a 0 a1 a 2 a 3 1
以f N 和PLN 为基准值的标幺值表达式
PL a0 a1 f a f a f
2 2 3 3
第五章电力系统正常运行方式的调整和控制
一、概述 1)并列运行的每一台发电机组的转速与系统频率的关系为： pn
f 60
式中 P——发电机组转子极对数 n ——发电机组的转数（r/min） f——电力系统频率（Hz）显然，电力系统的频率控制实际上就是调节发电机组的转速。
第五章电力系统正常运行方式的调整和控制
第一节电力系统有功功率和频率的调整和控制频率与有功平衡的关系

负荷功率随频率变化程度与负荷的组成情况有关，这是因
为不同种类的受电器对频率变化的敏感程度不同。
第五章电力系统正常运行方式的调整和控制
第一节电力系统有功功率和频率的调整和控制

在各种受电器中，感应电动机所取用的有
功功率与频率的关系比较密切，当频率变
化时，感应电动机的转速将近似地随之成
比例的变化。

象等变化引起的负荷变动—有功功率的分配问题
第五章电力系统正常运行方式的调整和控制
第一节电力系统有功功率和频率的调整和控制
负荷的频率静态特性
1、负荷
与用户的生产状态有关与接入点系统电压有关
假设不变
与系统频率有关——仅考虑频率因素 2、负荷性质：与频率无关与频率的一次方成正比与频率的二次方成正比 —照明、电炉等 —球磨机、卷扬机等 —变压器的涡流损耗等

频率调整的必要性

电力系统分析(上)第五章+电力系统三相短路的暂态过程

i ( 0 ) i( 0 _)
C iap0 I m sin( ) I pm sin( )
Em I pm R 2 2 L2 L arctg R Ta L / R
I m sin( ) I pm sin( ) C
29
5-5 有阻尼绕组同步电机三相短路
1.突然短路的物理过程
与无阻尼绕组同步电机相比相同之处: 定子绕组：基频分量，直流分量，倍频分量转子绕组：基频分量，直流分量不同之处：因为存在阻尼绕组，突然短路时，为保持磁链不变，阻尼绕组中会感应产生电流
30
2.次暂态电势和次暂态电抗
磁链平衡方程如下：
R’ L’
R’ L’
图5-1 简单三相电路短路
短路后: 右半部：逐渐衰减至零左半部：以a相为例
6
a相微分方程 di Ri L Em sin(t ) dt
i i p iap
i p I pm sin(t )
iap Ce pt C exp(t / Ta )
EQ Eq j ( xq xd ) I d
V EQ jxq I
（2）用电势 E 和 xd 作等值电路
E Eq j ( xq xd ) I q
V E jxd I
28
例5-1 习题5-3
写成交流向量的形式：
Vq Eq jxd I d jx I Vd q q
V Eq jx q I q jxd I d
27
无论是凸极机还是隐极机，一般都有 xd xq ，为便于工程运算，常用等值隐极机法进行处理，分以下两种方案处理：（1）用电势 EQ和电抗 x q 作等值电路

电力系统稳态分析-第五章

③ 耗量微增率火力发电机组： i
dFi (T / MW .h) dP Gi
水力发电机组： i dWi (m3 / MW .s) dP Gi
反映发电机组在该运行状态下，出力增加或减少单位值
时，能源消耗增加或减少的多少。
3、有功负荷的最优分配（火电厂、不计能源消耗受限） ① 目标函数
min F F1 ( PG1 ) F2 ( PG 2 ) Fn ( PGn ) Fi ( PGi )
2、有功功率平衡与系统备用容量
①有功功率平衡： PGi PLi P （额定频率下） ②系统备用容量：定义：系统备用容量=系统电源容量-发电负荷≈ （15～20）%
作用：在系统出现第一类、第二类负荷的波动、负荷的超计划增长、事故导致的发电机退出运行和设备检修导致的设备退出运行情况下，保证电力系统在要求频率水平下的功率平衡率平衡的关系
要保持电力系统在某一频率下运行，就必须保证在该频率下电力系统的有功率功率平衡；有功不足，频率下降；有功过剩，频率升高。
三、频率变化原因及分类 1、负荷波动分类
P1—一类负荷波动周期短；幅值小；由用电设备的投入和退出引起；不可预测。 P2—二类负荷波动周期较长，幅值较大；由大容量用电设备的投入和退出引起，
Tk 2Hk k
(k 1、 2m)
即在每个时间段内，在满足功率平衡的情况下，按
Tk 2Hk k 分配，并使总的水量消耗等于规定值。
3、 2 的物理意义及计算
① 物理意义
Tk 2Hk
Tk 2 Hk
就发电而言，每吨标准煤相当于 2 立方米水，称为水煤换算系数。
三次调整—针对第三类负荷变动进行的调整，由于此类负

第05章电力系统安全分析

第五章电力系统安全分析
5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 概述电力系统的静态等值静态安全分析的支路开断模拟静态安全分析的发电机开断模拟静态安全分析的灵敏度法预想事故的自动筛选电力系统静态安全域
5-1 概述
对电力系统的基本要求是实现在正常运行情况和偶然事故情况下都能保证电网各运行参数均在允许范围内，安全可靠的向用户提供质量合格的电能。紧急状 Nhomakorabea分两类：

（1）没有失去稳定的紧急状态：由于输电设备通常允许有一定的过负荷时间，所以这种状态称持久性的紧急状态。对于这种状态一般可以通过控制使之回到安全状态，称为校正控制或持久性紧急状态控制。（2）稳定性的紧急状态：亦称可能失去稳定的紧急状态。该状态能容忍的时间只有几秒钟，相应的控制也不得超过1s。这种控制称为紧急控制或稳定性紧急控制。
电力系统运行状态：
电力系统正常运行时必须满足两个约束条件：即等式约束条件和不等式约束条件。等式约束为潮流方程，不等式约束条件是为了保证系统安全运行，有关电气设备的运行参数都处于运行允许值的范围内。 g ( x) 0 即：
h( x ) 0
根据是否满足上述约束条件，电力系统的运行状态可以划分为： 1.安全正常状态 2.警告状态（不安全正常状态） 3.紧急状态 4.危急状态（极端状态） 5.恢复状态它们之间的关系：
边界节点
外部系统
互联系统的划分示意图
内部系统与外部系统直接相连的节点称之为边界节点（或边界母线）；内部系统与边界节点连线的支路称为联络线。
静态等值方法: 在稳态条件下，保持内部系统状态不变，简化外部网络。一般为基于拓扑的等值，原理上可分为两大类: （1）应用数学矩阵消元理论求得等值网（ Ward等值）。（2）应用网络变换原理求得等值网络（REI 等值）。

电力系统分析第五章电力系统故障与实用短路电流计算

突然短路暂态过程的特点冲击电流大电枢反应磁通发生变化，引起定、转子电流变化
发电机突然短路的特点 ① 速度快，近似认为转子转速不变，频率恒定，只考虑电磁暂态过程，不考虑机械暂态过程。 ② 电机的磁路不饱和，即叠加原理可以应用。 ③ 励磁电压始终保持不变（电机端电压降低）。 ④ 短路发生在发电机的出线端，短路阻抗可看做发电机定子绕组漏抗的一部分。
频电路的电枢反应
目的：
b
c
a
c y
将短路电流分解为各种分量，只是为了分析和计算的方便，实际上每一个绕组都只有一个总电流。但是搞清楚突然短路时定于和转子中各种电流分量出现的原因以及它们之间的相互关系，对短路的分析计算有帮助。
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补充归纳
定转子绕组各种电流分量之间的关系
强制分量
自由分量
定子方面
稳态短路电流基频自由电流
其中： ipa Im sin(t )
t
ia Ce Ta
周期分量
自由分量
i (0)
Im
C
i
( 0 )
i
UImm(0) sin( (0) )
R2
a0
Im2L(02)
sin(
(0)
I
)
m sin( ) C
Im sin( )
8
得到：
ia ipa ia
Im sin(t ) [Im(0) sin( (0) ) Im sin( )]et /Ta
19
1. 突然三相短路后定子的短路电流
1、短路前（空载）有：
id iq 0,
q 0,
i f [0] u f [0] / rf
a相（q轴）
w
定子绕组的总磁链：

国网考试之电力系统分析：第五章复习题---4页

第五章复习题一、选择题1、电力系统频率主要取决于( )。

A．无功平衡B．有功平衡C．各节点电压的高低D．各节点注入电流的大小2、在系统运行中，调频厂最好由( )担任。

A．核电厂B．热电厂C．高效率机组电厂D．非洪水季节水电厂3、有功功率最优分配的准则是( )。

A．按等耗量微增率B．按等比耗量C．按效率相同D．按消耗量4、为了能及时向增加的负荷供电而设置的备用应是( )。

A．事故备用B．检修备用C．冷备用D．热备用5、频率的二次调整是由( )。

A．发电机组的调速系统完成的B．负荷的频率特性来完成的C．发电机组的调频系统完成的D．有功功率的经济分配完成的6、电力系统中能实现无差调节的调频方式是（）A．一次调频B. 二次调频 C. 都可以 D. 都不能7、系统有功备用容量中,哪种可能不需要专门设置（）A．负荷备用B．国民经济备用C．事故备用D．检修备用8、电力系统有功功率最优分配的原则是( )。

A．等面积原则B．等力矩原则C．等负荷原则D．等耗量微增率原则9、电力系统的有功电源是（）A．发电机B．变压器C．调相机D．电容器10、负荷的单位调节功率可以表示为（）A．KL=B．KL=C．KL=D．KL=11、运转中的发电设备所留有的备用容量称为（）A．冷备用B．热备用C．检修备用D．国民经济备用12、发电机单位时间内消耗的能源与发出的有功功率的关系称为（）A．比耗量B．耗量微增率C．耗量特性D．单位调节功率13、如果发电机不参加调频，当负荷增加时，系统的频率会（）。

A．升高；B. 降低；C. 不变14、单位时间内输入能量增量与输出功率增量的比值称为（）。

a.比耗量；b.耗量特性；c.耗量微增率；d.等耗量微增率二、判断题1、A系统运行于50Hz，B系统运行于49.8Hz，两系统通过联络线组成互联系统，则联络线上的功率从A流向B。

（）1、电力系统各电源之间有功功率的最优分配原则是等网损微增率准则。

（）2、常规电网中同步发电机是电力系统中唯一的有功电源。

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
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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