有功功率与无功功率

在电力系统中，无功功率为电力网络及各种电 力设备提供励磁。
发电机
{ 无功功率的电源
高压输电线路 大型同步电动机
补偿装置
无功功率对电压的影响：要求电源的无功出力在 任何时候都同负荷的无功功率和网络无功损耗相 等。
电力系统中的无功功率平衡
据此，
无功功率电源可能发出的无功功率应该大于或
者只是等于负荷所需的无功功率和网络中的无
P p0’
A o‘
pL’
B pL0 PL
PL0 AO O'B' B'A ' KG KL f
PL0 / f KG KL KS
KS (PL0 / PL) /(f / fN )
B’
P0
o
KS：称为系统的单位调节功率，单位
0
A` f
f0’ f0
Mw/Hz。表示原动机调速器和负 荷本身的调节效应共同作用下系
PL
PLN KL tg

KL

tg

PL f
(MW
/
Hz)
K L

PL f
PLN fN
PLN f
KL、KL：有功负荷的频率调节效应系数
0
fN
f
KL＝1～3
频率的一次调整
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。
功损耗。
保证运行可靠性和适
应无功负荷的增长
同时，系统必须配置一定的无功备 用容量
尽量避免通过电网元件大量的传送无功功率，应该分 地区分电压级地进行无功功率平衡
一般情况下按照正常最大和最小负荷的运行方式计算 无功平衡，必要时还应校验某些设备检修时或故障后 运行方式下的无功功率平衡
Q为无功功率备用
Q>0，无功功率可以平衡且有适量的备用
统频率下降或上升的多少。
频率的二次调整
1、当负荷变动幅度
较大（0.5%~1.5%
），周期较长（几分
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
B
，这时需要调速系统
中的调频器动作，以
使发电机组的功频特
性平行移动，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。
电力系统中无功功率平衡和电压调整
电力系统中有功功率 和无功功率平衡
Contents
1.电力系统的有功功率平衡和频率调整 2.电力系统的无功功率平衡和电压调整
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有功功率
• 有功功率是保持用电设备正常运行所需 的电功率，也就是将电能转换为其他形 式能量(机械能、光能、热能)的电功率。
电力系统中有功功率的平衡和备用容量
1、有功功率负荷的变动及其调整
Q<0，无功功率不足，应考虑加设无功补偿装置
Q=0，无功功率刚好平衡，但有小小干扰都将破坏系统平衡
电力系统中一般要求发电机按照额定功率因数 运行，可按额定功率因数计算发电机所发出的 无功功率。其他无功补偿装置按额定容量来计 算其无功功率。
电力系统的电压调整
电力系统在各种运行方式下，维持各用电设备端电压不超 过规定的允许范围，保证电力系统运行的安全可靠、电 能质量和经济性。
直接影响着负荷的正常运行。负荷要求频率的 偏差一般应控制在（±0.2～ ±0. 5）Hz的范围 内。
▪ 要维持频率在正常的范围内，其必要的条件是
系统必须具有充裕的可调有功电源。
频率变化对发电厂和用户的影响
频率变化
{ 电动机转速的
变化
产品质量
电动机停转
频率变化的原因：由有功负荷变化引起的
我国的频率范围： 50±0.2Hz
电力系统中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。
电力系统的频率调整
▪ 频率是电力系统运行的一个重要的质量指标，
一次调整：由发电机机组进行的对 第一种负荷变动引起的 频率偏移调整
二次调整：由发电机调频器进行的 对第二种负荷变动引起 的频率偏移调整
三次调整：按最优化准则分配第三 有规律变动的负荷，即 责成各发电厂按事先 定的发电负荷曲线发电
• 前两种是事后的，第三种是事前的。
• 一次调频是所有运行中的发电机组都可 参加的，取决于发电机组是否已经满负 荷发电。这类 发电厂称为负荷监视厂。
华东电网已达到： 50±0.1Hz
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。
PL
a0PLN
a1PLN
(
f fN
) a2PLN (
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 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
负荷变动
电力系统经济调度的第一个问题就是研究 用户的需求，即进行电力负荷预测，按 照调度计划的周期，可分为日负荷预测， 周负荷预测和年负荷预测。
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。
据此， 频率调整
• 二次调频是由平衡节点来承担。
有功功率平衡和备用容量
PG发电厂发出的有功功率总和
PL系统的总负荷 PD用户的有功负荷
PG PL PD PS Pc
PS发电厂厂用有功负荷
PC网络的有功损耗
系统的备用容量：系统电源容量大于发电负荷 的部分，可分为热备用和冷备用或负荷备用、 事故备用、检修备用和国民经济备用等。
由于电力系统结构复杂，对网络中各母线 电压及用电设备的端电压进行监测是不可 能的。常常在电力系统中选择一些代表性 的点（母线）作为电压中枢点。只要中枢 点电压质量满足要求，其他各点的电压质 量基本满足要求。
有功功率负荷 变动曲线
有功功率负荷变动曲线
据此图，负荷可以分为三种：
变动有很大的偶然性
第一种变动幅度很小，周
期又很短
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
第二种变动幅度很大，周期也较长
第三种变动幅度最大， 周期也最长，但这种负 荷基本可以预计
这一种是由于生产、生 活、气象等变化引起的