第五章作业(有答案)华北电力大学电自习题

第五章电力系统有功功率平衡与频率调整一、思考题1.电力系统有功功率平衡与频率调整有何关系？答：电力系统中并联运行的发电机保持同步是系统维持正常运行的必要条件。

同步发电机的转速由作用在转子轴上的转矩决定的。

作用于转子上的转矩包括原动机的机械转矩和发电机的电磁转矩，前者为驱动转矩，后者为制动转矩，正常运行时两者平衡，因而转子维持同步转速运转。

此时系统的频率就是额定频率。

转矩与功率成正比，因此发电机在额定状态下运行时输入到发电机的机械功率和输出的电磁功率平衡，这就是电力系统的有功功率平衡。

而电力系统的负荷是时刻变化的，引起发电机输出电磁功率的变化，有功功率平衡被打破了，则发电机转子的转速发生了变化。

假设机械功率不变，当负荷增大时转子减速，系统的频率下降；当负荷减小时转子转速增大，系统频率上升。

所以频率调整的目标就是再次建立有功功率平衡，使发电机转子的转速恢复到额定转速，系统频率达到额定频率。

频率调整是使发电机的机械功率随电磁功率的变化而变化，即发电机所发功率随负荷的变化而变化进。

对波动的频率进行调整，而达到系统有功功率平衡。

2.叙述本章的研究思路。

答：分为提出问题、分析问题、解决问题三个步骤。

（1）提出问题：频率是衡量电能质量的指标之一。

频率经常波动，频率的波动超过允许值时，对发电、输电和用产生不利的影响。

频率为什么经常波动？（2）分析问题：频率的波动是由于作用在发电机转子上的两个力矩不平衡引起的。

（电磁力矩是制动力矩，使发电机减速；机械力矩是驱动力矩，使发电机加速）。

（3）解决问题：调整作用在发电机转子上的机械力矩，使两个力矩平衡，则频率在允许范围内。

3.在研究电力系统有功功率与频率调整的关系时，将电力系统的负荷分为哪几类？针对不同的负荷，有什么频率调整手段？答：分为三类负荷：（1）第一种负荷变动幅度很小、周期很短（10秒以下），随机性很强，无法预测；（2）第二种负荷变动幅度较大、周期也较长（10秒至3分）。

电炉、压延机械、电气机车等冲击性负荷；（3）第三种负荷变动幅度最大、周期也最长（3分以上），它反映了负荷的变动趋势。

这种负荷能够预测。

针对三种负荷，有功功率和频率调整大体上也可分成一次、二次、三次调整。

（1）一次调整也称为一次调频，针对第一种负荷变动引起的频率变化，由发电机组的调速器自动动作承担。

（2）二次调整也称为二次调频，针对第二种负荷变动引起的频率变化，由发电机组的调频器手动或自动动作承担。

二次调频一般由AGC（Automatic GenerationControl）机组承担。

（调频）（3）三次调整针对第三种负荷变动引起的频率变化，也就是日常所说的安排发电计划。

（包含调峰）4.什么是负荷预测？为什么要进行负荷预测？答：负荷预测是指根据负荷，天气，事件等的历史数据，以及天气，事件等的预报值，预测负荷的形态，曲线，最大值，最小值，平均值等等。

负荷预测的目的就是提供负荷发展状况及水平，同时确定各供电区、各规划年供用电量、供用电最大负荷和规划地区总的负荷发展水平，确定各规划年用电负荷构成。

5.电力网中不变损耗、可变损耗指什么损耗？答：不变损耗主要是变压器的空载损耗；可变损耗主要是变压器和线路电阻中的损耗6.发电负荷的表达式？答：发电负荷=综合用电负荷+网损+厂用电7.排列火电厂、水电厂、原子能电厂的厂用电率。

答：水电厂：0.1%~1%；原子能电厂：4%~5%；火电厂：5%~8%。

8.电力系统电源的备用容量，按备用状态分哪些？按用途分哪些？答：按状态分类，分为热备用、冷备用；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)；冷备用：未运转的、但能随时启动的发电设备可以发的最大功率(不含检修中的设备)；按用途分类，分为：负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用。

负荷备用：适应负荷短时波动、一日内计划外的负荷增加，一般为最大负荷的2%~5%。

事故备用：适应发电设备发生偶然事故时备用，一为般最大负荷的5%~10%，分冷、热备用。

不小于最大机组的容量。

检修备用：满足检修需要而设的(有时不设)备用。

国民经济备用：计及负荷超计划增长而设9.电力系统经济调度的概念？答：电力系统经济调度是指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。

10.有功功率的最优分配包含两个内容，它们是什么？各有什么含义？答：机组优化组合、经济功率分配。

机组优化组合：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：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。

11.系统正常的频率质量范围是多少？系统怎样保证频率质量？答：系统正常的频率质量范围是。

用一、二、三次调频来保障（具体内容见问答题3）。

12.为什么说系统的频率质量主要取决于有功平衡？答：频率的波动是由于作用在发电机转子上的两个力矩不平衡引起的，调整作用在发电机转子上的机械力矩，使两个力矩平衡，则频率在允许范围内。

因为转矩与功率成正比，则保证有功平衡能使频率在允许范围内。

13.怎样理解负荷的变动与频率调整的关系？答：频率调整就是使发电机的机械功率随电磁功率的变化而变化，即发电机所发功率随负荷的变化而变化。

率变化引起有功功率变化，进而影响电压角度。

14.什么是“调速器”和“调频器”？它们有何作用？答：调速器与调频器均为自动调速系统的一部分。

调速器，作用是进行频率的一次调整。

调频器，作用是进行频率的二次调整。

15.什么是“开停机计划”？答：开停机计划优化也就是开停机经济调度(Unit Commitment，UC)，其实质就是要求保证系统安全条件下在所研究的周期内合理选择发电机组和安排其开停运行状态，使周期内发电总费用最小。

16.什么是“发电计划”？答：在规定周期内发电设备的运行安排。

17.网络损耗的两个组成部分是什么？高压输电系统的网络损耗一般占系统总负荷的百分之多少？答：包括有功损耗和无功损耗，其中有功损耗包括可变损耗和不变损耗。

高压输电系统的网络损耗一般占系统总负荷的7%~8%。

18.火电、水电和核电各有何特点？答：火电厂特点：（1）需燃料及运输费用，但不受自然条件影响；（2）效率与蒸汽参数有关；（3）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%)；（4）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；（5）热电厂抽汽供热，效率高，但技术最小负荷取决于热负荷，成为强迫功率。

水电厂特点：（1）没燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条件影响；（2）出力调节范围大，50%以上, 增减负荷速度快，操作容易，可承担急剧变化的负荷；（3）决定发电量的除水量外还有水位差保证出力，水头过低，不一定能够额定出力；（4）包括有抽水蓄能机组，起蓄能作用。

核电厂特点：（1）可调容量大，退、投、增、减负荷消耗能量、时间，易损坏设备；（2）一次投资大，运行费低，尽量利用承担基本负荷。

19.如何选择调频厂？答：选择原则为：（1）调整容量足够大；（2）调整速度足够快；（3）调整范围内的经济性能应较好；（4）调整时不引起系统内部或系统间联络线工作困难。

20.什么是“抽水蓄能”电厂？它有何作用？答：抽水蓄能水电厂，名为水电厂实际起的是蓄能作用。

在其上、下方各有一水库，系统负荷出现低谷时，抽水至上水库，储蓄水能；系统负荷出现高峰时，放水至下游水库发电。

21.枯水期和丰水期的机组安排各有何特点？答：枯水期各类发电厂承担的负荷顺序大致排列如下：（1）无调节水电厂（2）有调节水电厂的强迫功率（3）热电厂的强迫功率（4）原子能电厂（5） 燃烧劣质、当地燃料的火电厂 （6） 热电厂的可调功率 （7） 高温高压火电厂 （8） 中温中压火电厂（9） 低温低压火电厂(不一定投入) （10） 有调节水电厂的可调功率 （11） 抽水蓄能水电厂洪水季节：和枯水季节的不同在于这时有调节水电厂的可调功率往往也归入强迫功率成为不可调功率。

22. 什么是“耗量特性”？什么是“比耗量”和“耗量微增率”？答：耗量特性：单位时间内，发电设备输入与输出的关系。

比耗量：耗量特性曲线上某一点纵坐标和横坐标的比值，即单位时间内输入能量与输出功率之比。

耗量微增率：耗量特性曲线上某一点切线的斜率。

23. 什么是最优分配负荷的目标函数和约束条件？答：求有功负荷在发电厂或运行机组间最优分配的问题时，目标函数通常是使火电厂或火电机组的总煤耗最小：()()()()∑=∑=+++=mi Gi i Gm n G G P F P F P F P F F 12211式中，以()i Gi F P 表示某发电设备发出有功功率Gi P 时单位时间内所需消耗的能源。

约束条件： 有功平衡的约束：110i n i nGi Lii i P PP ==∑==--∆=∑∑如果忽略网损，则为110i ni nGi Lii i P P====-=∑∑水库库容的约束：()jGjW Pdt τ=⎰定值发电设备有功约束：min max G Gi G P P P ≤≤ 发电设备无功约束：max min G Gi G Q Q Q ≤≤ 节点电压约束：max min i i i U U U ≤≤ 24. 什么是“等耗量微增率准则”？答：11221212()()G G G G dF P dF P dP dP λλ==设和，即发电设备1、2各自承担1G P 、2G P 时的耗量微增率为1λ、2λ，当12λλλ==时，总损耗最小。

12λλλ==即为等耗量微增率准则。

如果有n 台机组，则12n λλλλ==== 。

25. 什么是“水煤换算系数”？答：只要将水力发电的水耗量微增率乘以某一个待定的拉格朗日乘数γ2 ，就可将指导火力发电设备(厂)之间负荷最优分配的等耗量微增率准则推广运用于火力发电设备(厂)与水力发电设备(厂)之间负荷的最优分配。

为此，需确定拉格朗日乘数γ2 。

这乘数为)()()()(22112221112H T H H T T P dW P dF dP P dW dP P dF ==γ 2γ即为水煤换算系数。

26. 什么是“网损微增率”？答：网损微增率：全网功率损耗的微增量与网络中某个节点注入功率的微增量之比。

27. 什么是有功负荷经济分配的“协调方程式”？答：121211121222(,)(,)0(,)(,)0G G G G G G G G G G G G C P P f P P P P C P P f P P P P λλ∂∂-=∂∂∂∂-=∂∂ 28. 系统的频率不满足质量要求会产生哪些不好影响？ 答：（1） 对用户的影响：产品质量降低、生产率降低。