第9章现代电力系统的运行
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第9章现代电力系统的运行
第九章 现代电力系统的运行
9.1 电力系统有功功率与频率的调整 9.2 电力系统无功功率和电压的调整 9.3 电力网运行的经济性 9.4 电力系统运行的稳定性
2021/3/15
第9章现代电力系统的运行
2
第一节 电力系统有功功率与频率的调整 一、电力系统有功功率
1. 有功功率负荷：实际负荷时时刻刻在变化
PUcIosEU sin
X
Eco sU IX sin IsinEcosU
2021/3/15
X 第9章现代电力系统的运行
X
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（1）发电机：
❖发电机的无功输出与电压 的关系：
PUcIosEU sin
X
IsinEcosU
XX
QUsIinEU cosU2
XX
sin
P EU
X
cos 1si2n QEU1
P
2
U2
X EU/X X
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（1）发电机：
❖发电机的无功输出与电压的关系：
QEU1
P
2
U2
X EU/X X
由此可知，当电势E一定时，Q与 U的关系，是一条开口向下的抛物线。
（2）同步调相机：是专门设计的无功功率发电
机。工作原理相当于空载运行的同步电动机。
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第9章现代电力系统的运行
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一、电力系统有功功率
2. 有功功率电源和备用容量： (4)系统的备用容量:系统的电源容量大于发电负荷 的部分。
二、电力系统有功功率的分配
❖有功功率的最优分配：有功电源的最优组合、有 功负荷在运行机组间的最优分配。 ❖各类发电厂承担负荷的顺序
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第二节 电力系统无功功率与电压的调整
❖综合负荷的电压静态特性：电压与负荷取用的有 功功率和无功功率的关系：
❖在额定电压附近，电压与无功 功率的关系比较密切，表现为无 功功率对电压具有较大的变化率。
❖分析系统运行的电压水平应从 系统的无功功率入手。
一、电力系统的无功功率平衡
1、无功电源：发电机、同步调相机、静电电容器、 静止补偿器等。
(1)有功功率平衡:电力系统稳定运行情况下, 电源发 出的有功功率应满足负荷消耗的有功功率和传输电
功率时在网络中损耗的有功功率之和。
n
n
Leabharlann BaiduGi PLiP
i1
i1
（2）系统的总装机容量：各类发电厂的发电机组成
了电力系统的有功功率电源，所有发电机的额定容量
之和为系统的总装机容量。
（3）有功电源容量：系统中可投入发电设备的总容 量之和。
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（1）发电机：非额定状态运行时可能发出的无功 功率分析。
④当系统中有功功率备用容 量较充裕时，可使靠近负荷 中心的发电机降低有功功率 出力的条件下运行，从而发 电机多发出无功功率，改善 系统的电压。
❖分析相量图，得出发电机
的无功输出与电压的关系：
EsinXIcos
❖负荷的变化将引起频率的变化;
❖原因是负荷的经常性变化,随时 都将打破电源有功出力与负荷消 耗的有功功率之间的平衡;
❖在电力系统运行中,必须调节电 源的功率保持系统的功率平衡,使 系统的频率运行在允许的范围内。
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一、电力系统有功功率
2. 有功功率电源和备用容量：
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（1）发电机：非额定状态运行时可能发出的无功 功率分析。
①当发电机运行于HC段时， 发电机发出的无功功率低于 额定运行情况下的无功输出；
②当发电机运行于BC段时， 发电机可在降低功率因数、 减少有功输出的情况下多 发无功功率；
③只有在额定电压、额定电流和额定功率（C点） 下运行时，发电机的视在功率才能达到额定值，其 容量也利用得最充分；
❖过励磁运行：向系统输送无功功率；
❖欠励磁运行：从系统吸收无功功率。
通过调节调相机的激磁可以平滑地改变其输出的无
功功率的大小和方向。（安装接近负荷）
❖发电机配置自动调速
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2.电力系统的频率特性
（2）电力系统负荷的静态频率特性：仅考虑有功
负荷随频率的变化特性。
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n
P L D aLP D a 1 N P LD ffN N a 2 P LD ffN N a n P LD ffN N
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❖各类发电厂承担负荷的顺序
图9-1各类发电厂组合顺序示意图
（a）枯水季节 （b）丰水季节
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三、电力系统的频率调整
1. 频率调整的必要性 2.电力系统的频率特性 （1）电源有功功率静态频率特性：发电机的原动 机机械功率与角速度或频率的关系。
❖负荷与发电机的共同调 节，使系统频率在 f0′点达 到平衡。
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3.电力系统的频率调整
（2）二次调整：针对第二种负荷变动进行的调整。 利用发电机组上装设调频系统来完成。（调频厂）
（3）三次调整：是通过负荷预计得到负荷曲线， 按最优化原则分配负荷，从而在各发电厂或发电机 组间实现有功负荷的经济分配（经济调度）
第二节 电力系统无功功率与电压的调整
❖电气设备在额定电压下运行最有利；
❖网络存在电压损耗，当负荷或系统运行方式变化， 网络中的电压损耗也变化，即网络中的电压发生变化； ❖随网络范围增大，网络的电压损耗也增大，要使系 2统021/中3/15各处电压在允第许9章的现代范电围力系内统的，运行需要多种调压措施1。0
❖频率增加，负荷取用功
率增加；频率减小，负荷
取用功率减小。（负荷的
调节效应）
❖电力系统频率变化范围
很小，在较小的频率范围
内，该曲线接近直线。
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3.电力系统的频率调整
（1）一次调整：针对第一种负荷变动进行的调整。 利用发电机组上装设调速器系统。
❖系统中一台发电机和一 综合负荷，静态频率特性 曲线如图：
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1、无功电源
（1）发电机：不仅是电力系统唯一的有功电源， 也是电力系统的主要无功电源。 ❖额定状态：在此状态运行发出的无功功率；
Q G N S Gs NiN n P G tN g N
❖非额定状态：在此状 态运行时可能发出的无 功功率；
C点为发电机的额定点
第九章 现代电力系统的运行
9.1 电力系统有功功率与频率的调整 9.2 电力系统无功功率和电压的调整 9.3 电力网运行的经济性 9.4 电力系统运行的稳定性
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第一节 电力系统有功功率与频率的调整 一、电力系统有功功率
1. 有功功率负荷：实际负荷时时刻刻在变化
PUcIosEU sin
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Eco sU IX sin IsinEcosU
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（1）发电机：
❖发电机的无功输出与电压 的关系：
PUcIosEU sin
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P EU
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X EU/X X
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（1）发电机：
❖发电机的无功输出与电压的关系：
QEU1
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X EU/X X
由此可知，当电势E一定时，Q与 U的关系，是一条开口向下的抛物线。
（2）同步调相机：是专门设计的无功功率发电
机。工作原理相当于空载运行的同步电动机。
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第9章现代电力系统的运行
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一、电力系统有功功率
2. 有功功率电源和备用容量： (4)系统的备用容量:系统的电源容量大于发电负荷 的部分。
二、电力系统有功功率的分配
❖有功功率的最优分配：有功电源的最优组合、有 功负荷在运行机组间的最优分配。 ❖各类发电厂承担负荷的顺序
2021/3/15
第二节 电力系统无功功率与电压的调整
❖综合负荷的电压静态特性：电压与负荷取用的有 功功率和无功功率的关系：
❖在额定电压附近，电压与无功 功率的关系比较密切，表现为无 功功率对电压具有较大的变化率。
❖分析系统运行的电压水平应从 系统的无功功率入手。
一、电力系统的无功功率平衡
1、无功电源：发电机、同步调相机、静电电容器、 静止补偿器等。
(1)有功功率平衡:电力系统稳定运行情况下, 电源发 出的有功功率应满足负荷消耗的有功功率和传输电
功率时在网络中损耗的有功功率之和。
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（2）系统的总装机容量：各类发电厂的发电机组成
了电力系统的有功功率电源，所有发电机的额定容量
之和为系统的总装机容量。
（3）有功电源容量：系统中可投入发电设备的总容 量之和。
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（1）发电机：非额定状态运行时可能发出的无功 功率分析。
④当系统中有功功率备用容 量较充裕时，可使靠近负荷 中心的发电机降低有功功率 出力的条件下运行，从而发 电机多发出无功功率，改善 系统的电压。
❖分析相量图，得出发电机
的无功输出与电压的关系：
EsinXIcos
❖负荷的变化将引起频率的变化;
❖原因是负荷的经常性变化,随时 都将打破电源有功出力与负荷消 耗的有功功率之间的平衡;
❖在电力系统运行中,必须调节电 源的功率保持系统的功率平衡,使 系统的频率运行在允许的范围内。
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一、电力系统有功功率
2. 有功功率电源和备用容量：
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（1）发电机：非额定状态运行时可能发出的无功 功率分析。
①当发电机运行于HC段时， 发电机发出的无功功率低于 额定运行情况下的无功输出；
②当发电机运行于BC段时， 发电机可在降低功率因数、 减少有功输出的情况下多 发无功功率；
③只有在额定电压、额定电流和额定功率（C点） 下运行时，发电机的视在功率才能达到额定值，其 容量也利用得最充分；
❖过励磁运行：向系统输送无功功率；
❖欠励磁运行：从系统吸收无功功率。
通过调节调相机的激磁可以平滑地改变其输出的无
功功率的大小和方向。（安装接近负荷）
❖发电机配置自动调速
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2.电力系统的频率特性
（2）电力系统负荷的静态频率特性：仅考虑有功
负荷随频率的变化特性。
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P L D aLP D a 1 N P LD ffN N a 2 P LD ffN N a n P LD ffN N
第9章现代电力系统的运行
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❖各类发电厂承担负荷的顺序
图9-1各类发电厂组合顺序示意图
（a）枯水季节 （b）丰水季节
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三、电力系统的频率调整
1. 频率调整的必要性 2.电力系统的频率特性 （1）电源有功功率静态频率特性：发电机的原动 机机械功率与角速度或频率的关系。
❖负荷与发电机的共同调 节，使系统频率在 f0′点达 到平衡。
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3.电力系统的频率调整
（2）二次调整：针对第二种负荷变动进行的调整。 利用发电机组上装设调频系统来完成。（调频厂）
（3）三次调整：是通过负荷预计得到负荷曲线， 按最优化原则分配负荷，从而在各发电厂或发电机 组间实现有功负荷的经济分配（经济调度）
第二节 电力系统无功功率与电压的调整
❖电气设备在额定电压下运行最有利；
❖网络存在电压损耗，当负荷或系统运行方式变化， 网络中的电压损耗也变化，即网络中的电压发生变化； ❖随网络范围增大，网络的电压损耗也增大，要使系 2统021/中3/15各处电压在允第许9章的现代范电围力系内统的，运行需要多种调压措施1。0
❖频率增加，负荷取用功
率增加；频率减小，负荷
取用功率减小。（负荷的
调节效应）
❖电力系统频率变化范围
很小，在较小的频率范围
内，该曲线接近直线。
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第9章现代电力系统的运行
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3.电力系统的频率调整
（1）一次调整：针对第一种负荷变动进行的调整。 利用发电机组上装设调速器系统。
❖系统中一台发电机和一 综合负荷，静态频率特性 曲线如图：
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第9章现代电力系统的运行
11
1、无功电源
（1）发电机：不仅是电力系统唯一的有功电源， 也是电力系统的主要无功电源。 ❖额定状态：在此状态运行发出的无功功率；
Q G N S Gs NiN n P G tN g N
❖非额定状态：在此状 态运行时可能发出的无 功功率；
C点为发电机的额定点