电力系统分析第二版课件第五章
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《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。
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
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（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。
稳态分析讲义之高等电力系统稳态分析第五章电力系统复杂故障分析
一、复杂故障计算
严格地讲电力系统的短路故障或其他复杂的故 障都伴随着复杂的电磁和机电暂态过程。在整 个故障期间电力系统各部分的电流和电压是随 时间变化比其中不仅包括幅值随时间变化的工 频周期分量，同时还有随时间衰减的非周期分 员以及其他频率的周期分量。所以，完整的短 路电流及复杂故障计算要求解微分方程和代数 方程组。
当xk1=xk2=1时，利用xk3=-1/2和xk3= 3 / 2 ， 构成两个不同的特征向量，就是克拉克 法的变换矩阵。
二、序分量原理
序分量法有如下的结论：
三相对称元件序导纳(阻抗)在所有序分量法 坐标下显然都是相同的，都等于其相导纳 (阻抗)矩阵的特征值。只不过，其称呼将随 序分量称呼的变化而变化。
相分量法能够轻松地处理任意的复杂故障， 程序实现也极其方便。
二、复杂故障计算的方法
不对称网络系统计算
随着电力工业的飞速发展，三相参数不对称 的元件不断出现，电力系统三相参数不对称 的问题越来越突出。由于参数的三相不对称， 元件不能实现在序分量坐标空间解耦，也就 不能形成独立的序网，因而序分量的序网连 接的故障处理方法也就不能继续使用了。
一、系统对称性分析： 轮换矩阵(循环对称矩阵)的特点
由于轮换元件的导纳参数矩阵都是轮换矩阵， 而轮换矩阵之间的四则运算结果仍然是轮换 矩阵，所以与轮换节点相关的自导纳和互导 纳矩阵都是轮换矩阵。
对于任意的轮换矩阵，恒有：
其中
一、系统对称性分析：
三相对称元件
如果各端三相电压之间发生任意交换，各电 压值对应的电流值能够始终不变。则称该元 件具有三相对称性。并称此元件为三相对称 元件。
二、序分量原理
可以求得
由于有重根，其特征向量只有两组，而 重根对应的组有两个自由基：
电力系统暂态分析第五章课件第一部分
不对称故障的分析计算
• 不对称短路的故障分量分析方法 • 故障处的短路电流和电压 • 非故障处电流、电压的计算 • 非全相运行的分析计算
2021/9/21
1
不对称短路的故障分量分析方法
•
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2
不对称短路的故障分量分析方法
•
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3
不对称短路的故障分量分析方法
•
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不对称短路的故障分量分析方法
•
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不对称短路的故障分量分析方法
•
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6
不对称短路的故障分量分析方法
•
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7
故障处的短路电流和电压
• 单相接地短路
2021/9/21
8
故障处的短路电流和电压
• 单相接地短路
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9
故障处的短路电流和电压
• 单相经阻抗接地短路
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故障处的短路电流和电压
• 单相接地短路
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10
故障处的短路电流和电压
• 单相接地短路
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故障处的短路电流和电压
• 单相接地短路
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故障处的短路电流和电压
• 单相接地短路
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故障处的短路电流和电压
• 单相经阻抗接地短路
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故障处的短路电流和电压
• 不对称短路的故障分量分析方法 • 故障处的短路电流和电压 • 非故障处电流、电压的计算 • 非全相运行的分析计算
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不对称短路的故障分量分析方法
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不对称短路的故障分量分析方法
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不对称短路的故障分量分析方法
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不对称短路的故障分量分析方法
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不对称短路的故障分量分析方法
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不对称短路的故障分量分析方法
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故障处的短路电流和电压
• 单相接地短路
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故障处的短路电流和电压
• 单相接地短路
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故障处的短路电流和电压
• 单相经阻抗接地短路
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故障处的短路电流和电压
• 单相接地短路
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故障处的短路电流和电压
• 单相接地短路
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故障处的短路电流和电压
• 单相接地短路
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故障处的短路电流和电压
• 单相接地短路
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故障处的短路电流和电压
• 单相经阻抗接地短路
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故障处的短路电流和电压
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
第五章电力系统有功功率和频率调整
❖ 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
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。
❖ 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。
电力系统分析第五章11
只与ff交链，励磁绕组漏磁链
与定子绕组交链，同步电机 工作磁链（空载磁链）； 随转子同步旋转，被定子绕 组所切割，在定子绕组中感 应空载电势
f
定子侧的物理分析 转子侧的物理分析
电流
1、短路前 假定短路前无阻尼电机处于空载状态
id iq 0, i f [0] v f [0] / rf
q 0
定子绕组总磁链 0 d fd xad i f [0]
③人为误操作，如运行人员带负荷拉刀闸，线路或设备检修 后未拆除地线就加上电压引起短路。
④挖沟损伤电缆，鸟兽跨接在裸露的载流部分等。
2005年华北联网系统进行的人工三相完全金 属性接地短路试验
电杆拉线被盗 倒杆线路短路
2.短路故障种类
三相短路——对称短路；其他类型的短路——不对称短路
在各种类型的短路中，单相短路占大多数（65%），两相短 路较少，三相短路的机会最少
④ 发生不对称短路时，不平衡电流能产生足够的磁通 在邻近的电路内感应出很大的电动势，这对于架设 在高压电力线路附近的通讯线路或铁道讯号系统等 会产生严重的影响。
4.预防短路措施
① 采取合理的防雷措施，加强运行维护管理； ② 线路上安装电抗器。 ③ 采用继电保护装置，切除故障设备，保证无故障部
分安全运行； ④ 架空线路采用自动重合闸装置；
t＝0时
0 t
2、三相短路后
发生短路 t=0时
a[0] 0 cos0 b[0] 0 cos(0 120) c[0] 0 cos(0 120)
发生短路后，同步电机仍以ω旋转，产生ψ0
a 0 cos(0 t) b 0 cos(0 t 1200 ) c 0 cos(0 t 1200 )
短路种类
示意图
电力系统分析第五章(3)
0 = − X ad idω + X f ∆ifω + X ad ∆iDω 0 = − X ad idω + X ad ∆ifω + X D ∆iDω
idω
idω
∆iDω
X σ D ∆ifω
X σf
X ad
X σa +
−
ψ dω
′′ Xd
+ −
ψ dω
ψ dω = U t[0] cos(ωt + δ 0 ) ψ qω = −U t[0] sin(ωt + δ 0 )
z
q
′′ 0 = − X q iq + X aq ∆iQa
ψ Q0
′′ iq
∆iQa
+
−
′′ = − X aq iq + X Q ∆iQa
′′ iq
X σa
+
ψ qω = − X d iqω + X aq ∆iQω
0 = − X aq iqω + X Q ∆iQω
iqω
∆iQω
& Iq
δ
& & U d Id
& It
d
5.3有阻尼绕组同步电机三相短路电流计算 5.3有阻尼绕组同步电机三相短路电流计算
5.3.1不计衰减定转子短路电流计算
′′ 0 = − X q iq + X aq ∆iQa ′′ = − X aq iq + X Q ∆iQa
1．定子基频电流和转子直流分量计算
& It
d
′′ XQ Xq Xq
U t[0] sin δ 0 = −
5.3有阻尼绕组同步电机三相短路电流计算 5.3有阻尼绕组同步电机三相短路电流计算
idω
idω
∆iDω
X σ D ∆ifω
X σf
X ad
X σa +
−
ψ dω
′′ Xd
+ −
ψ dω
ψ dω = U t[0] cos(ωt + δ 0 ) ψ qω = −U t[0] sin(ωt + δ 0 )
z
q
′′ 0 = − X q iq + X aq ∆iQa
ψ Q0
′′ iq
∆iQa
+
−
′′ = − X aq iq + X Q ∆iQa
′′ iq
X σa
+
ψ qω = − X d iqω + X aq ∆iQω
0 = − X aq iqω + X Q ∆iQω
iqω
∆iQω
& Iq
δ
& & U d Id
& It
d
5.3有阻尼绕组同步电机三相短路电流计算 5.3有阻尼绕组同步电机三相短路电流计算
5.3.1不计衰减定转子短路电流计算
′′ 0 = − X q iq + X aq ∆iQa ′′ = − X aq iq + X Q ∆iQa
1．定子基频电流和转子直流分量计算
& It
d
′′ XQ Xq Xq
U t[0] sin δ 0 = −
5.3有阻尼绕组同步电机三相短路电流计算 5.3有阻尼绕组同步电机三相短路电流计算
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
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）。
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。
24
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：
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：
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
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四、频率的二次、三次调整和自动发电控制
1. 自动发电控制的一般要求
(1)控制系统频率的同时，应控制省与省之间、地区与地区之间
通过联络线交换的功率。这种控制称为频率和联络线功率控
制，也称为负荷频率控制。
(2)为了达到经济的目的而进行调整和控制称为经济调度控制，
简称为经济调度。
➢ 负荷频率控制称为频率的二次调整或二次调频；
标么值形式：
PL* KL*f*
K L*
KL fN PLN
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
二、频率调整的必要性和有功功率平衡 1. 频率调整的必要性 频率变化的影响及危害： (1) 电动机转速与频率近似成正比，频率变化会引起电动机转速
的变化，影响产品质量。 (2) 对电子设备来说，系统频率的不稳定影响其正常工作。 (3) 频率下降将使汽轮发电机的汽轮叶片振动增大，影响其寿命，
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
(2)电气液压式：将转速信号变换为电信号，再通过电气-液压转 换器转换为液压变化信号。
功率-频率电气液压调速系统：
转速 测量
转速 给定
功率 给定
功率 测量
f －频
差＋
f set
＋
放 大
Pset
＋
PG
－
综 综合
合 误差 放 大 Uerr
PID 校正
器
转速
功电
➢ βi为区域i的功率偏差系数；Ki为区域i的频率偏差系数。 ➢ 在负荷频率控制中，各区域根据本身的区域控制误差ACEi对
该区域内的发电机进行控制，使得在达到稳态时，区域控制
误差ACEi为零。
(1)恒定频率控制
取βi =0，Ki =1
ACEi iPTi Kif f
(2)恒定净交换功率控制
取βi =1，Ki =0
3. 自动发电控制的实现 ➢ 各机组功率给定值决定
于区域控制误差的大小 和负荷变化在机组间的 分配原则。
＋ PSi1 － ＋ PGi1 PSi2 －
＋ PGi2 PSi3 －
机组控制器 机组控制器 机组控制器
发电机i1 发电机i2 发电机i3
电 力 系 统
f PT
✓ 按照参与自动发电控制
PGi3
的各机组的备用容量大
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
PL
PLN a0
a1
f fN
a2
f fN
2
a3
f fN
3
an
f fN
n
a0 a1 a2 a3 an 1
PL* a0 a1 f* a2 f*2 a3 f*3 an f*n
PL KLf
KL：负荷的频率调节效应系数，MW/Hz
KG* 2560 50 / 5000 25.6
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
3. 系统频率的一次调整 ➢ 定性分析 ✓ 暂态过程——调节过程
负荷增加 PL
机组惯性，n不能突变
PG 不变
PG PL 机组动能转换为电功率
n
直到达到新的平衡
f
PL
调速系
PG
统工作
PG ΔPL
PG=PL PG0=PL0
在无功功率和电压的控制中，必须对它们和发电机的控制进 行协调，才能取得最佳效果，使全系统的功率损耗最小。
§5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制
一、无功负荷及负荷的静态电压特性 1. 负荷的无功功率及网络中的无功功率损耗
各种用电设备中，除了白炽灯和电热器等电阻性负荷只取用 有功功率外，其他都需要从电网吸收感性无功功率才能运行。
➢ 系统中还必须安排适当的备用容量。备用容量的种类：
(1)负荷备用。为了适应系统中短时的负荷波动，以及因负荷预 测不准或计划外负荷增加而设置的备用容量。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。为系统中的发电设备能进行定期检修而设置的备 用容量。
➢ 通过原动机调速器的作用完成发电机组出力和频率的调整， 称为频率的一次调整。
测出同步发电机转速，与额定值的偏差，调整原动机调速器， 调发电机转速，调其出力及频率。
1. 发电机组的自动调速系统 ➢ 调速系统种类： (1)机械液压式：采用离心飞摆将转速信号变换为位移信号。
误差信号1个——转速信号。 液压系统可靠性高。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
➢ 电能质量：电压、频率、可靠性。 电压和频率变化的原因是电源和负载的功率不平衡。
正常稳态运行情况下的调整和控制 主要内容： 有功功率和频率的调整、无功功率和电压的调整、运行方式的
优化以及潮流的灵活控制。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
从以下几个方面理解调整和控制： (1) 负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力，使之与负荷
7×300MW机组, KG*=100/5.0=20, KG=20×(7×300)/50=840(MW/Hz)
PG KGf
PG PG1 PG2 PG3 KG1f KG2f KG3f KG1 KG2 KG3 f KGf
KG 720 1000 840 2560MW/Hz PGN 900 2000 2100 5000MW
定值通过调频器设定；功频电液调速系统可直接整定KG。
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
例5-2 设某一电力系统中所含机组台数、单机容量及其调速系统的调 差系数发表如下表。计算系统全部发电机的单位调节功率及其标么值。
机组形式
单机容量(MW)
台数
总容量(MW)
调差系数σ%
水轮机组
225
4
900
系
率 液 油 汽 发统 放转动轮电
大换机机机
器器
有功 功率
Uerr Pset PG KG fset f
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
2. 发电机组有功功率静态频率特性
➢ 有功功率静态频率特性：在自动调速系统作用下，发电机组 输出的有功功率与频率之间的稳态关系。
Uerr Pset PG KG fset f 0
(4)国民经济备用。适应负荷的超计划增长而设置的备用容量。
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
➢ 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
(1)全系统负荷所吸收的无功功率在一天的变化情况与有功 功率日负荷曲线相似，并具有一定的周期性变化。
*注：无功负荷的最大值经常出现在上午的高峰负荷期间。 有功负荷的最大值经常出现在夜晚的高峰负荷期间。
➢ 为防止频率崩溃，系统中设置自动低频减负荷装置，当频率 降低到一定程度时，按频率的高低自动分级切除部分负荷。
§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。
发电机可用出力的总和并不一定就是它们的有功容量总和，这是因为在运行过程 中，既不是所有发电机组都不间断地投入运行，也不是所有投入运行的发电机组都 能按其额定容量发电。
最大出力的总和。 ➢ 冷备用可作为检修备用和国民经济备用。
全 系 统 总 的 全系统总有功功率 最大负荷 备用容量
g
PGNi PLmax Pmax PR 0
i 1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
发 电 机 可 用 全系统最大有功功率 有功出力 损耗和厂用电
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
三、发电机组的调速系统和频率的一次调整
ΔPG
o‘ o
ΔPL0
0
f fN
f
§5-1 电力系统有功功率和频率的调整和控制
3. 系统频率的一次调整
PG ΔPL
➢ 定量分析
PL0 PL PG f f fN
PG=PL ΔPG
o‘
PG KGf (5-8) PL KLf
PG0=PL0
o
PL0 PG PL KG KL f KS f
甚至产生裂纹或断裂； (4) 频率降低时，火力发电厂由电动机驱动的动力设备由于转速
下降而使它们的出力减小，引起锅炉和汽轮机出力降低，从 而使得频率继续下降而产生恶性循环，可能出现频率崩溃； (5) 核电厂的反应堆的冷却介质泵对频率的要求比较严格，当频 率降低到一定程度时，将自动跳开，使反应堆停止运行。
➢ 无功功率和电压的控制与有功功率和频率的控制之间有很大 区别：
(1)稳态时，全系统的频率相同，但各节点的电压则不同，且电 压的容许变化范围也可能不同。
(2)调整频率的手段只是各个发电厂的发电机组，而调整电压 的手段除各个发电机外，还有大量的无功功率补偿设备和 带负荷调整分接头变压器，它们分散在整个电力系统中。
2.5
汽轮机组
200
10
2000
4.0
汽轮机组
300
7
2100
5.0
解
KG*
KG
fN PGN
1
KG* % 100
4×225MW机组, KG*=100/2.5=40, KG=40×(4×225)/50=720(MW/Hz)
10×200MW机组, KG*=100/4.0=25, KG=25×(10×200)/50=1000(MW/Hz)
负荷分配器
ACE计算
小或功率调整速率进行分配，主要针对区域误差。
✓ 按照经济原则分配，针对负荷的变化和预测误差作经济功率
分配调整。
§5-2 电力系统无功功率和电压的调整和控制