8-1有功功率平衡与频率的关系
电力系统的有功功率和频率调整ppt课件
国民经济备用：计及负荷的超计划增长而设置的备用。
16
5.1.3 有功功率电源和备用容量* ——各种备用容量的关系
负荷备用——热备用 事故备用——至少包括一部份热备用（可含冷备用） 检修备用（通过检查年最大负荷曲线来确定） 国民经济备用 具备了备用容量，才可能谈及备用用量在各发电设备
11
5.1.2 有功功率负荷曲线的预计
——负荷曲线的加工
实测曲线 加工后的曲线
加工原则：
实测曲线加
工前后，最
大和最小负
荷特征及曲
线下的面积
12
图5-3 负荷曲线加工
应一致。
5.1.3 有功功率电源和备用容量
有功功率电源 有功功率备用容量
备用容量、热备用与冷备用 负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用 各种备用容量的关系
3 有功备用容量的概念 各类机组的有功调节特性
5.1 电力系统中有功功率的平衡 ——基本概念
负荷变动的类型及其特点？ 频率调整的方法及其特点？ 负荷变动与频率调整的关系？ 什么是可供调度的系统电源容量、备用容量、
热备用和冷备用、负荷备用（事故备用、检修 备用、国民经济备用）？ 两类备用容量的关系？
图5-1 有功功率负荷的变动曲线
频率调整方法及其特点
频率的一次调整：用发电机组的调速器(第一种负荷 变动)。
频率的二次调整：用发电机组的调频器(第二种负荷 的变动)。 ——调频厂，对应潮流计算中的平衡节点
频率的三次调整：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负荷曲 线发电。
工频电频率与功率(有功 无功)的关系
1）有功负荷的调整：发电机调整有功负荷是通过调整汽轮机的进汽量实现的。在增加发电机有功负荷的同时，应相应增加无功负荷。
2，从而改变无功负荷。调整无功负荷时注意保证发电机电压不超过规定值。
我们国家电网额定频率是50HZ,这就要求只有一对磁极的同步发电机由汽轮机驱动时，转速是3000转/分。符合f=np/60公式。
电能不能贮存的特性，电机输出的电能与负荷消耗的电能平衡才能维持频率的稳定，当频率小于50HZ则说明负荷大于发电机输出的电能，对于发电机来说就是制动力矩大于驱动力矩，发电机转速下降，为了维持额定的频率则需要提高转速，对于汽轮机发电机开大汽机进汽门开度，增加进汽量，如果发电机与电网连接后，频率跟转速是对应的，满足f=np/60。
电网的频率取决于发电机与电力负荷的有功功率平衡,当发电机发出的有功功率大于负荷消耗的有功功率,即有功功率过剩时,则造成发电机转速高于额定转速,频率将大于50HZ,两者平衡时维持在额定转速,频率也就是额定频率50HZ,只有当发电机发出的有功功率小于负荷消耗的有功功率时,发电机转速将低于额定转速,即小于50HZ,所以调整频也就是调整发电机的输入功率.频率过低,汽轮发电机则增大进入汽轮机的进汽量。
有功得发出只是机械能转换,只有进汽能量才可以改变有功输出,但增加有功输出时,削弱了主磁通,也就是变相削弱了励磁效果,必须增加无功以维持主磁通. 励磁电流产生得主磁通是不影响电枢有功输出得 ，加、减负荷（机械功率变化）时应该是发电机的功角先有反映，然后才是励磁系统进行调整。
电力系统有功功率平衡与频率调整
第五章 电力系统有功功率平衡与频率调整主要内容提示本章主要讨论电力系统中有功功率负荷的最优分配和频率调整。
§5-1电力系统中有功功率的平衡 一、电力系统负荷变化曲线 在电力系统运行中，负荷作功需要一定的有功功率，同时，传输这些功率也要在网络中造成有功功率损耗。
因此，电源发出的有功功率必须满足下列平衡式：∑∆+∑=∑P P P Li Gi式中Gi P ∑—所有电源发出的有功功率；Li P ∑—所有负荷需要的有功功率； ∑∆P —网络中的有功功率损耗。
可见，发电机发出的功率比负荷功率大的多才行。
当系统中负荷增大时，网络损耗也将增大，发电机发出的功率也要增加。
在实际电力系统中，负荷随时在变化，所以必须靠调节电源侧，使发电机发出的功率随负荷功率的变化而变化。
负荷曲线的形状往往是无一定规律可循，但可将这种无规则的曲线看成是几种有规律的曲线的迭加。
如图5-1所示，将一种负荷曲线分解成三种曲线负荷。
第一种负荷曲线的变化，频率很快，周期很短，变化幅度很小。
这是由于想象不到的小负荷经常性变化引起的。
第二种负荷曲线的变化，频率较慢，周期较长，幅度较大。
这是由于一些冲击性、间歇性负荷的变动引起的，如大工厂中大电机、电炉、电气机车等一开一停。
第三种负荷曲线的变化，非常缓慢，幅度很大。
这是由于生产、生活、气象等引起的。
这种负荷是可以预计的。
对于第一种负荷变化引起的频率偏移进行调整，称为频率的“ 一次调整”。
调节方法一般是调节发电机组的调速器系统。
对于第二种负荷变化引起的频率偏移进行调整，称为频率的“二次调整”，调节方法是调节发电机组的调频器系统。
对于第三种负荷的变化，通常是根据预计的负荷曲线，按照一定的优化分配原则，在各发电厂间、发电机间实现功率的经济分配，称为有功功率负荷的优化分配。
二、发电厂的备用容量电力系统中的有功功率电源是发电厂中的发电机，而系统中装机容量总是大于发电容t量，即要有一定的备用容量。
系统的备用容量包括：负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用。
2020年智慧树知道网课《电力系统分析》课后习题章节测试满分答案
第一章测试
1
【单选题】(20分)
停电有可能导致人员伤亡或主要生产设备损坏的用户的用电设备属于（）
A.
二级负荷
B.
特级负荷
C.
三级负荷
D.
一级负荷
2
【多选题】(20分)
衡量电能质量的指标是（）
A.
网损率
B.
频率
C.
波形
D.
电压
3
【单选题】(20分)
无备用接线的主要优点、缺点是（）
A.
接线简单，经济性差
B.
经济性好，可靠性差
C.
可靠性高，经济性差
D.
经济性好，接线复杂
4
【多选题】(20分)
电力网的基本组成元件有（）多选题
A.
负荷
B.
发电机
C.
变压器
D.
线路
5
【单选题】(20分)
中性点直接接地系统，发生单相短路接地，中性点电压为（）
A.
B.
相电压
C.
线电压
D.
相电压
第二章测试
1
【单选题】(20分)
电力系统中用户用电设备消耗功率总和称为（）。
A.
用电负荷
B.
供电负荷
C.
备用负荷
D.
发电负荷
2
【单选题】(20分)
采用分裂导线后，与同截面的普通导线相比，其线路对地电容（）。
A.
增大
B.
不变
C.
减小
D.
不确定
3
【单选题】(20分)
双绕组变压器，Г型等值电路中的导纳为（）。
电力系统频率特性和其调整原理及措施
第一节 电力系统中有功功率的平衡
(4) 国民经济备用。考虑国民经济超计划增长和新用户 的出现而设置的备用。这部分备用与国民经济增长有关， 一般取最大负荷的3%~5%。
第一节 电力系统中有功功率的平衡
三、各类发电厂的特点及合理组合
为热备用 （旋转备用）
(1) 负荷备用。为了满足系统中短时的负荷变动和短期 内计划外的负荷增加而设置的备用。负荷备用容量的大小 与系统的负荷大小有关，一般为最大负荷的2%~5%。大系 统采用较小的百分数，小系统采用较大的百分数。
第一节 电力系统中有功功率的平衡 在有水、火电厂的联合系统，一般为冷 备用；在只有火电厂或水电厂不能投入 运行时，为热备用
第一节 电力系统中有功功率的平衡 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，抽水蓄能，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。
第一节 电力系统中有功功率的平衡 3.原子能发电厂的特点
例如异步电 动机、变压 器励磁电流
的增加
⑤互联电力系统解列，发电机解列
第一节 电力系统中有功功率的平衡 二、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
(1) 负荷的分类
P1 –第一种负荷; P2– 第二种负荷; P3—第三种负荷; P∑--实际不规则的总负荷
第一节 电力系统中有功功率的平衡
第一节 电力系统中有功功率的平衡
(一) 各类发电厂的特点 1.火力发电厂的主要特点
(1) 要支付燃料及运输费用，不受自然条件的影响；
电力系统有功功率的平衡与频率调整
i1
(2)约束条件:
n
n
等式约束: 有功功率必须保持平衡
PGi PLi P
i 1
i 1
若忽略网损，则
n
n
PGi PLi 0
i 1
i 1
不等式约束: 系统的运行限制
PGi min PGi PGi max QGi min QGi QGi max Ui min Ui Ui max
解：按等耗量微增准则
1
dF1 dPG1
0.3 0.0014PG1
2
dF09PG3
PG1 14.29 0.572PG2 0.643PG3 PG1 PG2 PG3 400
1 2 3
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
5.2.1电力系统负荷的有功功率—频率静态特性
描述系统有功负荷随频率变化的关系曲线称为负荷的有功功率-频
率静态特性。简称负荷频率特性。
电力系统中各种用电设备与频率的关系大致如下
1)与频率变化无关的负荷，如照明，电阻炉等电阻性负荷
2)与频率变化成正比的负荷，如拖动金属切削机床的异步电动机
PL PLN
—系统频率为 —系统频率为
（2）运行中不宜承担急剧变化的负荷。 （3）一次投资大，运行费用小。
（应二指）出各: 类发电厂的合理组合 原则（枯1水）充季分节利往用往水由源系。统中的大型水电厂承担调频任务;洪水季
节（这2）任降务低火就电转机移组给的中单位温煤中耗压，火发电挥厂高.效抽机水组蓄的作能用电。厂在其发电 期间也可参加调频.但低温低压火电厂则因容量不足,设备
束条件如下：
F1 4 0.3PG1 0.0007PG21 100MW PG1 200MW
F2 3 0.32PG2 0.0004PG22 120MW PG2 250MW
电力系统的有功功率平衡和频率调整
PG ( f )
发电机两者的调节效应.考虑一台 P2 ΔPD0 ΔPD
发电机和一个负荷的情况.
ΔPG P1
P’D ( f ) PD ( f )
假定系统的负荷增加ΔPD0
负荷的实际增量：
PGPD0PD
o
f2 f1
f
< 负荷的实际增量应与发电机组的功率输出的增量相等 >
13.2 电力系统的频率特性
三.电力系统的 P–f 静态特性
13-3 电力系统的频率调整
系统调频
➢负荷变化时通常首先由主调频电厂进行 二次调频力图恢复系统频率. ➢若仍有功率缺额则由配置了调速器的机 组进行一次调频.
13.3 电力系统的频率调整
1. 频率的一次调整
发电机组的调速器,根据系统频率的偏移,改变机组的出力,使有 功功率重新达到平衡,这就是频率的一次调整.
13.3 电力系统的频率调整
5. 互联系统的频率调整
二 功负次 率荷调 增增频 量量
频率调整可能引起网络潮流的重新分布
A
B
PDAPABPGAKAf PDBPABPGBKBf
ΔPDA ΔPGA
KA
ΔPAB
ΔPDB ΔPGB
KB
f P D A P D B P G A P G B P D P G= 0, 则: △f = 0
说的频率调整
同步器平行移动发电机 的功频静特性来调节频率和 分配机组间的有功功率
P3 ΔPD0
P2
P1
o
PG ( f ) ΔPD ΔPG
P’D ( f ) PD ( f )
f2 f1
f
13.3 电力系统的频率调整
3. 发电机的分类
有可调容量的机组均参加频率的一次调整 只有一台或少数几个机组参加频率的二次调整 主调频机组：参与二次调频的机组,条件：有足够大的调频容量和 调节范围,出力调整速度应满足系统负荷变化速度的要求等. 辅助调频机组：只有在系统频率超过某一规定的偏移范围时才参 与频率调整 非调频机组：按调度中心预先给定的负荷曲线运行,不参与频率的 二次调整
电力系统的有功功率平衡
电力系统的有功功率平衡1、有功功率平衡及其与频率的关系频率的变化与电力系统的有功功率平衡之间有着密切的关系。
因为频率与发电机组的转速之间为线性关系，转速的变化取决于作用于发电机转子上的驱动转矩与制动转矩的平衡，而转矩的平衡受发电机输入机械功率于输出电磁功率的平衡关系的影响。
发电机输入的功率减去励磁损耗和各种机械损耗后，如果能与发电机输出的电磁功率严格地保持平衡，则发电机的转速就恒定不变，系统的频率就保持恒定不变。
由于电能不能存储，发电机输出的电磁功率是由系统的运行状态决定的，全系统发电机输出的有功功率之总和，在任何时刻都是与系统的有功功率负荷（包括各种用电设备所需的有功功率和网络的有功功率损耗）相等。
负荷功率的任何变化都立即引起发电机输出功率的相应变化，这种变化是瞬时出现的。
由于原动机调节系统的惯性，发电机的输入机械功率无法适应发电机输出电磁功率的瞬时变化。
因此，发电机转轴上转矩的绝对平衡是不存在的，因此，严格地维持发电机转速不变或频率不变是不可能的。
但是需要动态的调整发电机输入机械功率，保持有功功率的动态平衡，从而使频率不超出允许偏差范围。
2、有功负荷的变化规律和频率调整的方法电力系统的负荷时刻都在做不规则的变化，对系统实际负荷变化曲线的分析表明，系统负荷可以看作由3种具有不同变化规律的变动负荷所组成，如图1所示。
图中，曲线4为实际的负荷变化；曲线1为第1种负荷分量，是变化幅度很小，变化周期较短（一般为10s以内）的负荷分量；曲线2为第2种负荷分量，是变化幅度较大，变化周期较长（一般为10s~3min）的负荷分量，属于这类负荷的主要有电炉、延压机械、电气机车等；曲线为第3种负荷分量，是变化缓慢的持续变动负荷，引起负荷变化的原因主要是工厂的作息制度、人们的生活规律、气象条件的变化等。
图1 有功负荷的变化规律负荷的变化将引起频率的相应变化。
相应的频率调整分为3种：一次调整、二次调整、三次调整。
第一种变化负荷引起的频率偏移将由发电机组的调速器进行调整。
第五章电力系统有功功率和频率调整
❖ 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。
电力系统频率调整及控制
12.1.1.1频率与有功功率平衡电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。
但是，电力系统的负荷是时刻变化的，从而导致系统频率变化。
为了保证电力系统频率在允许范围之内，就需要及时调节系统内并联运行机组的有功功率。
频率质量是电能质量的一个重要指标。
中国《电力工业技术管理法规》规定，大容量电力系统的频率偏差不得超过，一些工业发达国家规定频率偏差不得超过。
说明电力系统元件及整个系统的频率特性，介绍电力系统调频的基本概念。
12.1.2.1负荷频率特性负荷的频率静态特性：在没有旋转备用容量的电力系统中，当电源与负荷推动平衡时，则频率将立即发生变化。
由于频率的变化，整个系统的负荷也将随着频繁率的的变化而变化。
这种负荷随频率的变化而变化的特性叫做负荷的频率静态特性。
综合负荷与频率的关系可表示成：由于电力系统运行中，频率一般在额定频率附近，频率偏移也很小，因此可将负荷的静态频率特性近似为直线，如下图所示。
12.1.2.2发电机组频率特性发电机组的频率静特性：当系统频率变化时，发电机组的高速系统将自动地改变汽轮机的进汽量或水轮机的进水量以增减发电机组的出力，这种反映由频率变化而引起发电机组出力变化的关系，叫发电机调速系统的频率静态特性。
发电机组的功率频率静态特性如下图：在不改变发电机调速系统设定值时，发电机输出功率增加则频率下降，而当功率增加到其额定功率时，输出功率不随频率变化。
图中向下倾斜的直线即为发电机频率静态特性，而①和②表示发电机出力分别为PG1和PG2时对应的频率。
等值发电机组（电网中所有发电机组的等效机组）的功率频率静态特性如下图所示，它跟发电机组的功率频率静态特性相似。
12.1.2.3电力系统频率特性电力系统的频率静态特性取决于发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性，由发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性可以经推导得出：式中――电力系统有功功率变化量的百分值：――系统频率变化量百分值；――为备用容量占系统总有功负荷的百分值。
电力系统有功功率的平衡和频率调整基础知识讲解
%=3~5或 KG*=33.3~20 %=2~4或 KG*=50~25
c.负荷的单位调节功率：综合负荷的静态频率特性的斜率。
一般而言：
KL* 1.5
三、 频率的一次调整
1、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。
2、数学表达式：
KS：称为系统的单位调节功率，单位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统频率下 降或上升的多少。
3、注意： ➢ 取功率的增大或频率的上升为正； ➢ 为保证调速系统本身运行的稳定，不能采用过大的
单位调节功率； ➢ 对于满载机组，不再参加调整。
对于系统有若干台机参加一次调频：
原则（1）充分利用水源。 （2）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。 （3）尽量降低火力发电成本。 根据上述原则，在夏季丰水期和冬季枯水期各类电厂在
日负荷曲线中的安排示意图，见图4-2。
图4-2 各类发电厂组合顺序示意图 （a）枯水季节 （b）丰水季节
➢夏季丰水期，水量充足，水电厂应带基本负荷以避免 弃水、节约燃煤。在此期间，可抓紧时间进行火电厂设 备的检修。
2）、发电机组的有功功率—频率静态特性 a.发电机的单位调节功率：发电机组原动机或电源频率特 性的斜率。
标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加的多寡。
b.发电机是调差系数：单位调节功率的倒数。
发电机的单位调节功率与调差系数的关系：
一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：
• 汽轮发电机组 • 水轮发电机组
➢冬季枯水期，来水较少，应由凝汽式火电厂承担基本 负荷，水电厂则承担尖峰负荷。
电力系统的有功功率和频率控制
电力系统频率控制的必要性
发电和用电设备都是按额定频率设计和制造的，在其附近运行 时才能发挥最好的效能，过大的变动将产生不利的影响。
频率变化对用户的不利影响 频率变化引起异步电动机转速的变化，进而影响产品质量 频率降低使电动机转速和功率降低，从而降低传动机械出力 频率波动影响电子设备的准确性和工作性能，甚至无法工作
出力无穷大变化，故实际不可能）
调节特性的失灵区
fW fW
由于存在摩擦、间隙和死行程等，调速器具有一定的失灵区，
实际的机组调节特性为一条具有一定宽度的带。只有在频率偏
差超过调速器的最大频率呆滞 ±fW 后，调速器才开始动作。
失灵区的宽度用失灵度 e 描述：e fW
fe
失灵区的存在导致并列运行的
2) 并网运行时，气门加大， 但 f 不变， 调差曲线上移； 单机运行时，气门加大→
f ↑→ A↑→ C↑→ E↑→关油
功率-频率电气液压调速器
优点：灵敏度高、调节速度快、精度高；易实现综合调节和自动 控制；参数整定方便，易实现校正控制；体积小，检修维护方便
发电机组的调速器特性
积分环节：错油门与油动机的作用
i 1
① P1 变化幅度很小、周期较短（一般10s以下）的随机性负荷分 量：频率的一次调整，一次调频（调速器）
② P2 变化幅度较大、周期较长（10s至3min）的脉动负荷分量， 如冲击负荷：频率的二次调整，二次调频（调频器）
③ P3 变化缓慢、幅度最大、周期最长的持续负荷分量，由生产/ 生活/气象等变化引起，可以用负荷预测的方法预先估计，如
*
f PG
fN PGN
f* PG*
0
发电机的调节方程：f* + * PG* = 0
有功功率平衡和频率调整
i m i
正 L F i(P G ) i ( P G i P L i
i 1
i 1
i 1
i
等式约束条件修 正为：
Ld1(F P G 1)(1 P L)0
P G 1 dG 1 P
P G 1
Ldi(F P G)i(1 P L)0
P Gi dG P i
P Gi
2024/8/21
式中为
网损微增率
原子能电厂 无调节水电厂和其迫率
0 4 8 12 16 20 24
负荷
燃烧劣质当地燃料火电厂 原子能电厂
无调节水电厂和其迫率
0 4 8 12 16 20 24
（二）有功功率电 源的最优组合
各类发电厂组合顺序示意图 枯水季节:
2024/8/21
洪水季节:
负荷
中温中压火电厂
0
负荷
高温高压火电厂 热电厂可调功率 燃烧劣质当地燃料火电厂
功率之间的比值.
dF
耗量微增率λ: 耗量特性曲线上某点
切线的斜率
dP
0
PG
P
2024/8/21
2. 目标函数和约束条件
目标函数
有功负荷最优分配的目的：在供应同样大小有功 功率负荷的前提下，单位时间内的能源消耗最少。 这里的目标函数就应该是总耗量最少。即为
n
F F 1 (P G 1 ) F 1 (P G 2 ) F n (P G ) n F i(P G )i i 1
第一种变动幅度很小，周期又很短。 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。
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
第四章电力系统频率和有功功率自动控制第四章电力系统频率
第四章 电力系统频率和有功功率控制第一节 电力系统频率和有功功率调整的必要性一、 电力系统频率与有功功率的关系 频率、电压是电网电能质量的二大指标。
频率变化原因：负荷变动导致有功功率的不平衡。
变化过程：负荷变化→发电机转速变化→频率变化→负荷的调节效应→新频率下达到平衡。
消除偏移：原动机输入功率大小随负荷变动而改变。
结论：① 电网仅一个频率；② 电网可在偏离额定频率下稳定运行；（0.2Hz ） ③ 频率调整依靠有功进行调整；④ 维持电网频率，调速器调整原动机输入，跟踪负荷变化。
⑤ 转速与频率关系：60pn f二、 电网频率对电能用户及电力系统的影响 对用户影响：① 异步机：转速变化影响产品质量；电机输出功率变化影响输出功率大小。
② 电子测量设备：影响测量精度。
③照明、电热负荷：影响小。
对电网影响：①汽轮机叶片：振动、裂纹，影响寿命。
②火电厂：低于48Hz→辅助电机（送风、给水、循环、磨煤等）出力下降→锅炉、汽轮机出力下降→有功出力下降→频率进一步下降→恶性循环（频率雪崩）。
③电网电压：频率下降→异步机、变压器励磁电流增大，无功损耗增大。
发电机励磁电压下降→系统电压下降→有可能导致系统电压雪崩（大面积停电）。
④核电厂：频率下降→冷却介质泵跳开→反应堆停运。
第二节同步发电机调速器基本原理一、机械液压调速器（离心式调速器）原理简介组成: 测速环节、执行放大环节、转速给定装置①测速环节：主轴带动的齿轮传动机构和离心飞摆。
转速n上升→ A点上移（升高）；转速n下降→A点下移（降低）；②执行放大环节：错油门＋油动机。
稳定状态：错油门活塞堵死油动机活塞二个油管路，油动机上下油压相等，调节汽阀开度不变。
F上升→上管进油→活塞向下→汽阀开度减小→转速下降；F下降→下管进油→活塞向上→汽阀开度增大→转速上升；放大作用：小力量作用于F点，通过高压油作用，在活塞出生较大作用力。
③转速给定装置：同步器。
控制电机的正转、反转，使D点上下移动。
电力系统稳态分析(陈珩) 作业答案
3-12对图3-2所示的环行等值网络进行潮流计算。图中各线路的阻抗参数分别为：
各点的运算负荷分别为： 而且U1=235kV。
图3-１图3-２
解：（1）求初步功率分布
从电源点1处拆开网络，如图所示。是两端电源电压相等的两端供电网络。
因为该网络中 ， ，
，
他们几乎相等，所以可按均一网络的简化公式进行计算。
2-10.电力系统负荷曲线有哪些？它们有何用途？
2-11．双水内冷汽轮同步发电机的型号为TQFS-125-2，PN=125MW，cosφN=0.85，UN=13.8 kV，Xd=1.867，Xd′=0.257，Xd″=0.18。试计算该发电机的直轴同步电抗Xd，暂态电抗Xd′和次暂态电抗Xd″的有名值。
1-8.标出下图所示电力系统各设备的额定电压。
G1：10.5kV；T1:一次侧10.5kV,二次侧：121kV；T2:一次侧110kV,二次侧：38.5kV
（b）
G1：10.5kV；T1:一次侧10.5kV,二次侧121kV；
G2：10.5kV；T2:低压侧10.5kV,中压侧38.5kV，高压侧121kV
直接接地供电可靠性低。系统中一相接地，接地相电流很大，必须迅速切除接地相甚至三相。不接地供电可靠性高，对绝缘水平的要求也高。系统中一相接地时，接地相电流不大，但非接地相对地电压升高为线电压。
我国110kV及以上的系统中性点直接接地，60kV及以下系统中性点不接地。
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
有功与频率关系总结
有功功率与频率之间的关系考虑电力系统中有功功率与频率之间的关系，我从两个个方面着手去学习了，首先，分别理解有功与频率的概念，其次再探讨两者之间的关系以及相互影响，但是这其中涉及到的知识点不止这两个方面，还包括功角、转矩等，下面是我的一些总结。
1、有功功率电力系统中的发电机产生有功功率，可以等效为一个电源。
任何电源都有电动势E和内阻r。
发电机的电动势相当于其空载电压，直接受转速影响，转速越快电动势越高（E=CeΦn），发电机的实际端电压U=E-Ir，而输出功率P=UI，从上面的式子可以看出，发电机的端电压与输出有功功率之间没有直接的联系，但是有功功率的变化却是影响电压的因素，当发电机负荷过大时，端电压值将会显著降低，两者存在一种反比例关系，但是采取一些控制措施，可以使得端电压基本稳定。
电网中有功功率的产生依赖于同步发电机，同步发电机由原动机拖动，在扣除了一些损耗后转化为电磁功率P em，电磁功率在扣除另一部分损耗后，才是发电机端口输出的电功率P2。
电磁功率可以由电动势，电枢电流以及它们之间的夹角表示，但是这一描述在应用中不太方便，所以电磁功率就延伸了另一种表达方式，这就是我们所谓的同步发电机功角特性。
对于隐极机和凸极机来说两者P em的表示有一些不同，这是由于凸极机的磁路不对称引起的（凸极机θθ2sin X 1X 12U m sin X EU m P d q 2d em ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+=，隐极机θsin X EU m P t em =），但是两者更多的是共同点，当电网电压和频率都保持不变时，电磁功率就由功角单一确定了。
2、功角、转速功角是一个影响发电机发电机输出功率的一个很重要的参数，那么，功角θ到底是什么意思呢？功角可以理解为电动势与端电压之间的相角差，当忽略漏抗压降时，θ可以用电动势与气隙电动势之间的夹角等效，也就是励磁磁场与气隙合成磁场之间的夹角（磁通超前于电动势90°）。
主磁极S表征气隙合成磁场的磁极N（转子绕组产生的磁场）（定子绕组产生的磁场）电能的转换就是因为有了这样一个夹角才得以进行的，因为主磁通超前气隙磁场，所以磁通从主机发出后要向后扭斜，产生一个切向的电磁力，使转子受到一个制动转矩（即电磁转矩T em ，电磁转矩的意思就是指当电枢绕组中有电流通过时，通电的电枢绕组在磁场中要受到电磁力的作用，该力与电机电枢铁芯半径的乘积即为电磁转矩），与原动机的驱动转矩相平衡（T 1-T 制动转矩=T em ，在以下的讨论中不考虑损耗那部分的转矩，将其归入到驱动转矩里）从而将通过转轴输入的机械能转换为通过定子绕组输出的电能。
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有功功率动态平衡
电力系统的负荷变化可以பைடு நூலகம்解为：
• （1）负荷变动幅度小，周期又很 短很大（的如偶P1然）性，；这种负荷的变动具有
• （2）负荷变动幅度较大，周期也 较长（如P2） 工业中大电机、电炉、延压机、电
气机车等用户的开停，它们具有一定 的冲击性；
• （3）负荷变动幅度最大，周期也 最长，且变化较缓慢（如P3） 人们生产、生活及气象条件的变化
是同时进行的
未来储能技术 大量应用
将储能充电当做 负荷，储能放电 当做电源
P发 P用＋P
有功功率平衡
P发 P用＋P
有功电源：火电、水电、核电，生物质发电，新型能源的风电、 （太阳能）光伏发电、潮汐发电、等
有功负荷：电力系统各类型负荷，包括电器、电弧炉、电气化铁路、 电动汽车、等
有功损耗：输配电网中的损耗：输电线路+变压器损耗
原动机驱动转矩
负荷制动转矩
发电机转轴
有功功率动态平衡
动态P发 P用＋P 频率f波动 为了保证频率质量： 有功电源P发跟踪有功负荷（P用＋P）变化 负荷制动转矩恒定或波
动小 转轴转速恒定或波动小 频率f恒定或波动小
原动机驱动转矩
负荷制动转矩
发电机转轴
有功功率动态平衡
动态P发 P用＋P 频率f波动 风电、太阳能发电具有出力波动性，并网后有功电源P发具有波动性： “常规有功电源（火电、水电）P发+储能”跟踪“有功负荷（P用＋P）+
等引起的，这种负荷变化基本上可以 预测。
有功功率动态平衡
P发 P用＋P 频率f
• 对改变于发P1：电进机行有功“-频一率次特调性频”， • 对调整于发P2：电进机行组运“行二点次调频”，
对于P3：进行“电力调度”（三次调 频），通过预测手段得到负荷 曲线、风电出力曲线和太阳能 光伏出力曲线，安排发电计划， 实现电力系统的经济调度
电力系统的有功出力安排示例
（a）枯水季节；
（b）丰水季节
有功功率备用容量
P发 P用＋P 频率f
电力系统故障、检修、负荷突变等情况下也必须保证有功功率平衡。 必须预留有功备用
备用容量：系统的电源容量大于发电负荷的部分。 一般要求备用容量达最大发电负荷的15%~30% 备用容量分类：
• 冷备用、热备用 • 检修备用、事故备用、负荷备用
电力系统的功率平 衡与工况调整
8、电力系统的功率平衡与工况调整
1）有功功率平衡与频率的关系
2）电力系统频率调整 3）无功功率平衡与运行电压水平的关系 4）中枢点电压管理 5）电力系统调压措施 6）变压器分接头选择 7）无功补偿容量确定
有功功率平衡
目前电能不能大量 存储
电能的生产、变换、 输送、分配和使用
电力系统有功功率的分配 ---有功调度
• 电力调度计划安排原则：根据各类发电厂特点 • 充分利用风、太阳能资源，减少或避免弃风弃光； • 合理利用水利资源，尽量避免弃水； • 按照国家相关能源政策，发挥高效机组的作用，降低化石燃 料消耗、火力发电的煤耗，降低系统排放。 • 合理安排调节电源，发挥调节能力好的机组的作用
有功功率平衡与频率的关系
P发 P用＋P 频率f 有功负荷P用增加 负荷制动转矩增加 转轴减速 频率f下降 有功电源P发增加 原动机驱动转矩增加 转轴加速 频率f上升
原动机驱动转矩
负荷制动转矩
发电机转轴
有功功率动态平衡
动态P发 P用＋P 频率f波动 有功负荷P用波动 负荷制动转矩波动 转轴转速波动 频率f波动