2019精品第五章电力系统正常运行方式的调整与控制夏道止数学
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第五章 电力系统正常运行方式 的调整和控制
1
第五章 电力系统正常运行方式的调整 和控制
1. 有功功率的最优分布 2. 频率调整 3. 无功功率与电压的调整
2
概述
电力系统是现代社会中最重 有功功率的最优分布包括： 要、最庞杂的工程系统之一。 有功功率负荷预计、有功功 如何保证正常、稳态运行时 率电源的最优组合、有功功 的电能质量和经济性问题， 率负荷在运行机组间的最优 是我们考虑的重点问题之一。 分配等。
PG
PGN 0
PGN
% fPGN 100 f0 fN 100
f N PGN
fN
11
2.
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
OA OB BA PL0 OB BO KGf BA AB K Lf
划负荷增加，2～5％Pmax
的效益，提高预测的精度就可以降低
事故备用：发电设备发生偶然事 备用容量，减少临时出力调整和避免
故时，使电力用户不受严重影响， 计划外开停机组，以利于电网运行的
维持系统正常供电所需的备用， 经济性和安全性。
5～10％Pmax 检修备用：使系统中发电设备能
负荷预测分类： 安全监视过程中的超短期负荷
17
五. 调频厂的选择
调频厂须满足的条件：
调整的容量应足够大； 调整的速度应足够快； 调整范围内的经济性能应该好； 注意系统内及互联系统的协调问题。
通过分析各种电厂的特点，调频厂的选择原则为：
系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂； 当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调
对于N台机，且由第s台机组担负二次调整的任务，则：
PL0 PGs0
f
KG KL KS
16
4. 当系统负荷增加时，由以下三方面提供： 二次调频的发电机组增发的功率 PG ； 发电机组执行一次调频，按有差特性的调差系数分
配而增发的功率KGf ； 由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率 K Lf 。
荷预测，周负荷预测和年负荷预测。
9
三. 发电机组调速系 统和频率的一次调整
1. 发电机组的自动调速系统
关键在于利用杠杆的作 用调整汽轮机或水轮机的 导向叶片，使其开度增大， 增加进汽量或进水量。
P111
P
PG
2. 发电机组有功功
率静态频率特性
Pse
t
PG Pset KG ( f N f )
衡量电能质量的指标包括： 频率质量、电压质量和波形 质量，分别以频率偏移、电 压偏移和波形畸变率表示。
衡量运行经济性的主要指标 为：比耗量和线损率
3
第一节 电力系统中有功功率和频率的调整和控制
一.负荷的有功功率及其频率特性 1、日负荷曲线
P
P1（幅度小，周期短，一次调频） P2（幅度较大，周期较长，冲击性 负荷，二次调频）
PL0 KG KL f
PL0 / f KG K L K S 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。
f0' f0
f
KS
KS PLN
fN
KS fN PLN
12
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
KL fN
/ PLN
一般而言，系统综合负荷的有功
功率与频率大致呈一次方关系。
要维持频率在正常的范围内，其
f*
必要的条件是系统必须具有充裕
的可调有功电源。
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：
K L* 1.5
7
频率不稳定给运行中的电气设 2、有功功率平衡和备用容量
ji
功率调整速率 rij sij
sij
ji
另一部分是按照经济原则进行分配，针对负荷的变化
和预测误差做经济功率调整。
23
区域i中各个机组j∈i的经济分配功率为Peij将在 第三节中介绍。
区域i中各个机组j∈i的具体功率给定值Psij将按下 式计算
Psij Peij eij ji PGij ji Peij rij ACEi
P3（幅度最大，周期最长，由生活、 气象等引起，三次调频）
t
4
不同的周期的负荷有不同的变 化规律：
1. 第一种变动幅度很小，周期又 很短，这种负荷变动有很大的 1. 偶然性；
2.
2. 第二种变动幅度较大，周期也 较长，属于这种负荷的主要有： 电炉、压延机械、电气机车等 3. 带有冲击性的负荷变动；
前两种是事后的，第三种是事 前的。
5
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。
二次调频是由平衡节点来承担。
三次调频即是经济调度的内容
电力系统经济调度：是电力系统 运行的重要内容之一，其主要任 务是在保证电能质量和供电安全 性的前提下，使系统的运行成本 降至最低。系统经济调度主要通 过制定优化的系统运行计划来实 现。短期运行计划就是指日或周 的系统发电计划，其直接服务于 系统的优化运行。系统的短期运 行计划问题是一个十分复杂的系 统优化问题，但由于其所带来的 显著经济效益，人们一直在积极 研究，提出了各种方法来解决这 个问题。
率的变化保持在允许范
围内，这时需要籍调速
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
ห้องสมุดไป่ตู้
持系统频率不变或在允
许范围内。
频率调整图
15
3. 数学表达式
PL0 PG0 KG K L f
PL0 PG0 f
KG
KL
KS
如果PL0 PG0 ，即发电机组如数增发了负荷功率的原始 增量，则 f ，0即所谓的无差调节。
频厂。
18
六. 互联系统频率的调整
由几个地区系统互联为一个大系统的情况，对某一个
地区系统而言，负荷变化（增加）P 时，可能伴随着与 其他系统交换功率的变化 Pt ，则有
P Pt PG KG K D f K S f
19
若设A、B两系统互联，两系统负荷变化（增加）
1、频率调整的必要性 频率是电力系统运行的一个重要
的质量指标，直接影响着负荷的
正常运行。负荷要求频率的偏差
PLN
一般应控制在（±0.2~ ±0. 5）
PL
Hz的范围内。
△f
f fN
PL K L f PL* K L*
KL
PL f
Mw / Hz
K L*
PL fN PLN f
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：
KS KG KL
具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其调差 系数即下降特性自然分配。
13
例题
14
四. 频率的二次调整
1. 当负荷变动幅度较大
2.
（0.5%~1.5%），周期
较长（几分钟），仅靠
一次调频作用不能使频
定期检修而设置，（视需要）；
预测；
国民经济备用：着眼未来
日调度计划日负荷预测；
注意：只有在备用容量充足的情况下，
才谈得上经济分配
4.
电力系统经济调度的第一个问题就 5.
周负荷预测； 年负荷预测；
规划电源和网络发展时需要用
是研究用户的需求，即进行电力负荷预
1~20年的负荷预测值。
测，按照调度计划的周期，可分为日负
1.自动发电控制的一般要求 （1）负荷频率控制（Load Frequency Control，
LFC） （2）经济调度控制（Economic Dispatching
Control，EDC，或经济调度ED） (3)频率的累积误差和联络线交换能量控制
21
2.区域控制误差（Area Control Error，ACE）
f PDA PGA PDB PGB PA PB
KA KB
KA KB
AB
Pt
KA
PDB PGB K B KA KB
PDA PGA
K APB K BPA KA KB
20
七. 频率的二次、三次调整和自动发电控制
O
fN
1f 0
3. 频率的一次调整 1. 概念介绍
1) 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。
KG
PG f
Mw / Hz
3) 发电机的单位调节功率与调 差系数的关系：
KG*
1
%
100
KG
KG*
PGN fN
1 100 PGN
%
fN
标志K着G*随频 率PGP的NGf升fN 降 K发G电fN机/ 组PGN发出功
式中，eij＝1
分别为 PDA, PDB，引起互联系统的频率变化（降 低）f ，及联络线交换功率的变化Pt ，如下图：
A
B
系统A：
Pt
PDA Pt PGA K Af
系统B： PDB Pt PGB KBf
在负荷增加 PDA, PDB的影响下，两系统的频率和交换功 率的变化量为：
3. 第三种变动基本上可以预计， 其变动幅度最大，周期也最长， 是由于生产、生活、气象等变 化引起的负荷变动。
根据负荷变化，电力系统的有 功功率和频率调整大体上也可 分为：
一次调频：由发电机调速器进 行；
二次调频：由发电机调频器进 行；
三次调频：优化准则，即由调 度部门根据负荷曲线进行最优 分配，责成各发电厂按事先给 定的负荷发电。除平衡节点 （调频）外均属此类。（有功 功率日负荷曲线）
联络线功率与频率偏差控制，取βi＝1；
22
3.自动发电控制的实现（AGC）
完整的分配原则包括两部分：
一部分按照参与自动发电控制的各个机组的备用 容量大小或功率调整速率来进行分配；
区域i中各个机组j∈i的分配系数取为rij
备用容量大小 rij PMij PGij
PMij PGij
辅机功能下降（通风量，
事故备用、检修备用和国民经
磁通密度等）
济备用等。
3. 对系统的影响
发电厂负荷曲线＝总负荷＋网损＋厂用电
互联电力系统解列 发电机解列
水电0.1％～1％Pmax 可变 不可变 火电：5％～8％
核电：4％～5％
用户申报＋计划调整（经验型）
8
负荷备用：调整负荷波动或超计 负荷预测的精度直接影响经济调度
区域j PTij 区域i
区域m
ACEi iPTi Kif
PLi
PTi PTij PTspi ji
广义的自动调频，其功能有：
区域n 恒定频率控制：保持系统频率等于或十分接近 额定值，取βi＝0，Ki＝1；
恒定净交换功率控制：保持系统内各区域或联 合系统内各子系统间的交换功率为给定值；取 βi＝1，Ki＝0；
6
2、负荷的频率特性
PL
PLN
a0
a1
f fN
a2
f fN
2
a3
f fN
3
如果分别取PLN和fN作为PL和f的基准
值 PL* a0 a1 f* a2 f*2 a3 f*3
二. 频率调整的必要性和有功功率 平衡
率减少或增加的多寡。 2) 发电机的调差系数（机组由空载到
满载时，转速变化与输出功率变化
的之比）：单位调节功率的倒数。
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 或 KG*=33.3~20 •水轮发电机组 或 KG*=50~25
% =3~5 % =2~4
f fN f0 f0 fN
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。
P
PG
A
PL´
P0'
O ' ΔBPL0
PL
P0
B'
A'
O
PL0 AO OB BA
KGf K Lf
KG K L f
K Sf
2. 数学表达式：
备带来的危害：
有功功率电源：可投入发电设
1. 对用户的影响 产品质量降低 生产率降低 2. 对发电厂的影响
备的可发功率之和，不应小于 包括网损和厂用电在内的系统 （总）发电负荷。
系统的备用容量：系统电源容 量大于发电负荷的部分。可分
汽轮机叶片谐振（低频）
为热备用和冷备用或负荷备用、
1
第五章 电力系统正常运行方式的调整 和控制
1. 有功功率的最优分布 2. 频率调整 3. 无功功率与电压的调整
2
概述
电力系统是现代社会中最重 有功功率的最优分布包括： 要、最庞杂的工程系统之一。 有功功率负荷预计、有功功 如何保证正常、稳态运行时 率电源的最优组合、有功功 的电能质量和经济性问题， 率负荷在运行机组间的最优 是我们考虑的重点问题之一。 分配等。
PG
PGN 0
PGN
% fPGN 100 f0 fN 100
f N PGN
fN
11
2.
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
OA OB BA PL0 OB BO KGf BA AB K Lf
划负荷增加，2～5％Pmax
的效益，提高预测的精度就可以降低
事故备用：发电设备发生偶然事 备用容量，减少临时出力调整和避免
故时，使电力用户不受严重影响， 计划外开停机组，以利于电网运行的
维持系统正常供电所需的备用， 经济性和安全性。
5～10％Pmax 检修备用：使系统中发电设备能
负荷预测分类： 安全监视过程中的超短期负荷
17
五. 调频厂的选择
调频厂须满足的条件：
调整的容量应足够大； 调整的速度应足够快； 调整范围内的经济性能应该好； 注意系统内及互联系统的协调问题。
通过分析各种电厂的特点，调频厂的选择原则为：
系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂； 当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做调
对于N台机，且由第s台机组担负二次调整的任务，则：
PL0 PGs0
f
KG KL KS
16
4. 当系统负荷增加时，由以下三方面提供： 二次调频的发电机组增发的功率 PG ； 发电机组执行一次调频，按有差特性的调差系数分
配而增发的功率KGf ； 由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率 K Lf 。
荷预测，周负荷预测和年负荷预测。
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三. 发电机组调速系 统和频率的一次调整
1. 发电机组的自动调速系统
关键在于利用杠杆的作 用调整汽轮机或水轮机的 导向叶片，使其开度增大， 增加进汽量或进水量。
P111
P
PG
2. 发电机组有功功
率静态频率特性
Pse
t
PG Pset KG ( f N f )
衡量电能质量的指标包括： 频率质量、电压质量和波形 质量，分别以频率偏移、电 压偏移和波形畸变率表示。
衡量运行经济性的主要指标 为：比耗量和线损率
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第一节 电力系统中有功功率和频率的调整和控制
一.负荷的有功功率及其频率特性 1、日负荷曲线
P
P1（幅度小，周期短，一次调频） P2（幅度较大，周期较长，冲击性 负荷，二次调频）
PL0 KG KL f
PL0 / f KG K L K S 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。
f0' f0
f
KS
KS PLN
fN
KS fN PLN
12
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
KL fN
/ PLN
一般而言，系统综合负荷的有功
功率与频率大致呈一次方关系。
要维持频率在正常的范围内，其
f*
必要的条件是系统必须具有充裕
的可调有功电源。
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：
K L* 1.5
7
频率不稳定给运行中的电气设 2、有功功率平衡和备用容量
ji
功率调整速率 rij sij
sij
ji
另一部分是按照经济原则进行分配，针对负荷的变化
和预测误差做经济功率调整。
23
区域i中各个机组j∈i的经济分配功率为Peij将在 第三节中介绍。
区域i中各个机组j∈i的具体功率给定值Psij将按下 式计算
Psij Peij eij ji PGij ji Peij rij ACEi
P3（幅度最大，周期最长，由生活、 气象等引起，三次调频）
t
4
不同的周期的负荷有不同的变 化规律：
1. 第一种变动幅度很小，周期又 很短，这种负荷变动有很大的 1. 偶然性；
2.
2. 第二种变动幅度较大，周期也 较长，属于这种负荷的主要有： 电炉、压延机械、电气机车等 3. 带有冲击性的负荷变动；
前两种是事后的，第三种是事 前的。
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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。
二次调频是由平衡节点来承担。
三次调频即是经济调度的内容
电力系统经济调度：是电力系统 运行的重要内容之一，其主要任 务是在保证电能质量和供电安全 性的前提下，使系统的运行成本 降至最低。系统经济调度主要通 过制定优化的系统运行计划来实 现。短期运行计划就是指日或周 的系统发电计划，其直接服务于 系统的优化运行。系统的短期运 行计划问题是一个十分复杂的系 统优化问题，但由于其所带来的 显著经济效益，人们一直在积极 研究，提出了各种方法来解决这 个问题。
率的变化保持在允许范
围内，这时需要籍调速
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
ห้องสมุดไป่ตู้
持系统频率不变或在允
许范围内。
频率调整图
15
3. 数学表达式
PL0 PG0 KG K L f
PL0 PG0 f
KG
KL
KS
如果PL0 PG0 ，即发电机组如数增发了负荷功率的原始 增量，则 f ，0即所谓的无差调节。
频厂。
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六. 互联系统频率的调整
由几个地区系统互联为一个大系统的情况，对某一个
地区系统而言，负荷变化（增加）P 时，可能伴随着与 其他系统交换功率的变化 Pt ，则有
P Pt PG KG K D f K S f
19
若设A、B两系统互联，两系统负荷变化（增加）
1、频率调整的必要性 频率是电力系统运行的一个重要
的质量指标，直接影响着负荷的
正常运行。负荷要求频率的偏差
PLN
一般应控制在（±0.2~ ±0. 5）
PL
Hz的范围内。
△f
f fN
PL K L f PL* K L*
KL
PL f
Mw / Hz
K L*
PL fN PLN f
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：
KS KG KL
具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其调差 系数即下降特性自然分配。
13
例题
14
四. 频率的二次调整
1. 当负荷变动幅度较大
2.
（0.5%~1.5%），周期
较长（几分钟），仅靠
一次调频作用不能使频
定期检修而设置，（视需要）；
预测；
国民经济备用：着眼未来
日调度计划日负荷预测；
注意：只有在备用容量充足的情况下，
才谈得上经济分配
4.
电力系统经济调度的第一个问题就 5.
周负荷预测； 年负荷预测；
规划电源和网络发展时需要用
是研究用户的需求，即进行电力负荷预
1~20年的负荷预测值。
测，按照调度计划的周期，可分为日负
1.自动发电控制的一般要求 （1）负荷频率控制（Load Frequency Control，
LFC） （2）经济调度控制（Economic Dispatching
Control，EDC，或经济调度ED） (3)频率的累积误差和联络线交换能量控制
21
2.区域控制误差（Area Control Error，ACE）
f PDA PGA PDB PGB PA PB
KA KB
KA KB
AB
Pt
KA
PDB PGB K B KA KB
PDA PGA
K APB K BPA KA KB
20
七. 频率的二次、三次调整和自动发电控制
O
fN
1f 0
3. 频率的一次调整 1. 概念介绍
1) 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。
KG
PG f
Mw / Hz
3) 发电机的单位调节功率与调 差系数的关系：
KG*
1
%
100
KG
KG*
PGN fN
1 100 PGN
%
fN
标志K着G*随频 率PGP的NGf升fN 降 K发G电fN机/ 组PGN发出功
式中，eij＝1
分别为 PDA, PDB，引起互联系统的频率变化（降 低）f ，及联络线交换功率的变化Pt ，如下图：
A
B
系统A：
Pt
PDA Pt PGA K Af
系统B： PDB Pt PGB KBf
在负荷增加 PDA, PDB的影响下，两系统的频率和交换功 率的变化量为：
3. 第三种变动基本上可以预计， 其变动幅度最大，周期也最长， 是由于生产、生活、气象等变 化引起的负荷变动。
根据负荷变化，电力系统的有 功功率和频率调整大体上也可 分为：
一次调频：由发电机调速器进 行；
二次调频：由发电机调频器进 行；
三次调频：优化准则，即由调 度部门根据负荷曲线进行最优 分配，责成各发电厂按事先给 定的负荷发电。除平衡节点 （调频）外均属此类。（有功 功率日负荷曲线）
联络线功率与频率偏差控制，取βi＝1；
22
3.自动发电控制的实现（AGC）
完整的分配原则包括两部分：
一部分按照参与自动发电控制的各个机组的备用 容量大小或功率调整速率来进行分配；
区域i中各个机组j∈i的分配系数取为rij
备用容量大小 rij PMij PGij
PMij PGij
辅机功能下降（通风量，
事故备用、检修备用和国民经
磁通密度等）
济备用等。
3. 对系统的影响
发电厂负荷曲线＝总负荷＋网损＋厂用电
互联电力系统解列 发电机解列
水电0.1％～1％Pmax 可变 不可变 火电：5％～8％
核电：4％～5％
用户申报＋计划调整（经验型）
8
负荷备用：调整负荷波动或超计 负荷预测的精度直接影响经济调度
区域j PTij 区域i
区域m
ACEi iPTi Kif
PLi
PTi PTij PTspi ji
广义的自动调频，其功能有：
区域n 恒定频率控制：保持系统频率等于或十分接近 额定值，取βi＝0，Ki＝1；
恒定净交换功率控制：保持系统内各区域或联 合系统内各子系统间的交换功率为给定值；取 βi＝1，Ki＝0；
6
2、负荷的频率特性
PL
PLN
a0
a1
f fN
a2
f fN
2
a3
f fN
3
如果分别取PLN和fN作为PL和f的基准
值 PL* a0 a1 f* a2 f*2 a3 f*3
二. 频率调整的必要性和有功功率 平衡
率减少或增加的多寡。 2) 发电机的调差系数（机组由空载到
满载时，转速变化与输出功率变化
的之比）：单位调节功率的倒数。
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 或 KG*=33.3~20 •水轮发电机组 或 KG*=50~25
% =3~5 % =2~4
f fN f0 f0 fN
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。
P
PG
A
PL´
P0'
O ' ΔBPL0
PL
P0
B'
A'
O
PL0 AO OB BA
KGf K Lf
KG K L f
K Sf
2. 数学表达式：
备带来的危害：
有功功率电源：可投入发电设
1. 对用户的影响 产品质量降低 生产率降低 2. 对发电厂的影响
备的可发功率之和，不应小于 包括网损和厂用电在内的系统 （总）发电负荷。
系统的备用容量：系统电源容 量大于发电负荷的部分。可分
汽轮机叶片谐振（低频）
为热备用和冷备用或负荷备用、