第三章电力系统频率及有功功率的调节

电力系统一次、二次、三次调频的特点 频率调整，又称频率控制，是电力系统中维持有功功率供需平衡的主要措施，其根本目的是保证电力系统的频率稳定。电力系统频率调整的主要方法是调整发电功率和进行负荷管理。按照调整范围和调节能力的不同，频率调整可分为一次调频、二次调频和三次调频。 一次调频 是指当电力系统频率偏离目标频率时，发电机组通过调速系统的自动反应，由发电机组调速器自动实现的不改变变速机构位置的调节过程，调整有功出力以维持电力系统频率稳定。一次调频的特点是响应速度快，但是只能做到有差控制，是对第一种负荷变动引起的频率偏差进行调节 。 二次调频 也称为自动发电控制（AGC），是指发电机组提供足够的可调整容量及一定的调节速率，在允许的调节偏差下实时跟踪频率，以满足系统频率稳定的要求。需要运行人员手动或者自动操作调速器，使发电机的频率特性平行地上下移动，进而调整负荷，使频率保持不变。二次调频可以做到频率的无差调节，且能够对联络线功率进行监视和调整。 三次调频 即有功功率经济分配，其实质是完成在线经济调度，其目的是在满足电力系统频率稳定和系统安全的前提下合理利用能源和设备，以最低的发电成本或费用获得更多的、优质的电能。 电力系统频率调整也是电力市场的重要组成部分

第一章 发电机的自动并列 （题型：选择题、简答题）

1、 同步发电机并列有哪几种方式？

准同期并列（一般采用） 自同期并列（很少采用）

2、 同步发电机准同期并列的理想条件是什么？

(1) fG=fX 待并发电机频率与系统频率相等，即滑差(频差)为零； (2) UG=UX

待并发电机电压与系统电压的幅值相等，即压差为零； (3)δe=0 断路器主触头闭合瞬间，待并发电机电压与系统电压间的瞬时相角差为零。

3、 同步发电机机端电压与电网电压差值的波形是什么形式？

第二章 同步发电机励磁自动控制系统 （题型：选择题、简答题、计算分析题）

1、 同步发电机励磁自动控制系统由哪几部分组成？

励磁调节器，励磁功率单元和发电机

2、 同步发电机励磁系统由哪几部分组成？

励磁调节器励磁功率单元

3、 同步发电机感应电动势和励磁电流关系：等值电路图和矢量图

图2-2 同步发电机感应电动势和励磁电流关系

(a) 同步发电机运行原理；(b) 等值电路；(c) 矢量图 )(bqE•GU•GI•xd)(aGEWGU•GI•GEFIEFUGU•xIjdG•xIjdQ•PI•GI•QI•qE•G)(c

4、 励磁控制系统的基本任务。

电压调节、无功分配、 提高发电机运行稳定性、 改善电力系统运行条件、 水轮发电机组要求实现强行减磁 第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节 （题型：选择题、名词解释、简答题、计算分析题）

1、 一次、二次、三次调频的概念及区别。

第一种负荷变化引起的频率偏移，利用调速器来调整原动机的输入功率，这称为频率的一次调整。第二种负荷变化引起的频率偏移较大，必须由调频器参与控制和调整，这称为频率的二次调整。第三种负荷变化，调度部门预先编制的的日负荷曲线，按照经济原则分配到各个发电厂间。

2、负荷的频率调节效应系数KL的计算。（例题3-1；3-2）

3、 常用的几种调频方法都有哪些？各自的特点是什么？哪些可以做到无差调频？

电力系统分析习题

- 1 -

3 简单电力系统潮流计算

3．1 思考题、习题

1）电力线路阻抗中的功率损耗表达式是什么？电力线路始、末端的电容功率表达式是什么？

2）电力线路阻抗中电压降落的纵分量和横分量的表达式是什么？

3）什么叫电压降落、电压损耗、电压偏移、电压调整及输电效率？

5）对简单开式网络、变电所较多的开式网络和环形网络潮流计算的内容及步骤是什么？

6）变压器在额定状况下，其功率损耗的简单表达式是什么？

9）为什么要对电力网络的潮流进行调整控制？调整控制潮流的手段主要有哪些？

10）欲改变电力网络的有功功率和无功功率分布，分别需要调整网络的什么参数？

16）110kV双回架空线路，长度为150kM，导线型号为LGJ-120，导线计算外径为15.2mm，三相导线几何平均距离为5m。已知电力线路末端负荷为30+j15MVA，末端电压为106kV，求始端电压、功率，并作出电压向量图。

17）220kV单回架空线路，长度为200kM，导线型号为LGJ-300，导线计算外径为24.2mm，三相导线几何平均距离为7.5m。已知电力线路始端输入功率为120+j50MVA，始端电压为240kV，求末端电压、功率，并作出电压向量图。

18）110kV单回架空线路，长度为80kM，导线型号为LGJ-95，导线计算外径为13.7mm，三相导线几何平均距离为5m。已知电力线路末端负荷为15+j10MVA，始端电压为116kV，求末端电压和始端功率。

19）220kV单回架空线路，长度为220kM，电力线路每公里的参数分别为：

kMSbkMxkMr/1066.2,/42.0,/108.06111、线路空载运行，当线路末端电压为205kV，求线路始端的电压。

20）有一台三绕组变压器，其归算至高压侧的等值电路如图3-1所示，其中

第 1 页 共 7 页 4 电力系统的有功功率平衡与频率调整 4.1 概述 一、频率调整的必要性 电力系统运行的根本目的是在保证电能质量符合标准的条件下，持续不断地供给用户所需要的功率，维持电力系统的有功功率和无功功率的平衡，保证系统运行的经济性。 衡量电能质量的主要指标是频率、电压和波形。电力系统运行中频率和电压变动时，对用户，发电厂和电力系统本身都会产生不同程度的影响。为保证良好的电能质量，电力系统运行时，必须将系统的频率和电压控制、调整在允许的范围内。 我国频率规定：fN＝50Hz，频率偏差范围为±0.2～0.5Hz 二、频率调整的方法 第一种变化负荷引起的频率偏移由发电机组的调速器（governor）进行，称为频率的一次调整。 第二种变化负荷引起的频率偏移由发电机组的调频器（frequency modulator）j进行，称为频率的二次调整。 第三种负荷的变化是可预测的，调度部门按经济调度的原则事先给各发电厂分配发电任务，各发电厂按给定的任务及时地满足系统负荷的需求，就可以维持频率的稳定。 4.2自动调速系统 一、调速器的工作原理——实现频率的一次调整 对应负荷的增大，发电机输出功率增加，频率略低于原来值；如果负荷降低，调速器调整作用将使输出功率减小，频率略高于原来值。这就是频率的一次调整，频率的一次调整由调速器自动完成的。 调整的结果，频率不能回到原来值，因此一次调整为有差调节(droop control )。 二、调频器的工作原理——实现频率的二次调整 由调频器来完成的调节，称为频率的二次调整。由于调整的结果，频率能回到原来值，因此二次调整为无差调节(isochronous control )。 4.2 电力系统有功功率平衡和频率调整 一、频率的影响 1、影响产品质量：异步电动机转速与输出功率有关 2、影响精确性：电子技术设备 3、影响汽轮发电机叶片 二、频率负荷机制 三、、有功功率负荷的变动及其分类控制 1、系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷组成： 1）变动周期小于10s，变化幅度小 调速器频率的一次调整 2）变动周期在（10s，180s），变化幅度较大 调频器频率的二次调整 3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律 根据预测负荷，在各机组间进行最优负荷分配频率的三次调整 四、有功功率平衡与备用容量 1、功功率平衡： 2、备用容量： 1）作用 为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量应大于发电负荷 2fTGPP发电机输出电磁功率 原动机输入功率 TGTGPPPP,GiLiLossPPP第 2 页 共 7 页 2）定义 备用容量 ＝ 系统可用电源容量 － 发电负荷 3）分类 按作用分：负荷备用：满足负荷波动、计划外的负荷增量 事故备用：发电机因故退出运行能顶上的容量 检修备用：发电机计划检修 国民经济备用：满足工农业超计划增长 按其存在形式分： 热备用 冷备用 4．3 电力系统无功功率平衡和电压管理 电力系统中无功功率电源不足，系统结点电压就要下降。电力系统必须具备足够的无功电源才能维持所要求的电压水平，以满足系统安全稳定运行的要求，以下对电力系统中的无功负荷构成、无功电源构成、电力系统无功功率平衡问题以及为改善系统无功功率不平衡而采取的补偿措施等方面进行阐述。 有功功率平衡是全系统的平衡，且全系统只有一个频率；而无功功率平衡要满足众多的结点电压的要求，除了对全系统需要平衡以外，地区系统也需要平衡。 一、 电力系统中的无功电源 1、 同步发电机以及过激运行的同步电动机 2、 无功补偿电源包括电容器、静止无功补偿器和同期调相机 1）同步调相机 过激运行时向电网发出滞后的无功功率，欠激时从电网吸收滞后的无功功率，成为无功功率用户 ，有正常激磁、过激与欠激三种不同运行状态 2） 静电电容器 静电电容器损耗小，投资省，运行灵活，适宜于分散使用。但具有负调节效应，此外需用真空开关成组投切，投切次数依赖于这种开关的性能。 3）静止无功补偿器（Static Var Compensation，SVC） 属于灵活交流输电系统（FACTS）的家族，是一种动态无功补偿装置。 3、110KV及以上电压线路的充电功率 高压及超高压线路是一种数量可观的无功功率电源，其充电功率与线路电压的平方成正比。 二、 电力系统无功功率平衡于电压水平 1、 电力系统中的无功负荷与无功损耗 1） 用户与发电厂厂用电的无功负荷（主要是异步电动机）、 异步电动机 222(4060)%1sinGNGNGNGNNGNGNNGNNQPSPQPtgQSPtg21qCKdCKqdqCKCKddEUIxIEUxEUUQUIxx2IjCUQUIjUCUX0II12XXRS2212DUQIXXX第 3 页 共 7 页 2）线路和变压器的无功损耗 变压器：励磁损耗与绕组漏抗损耗，后者与受载大小有关。 电力线路 ：串联电抗中的无功功率损耗（感性）与并联电纳中的充电功率（容性）。 3）并联电抗器的无功损耗 2、电力系统的无功平衡 无功补偿容量的配置应取分区平衡、分级补偿原则。 三、 电压偏移 1、影响 1）当运行电压偏离额定值较大时，技术经济指标就会恶化。 2）发电厂厂用电中由电动机驱动的辅机，其机械转矩与转速的高次方成正比，电压降低滑差增大，转速降低，输出功率迅速减少，将影响汽轮、锅炉的工作，严重情况下将造成安全问题。变压器的运行电压偏低，若负载功率不变，致使输出电流增加，使绕组过热。电压偏高，励磁电流增大，铁芯损失增加，温升增高，严重情况下引起高次谐波共振。 3） 由于局部地区无功不足，运行电压严重低下，一些变电所在负荷的微小扰动下会出现电压大幅度下滑，以至失压，即所谓电压崩溃 . 3、电压管理 1）电压中枢点选择 ①区域性水、火电厂的高压母线； ②枢纽变电站二次母线； ③有地方负荷的发电厂母线。 4、三种电压调节方式 1）逆调整——高峰负荷时升高中枢点母线电压，低谷时降低中枢点母线电压。适用于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点； 2）顺调整——高峰负荷时允许中枢点母线电压略低，低谷时允许中枢点母线电压略高。适用于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点； 3）恒调整——中枢点母线电压基本不变，适用于线路长度、负荷变动情况介于上述两者之间的情况。 4.4电力系统的电压调整 一、 改变发电机励磁调压 改变发电机及调相机的励磁电流，可以改变它们的内电势，从而调整母线电压。利用发电机调压范围为发电机额定电压的5％。 ABGUrjxPjQULLPjQUQxUUGPrQxUUUGPr02%var100%var100YTNkZTNNIQSMuSQSMSLXLCLXLCLXLCPPQQPPQQPPQQ线路无损 无功电源 无功负荷 LXLCLXLCLXLCPPQQPPQQPPQQ第 4 页 共 7 页 二、改变变压器变比调压 先决条件 :电网的无功电源容量充裕 对负荷变化不大的变电所可适当选择变压器的分接头进行电压调整。对于负荷变化较大的一次及二次变电所采用负荷调整分接头的变压器，其切换装置在不能适应频繁操作要求时，应限制动作的次数。 1、降压变压器 最大负荷及最小负荷情况下： 2、 升压变压器 3、三绕组降压变压器 看成两个双绕组变压器的并联。在求得三绕组变压器的功率分布以后，先从高压绕组对低压绕组入手，选择高压方抽头以满足低压方电压要求。然后固定高压方抽头，考虑高压绕组对中压绕组情况；选择中压方抽头满足中压方的电压要求。 例：变压器抽头为110±3×2.5％/38.5±5%/10.5Kv, 要求10KV、35KV母线逆调压，即5％，0％。试选择抽头 在最大负荷情况下，各绕组电压损耗计算如下： TTRjXPjQLUtHtLUKUHUtHHLtLUUUUUPRQXUU,,,,tLMtHMHMMLMtlmtHmHMmLmUUUUUUUUUU在停电条件下 ,,12tHtHMtHmUUUTTRjXPjQLUHU''PjQtHHLtLTTHUUUUUPRQXUUTPPPTQQQ,,tLtHMHMMLMtLtHmHmmLmUUUUUUUUUU115/16.34KVKV36.75/35KVKV5.54.122.41.8jMVAj21.510.75jMVAj3.52.621.41.05jMVAjHML7.77162.5j7.773.78j11.65102j01156.19108.83.57.772.623.78108.827.1959.9 0.16108.8MMVUKVUKV第 5 页 共 7 页 变压器中点电压 中压母线电压 低压母线电压 在最小负荷情况下： 在最大、最小负荷下，根据低压侧逆调压（5％，0％）的要求选择高压方的抽头： 选标准抽头110-2.5％，即为107.25KV 固定高压方抽头，按中压方逆调压要求，选择中压方抽头： 选标准抽头38.5-5％，即为36.57KV 选标准抽头38.5-5％，即为36.57KV 还应根据标准抽头，对中、低母线电压进行校核 三、改变电力网的无功功率分布调压 1、调相机调压 属于改变网络无功功率分布进行调压的方法。即利用调相机的容量就地补偿负荷所需的无功功率，因而改变了线路输送的无功功率。从而调节了枢纽站母线的电压。 补偿前 01156.19108.83.57.772.623.7827.1959.90.16108.8108.8 MMVUKVUKV108.80.16107.64211.651.510223.31531.62108.8108.8 MMLMUKVUKV02.47.771.8162.518.65292.52.67116.34116.34 116.342.67113.671.47.771.053.7810.883.970.06113.67113.67 HVmMVUKVUKVUKV108.81.62 107.18 LMUKV113.670.06113.61111.650.7510211.6576.50.78113.67113.67113.670.78112.89MmLVLmUKVUKVUKV,10.5112.89118.5310tHmUKV,10.5112.89118.5310tHmUKV选标准抽头110+3*2.5％，即118.25KV ,118.253536.43113.61tMmUKV,118.253536.43113.61tMmUKVSU'rU:1KrUPjQCjQRjXCsrcrcPRQQXUUUCsrcrcPRQQXUUU第 6 页 共 7 页 Urc′折合到高压侧的低压方希望电压 ，低压方希望电压Urc 现以下标M、m分别表示最大负荷及最小负荷情况，设调相机欠激容量为过激容量之半。 由上式可以确定K值，由此确定高压方抽头 ，再确定调相机的容量 2、投切电容器组调压 在最小负荷时，切除全部电容器；而按最大负荷时的调压要求确定电容器的容量。在最小负荷时选择变压器变比 例：Us保持116KV，Urc维持10.5KV。试确定负荷端应装无功补偿设备容量 （a) 电容器（b ） 同步调相机 归算到高压侧母线 （a）采用静电电容器 最小负荷时，选用额定抽头110KV 最大负荷时，电容器容量的决定与校验： （b）采用同步补偿机调压 '2()MrmrcMUUKK,2,,2,0.5rcMrMCrcMrcmrMCrcmUUQUKXKUUQUKXK2 rcCrcrrcrrcUQUUXUUUKXK'..'..()()reMreMrMremremrmUKUUUKUU'2()rcMrmCrcMUUQUKXK'2()rcMrmCrcMUUQUKXKSU'rU:1KrUCjQ116KV25120j110/11KV2015MVA(107.5)MVA20251512011696.1711610257.5120116106.09116rMrmUKVUKV11106.09111.1410.5tHmUKV210.596.1711010.57.73var120110/11112025157.73120116104.1711611104.1710.4211011106.0910.61110CrMrMrmQMUKVUKVUKV10.510.596.17210.510.5106.99.799.7911.0107.68tHKKKUKV