第七章电力系统有功功率和频率调整

电力系统有功功率和频率调整1. 引言在电力系统中，有功功率和频率是两个关键的电能参数。

有功功率是指电力系统中实际提供给负载的电能，而频率则表示电力系统中电压和电流的周期性变化。

准确地调整有功功率和频率可以保证电力系统的稳定运行，提高能源利用率，保障用电的安全和可靠性。

2. 电力系统有功功率调整电力系统的有功功率调整主要通过控制发电机输出功率来实现。

有功功率调整的目标是使电力系统的供需平衡，以满足用户的用电需求。

有功功率调整可以通过控制发电机的机械输入来实现，也可以通过调整发电机的励磁电流来实现。

2.1 机械输入调整机械输入调整是通过控制发电机的机械输入来调整有功功率。

机械输入调整的方式包括调速和负载调整两种。

2.1.1 调速调整调速是通过调整发电机的键合阻抗或者转子的绕组来改变发电机的转速，从而改变机械输入功率。

调速调整的原理是根据负荷需求，通过调整发电机的转速来保持有功功率的平衡。

2.1.2 负载调整负载调整是通过调整发电机的输出负载来改变发电机的有功功率。

负载调整的方式包括直接调整负载阻抗、调整发电机馈线阻抗、调整发电机并联等。

2.2 励磁调整励磁调整是通过调整发电机的励磁电流来改变发电机的有功功率。

励磁调整的原理是控制发电机的磁场强度，从而改变发电机的输出电压和电流。

励磁调整可以通过调整励磁电流的大小、相位和波形等来实现。

3. 电力系统频率调整电力系统的频率调整主要通过控制发电机输出的机械输入来实现。

频率调整的目标是使电力系统的供电频率保持在额定值附近，以满足用户的用电需求。

3.1 负荷频率特性负荷频率特性是指负载的电流和供电频率之间的关系。

负荷频率特性可以分为正负荷频率特性和正负荷功率频率特性两种。

正负荷频率特性描述了负载对供电频率变化时的功率响应。

3.2 机械输入调整机械输入调整是通过调整发电机的机械转速来调整电力系统的频率。

机械输入调整的方式包括调速和负载调整两种。

3.2.1 调速调整调速调整是通过改变发电机的转速来调整电力系统的频率。

电力系统分析习题集华北电力大学前言本书是在高等学校教材《电力系统稳态分析》和《电力系统暂态分析》多次修改之后而编写的与之相适应的习题集。

电力系统课程是各高等院校、电气工程专业的必修专业课，学好这门课程非常重要，但有很大的难度。

根据国家教委关于国家重点教材的编写要求，为更好地满足目前的教学需要，为培养出大量高质量的电力事业的建设人材，我们编写了这本《电力系统分析习题集》。

力求使该书具有较强的系统性、针对性和可操作性，以便能够使学生扎实的掌握电力系统基本理论知识，同时也能够为广大电力工程技术人员提供必要的基础理论、计算方法，从而更准确地掌握电力系统的运行情况，保证电力系统运行的可靠、优质和经济。

全书内容共分十五章，第一至第六章是《电力系统稳态分析》的习题，第七至第十四章是《电力系统暂态分析》的习题，第十五章是研究生入学考试试题。

本书适用于高等院校的师生、广大电力工程技术人员使用，同时也可作为报考研究生的学习资料。

由于编写的时间短，内容较多，书中难免有缺点、错误，诚恳地希望读者提出批评指正。

目录第一部分电力系统稳态分析第一章电力系统的基本概念第二章电力系统的元件参数及等值电路第三章简单电力系统的计算和分析第四章电力系统潮流的计算机算法第五章电力系统的有功功率和频率调整第六章电力系统的无功功率和电压调整第二部分电力系统暂态分析第七章电力系统故障分析的基本知识第八章同步发电机突然三相短路分析第九章电力系统三相短路的实用计算第十章对称分量法及元件的各序参数和等值电路第十一章不对称故障的分析、计算第十二章电力系统各元件的机电特性第十三章电力系统静态稳定第十四章电力系统暂态稳定第十五章研究生入学考试试题附录第一部分电力系统稳态分析电力系统稳态分析，研究的内容分为两类，一类是电力系统稳态运行状况下的分析与潮流分布计算，另一类是电力系统稳态运行状况的优化和调整。

第一章电力系统的基本概念1-1 什么叫电力系统、电力网及动力系统？电力系统为什么要采用高压输电？1-2 为什么要规定额定电压？电力线、发电机、变压器和用电设备的额定电压是如何确定的？1-3 我国电网的电压等级有哪些？1-4 标出图1-4电力系统中各元件的额定电压。

电力系统分析习题集华北电力大学前言本书是在高等学校教材《电力系统稳态分析》和《电力系统暂态分析》多次修改之后而编写的与之相适应的习题集。

电力系统课程是各高等院校、电气工程专业的必修专业课，学好这门课程非常重要，但有很大的难度。

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全书内容共分十五章，第一至第六章是《电力系统稳态分析》的习题，第七至第十四章是《电力系统暂态分析》的习题，第十五章是研究生入学考试试题。

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目录第一部分电力系统稳态分析第一章电力系统的基本概念第二章电力系统的元件参数及等值电路第三章简单电力系统的计算和分析第四章电力系统潮流的计算机算法第五章电力系统的有功功率和频率调整第六章电力系统的无功功率和电压调整第二部分电力系统暂态分析第七章电力系统故障分析的基本知识第八章同步发电机突然三相短路分析第九章电力系统三相短路的实用计算第十章对称分量法及元件的各序参数和等值电路第十一章不对称故障的分析、计算第十二章电力系统各元件的机电特性第十三章电力系统静态稳定第十四章电力系统暂态稳定第十五章研究生入学考试试题附录第一部分电力系统稳态分析电力系统稳态分析，研究的内容分为两类，一类是电力系统稳态运行状况下的分析与潮流分布计算，另一类是电力系统稳态运行状况的优化和调整。

第一章电力系统的基本概念1-1 什么叫电力系统、电力网及动力系统？电力系统为什么要采用高压输电？ 1-2 为什么要规定额定电压？电力线、发电机、变压器和用电设备的额定电压是如何确定的？ 1-3 我国电网的电压等级有哪些？1-4 标出图1-4电力系统中各元件的额定电压。

电力系统有功功率与频率的调整引言电力系统中，有功功率和频率是两个重要的参数。

有功功率是指电力系统中用于传输、传递和消耗电能的功率，频率那么代表了电力系统中交流电信号的周期性。

因各种原因，有功功率和频率可能会发生变化，因此需要对其进行调整以确保电力系统的正常运行。

本文将探讨电力系统中有功功率和频率的调整方法。

有功功率调整方法发电机调整发电机是电力系统中有功功率的主要来源，因此调整发电机的输出功率可以实现对有功功率的调整。

在调整发电机的输出功率时，可以通过调整发电机的燃料供应或调整转子的转速来实现。

调整燃料供应调整燃料供应是一种常用的调整发电机输出功率的方法。

通过增加或减少燃料供应，可以增加或减少发电机的输出功率。

这种调整方法比拟简单，但需要注意控制燃料供应的精度，以确保发电机输出功率的稳定性。

调整转速调整发电机转速是另一种调整发电机输出功率的方法。

通过增加或减少发电机的转速，可以实现对输出功率的调整。

这种调整方法需要对发电机的转速进行精确控制，以防止对发电机的运行造成过大的影响。

负荷调整除了调整发电机的输出功率外，还可以通过调整电力系统的负荷来实现对有功功率的调整。

负荷调整可以通过增加或减少供电设备的负载来实现。

增加负荷增加负荷是一种常用的调整有功功率的方法。

通过增加供电设备的负载，可以增加电力系统的有功功率。

这种调整方法可以通过增加电阻、连接额外的负载设备或调整电力系统的运行模式来实现。

减少负荷减少负荷是另一种调整有功功率的方法。

通过减少供电设备的负载，可以减少电力系统的有功功率。

这种调整方法可以通过断开某些负载设备、调整供电设备的运行模式或降低负载的使用率来实现。

频率调整方法频率是电力系统中交流电信号的周期性表征，其稳定性对电力系统的正常运行至关重要。

频率的调整方法通常包括调整发电机的转速和调整负载的负载。

调整发电机转速调整发电机转速是一种常用的调整频率的方法。

通过增加或减少发电机的转速，可以实现对频率的调整。

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：f N ＝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2fωπ=T GP P ≡发电机输出电磁功率原动机输入功率T G T GP P P P ≥⎧⎨≤⎩,GiLi Loss PP P ∑=+∑∑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。

电力电子• Power Electronics230 •电子技术与软件工程 Electronic Technology & Software Engineering【关键词】频率质量 一次调频 二次调频 稳定运行1 电力系统中有功功率和频率调节的概念电力系统中有功功率和频率调节大体可以分为一次调频、二次调频和三次调频。

一次调频：是指在发电机组上安装调速器系统的频率特性所固有的能力，随频率变化而自动进行频率调整，又称为有差调频。

其特点是频率调整速度快，但调整量随发电机组不同而不同，且调整量有限。

二次调频：是指当电力系统负荷发生较大变化时，一次调频不能恢复频率至规定范围时，在发电机组上安装调频器，在调度统一控制下完成，可以实现误差调频。

2 电力系统调频的过程2.1 一次调频过程负荷和发动机的功频静特性：当频率波动不大时，随着频率的升高，系统负荷将增加，而发电机组出力则会减小，他们共同作用的结果将缓解系统的功率不平衡现象，平抑系统频率波动；假设系统中有一台发电机组和一个综合电力系统有功功率和频率调节的过程文/罗鑫锦频率是衡量电能质量的标准之一，频率质量的波动不仅影响用户的用电质量，而且对电力系统本身影响也很大。

当电网的负荷功率发生变化时，发电厂发电功率与负荷用电功率出现功率不平衡现象，使得电网频率相对于其额定值将有不同程度的波动和偏移，对电力用户的用电质量造成较大影响，为减小系统频率偏差对用户造成的影响，我们将频率进行一次调频、二次调频保证频率在规定的范围内，以至于保证电力系统稳定运行。

摘 要负荷，它们的静态频率特性曲线如图1所示。

当负荷突然增加△P 时，P L 的特性曲线将平行上移到P L +△P 处，但是由于惯性原因，发电机不能及时出力调节，导致系统不平衡，发电机转速下降，系统频率下降，此时发电机调速器自动动作，使P G 的特性曲线平行往上移动，即曲线P G +△P G ，系统频率增加，P L 、P G 重新到达了新的平衡点B ，此时系统频率偏离原来值为△f ，经过调节的结果为：（1）为发电机单位频率调整功率；为负载的单位频率调整功率；为系统的单位调节频率；如果系统中有n 台发电机组，只有m 台机组参与调整时，则系统的单位调节功率为：（2）2.2 二次调频过程若电力系统在一次调频的基础上依然无法满足频率在规定范围内运行时，二次调频措施必须参与。

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。