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第五章有功功率平衡和频率调节

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电力系统分析_穆刚_电力系统的有功功率平衡和频率调整

电力系统分析_穆刚_电力系统的有功功率平衡和频率调整

第五章有功功率平衡和频率调整课程负责人：穆钢教授申报单位：东北电力大学内容提要⏹频率偏移产生的原因、影响、以及允许的频率偏离量？⏹保持频率偏移量不超过一定范围的条件⏹（如何保持有功功率的平衡）⏹电力系统的频率调整⏹有功功率的最优分配5.1电力系统的频率偏移频率变化的原因?频率变化对负荷的影响(1)异步机(2)电子设备(3)电钟频率变化对电力系统的影响(1)水泵、风机、磨煤机(2)汽轮机的叶片(3)变压器的励磁频率允许偏移的范围：50Hz ±(0.2~0.5)Hz系统中负荷的变化你答对了吗?5.2 电力系统有功功率的平衡运行中：规划、设计：◆备用容量:1.按作用形式分∑∑∑+=LDGPP P ∑∑∑+=RGNPP P 负荷备用(2-5%Plmax)检修备用(可能不安排)事故备用(5-10% Plmax 或系统中最大一台单机容量）国民经济发展备用(3-5%Plmax ）2、按存在形式分为两者差一个网损两者差一个厂用电热备用:运转中发电设备可能发的最大功率与发电负荷之差(旋转备用)冷备用:未运转的、但能随时启动的发发电设备可以发的最大功率(不含检修中的设备)负荷的分类:1.用电负荷2.供电负荷3.发电负荷PP1 P2P3 PΣ有功功率负荷变动曲线t有功功率负荷变动曲线据此图,负荷可以分为三种:第一种变动幅度很小，周期又很短。

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这一种是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动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。

据此,频率调整一次调整:由发电机组的调速器进行的对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整二次调整:由发电机的调频器进行的、对第二种负荷变动引起的频率偏移的调整三次调整: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荷曲线发电。

5.3 电力系统中有功功率的最优分配有功功率的最优分配:●有功功率电源的最优组合即指系统中发电设备或发电厂的合理组合,也就是所谓的机组合理开停.●有功功率负荷的最优分配即指系统的有功功率负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配.最常用的是按等耗量微增率准则分配.火电厂外景各类发电厂的运行特点和合理组合(1)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●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，为强迫功率丰满水电厂外景(2)水电厂特点：●不要燃料费，水力可梯级开发，连续使用，但受自然条件影响。

电力系统的有功功率平衡及频率调整

电力系统的有功功率平衡及频率调整


作用：是调度部门考虑按频率减负荷方案和低频率事故时 用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。 二、发电机组的有功功率－静态频率特性 1.调速系统（四个部分） 检测部件(离心飞摆)：转速→位移 放大部件(错 油 门)：位移→油压(信号放大) 执行部件(油 动 机)：油压 启闭阀门 (功率放大) 反馈位置信号 转速控制部件：速度基准控制 调速器：前三者组成，完成频率一次调整； 调频器：加入转速控制部件，完成频率二次调整。

(4)电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流 增加，使无功消耗增加，引起系统电压下降，频率下降还会 引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电 压水平降低。如果电力系统原来的电压水平偏低，在频率下 降到一定值时，可能出现所谓电压雪崩现象，出现电压雪崩 也会造成大面积停电，甚至使系统瓦解。 2、电力系统有功功率控制的必要性 A.维持电力系统频率在允许范围之内 系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机组发出的有 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 ，就是要及时调节系统内并联运行机组有功功率。
P D a 0 P DN a 1 P DN ( f fN ) a 2 P DN ( f fN ) a 3 P DN (
2
f fN
)
3
标么值： P 当f
D
a 0 P DN a 1 P DN f * a 2 P DN f * a 3 P DN f *
2
3
f N , PD PDN
电力系统的频率水平由有功功率平衡决定，如果有功电源 充足，能保证用户需要，且具有及时进行调整的能力，则能 保证频率在合理的范围之内。反之，则将出现较大的频率偏 移。 实际负荷曲线 频率二次调整负荷分量 频率一次调整负荷分量
《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

《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。
【题库】第5章 电力系统有功功率平衡与频率调整

【题库】第5章 电力系统有功功率平衡与频率调整


25、如果发电机不参加调频，当负荷增加时，系统的频率会（ A．升高 B. 降低 C. 不变 D．不能确定
26.系统进行频率调整可以分为一次及二次调整，其中可以实现无差 调节的是（ A.一次调频 C.一、二次调频均可以 ） B.二次调频 D.一、二次调频都不可以 ）
27、关于电力系统频率的调整，下述说法中错误的是（
A．比耗量
20.单位时间内输入能量增量与输出功率增量的比值称为（ A．比耗量 B.耗量特性 C.耗量微增率
）
D.等耗量微增率 )
21、发电机的单位调节功率可以表示为( A. C.
KG PG f PG f
B. D.
KG
f PG
KG
KG
f PG
22、负荷的单位调节功率可以表示为（ A．KL= C．KL
10、从技术和经济角度看，最适合担负系统调频任务的发电厂是 （ ）。
A.具有调整库容的大型水电厂 B.核电厂 C.火力发电厂 D.径流式大型水力发电厂 11、电力系统的有功电源是（ ） A．发电机 B．变压器 C．调相机 D．电容器 ）
12、系统备用容量中，哪种容量可能不需要专门设置（ A.负荷备用 C.检修备用 B.事故备用 D.国民经济备用
2、频率变化是系统负荷与电源之间( A．电压 C．电流 B．有功功率 D．无功功率 ）
)失去平衡所致。
3、电力系统的频率主要决定于（ A.有功功率的平衡 C.电压质量
B.无功功率的平衡 D.电流的大小 ）
4、电力系统频率调整的基本原理是（
A.根据负荷的变化，调整电力系统中无功电源的出力，将系统频率限 制在允许范围 B.根据负荷的变化，调整发电机的有功出力，将系统频率限制在允许 范围 C.根据系统频率的变化，切除或投入负荷，将电力系统频率限制在允 许范围 D.根据负荷的变化调整系统中变压器的分接头， 将电力系统频率限制 在允许范围 5、下面所列的电力系统负荷波动中，可以预测的是（ A.由用电设备的投入和退出运行所引起的第一类负荷变化 B.由大容量的用电设备投入或退出所引起的第二类负荷变化 C.由生产、生活规律和气象条件变化所引起的第三类负荷变化 D.第一类和第二类负荷变化 6． 为考虑随国民经济发展的负荷超计划增长而设置一定的备用容量， 称为( ) ）
电力系统有功功率平衡与频率调整

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 在电力系统运行中，负荷作功需要一定 时，传输这些功率也要在网络中造成有 此，电源发出的有功功率必须满足下列式中P G—所有电源发出的有功功率；P L —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一、电力系统负荷变化曲线的有功功率，同 功功率损耗。

因平衡式：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。

第五章-电力系统的频率调整讲课稿

第五章-电力系统的频率调整讲课稿

3、对发电厂的影响
（1）影响锅炉的正常运行
（2）当频率下降时，会增加汽轮机叶片所受的力，引起叶片的共 振，缩短叶片的使用寿命，严重时刻使叶片断裂。 （3）频率降低时，导致拖动设备出力下降，造成水压风力不足， 因此发电机发电能力下降，所以为了维持正常电压，就要增加励磁 电流，致发电机定子和转子温升增加。 （4）频率降低时，因为为了维持正常电压而增加了励磁电流，导 致磁通密度的增大，因此变压器的铁耗和励磁电流都要增大。
1、负荷增加，使电磁转矩增加，若原动机的拖动转矩不变，则转速n 下降，导致频率降低。
2、负荷减少，使电磁转矩减小，若原动机的拖动转矩不变，则转速n 上升，导致频率升高。
通过上面的分析得出：有功功率的变化(负荷的变化) 与频率的变化是直接相关的，因此可以通过调节频 率来调节有功功率的平衡。
二、有功功率负荷的变动和调整控制
衡量运行经济性的主要指标为：比耗量 (煤耗率)和线损率（网损率）
有功功率的最优分布包括：有功功率负荷 预计、有功功率电源的最优组合、有功功率 负荷在运行机组间的最优分配等。
第一节 电力系统中有功功率的平衡
一、电力系统的有功功率平衡
发电机组的有功平衡
发电机组的有功平衡：发电机的电磁功率 PGi与原动机的机械功率PTi之间的平衡。
（6）两者分别沿着图中箭头方向移动，最终系统稳定运行 于新的平衡点O’。
这就是一次调频的整个过程。
下面来分析负荷功率的增加量是由哪 几部分组成的，由图可知：
OA OB BA PL0 OB PG KGf BA PL KLf
因此： 整个系统的负荷功率的增大量= 发电机组功率的增大量-负荷功 率减少量
有功功率电源的最优组合指系统中发电设备或发电厂的合理 组合，即机组的合理开停。 ◆ 机组的最优组合顺序 ◆ 机组的最优组合数量 ◆ 机组的最优开停机时间
电力系统频率及有功功率的自动调节与控制

电力系统频率及有功功率的自动调节与控制


二、电力系统负荷调节效应
1、当系统频率变化时，整个系统的有功负荷也要随着改变。 有功负荷随频率而改变的特性叫做负荷的功率—频率特性，是负 荷的静态频率特性，也称作负荷的调节效应。
2、电力系统中各种有功负荷与频率的关系 (1) 与频率变化无关的负荷，如白炽灯、电弧炉、电阻炉和整流负 荷等。它们从系统中吸收有功功率而不受频率变化的影响。
PL a0 a1 f a2 f2 a3 f3
0.35 0.4 0.96 0.1 0.962 0.15 0.963
0.35 0.384 0.092 0.133 0.959
PL % (1 0.959) 100 4.1
KL
PL % f %
4.1 4
1.025
电力系统自动化
Pc
PB
B K
保持不变
电力系统自动化
第三章 电力系统频率及有功功率的自动调节
积差调节法的特点是调节过程只能在 结束， 常数， 此常数与计划外负荷成正比。
3、机组间的有功功率分配 多机组采用积差调频法调频时，可采用集中式、分散式两种形式。
电力系统自动化
第三节 电力系统调频与自动发电控制
调频方程组
由于系统中各点的频率是相同的，各机组
m PTi 1
m PGi 1
PL
d dt
m (Wki )
1
系统的频率的变化是由于发电机的负荷与原动机输入功率之间失去平衡所致， 因此调频与有功功率是不可分开的。
第一节 电力系统频率特性
频率降低较大时，对系统运行极为不利，甚至会造成严重后果。
（1）对汽轮机的影响，当频率低至45HZ时，个别的叶片可能发生共 振而引起断裂事故。 （2）发生频率崩溃现象。 （3）发生电压崩溃现象，系统运行的稳定性遭到破坏，最后导致系 统瓦解。
电力系统有功功率的平衡与频率调整

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
电力系统分析复习材料及其规范标准答案(杨淑英)

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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。

第五章电力系统频率及有功功率的自动调节

第五章电力系统频率及有功功率的自动调节

•若系统负荷增长到3650MW时,则有
•KL = 1.5 × ( 3650 / 50 ) = 109.5 ( MW / HZ )
•* 由此可知, KL的数值与系统的负荷大小有关.
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
三、发电机组的功率——频率特性
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
三、发电机组的功率——频率特性
•f
•PL = f(f)
•PL1 = f(f)
•fN
•a
•d
•f2 •f3
•b
•c •ΔPL
•PG=f(f)
•无调速 •有调速
•到状态b，PL未变，PG没增 加
•ΔPL2 •ΔPL1
•到状态c，再调可以到状态d
•PL
•PL2•PL1
•P
•调速器的调节作用被称为一次调节。 第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•4 电液转换及液压系统 •电液转换器把调节量由电量转换成非电量油压。液 压系统由继动器、错油门和油动机组成。
•5 调速器的工作
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•三 数字式电液调速器
•控制电路部分的功能用微机实现。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
• • 主机根据采集到的实时信息，按预先确定的控制 规律进行调节量计算，计算结果经过D/A变换输 出去控制电/液压转换，再由液压伺服系统控制原 动机的输入功率，完成调速或调频的任务。
第五章电力系统频率及有功功率的自 动调节
•第三节 电力系统频率调节系统及其特性
•一 调节系统的传递函数
▪ 传递函数是分析调节系统性 能的重要工具，电力系统的 频率和有功功率调节系统， 主要是由调速器、发电机与 原动机和电网环节组成，传 递函数分别讨论如下：
第五章电力系统有功功率和频率调整

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。

船舶电站第05章船舶同步发电机频率及有功功率自动调整


根
据
相
敏
原
理
构
成
的
Ibc
1 Ki
(IB
IC )功 率变换源自器功率变换器矢量图
U2 U4
Ul
U3
Φ
U1
Φ
Ul
根据相敏原理构成的功率变换器
3.调整器
调整器又称执行元件，它是根据功率差与频率差综合信 号，或运算环节送入信号的极性和大小，变换成相应的 脉冲调整信号，作用到调速器的伺服电动机进行二次调 节，实现频率和有功功率的自动调节。
对有差调速特性的调速器来说， 必须迸行 二次调节。
调速器二次调节
单机手动调频
第三节 并联运行的同步发电机 之间有功功率的分配
当两台发电机组并联运行时，各机组的频率都是相同的 。有功功率的分配取决于各机组的调速特性。
1号机组的功率增量为
P1
f1 KC1
2号机组的功率增量为
P2
f KC2
式中: Kc1，Kc2 ---1号 、2号机的调差系数； Δf---频率变化量。
代入上式，经整理后得：
U SC
E0 fN
f
E0 f
fN
fN
从上式可看出，输出只与电网电压的频率差成正比，而与电压 的大小无关。
2.功率变换器（测功器）
功率变换器：用来测量发电机输出的有功功率，并将测 得的有功功率值变换成与之成正比的直流电压信号，即
UP KP • P
式中: Up--功率变换器输出直流电压V; Kp--功率变换系数V/kW; P--发电机实际输出的有功功率，kW.
一次调节与二次调节
频率的一次调节
当柴油发电机组输出功率变化时,依靠柴油机调 速器的固有特性自动改变油门的开度，实现频 率与机组间功率的分配及平衡的过程。

5电力系统的有功功率和频率调整

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。
5) 对不等式约束进行处理 ❖ 对于有功功率限制，当计算完后发现某发电设备越限，则该
发电设备取其限制，不参加最优分配计算，而其他发电设备 重新进行最优分配计算。
❖ 无功功率和电压限制和有功功率负荷的分配没有直接关 系，可暂时不计，当有功功率负荷的最优分配完成后计 算潮流分布在考虑。
18
4. 用迭代法求解电力系统经济调度问题
1. 第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动有 很大的偶然性；
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、电气机车等带有冲击性的负荷 变动；
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。
5
▪ 负荷预测的精度直接影响经济调度的效益，提高 预测的精度就可以降低备用容量，减少临时出力 调整和避免计划外开停机组，以利于电网运行的 经济性和安全性。 负荷预测分类：
/ PLN
KL* 1.5
29
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：
PL0 KG KL f
min f (x) s.t. h(x) 0
g g(x) g
即在满足h(x)=0的等式约束条件下和g(x)不等式 的条件下，求取目标函数f(x)值最小。
11
2. 电力系统经济调度的数学模型

第05章_电力系统频率及有功功率的自动调节(7-8)


三、如何运用CPS标准来评价控制性能 • 当 100%≤CPS1<200%时，即0<CF≤1时，则有 这说明在这段时间内，该控制区的控制行
为对电网频率质量是不利的，但仍符合 Σ( ACE AVE − min ⋅ ΔFAVE − min ) < ≤1 2 CPS10 标准的要求，也就是说其影响程度未 − 10 B ⋅ n ⋅ ε 1 超过所允许的范围。此时。需同时满足 ACE十分 即 CPS2 Σ标准。如不能满足，则需将 ( ACE AVE − min ⋅ ΔFAVE − min ) 为正， 钟平均值偏离CPS2标准的部分（大于L10 但 的部分），与ACE对电网频率影响的部分 （CPS1 偏离200% 部分，即 2-CPS1）结合 ⋅ Δ ( ACE F ) ∑ AVE − min AVE − min 2 ≤ ε 1 起来进行评价。 − 10 B ⋅ n
13
四、CPS系列标准较A系列标准的优越性
• A1,A2标准未涉及电网频率控制的目标，因 而应用在频率控制目标不同的电网中时，需 要做一些人为的调整。而CPS标准中对频率 的控制目标都有明确的规定，因此可应用于 各种频率控制目标的电网。ε 1和ε 10的数 值充分体现了电网之间的差异。美国最小的 互联电网得克萨斯电网（1998年最高负荷 48588MW）的ε 1=0.020HZ, ε 10=0.0073Hz;而华东电网（1998年最高负荷 32050MW）的ε 1=0.035HZ, ε 10=0.025Hz
△F
Eminth<|ACE| < Emaxth时，认为|ACE| 相对于△F来说并不大，无需改变现 有的ACE，令 PCPS ＝ －PP |ACE| > Emaxth时，认为|ACE|相对于 △F来说已很大，应减少|ACE| ，减 少的程度只要达到Emaxth即可。令 PCPS ＝ － Emaxth * △F/ |△F|

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

电力系统稳态 第五章 电力系统的有功功率和频率调整

等)
• PT ＝ PE + PD ≈ PE
• 电力系统的功率平衡：发电机与负荷之间的电磁功率 平衡，时刻平衡
PG PLoad PLoss
整理课件
发电机组的有功平衡与频率的关系
PTi PGi f＝ f 0 PTi PGi f PTi PGi f
原动机惯性大，有功调节慢，无 法时刻保持与瞬变负荷及发电机 功率的平衡，而只能保证动态平 衡，相应频率也只能保持动态稳 定。
热电厂(供热式火力发电厂):效率高,技术最小负荷取决于 热负荷(称为强迫功率)
• 原子能发电厂的特点
反应堆的负荷没有限制，其技术最小负荷取决于汽轮 机，为其额定负荷的10%～15%
反应堆和汽轮机的投切或承担急剧变动负荷时会耗能 、费时、易于损坏设备
原子能发电厂的一次投资大，运行费用小。
• 水力发电厂的特点
(1)状态变量(x) ：反映系统运行状态的变量——因变量； • 除平衡节点外，其它所有节点的电压相角； • 除发电机节点以及具有可调无功补偿设备节点之外，其它
所有节点的电压模值。 (2) 控制变量(u) ：可以设定、调整的变量 • 除平衡节点外，其它发电机的有功出力： • 所有发电机节点(包括平衡节点)及具有可调无功补偿设备
第五章 电力系统的有功功率 和频率调整
华侨大学 尚荣艳
衡量电能质量的指标
频率 电压 波形
衡量经济性的主要指标
比耗量 线损率
详见第一章P6
第1节 电力系统中有功功率的平衡
电力系统经济调度：是在满足安全和一定质量要求的条件 下尽可能提高运行的经济性，即合理地利用现有的能 源和设备，以最少的燃料消耗量（或燃料费用或运行 成本），保证对用户可靠而满意地供电。
频率的一次调整：用发电机组的调速器(第一种负荷变 动)。

第5章 电力系统有功功率平衡和频率调整(含答案)

第5章电力系统有功功率平衡和频率调整一、填空题1.日负荷率和日最小负荷率的数值越大，表明负荷波动越小（填“大”或“小”），发电机的利用率越高（填“高”或“低”）。

2.由变化幅度小、变化周期较短的负荷变化引起的频率偏移，由发电机组的调速器进行自动调整，称为一次调频；由变化幅度较大、变化周期较长的负荷变化引起的频率偏移，需要手动调频器参与频率调整，称为二次调频。

3.可供系统调度的电源容量是指可投入发电设备的可发功率之和。

4.系统备用容量按作用可分为负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用，按存在方式可分为热备用和冷备用。

5.负荷的单位调节功率反映了系统负荷对频率的自动调整作用，其取决于系统负荷的组成，是不可（填“可”或“不可”）调整的，而发电机组的调差系数是可（填“可”或“不可”）整定的。

6.二次调频实现无差调节的条件是在调频器作用下，发电机组增发的功率能完全抵消负荷的原始增量，此时负荷不会（填“会”或“不会”）主动少吸收有功。

二、选择题1.下列概念之中，内涵最广的是（C）A.系统综合最大用电负荷B.系统供电负荷C.系统发电负荷D.直配负荷2.下列哪个参数不直接用于反映有功功率负荷曲线的平坦程度（D）A.日负荷率B.日最小负荷率C.年最大负荷利用小时数D.最大功率损耗时间3.关于一次调频和二次调频，下列说法正确的是（B）A.一次调频一定是有差调节，二次调频一定是无差调节B.一次调频一定是有差调节，二次调频可能是无差调节C.一次调频可能是无差调节，二次调频一定是无差调节D.一次调频可能是无差调节，二次调频也可能是无差调节4.某系统年持续负荷曲线如下图所示，其全年消耗电能A约为（B）A.36.52×106kW·hB.35.33×106kW·hC.36.64×106kW·hD.34.88×106kW·h5.电力系统的频率主要决定于（A）A.有功功率的平衡B.无功功率的平衡C.电压质量D.电流的大小三、简答题1.系统综合最大用电负荷、系统供电负荷和系统发电负荷的概念分别是什么？在计算系统综合最大用电负荷时为什么要乘上同时率k1？答：系统综合最大用电负荷：电力系统在一定时段内（如一天、一年）的最大负荷值。

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n
F F1(PG1) F1(PG2 ) Fn (PGn ) Fi (PGi ) i 1
以 Fi (PGi ) 表示某发电设备发出有功功率时单位
时间内所需消耗的能源。
等式约束条件
in
in
PGi PLi P 0
i 1
i 1
P 为网络总损耗
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2020年6月1日星期一
k
0(k
1,2,
,t)
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2
dW2k (PH 2k ) dPH 2k
k
0(k
1,2,
,t)
得:
dF1k (PT1k ) dPT 1k
2
dW2k (PH 2k dPH 2k
)
k
(k
1,2,
,t)
若时间段取的很短,则可将式中的下标“k”可略
去，可改写为：
水煤转换系数
✓ 不计网络损耗时，上式可改写为:
in
in
PGi PLi 0
i 1
i 1
不等式条件
各节点发电设备有功功率、无功功率和电压大小
不得逾越的限额:
PG min PGi PG max
QG min QGi QG max
U i min U i U i max
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实践中:由于能源消耗受限制
有功功率负荷的最优分配
其在火力发电厂与 水力发电厂之间的最优分配问题
消耗的水量受水库调度的约束
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为了简化分析，将负荷的分配局限于一个 火电一个水力发电设备之间，并略去网损。
k t
W2k (PH 2k )tk K2 0
k 1
水电的约束条件
上式中用小的时间段这和来表示积分效果，表示 火电厂的燃料，表示水电厂消耗的水量。
新的拉格朗日函数 :
k t
k t
L F1k (PT1k )tk k PT1k PH 2k (PL1k PL2K ) tk
k 1
k 1
2
k
t
W2k
(
PH
2k
)tk
K
2
k 1
同理由:
dF1k (PT1k ) dPT 1k
比耗量: 单位时间内输
入能量与输出功率之间的
比值.
uF/P
耗量微增率: 耗量特性
曲线上某点切线的斜率
0
dF
dP F
m
PG
F / P dF / dP
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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：在供应同样大小负荷用 功功率的前提下，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
1
) dFi (PGi ) (
1
)
dPG1
1
PL
dPGi
1
PL
PG1
PGi
式中为
PL
PGi
网损微增率(灵敏度)
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５.４ 电力系统的频率调整
一、频率调整的必要性
• 所有用电设备都是按系统额定频率设计的，电力系 统的频率变动对用户、发电厂和:运转中发电设备可能发的最大
功率与发电负荷之差(旋转备
2、按存在形式分为
用)
负荷的分类:
1.用电负荷 2.供电负荷 3.发电负荷
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冷备用:未运转的、但能随时启动的发 发电设备可以发的最大功率 (不含检修中的设备)
两者差一个网损 两者差一个厂用电
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有功功率负荷变动曲线
in
in
im
il
L Fi (PGi ) ( PGi PLi PLi )
i 1
i 1
i 1
i 1
L dF1(PG1) (1 PL ) 0
PG1
dPG1
PG1
L dFi (PGi ) (1 PL ) 0
PGi
dPGi
PGi
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dF1(PG1) (
《电力系统分析》
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有功功率电源的最优组合
各类发电厂组合顺序示意图
负 负荷 荷
枯水季节:
水电厂可调功率
蓄能
中温中压火电厂 高温高压火电厂
发电
《电力系统分析》
热电厂可调功率 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
04
8 12 16 20 24
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BO PG KGf KG ( f0' f0 ) P0
BA PL K Lf
A
O' B
B'
A'
ΔPL0 O
第五章 有功功率平衡和频率调整
课程负责人：穆 钢 教 授 申 报 单位：东北电力大学
内容提要
频率偏移产生的原因、影响、以及允许的 频率偏离量？
保持频率偏移量不超过一定范围的条件 （如何保持有功功率的平衡） 电力系统的频率调整 有功功率的最优分配
《电力系统分析》
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5.1电力系统的频率偏移系统中负
二、自动调速系统
弹弹弹簧簧簧
飞飞飞摆摆摆AAAA' ' A" DDD
CC
C'
FF F'
EEEE'
aaa
调调调频频频器器器
bbb 错错错油油油门门门
B' B B
油油油动动动机机机 444
进进进汽汽汽
《电力系统分析》
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原动机的机械功率 静态频率特性
三、电源有功功率静态频率特性
✓ 原动机未配置自动调速系统时，其机械功
荷的变
➢ 频率变化的原因?
化
你答对了吗?
➢ 频率变化对负荷的影响 (1)异步机 (2)电子设备 (3)电钟
➢ 频率变化对电力系统的影响
(1) 水泵、风机、磨煤机 (2) 汽轮机的叶片 (3) 变压器的励磁
➢ 频率允许偏移的范围：50Hz±(0.2~0.5)Hz
《电力系统分析》
2020年6月1日星期一
2020年6月1日星期一
KG
PG f
PGN 0 fN f0
发电机的单位调节功率（单位MW/HZ）
该单位调节功率和机组的调差系数有互为倒数的关系。
机组的调差系数 ：
1 f fN f0 f0 fN
KG
PG
PGN 0
PGN
《电力系统分析》
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单位调节功率的标么值为:
• 频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积 停电;
• 因此必须保持频率在额定值上下，且偏移不超过一 定范围。
《电力系统分析》
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调速系统的基本原理
二、自动调速系统
弹簧
飞摆 A
C
A'
D
F
E
调频器
a
b 错油门
B
油动机 4
进汽
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调速系统的基本原理
《电力系统分析》
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5.3 电力系统中有功功率的最优分配
有功功率的最优分配:
有功功率电源的最优组合
即指系统中发电设备或发电厂的合理组合,也就是 所谓的机组合理开停.
有功功率负荷的最优分配
即指系统的有功功率负荷在各个正在运行的发电
设备或发电厂之间的合理分配.最常用的是按等耗量 微增率准则分配.
等式约束条件:
《电力系统分析》
F1(PG1) F2 (PG2 ) PL 0
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根据等耗量微增率准则得: 进而可以求得.
1 2
对不等式约束条件的考虑:
有功功率越限,则按限额发电,剩余功率在 其他机组间重新按等耗量微增率原则分配.
《电力系统分析》
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等耗量微增率准则的推广应用
《电力系统分析》
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火电厂外景
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各类发电厂的运行特点和合理组合
(1)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 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
PG
KG
f PGN KG f N fN
PGN
fN f0 fN
1 100
%
调差系数 ％或与之对应的发电机的单位调节
功率是可以整定.所以电力系统频率的一次调 整问题主要就与调差系数或与之对应的发电机 的单位调节功率有关。
《电力系统分析》
2020年6月1日星期一
五、负荷的频率特性
负荷从电网中取用有功功率 PL
P
0
《电力系统分析》
PΣ
P1
P2
P3
t
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有功功率负荷变动曲线
据此图,负荷可以分为三种 :
变动有很大的偶然性
第一种变动幅度很小，周期又
很短。
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