第十一章 电力系统有功功率分配与频率控制

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。

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。

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。

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。

电力系统有功功率和频率调节的过程摘要：电网中负荷和发电的随机波动导致了供需不平衡使电网的频率不能维持在50Hz，因此，电网运行时要求电力系统的频率控制在500.1?Hz的范围内。

相比于二次调频，一次调频是有差调频，但是一次调频具有能够快速响应各类负荷扰动的特点，是电网频率的第一道防线，对电力系统的频率稳定起着至关重要的作用。

关键词：频率特性;频率调节引言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。

1电力系统事故中的频率问题频率异常会严重影响系统安全稳定运行，世界范围内多起大停电事故过程中，频率波动超出正常运行范围进一步恶化了事态的发展。

对事故过程及其原因进行总结有助于分析现代电力系统存在的安全隐患以及频率特性在电力系统事故中所起到的作用。

华东电网作为典型的多馈入直流特大型受端电网，直流大功率时双极闭锁事故会导致系统频率异常，严重威胁电网频率的安全稳定。

其中，具有代表性的事故是“9?19”锦苏直流双极闭锁事故。

2015年9月19日21:58:02，锦苏直流发生双极闭锁事故，导致华东电网损失功率约4900MW，12s后全网频率最低跌至49．58Hz，随后系统频率处于低于49．8Hz的水平长达221s。

最后通过电网动态区域偏差动作以及华东网调的紧急调度，在故障发生240s后，系统频率恢复到正常水平.根据华东电网的情况以及事故过程中频率变化情况分析该系统频率主要问题:1.1一次调频能力不足发电机组的一次调频动作响应时发生频率波动事件时的主要调节手段，故障过程中，若所有机组按照理想的一次调频动作(调频动作死区0．033Hz，限幅为额定功率的6%，调差系数为5%)，理论上估算华东电网频率最大跌落为0．093Hz。

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。

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。