第5章 电力系统运行状况的优化和调整1PPT课件
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电力系统优化运行01
电源模型-水电厂
q-P曲线
dq dp
-p曲线
电源模型-水电厂
• 水电厂输入输出曲线的获得 方法：
1.对水轮发电机进行动力特性试 验，得到非顶水头下的q-P， 从而拟合 2.根据制造厂提供的水轮机模型 试验资料，引水管设计资料， 发电机效率特性资料，算出综 合运行曲线，然后计算q-P曲 线
水轮机综合特性曲线
2
电源模型-水电厂
• 水库模型 dV (t ) i (t ) q (t ) (t ) dt
V (t ) i (t ) q(t ) (t )
水库蓄水量 来水量 放水量 溢漏水量
V (t ) s h(t )
电源模型-水电厂
• 流域模型 一条河流上多个水电厂形成“水耦合系统” 建立流域模型的一般原则： 1.梯级水电厂群
梯级水电厂群
多耦合水系统
电源模型-水电厂
• 水电厂运行的约束条件：
Pmin P Pmax qmin q (t ) qmax q
min
q (t ) (t ) q
max
Vmin V (t ) Vmax
q(t )dt Q
0
t
电力系统优化运行 -第一讲
于娜 副教授 电气工程学院
绪论
• 电力系统的特点
– – – – – 结构复杂而庞大 功率实时平衡 电能不能大量存储 过渡过程迅速且转移能量大（30万kW/s） 电力与国民经济各部门密切联系
电力系统的飞速发展
21世纪 数字电力时代 大电网时代
小电网时代
1882—
孤立发电时代
• 燃料输入-输出功率特性F-P
– 微增费用特性
• 微增输入与输出
电力系统有功功率及频率调整ppt课件
系统备用容量一般分负荷备用、事故备用、检修备用 和国民经济备用等。
（1）负荷备用：是指调整系统中短时的负荷波动并担负计划 外的负荷增加而设置的备用。负荷备用容量的大小应根据系 统负荷的大小、运行经验并考虑系统中各类用电的比重确定。 一般为最大负荷的2％一5％，大系统采用较小数值，小系统 采用较大数值
2、发电机组的有功功率—频率静态特性 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。
标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加 的多寡。
2) 发电机是调差系数：单位调节功率的倒数。
发电机的单位调节功率与调差系数的关系：
一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：
和不等式约束条件
的前提下，使目标函数
为最优
有功负荷的最优分配的目的在于：在供应同样大小 负荷有功功率n pGi的前提下，单位时间内的能源消耗最少。 这目标函数应该i1 是总耗量。原则上，这总耗量应与所有 变量有关，但通常认为，它只是各发电设备所发有功功 率 的p函Gi数，即目标函数可写作
等式约束条件：有功功率必须保持平衡的条件。 对于每个节点：
第五章 电力系统有功功率的平衡和 频率调整
❖ 第一节 电力系统中有功功率的平衡 ❖ 第二节 电力系统的频率调整
第一节 电力系统中有功功率的平衡
一、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响
系统频率的变化将引起工业用户的电动机转速的变化， 这将影响产品的质量。当频率降低，使电动机有功功率降 低，将影响所有的转动机械的出力。频率的不稳定，将会 影响电子设备的准确性。
原则（1）充分利用水源。 （2）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。 （3）尽量降低火力发电成本。 根据上述原则，在夏季丰水期和冬季枯水期各类电厂在
（1）负荷备用：是指调整系统中短时的负荷波动并担负计划 外的负荷增加而设置的备用。负荷备用容量的大小应根据系 统负荷的大小、运行经验并考虑系统中各类用电的比重确定。 一般为最大负荷的2％一5％，大系统采用较小数值，小系统 采用较大数值
2、发电机组的有功功率—频率静态特性 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。
标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增加 的多寡。
2) 发电机是调差系数：单位调节功率的倒数。
发电机的单位调节功率与调差系数的关系：
一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：
和不等式约束条件
的前提下，使目标函数
为最优
有功负荷的最优分配的目的在于：在供应同样大小 负荷有功功率n pGi的前提下，单位时间内的能源消耗最少。 这目标函数应该i1 是总耗量。原则上，这总耗量应与所有 变量有关，但通常认为，它只是各发电设备所发有功功 率 的p函Gi数，即目标函数可写作
等式约束条件：有功功率必须保持平衡的条件。 对于每个节点：
第五章 电力系统有功功率的平衡和 频率调整
❖ 第一节 电力系统中有功功率的平衡 ❖ 第二节 电力系统的频率调整
第一节 电力系统中有功功率的平衡
一、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响
系统频率的变化将引起工业用户的电动机转速的变化， 这将影响产品的质量。当频率降低，使电动机有功功率降 低，将影响所有的转动机械的出力。频率的不稳定，将会 影响电子设备的准确性。
原则（1）充分利用水源。 （2）降低火电机组的单位煤耗，发挥高效机组的作用。 （3）尽量降低火力发电成本。 根据上述原则，在夏季丰水期和冬季枯水期各类电厂在
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制 有功与频率
第五章电力系统正常运行方式的调整和控制1o 电力系统？2o 正常运行方式？3o 调整控制什么？4o 为什么要调整控制？5o 怎么调整控制？回顾与问题通讯服务器通讯服务器第五章电力系统正常运行方式的调整和控制第一讲电力系统有功功率和频率的调整控制第二讲电力系统无功功率和电压的调整控制第三讲电力系统运行方式的优化第四讲电力系统潮流控制和高压直流输电第一讲电力系统有功功率和频率的调整控制5.1.1 概述5.1.2 有功功率和频率5.1.3 电力系统频率特性5.1.4 电力系统频率控制5.1.5 有功功率平衡5第一讲电力系统有功功率和频率的调整控制5.1.1 概述（f 、P 调控的必要性）5.1.1 概述（f 、P 调控的必要性）一、电力系统频率控制的必要性A频率对电力用户的影响(1)频率 f 变化，会引起异步电动机转速n变化,使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化,转速不稳定会影响产品质量,甚至会出现次品和废品。
7（2）频率 f 降低，将使电动机的转速和输出功率降低,导致其所带动机械的转速和出力降低,影响电力用户设备的正常运行。
（3）频率 f 波动，会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能,频率过低时有些设备甚至无法工作，这对一些重要工业和国防是不能允许的8B 频率对电力系统的影响（1）频率f 下降时,汽轮机叶片的振动会变大,轻则影响使用寿命,重则可能产生裂纹。
当频率低到45Hz附近时,汽轮机叶片可能发生共振而断裂,造成重大事故。
9（2）频率f 下降到47-48Hz时,火电厂由异步电动机驱动的辅机（如送风机）的出力随之下降,从而使发电机发出的有功功率下降。
这种趋势如果不能及时制止,就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度。
这种现象称为频率雪崩。
----出现频率雪崩会造成大面积停电,甚至使整个系统瓦解。
10（3）在核电厂中,反应堆冷却介质泵对供电频率f 有严格要求。
当频率降到一定数值时,冷却介质泵即自动跳开,使反应堆停止运行。
电力系统的无功功率和电压调整知识讲义PPT(77张)
5－2 电压调整的基本概念
中枢 点调 压模 式
逆调压模式 顺调压模式 恒调压模式
在大负荷时升高电压，小负荷时降低电压的调压方 式。一般采用逆调压方式，在最大负荷时可保持中 枢点电压比线路额定电压高5％，在最小负荷时保 持为线路额定电压。供电线路较长、负荷变动较大 的中枢点往往要求采用这种调压方式。
③ 降低生产率，出废品、次品 ④ 对电力系统，过低：使网络功率损耗加大，危
及稳定运行，过高：绝缘，增加电晕损耗。
为什么U和Q联系起来
因为：△U=(PR+QX)/U X>>R
所以：△U ≈ QX/U 即：Q在网络中的传输对U有决定性的影响。
主要内容
5-1 电力系统的无功功率平衡 5-2 电压调整的基本概念 5-3 发电机调压 5-4 改变变压器变比调压 5-5 利用无功功率补偿调压 5-6 几种调压措施的比较
B 2
(V12
V22 )
三、无功功率电源
发电机
无功 功率 电源
同步调相机 静电电容器 静止无功补偿器
静止无功发生器
发电机 E. N
jXd I N
UN
P
发电机是唯一
无功 的有功功率电
功率
源，又是最基 本的无功功率
D
C
电源 电源
.
EN
.
jXdIN
O
U. N A
B
I. N
Q
同步调相机
无功 功率 电源
功功率可以平衡且有适量的备用；Qres<0：
系统中无功功率不足，应考虑加设无功补
偿装置）
无功 功率 平衡
无功功率电源：QGC＝QG∑＋QG∑ QG∑ ：发电机的无功功率； QC∑ ：无功补偿设备的无功功率。
第五章电力系统的有功功率和频率调整ppt电力系统
负荷备用——热备用 事故备用——至少包括一部份热备用（可含冷备用） 检修备用（通过检查年最大负荷曲线来确定） 国民经济备用 具备了备用容量，才可能谈及备用用量在各发电设备
和发电厂之间的最优分配以及系统的频率调整问题。
第五章电力系统的有功功率和频率调 整ppt电力系统
5.2 电力系统中有功功率的最优分配
第五章电力系统的有功功率和频率调 整ppt电力系统
5.2.1.2 各类发电厂的合理组合
——考虑调节性能与能力的组合顺序
(1)各类发电厂的组合顺序——考虑调节效率/能力
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。
第五章电力系统的有功功率和频率调 整ppt电力系统
5.2.1.1 各类发电厂的运行特点
——水力发电厂的特点
热备用和冷备用、负荷备用（事故备用、检修 备用、国民经济备用）？ l 两类备用容量的关系？
第五章电力系统的有功功率和频率调 整ppt电力系统
5.1 电力系统中有功功率的平衡
l 5.1.1 有功功率负荷的变动和调整控制 （1）有功功率负荷的变动 ——变动类型及其特点 ——综合负荷的分解 （2）有功功率和频率的调整 ——调整方法及其特点 ——任务的分配
调节能力越强。所谓多年调节，指库容足够大，可存储多 年的多余水量，说明其库容调节能力强。
第五章电力系统的有功功率和频率调 整ppt电力系统
5.2.1 各类发电厂的运行特点
——抽 上下方各有一水库。 系统负荷出现低谷时，抽水至上水库储蓄水能 系统负荷出现高峰时，放水至下水库同时发电 抽水蓄能，放水发电循环的总效率只有70%，但由于
和发电厂之间的最优分配以及系统的频率调整问题。
第五章电力系统的有功功率和频率调 整ppt电力系统
5.2 电力系统中有功功率的最优分配
第五章电力系统的有功功率和频率调 整ppt电力系统
5.2.1.2 各类发电厂的合理组合
——考虑调节性能与能力的组合顺序
(1)各类发电厂的组合顺序——考虑调节效率/能力
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。
第五章电力系统的有功功率和频率调 整ppt电力系统
5.2.1.1 各类发电厂的运行特点
——水力发电厂的特点
热备用和冷备用、负荷备用（事故备用、检修 备用、国民经济备用）？ l 两类备用容量的关系？
第五章电力系统的有功功率和频率调 整ppt电力系统
5.1 电力系统中有功功率的平衡
l 5.1.1 有功功率负荷的变动和调整控制 （1）有功功率负荷的变动 ——变动类型及其特点 ——综合负荷的分解 （2）有功功率和频率的调整 ——调整方法及其特点 ——任务的分配
调节能力越强。所谓多年调节，指库容足够大，可存储多 年的多余水量，说明其库容调节能力强。
第五章电力系统的有功功率和频率调 整ppt电力系统
5.2.1 各类发电厂的运行特点
——抽 上下方各有一水库。 系统负荷出现低谷时，抽水至上水库储蓄水能 系统负荷出现高峰时，放水至下水库同时发电 抽水蓄能，放水发电循环的总效率只有70%，但由于
第5章 电力系统的无功功率平衡与电压调整(课堂PPT)
欠励磁运行：它从系统吸取感性无功，起无功负荷作用， 欠励磁运行时的容量为过励磁运行时容量的50％～65％。
同步调相机是旋转机械，运行维护不方便。调相机的投
资费用与其容量有关。
2020/4/27
9
3、静电电容器
并联电容器只能向系统供给感性无功功率。
其单位容量的投资费用较小，运行时有功功率损耗也较 小，约为额定容量的0.3％～0.5％。 当节点电压下降时，它向系统供给的无功功率也将下降。
异步电动机在电力系统无功负 荷中占的比重很大，因此，电 力系统综合负荷的无功电压静 态特性主要取决于异步电动机 的特性。 2020/4/27
图5.5 异步电动机的Q—U关系
12
2、无功损耗
输电线路的无功损耗
Q Q
Q
P2 1
Q2 1
X
B (U 2 U 2 )
l
lX
B
U2
2 L
1
2
1
变压器 P的22U无2Q功22 X损L 耗B2 (U
图5.2.2 用户允许电压偏移值
一般规定节点电压偏移不超过电力网额定电压 5% 。
220KV用户：-10％～＋5％； 10KV及以下电压供电的用户： 7% ； 35KV及以上电压供电的用户：0～10％。
事故状况下，允许在上述数值基础上再增加5％，
但正偏移最大不能超过+10％。
2020/4/27
4
5.1.1 电压偏移对用电设备的影响
➢ 白炽灯：电压变动的敏感性较大。
➢ 异步电动机：电压过低，电流显著增大，绕组温度升高 加速绝缘老化，至可能烧毁电动机。电压超过额定电压 过多，对绝缘不利。
➢电子设备：电压高降低管子寿命，电压偏低，工作点不稳 定，失真严重。
同步调相机是旋转机械，运行维护不方便。调相机的投
资费用与其容量有关。
2020/4/27
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3、静电电容器
并联电容器只能向系统供给感性无功功率。
其单位容量的投资费用较小，运行时有功功率损耗也较 小，约为额定容量的0.3％～0.5％。 当节点电压下降时，它向系统供给的无功功率也将下降。
异步电动机在电力系统无功负 荷中占的比重很大，因此，电 力系统综合负荷的无功电压静 态特性主要取决于异步电动机 的特性。 2020/4/27
图5.5 异步电动机的Q—U关系
12
2、无功损耗
输电线路的无功损耗
Q Q
Q
P2 1
Q2 1
X
B (U 2 U 2 )
l
lX
B
U2
2 L
1
2
1
变压器 P的22U无2Q功22 X损L 耗B2 (U
图5.2.2 用户允许电压偏移值
一般规定节点电压偏移不超过电力网额定电压 5% 。
220KV用户：-10％～＋5％； 10KV及以下电压供电的用户： 7% ； 35KV及以上电压供电的用户：0～10％。
事故状况下，允许在上述数值基础上再增加5％，
但正偏移最大不能超过+10％。
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5.1.1 电压偏移对用电设备的影响
➢ 白炽灯：电压变动的敏感性较大。
➢ 异步电动机：电压过低，电流显著增大，绕组温度升高 加速绝缘老化，至可能烧毁电动机。电压超过额定电压 过多，对绝缘不利。
➢电子设备：电压高降低管子寿命，电压偏低，工作点不稳 定，失真严重。
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。
❖ 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。
第五章 电力系统的频率调整PPT课件
第五章 电力系统的有功功率和 频率调整
1、电力系统的有功功率平衡 2、电力系统中有功功率的最优分配 3、电力系统的频率调整
编辑版pppt
1
概述
• 电力系统是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之 一。如何保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性 问题，是我们考虑的重点问题之一。
• 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。
二、有功功率负荷的变动和调整控制
变化不规律
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） P3（幅度最大，周期最长，由生活、 气象等引起，三次调频）
编辑版pppt
8
▪ 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 负荷变动有很大的偶然性；
为可供调度的系统电源容量。
为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统可供调度的电源 容量必须大于发电负荷。
系统电源容量=系统中可运行机组的可发容量之和
编辑版pppt
11
三、系统有功功率和备用容量 为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统中的发电 设备容量应大于系统负荷，我们把系统电源容量大于 负荷的部分称为备用容量，它是指可用发电出力的后 备补充力量，能够随时调整投入运行。
• 冷备用（和热备用相反理解） – 处于停机待用状态的备用，亦称停机备用。 – 如，检修备用、国民经济备用及部分事故备用。
检修中的发电设备不属冷备用。
热备用越多，越有利于保证电能编质辑量版和pp供pt 电可靠性，但经济性不好。
14
按用途分为：负荷备用，事故备用，检修备用，国民经济备用。
负荷备用—针对一类、二类负荷波动和预测外负 荷设置 （2%~5%）。
1、电力系统的有功功率平衡 2、电力系统中有功功率的最优分配 3、电力系统的频率调整
编辑版pppt
1
概述
• 电力系统是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之 一。如何保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性 问题，是我们考虑的重点问题之一。
• 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。
二、有功功率负荷的变动和调整控制
变化不规律
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） P3（幅度最大，周期最长，由生活、 气象等引起，三次调频）
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8
▪ 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 负荷变动有很大的偶然性；
为可供调度的系统电源容量。
为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统可供调度的电源 容量必须大于发电负荷。
系统电源容量=系统中可运行机组的可发容量之和
编辑版pppt
11
三、系统有功功率和备用容量 为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统中的发电 设备容量应大于系统负荷，我们把系统电源容量大于 负荷的部分称为备用容量，它是指可用发电出力的后 备补充力量，能够随时调整投入运行。
• 冷备用（和热备用相反理解） – 处于停机待用状态的备用，亦称停机备用。 – 如，检修备用、国民经济备用及部分事故备用。
检修中的发电设备不属冷备用。
热备用越多，越有利于保证电能编质辑量版和pp供pt 电可靠性，但经济性不好。
14
按用途分为：负荷备用，事故备用，检修备用，国民经济备用。
负荷备用—针对一类、二类负荷波动和预测外负 荷设置 （2%~5%）。
电力系统分析第05章电力系统有功功率平衡与频率调整
核能发电厂 ¾ 一次性投资大,运行费用小，在运行中也不宜带急剧变动的负荷。退出
10
各类发电厂的运行特点
火电厂：
(1)需支付燃料费用
(2)最小技术出力
(3)可调范围小
(4)热电厂中，热负 荷输出功率是强 迫功率
(5)运行效率与蒸汽 参数有关：高温 高压>中温中压
水电厂：
(1)无需支付燃料费用 (2)受水库容量限制 (3)可调范围大。机组
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。
3
电力系统的有功功率和频率调整
电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分为： 1. 一次调频：针对第一种负荷变动引起的频率变化进
行调整，由发电机调速器进行； 2. 二次调频：针对第二种负荷变动引起的频率偏移进
行调整，由发电机调频器进行； 3. 三次调频：针对第三种负荷变动引起的频率偏移进
行调整，即由调度部门根据负荷曲线进行最优分 配，通常是通过负荷预报得到负荷曲线，按最优化 准则分配负荷，在各发电厂或发电机组间实现有功 负荷的经济分配。
+ ΔP∑
有功网损
n
n
∑ ∑ PGi = PLDj
i =1
j =1
10
各类发电厂的运行特点
火电厂：
(1)需支付燃料费用
(2)最小技术出力
(3)可调范围小
(4)热电厂中，热负 荷输出功率是强 迫功率
(5)运行效率与蒸汽 参数有关：高温 高压>中温中压
水电厂：
(1)无需支付燃料费用 (2)受水库容量限制 (3)可调范围大。机组
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。
3
电力系统的有功功率和频率调整
电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分为： 1. 一次调频：针对第一种负荷变动引起的频率变化进
行调整，由发电机调速器进行； 2. 二次调频：针对第二种负荷变动引起的频率偏移进
行调整，由发电机调频器进行； 3. 三次调频：针对第三种负荷变动引起的频率偏移进
行调整，即由调度部门根据负荷曲线进行最优分 配，通常是通过负荷预报得到负荷曲线，按最优化 准则分配负荷，在各发电厂或发电机组间实现有功 负荷的经济分配。
+ ΔP∑
有功网损
n
n
∑ ∑ PGi = PLDj
i =1
j =1
电力系统分析 第五章 电力系统正常运行方式的调整与控制 ppt
3 滑阀；
4 油动机 5 进汽阀 6 油动机活塞
12
综合误差信号：
Uerr ( Pset P ) KG ( f set f ) G
13
二、 发电机组的有功功率－频率静态特性
机组的频率特性：在自动调速系统作用下， 发电机组输出的有功功率和频率之间的稳 定关系。
P Pset KG ( f set f ) G
17
§5.1电力系统中有功功率和频率的调整和控制
三、 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 。 P P0' PG B' A' A O' B ΔPL0 O PL´ PL
P0
f0' f0
f
18
f fo' fo 0
OA OB BA PL 0 OB BO K G f BA AB K L f PL 0 AO OB BA K G f K L f K S f K G K L f
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§5.1电力系统中有功功率和频率的调整和控
二、 发电机组的有功功率－频率静态特性
2、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。
制
PG MW / Hz KG f PG f N K G* K G f N / PGN PGN f
标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增 加的多寡。
炉启停
调频器 频率的二次调整
电力系统运行状态及PPT课件
现代励磁控制的作用：
不仅控制发电机端电压，还控制发电机的功率因数和电流等参数
（1）稳态运行时
a)保持发电机在运行中的电压恒定； b)同步发电机并列运行时调节无功功率的分配； c)提高输电线路静态稳定极限，扩大稳定范围； d)可以阻尼和抑制低频震荡。
（2）暂态过程中
a)负荷剧烈变化时，调节发电机输出电压； b)系统状态不稳定时，可以强行励磁，提高系统稳定性。
无功电流的变化影响发电机的电压。
为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变 化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。
因此，励磁系统的原有功能：
电压低，励磁电流 电压高，励磁电流
进行阻尼系统振荡
目前，励磁系统已演变成多功 能、多变量的控制器
扩大静态稳定范围
改善暂态特性
24
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二、励磁系统模型
根据同步发电机相量图，推导同步发电机输出电磁 功率方程
Eq' Ut jxd' I
因为：
X
' d
I
cos
Eq'
sin
I
所以：
Pe
Ut I
cos
Eq' U t
X
' d
sin
3
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二、电力系统静态稳定分析
发电机输出的电磁功率方程：
G
Pe
Eq U0 X
sin
X
Pe
功角特性曲线
Pm0
30
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励
磁 机
Uf
F
转子电压 软负反馈
可控硅 输出
移相 触发
综合放大
量测滤波
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不仅控制发电机端电压，还控制发电机的功率因数和电流等参数
（1）稳态运行时
a)保持发电机在运行中的电压恒定； b)同步发电机并列运行时调节无功功率的分配； c)提高输电线路静态稳定极限，扩大稳定范围； d)可以阻尼和抑制低频震荡。
（2）暂态过程中
a)负荷剧烈变化时，调节发电机输出电压； b)系统状态不稳定时，可以强行励磁，提高系统稳定性。
无功电流的变化影响发电机的电压。
为了保持发电机的频率和电压的稳定，必须随负载变 化及时调节发电机的输入功率和励磁电流。
因此，励磁系统的原有功能：
电压低，励磁电流 电压高，励磁电流
进行阻尼系统振荡
目前，励磁系统已演变成多功 能、多变量的控制器
扩大静态稳定范围
改善暂态特性
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二、励磁系统模型
根据同步发电机相量图，推导同步发电机输出电磁 功率方程
Eq' Ut jxd' I
因为：
X
' d
I
cos
Eq'
sin
I
所以：
Pe
Ut I
cos
Eq' U t
X
' d
sin
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二、电力系统静态稳定分析
发电机输出的电磁功率方程：
G
Pe
Eq U0 X
sin
X
Pe
功角特性曲线
Pm0
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励
磁 机
Uf
F
转子电压 软负反馈
可控硅 输出
移相 触发
综合放大
量测滤波
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二．电力系统有功功率的平衡及备用 1.电力系统有功功率的平衡
正常情况下，电力系统中任一瞬间的频率在全系统是 一致的。系统频率决定于机组的转速。而发电机的转速决
定于原动机（如汽轮机）输入机械功率和发电机的输出 电磁功率，而电磁功率应时刻与系统中的有功功率 负荷及其损耗相等的，我们称之为有功功率的平衡。
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四.综合负荷及发电机的有功功率—频率静特性
1.负荷的有功功率－频率静态特性
2
3
P D a 0 P D N a 1 P D N f fN a 2 P D N f fN a 3 P D N f fN
a a a a 1 0123
当频率偏离额定值不大时，负荷
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•调频器的工作原理及调频特性
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有调频器时发电机的有功功率——频率静态特性
频率二次调整：由调频器实现，是无差调节
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五.电力系统频率的调整
1. 频率的一次调整
PG
PL´PO' NhomakorabeaP0'
ΔPL0
PL
P0
O
f0' f0
f
20
频率的一次调整简述 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。
可分为热备用和冷备用或负荷备用、事故备用、检修 备用和国民经济备用等。
系统总备用容量：15%～20%最大发电负荷
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备用容量的分类 按作用分： (1)负荷备用：满足负荷波动、计划外 的负荷增量2%~5% (2)事故备用：发电机因故退出运行而 预留的容量5%~10% (3)检修备用：发电机计划检修4%~5% (4)国民经济备用：满足工农业超计划 增长3%~5%
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。
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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：
1. 一次调频：由发电机调速器进行； 2. 二次调频：由发电机调频器进行； 3. 三次调频：优化准则，即由调度部门根据负
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P G P L P S P
PG : 发电机发出有功功和率之 公式中： PL : 所有负荷的有功功和率之
P: 所有网损的有功功和率之 PG : 所有厂用电的有功之功和率
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系统中有功负荷是随时变化的，导致发电机电磁功 率的变化，这时就需要调节原动机的机械功率，使功率 达到平衡（即频率调整）。但由于调节系统及发电机转 子的惯性，很难跟上发电机电磁功率的瞬时变化，这就 出现 了功率的不平衡。因此系统的频率无法严格维持恒 定。在经过频率振荡后，系统频率能稳定在额定频率附 近。
衡量运行经济性的主要指标为：煤耗量 和线损率
本章重点内容： 电力系统有功和频率的调整 电力系统无功和电压的调整
3
第一节 电力系统的有功功率和频率调整
一．频率变动对用户、系统的影响——调频必要性
对用户的影响
产品质量降低 生产率降低
对发电厂的影响
汽轮机叶片谐振 辅机功能下降
对系统的影响
互联电力系统解列 发电机解列
由此看出，电力系统的有功功率平衡与频率有密切 关系。为了保证频率偏差不超过规定值。系统除了满足负 荷的需要外，还应有一定的备用容量。
7
2.有功功率的电源备用容量
作用：为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源 容量容量应大于最大发电负荷。
定义：备用容量 ＝ 系统可用电源容量 －最大发电负荷
有功功率电源容量：可投入发电设备的可发功率之和。 最大发电负荷：总最大负荷+总网损+总厂用电 系统的备用容量：系统电源容量大于发电负荷的部分。
有功－频率静态特性可用一条近
似直线来表示。（简化表达）
右图反映了负荷的频率调节 效应，表示负荷随频率变化。
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2 发电机的有功功率－频率静态特性
发电机所带负荷变化时，发电机的转速就要 发生变化，频率也随之改变。为了维持系统频率 在一定范围，就需要进行频率的调整。调整系统 的频率主要是由原动机的自动调速系统实现。
调速器 自动调速系统
调频器
以下以机械调速系统——离心飞摆式为例： 15
• 调速器的工作原理及其调频特性
1 为转速测量元件— 离心飞摆及其附件； 2 为放大元件—错油 门(或称配压阀)； 3 为执行机构—油动 机(或称接力器)； 4 为转速控制机构或 称同步器(调频器)
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有调速器时发电机的有功功率——频率静态特性 频率一次调整特性：由调速器实现，是有差调节
第四章 电力系统运行状况的 优化和调整
前面介绍了电力系统稳态运行状况的分析 和计算。本章将阐述稳态运行状况的优化和调 整，即保证正常、稳态运行时的电能质量和经 济性问题。
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整体概况
概况一
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01
概况二
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02
概况三
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03
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。
按其存在形式 分：
(1)热备用
(2)冷备用
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三.有功功率负荷的变动和调整控制
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） P3（幅度最大，周期最长，由生活、 气象等引起，三次调频）
t
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▪ 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 负荷变动有很大的偶然性；
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。 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。 三次调频即是负荷经济调度的内容
为了研究频率的调整，首先要了解： 发电机输出有功功率与频率之间的关系 负荷与频率之间的关系
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问答环节
Q|A 您的问题是？ ——善于提问,勤于思考
结束语
感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极 的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们
课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边