电力技术与应用
Ｅｂｍｔｒｉｃ Ｄｏｗｅｒ ｔｅｃｈｎｏｈ ｇｙ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
电力系统有功功率和频率调整
林峰
（长安大学电子与控制工程学院陕西西安７１ ００６４）
［摘要】电能是现代社会中最重要，最方便的能源。电能可以方便的转化为各种形式的能源，易于实现输送和分配，应用方式灵活。
因此，被广泛地应用于工农业，交通运输业以及人民的日常生活中。为保证良好的电能质量，电力系统运行时，必须将系统的频
率和电压进行控制，调整在允许的便宜范围之内。本文将对频率的调整进项详细的介绍
［关键词］电力系统有功功率频率调整无功功率电压调整
［中图分类号］ＴＭ７３［文献标识码】Ｂ【文章编号】１ ００２—２５６２（２０１ ４）一６—６８～２
０引言 电力系统是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。
衡量电能质量的主要指标有频率、电压和波形。电力系统运行
中频率发生变动时，对用户、发电厂和电力系统本身都会产生
不同程度的影响。如何保证正常、稳态运行时的电能质量和经
济ｌ生问题，是我们考虑的重点问题之一。
１频率调整的重要性
（１）影响用户产品的质量；
（２）影响电子设备的准确性；
（３）对电力系统运行的不良影响；
①对发电机叶片的不良影响，振动；
②ｆ ，降低给水泵、循环水泵、风机等的出力和效率（辅
助效率和内能）；
③ｆ ，异步电动机和变压器的励磁电流ｆ，Ｑ Ｔ，为Ｑ平
衡和电压调整增加困难；
④互联系统解列；
⑤发电机解列；
２电力系统中有功功率的平衡
系统的频率与有功功率的平衡密切相关。当系统不能保持
有有功功率的平衡时，系统的频率将发生变化，为了维持系统
频率的正常，使频率偏移不超过波动范围，就必须使系统有功
功率保持平衡。
由图可见，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；
（２）第二种变动幅度较大，周期也较长，属于这种负荷的主
第五章 电力系统有功功率和频率调整
第一节 电力系统中有功功率的平衡
一、有功功率负荷的变动和调整控制
LLGPPP
如图5－1中所示，负荷可以分为三种。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。第二种变动幅度较大，周期也较长，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。第三种变动幅度最大，周期也最长，这一种是因为生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。第三种负荷基本上可以预计。
据此，电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分为一次、二次、三次调整三种。一次调整或频率的一次调整指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。二次调整或频率的二次调整指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。三次调整实际上就是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负荷曲线发电。
二、有功功率电源和备用容量
装机容量——所有发电设备容量总和。
电源容量——可投入使用的容量之和。
备用容量——系统电源容量减去最大发电负荷（包括网损、负荷、厂用电等）。
系统备用容量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。 所谓热备用运转中的发电设备可能发的最大功率与系统发电负荷之差。冷备用则指未运转的发电设备可能发的最大功率。
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。
事故备用是使电力用户在发电设备发生偶然性事故时不受严重影响，维持系统正常供电所需的备用。
检修备用是使系统中的发电设备能定期检修而设置的备用。
电力工业是线性工业，除满足当前负荷的需要设置上述备用外，还应计及负荷超计划增长而设置一定的备用。这种备用就称国民经济备用。
具备了备用容量，才可能谈论它们在系统中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。
第二节 电力系统中有功功率的最优分配
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。
第五章 思考题及习题答案
5-1 什么是电力系统的有功功率备用容量？为什么要设置备用容量？
答：系统的电源容量超出发电厂发出的有功功率的总和的部分，称为系统的备用容量。
系统设置有功功率备用容量为了满足频率调整的需要，以保证在发电、供电设备发生故障或检
修时，以及系统负荷增加时，系统仍有足够的发电容量向用户供电，保证电力系统在额定频率下达
到有功平衡。
5-2 电力系统频率偏移过大的影响有哪些？
答：频率偏移过大时，主要有以下影响：
（1）电动机的转速和输出功率随之变化，会严重地影响产品的质量。
（2）会影响各种电子设备工作的精确性。
（3）对电力系统的正常运行影响很大。对汽轮发电机叶片都有不良影响；电厂用的许多机械如
水泵、风机等在频率降低时都要减小出力，因而影响发电设备的正常运行，使整个发电厂的有功出
力减小，从而导致系统频率的进一步下降；频率降低时，异步电动机和变压器的励磁电流增大，为
了不超越温升限额，不得不降低发电机的发出功率；频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大，
无功功率损耗增加，这些都会给电力系统无功平衡和电压调整增加困难。
总之，由于所有设备都是按系统额定频率设计的，系统频率质量的下降将影响各行各业。而频
率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电。
5-3 什么是电力系统负荷的有功功率—静态频率特性？何为有功功率负荷的频率调节效应？
的大小与哪些因素有关？
LK
答：系统处于运行稳定时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的有功功率—静态频率
特性。
当系统有功平衡破坏而引起频率变化时，系统负荷也参与对频率的调节（当频率变化时，系统
中的有功功率负荷也将发生变化），这种特性有助于系统中的有功功率在新的频率下重新达到平衡，
这种现象称为负荷的频率调节效应。
LK
的数值取决于全电力系统各类负荷的比重。
5-4 什么是电力系统发电机组的有功功率—静态频率特性？何为发电机组的单位调节功率？
的大小与哪些因素有关？
