电力系统分析第5章
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电力系统分析第5章
5.4 无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算
当电势 φ d = φ q = 0 时,由于φ d = vq 和 φ q = v d ,定子磁链平衡方程变为定子电势方程
′ ′ v q = E q x d id v d = x q iq
(5-18)
这组用暂态参数表示的电势方程写成交流向量的形式 ′ 为: Vq = Eq jx′ I d d
2,短路后 假设t=0时发生短路, 为维持磁链初值 φ a 0 , φb 0 , φc 0 不变, 在定子三相绕组中将出 现电流,其所产的磁链 φa , φb , φc 必须满足:
第五章 电力系统三相短路的暂态过程
5.3 同步电机突然三相短路的物理分析
φ a = φ a 0 ψ 0 cos(α 0 + ωt ) φ a + φ a = φ a 0 φb + φb = φb 0 φb = φb 0 ψ 0 cos(α 0 + ωt 120 0 ) φ + φ = φ φc = φ c 0 ψ 0 cos(α 0 + ωt + 120 0 ) c c0 c
′
xd = xσa +
′
xσf xad xσf + xad
= xσa + σ f xad
第五章 电力系统三相短路的暂态过程
5.4 无阻尼绕组同步电机三相短路电流计算
′ 这样,我们便得到下列方程: φ d = Eq x′ id d 暂态电势和暂态电抗相应的等值电路如5-10所示.
第五章 电力系统三相短路的暂态过程
第五章 电力系统三相短路的暂态过程
5.5 有阻尼绕组同步电机三相短路 一,突然短路的物理过程
与有阻尼绕组电机相比相同之处: 定子电流分量:基频分量,直流分量,倍频分量 转子电流分量:基频分量,值流分量 不同之处:因为存在阻尼绕组,突然短路时,为保持 磁链不变,阻尼绕组中会感应直流电流.
刘天琪电力系统分析理论第5章答案完整版
5-5、电力系统调压的基本原理是什么？电力系统有哪几种主要调压措施？当电 力系统无功不负时，是否可以只通过改变变压器的变比？为什么？ 答：基本原理： 由于电力系统的结构复杂，用电设备数据极大，电力系统 运行部门对网络中各母线电压及用电设备的端电压进行监视和调整是不可能， 而
且没有必要。然而，选择一些有集中负荷的母线作为电压中枢点，运行人员监视 中枢点电压，将中枢点电压控制在允许的电压偏移范围以内。只要这些中枢点的 电压质量满足要求，系统中其它各处的电压质量也基本上满足要求。 简单一句话概况为：通过对中枢点电压控制实现电网电压调整。 电力系统的电压调整可以采用以下措施： （1）调节发电机的励磁电流以改变发电机的端电压 VG ； （2）通过适当选择变压器的变比 k 进行调压； （3）通过改变电力网络的无功功率 Q 分布进行调压； （4）通过改变输电线路参数 X 进行调压。 在系统无功功率不足的条件下， 不宜采用调整变压器分接头的办法来提高电 压。因为当某一地区的电压由于变压器分接头的改变而升高后，该地区所需的无 功功率也增大了，这就可能进一步扩大系统的无功缺额，从而导致整个系统的电 压水平更加下降。所以从全局来看，当系统无功不足时不宜采用改变变压器变比 进行调压。
ΔVT min =
Pmin R + Qmin X 13 3 × 3 + 10 × 48 4 = 4.72kV V = V1min 110
最大负 负荷时发电 电机电压为 1 11kV，则分 分接头电压为
V1t max =
(120 + 7) ) × 10.5 = 12 21.23kV 11
(110 + 4.7 72) × 10.5 = 120.456kV k 10
最小负 负荷时发电 电机电压为 1 10kV，则分 分接头电压为
《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。
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。
电力系统分析基础习题答案-第五张第六章
电力系统分析部分习题答案(参考) 稳态部分第四章复杂电力系统的潮流计算4-1-3解：（1）不考虑非标准变比时：（因为对称，所以只求上三角元素）所以：（2）当考虑非标准变比时，只有变压器两侧的节点的自导纳和这两个节点之间的互导纳有变化。
第五章电力系统的有功功率和频率调整5-1-2解：解得：均未超出发电厂的出力范围，为最优分配方案。
5-1-3解：（1）由耗量特性得到两台发电机的耗量为增率分别为：当负荷为40MW时两台发电机均按下限发电，各承担20MW负荷，相应微增率为因此负荷增加时机组1首先增加负荷，而机组2仍按下限发电，此时综合耗量微增率取决于发电机1。
负荷增加直到时发电机2才增加负荷。
当时此时当负荷大于55MW时才可以按照等耗量为增率准则最优分配负荷。
当负荷为250MW时两台发电机均满发电，此时即按等耗量为增率分配时发电机2就满发，在增加负荷时只有发电机1增加功率，综合耗量微增率仍表现为发电机1的耗量微增率。
时此时所以时按最优分配，综合特性为：得：（2）当负荷为150时按最优分配，代入综合特性为（3）最优分配时解得：平均分配时节省的燃料费用为：5-2-1解：（a）（b）5-2-2解：因为PG3满载，所以只有PG1和PG2能够参加调频（1）（此时PG1和PG2均未满载）（2）此时PG1已经超载，所以应该以发电机2和负荷的调节特性计算频率。
5-2-5解：所以设联络线的功率为Pab，则有解得：Pab=-230.77MW5-2-8解：第六章电力系统无功功率和电压调整6-2-3 思路见P230 6-36-3-2 注意升压变，符号的变化6-3-3 有一台降压变压器，其归算到高压侧的参数为，低压侧的最大、最小负荷表示于图中，高压侧电压波动范围是106.7～113.3kV，如果负荷允许的电压波动范围是6～6.6kV,是否可以选择变压器的分接头以满足电压水平的要求？若可以，试选择之。
若不能，试说明原因。
解：选择110-2×2.5%的分接头校验：最大负荷时：最小负荷时：求电压偏移：所以不能选出合适的变压器分接头满足调压要求6-3-8三串电容器组成，每串串3个，所以6-3-10：解：（1）选用调相机时：最大负荷时：即：最小负荷时解得：k=10.3312 高压侧电压=k*11=113.64kV 所以选择110+2.5%的抽头 k=10.25计算容量（2）当选用电容器时：依据最小负荷时选取变压器的抽头：k=10.75,所以选择电容器的容量为6-3-13：解：设补偿容量为则通过变压器的功率为：所以：所以6-3-17解：依题意，变电所的低压侧要求常调压。
稳态分析讲义之高等电力系统稳态分析第五章电力系统复杂故障分析
一、复杂故障计算
严格地讲电力系统的短路故障或其他复杂的故 障都伴随着复杂的电磁和机电暂态过程。在整 个故障期间电力系统各部分的电流和电压是随 时间变化比其中不仅包括幅值随时间变化的工 频周期分量，同时还有随时间衰减的非周期分 员以及其他频率的周期分量。所以，完整的短 路电流及复杂故障计算要求解微分方程和代数 方程组。
当xk1=xk2=1时，利用xk3=-1/2和xk3= 3 / 2 ， 构成两个不同的特征向量，就是克拉克 法的变换矩阵。
二、序分量原理
序分量法有如下的结论：
三相对称元件序导纳(阻抗)在所有序分量法 坐标下显然都是相同的，都等于其相导纳 (阻抗)矩阵的特征值。只不过，其称呼将随 序分量称呼的变化而变化。
相分量法能够轻松地处理任意的复杂故障， 程序实现也极其方便。
二、复杂故障计算的方法
不对称网络系统计算
随着电力工业的飞速发展，三相参数不对称 的元件不断出现，电力系统三相参数不对称 的问题越来越突出。由于参数的三相不对称， 元件不能实现在序分量坐标空间解耦，也就 不能形成独立的序网，因而序分量的序网连 接的故障处理方法也就不能继续使用了。
一、系统对称性分析： 轮换矩阵(循环对称矩阵)的特点
由于轮换元件的导纳参数矩阵都是轮换矩阵， 而轮换矩阵之间的四则运算结果仍然是轮换 矩阵，所以与轮换节点相关的自导纳和互导 纳矩阵都是轮换矩阵。
对于任意的轮换矩阵，恒有：
其中
一、系统对称性分析：
三相对称元件
如果各端三相电压之间发生任意交换，各电 压值对应的电流值能够始终不变。则称该元 件具有三相对称性。并称此元件为三相对称 元件。
二、序分量原理
可以求得
由于有重根，其特征向量只有两组，而 重根对应的组有两个自由基：
第5章 电力系统短路故障分析(3)
Ich用途 ：校验电气设备的断流能力或耐受强度 – 短路全电流的有效值：是指以 t 时刻为中心的 一周期内短路全电流瞬时值的均方根值，即
ich 1.05 K ch I zm 1.05 2 K ch I z//
且有： 1≤Kch≤2 工程计算时：
在发电机电压母线短路，取Kch=1.9； 在发电厂高压侧母线或发电机出线电抗器后发 生短路时，Kch=1.85； 在其它地点短路时，Kch=1.8
第五章
电力系统故障分析
5.4 电力系统三相短路实用计算
同步电机三相短路 三相短路电流计算
S d 0.2
3U e I z
建立同步发电机电磁暂态数学模型和参数
同步发电机暂态模型
–在无阻尼绕组的同步发电机中，转子上只有励磁 绕组，与该绕组交链的总磁链在短路瞬间不能突变。 因此可以给出一个与励磁绕组总磁链成正比的 电势Eq′ ，称为 q 轴暂态电势，对应的同步发电机 暂态电抗为 Xd′ –不计同步电机纵轴和横轴参数的不对称，无阻尼 绕组的同步发电机数学模型可以用 暂态电势E′和 暂态电抗Xd′表示为
E2
4
X 3k
4 1.4 2 0.83 3 1.53
4
E3 X3
E1
X 23
6 0.075 5 1.4 1 0.83
E3
k
△\Y
2 0 .8 3
9 0 .4 5
7 0 .4 9 8 0 .4 9
k
X 1k X 2k
E2
1 0 .8 3
4
E3 X 3k
E 2 1.1
E 1 1.25
E 2 1 .1 E 1 1 .2 5
需要确定一个在短路瞬间不发生突变的电势，
用来求取短路瞬间的定子电流周期分量
ich 1.05 K ch I zm 1.05 2 K ch I z//
且有： 1≤Kch≤2 工程计算时：
在发电机电压母线短路，取Kch=1.9； 在发电厂高压侧母线或发电机出线电抗器后发 生短路时，Kch=1.85； 在其它地点短路时，Kch=1.8
第五章
电力系统故障分析
5.4 电力系统三相短路实用计算
同步电机三相短路 三相短路电流计算
S d 0.2
3U e I z
建立同步发电机电磁暂态数学模型和参数
同步发电机暂态模型
–在无阻尼绕组的同步发电机中，转子上只有励磁 绕组，与该绕组交链的总磁链在短路瞬间不能突变。 因此可以给出一个与励磁绕组总磁链成正比的 电势Eq′ ，称为 q 轴暂态电势，对应的同步发电机 暂态电抗为 Xd′ –不计同步电机纵轴和横轴参数的不对称，无阻尼 绕组的同步发电机数学模型可以用 暂态电势E′和 暂态电抗Xd′表示为
E2
4
X 3k
4 1.4 2 0.83 3 1.53
4
E3 X3
E1
X 23
6 0.075 5 1.4 1 0.83
E3
k
△\Y
2 0 .8 3
9 0 .4 5
7 0 .4 9 8 0 .4 9
k
X 1k X 2k
E2
1 0 .8 3
4
E3 X 3k
E 2 1.1
E 1 1.25
E 2 1 .1 E 1 1 .2 5
需要确定一个在短路瞬间不发生突变的电势，
用来求取短路瞬间的定子电流周期分量
电力系统分析第5章 电力系统的无功功率(reactive power)平衡与电压调整(voltage regulation ).
U S％S 2 U N 2 I o % U S %S NT S 2 I o % QT ( ) SN T ( ) S NT 100S NT U 100 100 S NT 100
电力系统分析
5.2.3 无功功率平衡
电力系统的无功平衡表示式为 其中：
QD＋ Q Q GC Q G＋ Q C
例5.1 求图5.6所示简单系统的无功功率平衡。图中所 示负荷为最大负荷值。 线路参数： r0 0.17 km, x0 0.41 km， b0 2.82 106 S km 变压器试验数据： PS 200KW , U s % 10.5, P0 47 KW , I 0 % 2.7
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。
图5.5 异步电动机的Q—U关系
电力系统分析
5.2.2 无功负荷及无功损耗
无功损耗(active loss) 输电线路的无功损耗
P12 Q12 B 2 2 Ql QlX QB X ( U U ) L 1 2 2 U1 2 P22 Q22 B 2 2 X ( U U ) L 1 2 变压器的无功损耗 2 U2 2
这种方法简单、经济，且不需增加额外设备。
电力系统分析
5.4.2改变变压器变比调压
改变变压器的变比就是通过改变绕组间匝数比（ratio of winding ）来实现的，因此，这种调压措施也常叫利 用变压器分接头（tap）调压。
分接头设置在双绕组变压器的高压绕组，三绕组变压 器的高压绕组和中压绕组。 一般与绕组额定电压值对应的分接头为主分接头，其 它分接头为附加分接头。
电力系统稳态分析第5章
K
max 2U 2 R minU 2 min U 2 R maxU 2 2 2 U2 R max 2U 2 R min
(3)
1）由（3）式求变比K、 Ut1=K Ut2 ，选择分接头 2）代入（1）式求调相机容量，并选择与计算所得容量相接近的标准调相 机容量。
5.2.6 线路串联电容补偿改善电压质量
QC U 2 R max X max 2 U2 U 2 R max K K (1)
最小负荷下，调相机吸收额定容量一半的感性无功功率
U 1 QC 2 R min 2 X min 2 U2 U 2 R min K K (2)
联立求解，得变比：
UC
为满足U A 上限的U C
UC
为满足U A 上限的U C
中枢点
U CA
A
不可控
为满足U B下限的U C
C U CB B
0
为满足U B下限的U C
(时) (时)
8
16
24
0
8
16
24
5.2.2 中枢点电压管理（续1）
•
中枢点调压方式：
– 逆调压：高峰负荷时，将中枢点电压调高（限值 105%UN）；低谷负荷时，将中枢点电压调低（限值UN ）。 适合于大型网络、供电线路较长、负荷波动较大的情况。 – 顺调压：高峰负荷时，允许中枢点电压有所降低（限值 102.5%UN）；低谷负荷时，允许中枢点电压有所升高（限 值107.5%UN ）。适合于小型网络、供电线路不长、负荷 波动不大的情况。 – 常调压：在任何负荷下，保持中枢点电压为一基本不变 的值（102%~105% UN ）。适合于中型网络、负荷变动较 小、线路上的电压损耗也较小的情况。
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按事先约定的协议进行。 这时电力系统有功功率控制要对不同区域系统之间联络
线上通过的功率和电量实行控制。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
3、有功功率平衡和备用容量
• 保持频率稳定的前提：有功功率平衡
– 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
三、电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配 1、有功电源 发电厂是目前电力系统唯一的有功功率电源。 （1）火力发电厂：总容量一半以上。
燃油火力发电厂 燃汽火力发电厂 燃烧火力发电厂效率高容量大 低温低压（450℃，35大气压） 中温中压（520℃，100大气压） 高温高压（550℃，180大气压） 超临界机组 (575℃，200以上)
2
Q QN [aq (V / VN ) bq (V / VN ) cq ]
2
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
4、负荷的频率特性
• 负荷吸收的有功功率和无功功率与系统的频率有关。 • 频率特性：负荷有功功率随系统频率变化的特性。
– 电力系统综合负荷由各种各样的负荷组成。这些负荷吸取的有功功 率有的与频率无关，有的与频率的一次方成正比，有的与频率的二 次方成正比，有的与频率的更高次方成正比。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
– 电力系统频率要求 » 正常：49.8～50.2Hz » 频率自动调整装置动作时：误差不超过0.05～ 0.15
» 系统自动低频减载，使系统尽快恢复到49.5Hz
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
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 电力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)
– 电力系统的发电负荷：
电力系统的供电负荷再加上
发电厂厂用电消耗的功率。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
2、负荷曲线 • 日负荷曲线 ：描述一天24小时负荷的变化， 作用：安排日发电计划、确定运行方式。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
•
年最大负荷曲线 ：描述一年内每个月最大有功功率负荷变化。 作用：安排发电设备的检修计划。
负荷特性包括： 动态特性和静态特性；
频率特性和电压特性。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
• •
负荷模型是指在电力系统分析计算中对负荷特性所作的 物理模拟或数学描述。 负荷模型分为： • • 动态模型和静态静态； 频率特性和电压特性。
如：负荷的电压静态特性常用二项式表示：
P PN [a p (V / VN ) bp (V / VN ) c p ]
O
PL1
PL2 PL3
P
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
对于右图，频率一次
调整的结果： 发电机有功功率增加了
f
L1
f1 f2
a b
c
L2 G2 G1
PL2-PL1，负荷调节效应
是负荷少吸收有功功率
为PL3-PL2，系统频率降
低到f2。
O
PL1
PL2 PL3
P
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
由上图可见，总的负荷可分成三个部分：
随机分量
脉冲分量 持续分量
一次调频
一、二次调频
发电计划加二次调频
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
电力系统有功功率调整（频率的三次调整）
负荷的持续分量，调度部门用日负荷曲线来描述。日负 荷曲线示例如下：
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
从日负荷曲线可看到，把负荷分成基荷和峰荷。相应地，
1
负荷的静态频率 ] 特性曲线的斜率 称为负荷的频率 调节效应系数
• 一般， K L* 为1～3
O
f1
f
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
二、频率调整必要性和有功功率平衡
• 1、频率调整必要性
– 用户：对频率敏感
• (1) 电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化,这会 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。 • （2）电力系统频率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。 • （3）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降
调度部门把发电厂分为三类： –带基荷发电厂 –调峰发电厂 –调频发电厂
调度部门按日负荷曲线把发电计划下发到各类发电厂。 计划发电计划与实际负荷不可能完全一致，其差值称为计 划外负荷。 计划外负荷由调频厂承担。
调度部门使用发电计划来解决大部分有功功率平衡问题的。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
G1 L1
c
L2 G2
O
PL1
PL2 PL3
P
电力系统频率的二次调整任务是由调频发电厂 中的发电机组承担的。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
8、电力系统有功功率调整（频率的三次调整）
在频率的三次调整之前，让我们先看看电力系统 负荷的变化情况.
负荷总的变化情况
随机分量
脉冲分量 持续分量
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
• 电力系统主要由发电机、输电网络和负荷组成。 • 如果把输电网络的损耗看成负荷的一部分，则电 力系统是由两个环节组成的闭环系统。 • 发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性 的交点就是电力系统的频率的稳定运行点。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
电力系统的频率特性
当等效发电机运行 在特性G1，综合负 荷特性为L1时，系 统运行在a点，系统 频率为f1。 f f1 f2 a b
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山崩。出现频率雪崩会造成大面积停 电,甚至使整个系统瓦解。 • （3）在核电厂中,反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。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。
• （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。
的范围之内，反之，则将出现较大的频率偏移。
• 备用容量：
– 负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用
– 热备用、冷备用
P
GNi
PL
max
Pmax PR 0
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
4、发电机组和电力系统等效发电机组的 功率频率静态特性
发电机组的功率频率静态特性
f
• •
当系统负荷减少时，频率的一次调整过程与上述相反。 即系统频率升高，发电机有功功率减少，负荷调节效应 使负荷吸取的有功功率相对于原频率下的功率有所增加。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
7、电力系统频率二次调整
当系统负荷变化 较大，频率的一次调整 结果，系统频率过高或 过低时，需要改变发电 机调速系统的设定值， 使系统频率恢复到规定 范围内，称为频率的二 次调整。对于右图，等 效发电机特性变为G2, 系统频率回到f1。 f f1 f2 a b
G1 L1
c
L2 G2
O
PL1
PL2 PL3
P
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
电力系统的频率特性
f
当系统负荷增加，综 合负荷特性为L2时， 如果不改变发电机调 速系统的设定值，等 效发电机特性仍然为 G1, 系统运行在b点， 系统频率为f2。
L1 L2
G2 G1
f1 f2
a
b
c
O
PL1
PL2 PL3
P
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
电力系统的频率特性
f f1 f2 a
b
G1
L1
c
L2
G2
如果当系统负荷增加，综 合负荷特性变为L2时，改 变发电机调速系统的设定 值，等效发电机特性变为 G2, 则系统运行在c点，系 统频率回到f1。
O
PL1
PL2 PL3
P
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
当功率增加到 其额定功率时 ，输出功率不 随频率变化。
f1 f2
1
2
O
PG1
PG2
PG
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
等效发电机组的功率频率静态特性
f f1 f2 1 2
与发电机组的 功率频率静态 特性相似。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
O
PG1
PG2
PG
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
5、电力系统的频率特性
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
一、负荷的有功功率及其频率特性
• 1、电力系统的综合用电负荷：
– – – 系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。 负荷类型： 工业、农业、商业、居民用电。 异步机、同步机、电热装置、整
主要用电设备：
流装置、照明设备等。 – 电力系统的供电负荷： 加上电力网的功率损耗。 电力系统的综合用电负荷
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。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
– 频率变化对电力系统的影响
• （1）频率下降时,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。对于额定频率为50Hz的电力系统,当频率低到45Hz附近 时,某些汽轮机的叶片可能因发生共振而断裂,造成重大事故。 • （2）频率下降到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,从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种
线上通过的功率和电量实行控制。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
3、有功功率平衡和备用容量
• 保持频率稳定的前提：有功功率平衡
– 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
三、电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配 1、有功电源 发电厂是目前电力系统唯一的有功功率电源。 （1）火力发电厂：总容量一半以上。
燃油火力发电厂 燃汽火力发电厂 燃烧火力发电厂效率高容量大 低温低压（450℃，35大气压） 中温中压（520℃，100大气压） 高温高压（550℃，180大气压） 超临界机组 (575℃，200以上)
2
Q QN [aq (V / VN ) bq (V / VN ) cq ]
2
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
4、负荷的频率特性
• 负荷吸收的有功功率和无功功率与系统的频率有关。 • 频率特性：负荷有功功率随系统频率变化的特性。
– 电力系统综合负荷由各种各样的负荷组成。这些负荷吸取的有功功 率有的与频率无关，有的与频率的一次方成正比，有的与频率的二 次方成正比，有的与频率的更高次方成正比。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
– 电力系统频率要求 » 正常：49.8～50.2Hz » 频率自动调整装置动作时：误差不超过0.05～ 0.15
» 系统自动低频减载，使系统尽快恢复到49.5Hz
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
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 电力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)
– 电力系统的发电负荷：
电力系统的供电负荷再加上
发电厂厂用电消耗的功率。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
2、负荷曲线 • 日负荷曲线 ：描述一天24小时负荷的变化， 作用：安排日发电计划、确定运行方式。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
•
年最大负荷曲线 ：描述一年内每个月最大有功功率负荷变化。 作用：安排发电设备的检修计划。
负荷特性包括： 动态特性和静态特性；
频率特性和电压特性。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
• •
负荷模型是指在电力系统分析计算中对负荷特性所作的 物理模拟或数学描述。 负荷模型分为： • • 动态模型和静态静态； 频率特性和电压特性。
如：负荷的电压静态特性常用二项式表示：
P PN [a p (V / VN ) bp (V / VN ) c p ]
O
PL1
PL2 PL3
P
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
对于右图，频率一次
调整的结果： 发电机有功功率增加了
f
L1
f1 f2
a b
c
L2 G2 G1
PL2-PL1，负荷调节效应
是负荷少吸收有功功率
为PL3-PL2，系统频率降
低到f2。
O
PL1
PL2 PL3
P
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
由上图可见，总的负荷可分成三个部分：
随机分量
脉冲分量 持续分量
一次调频
一、二次调频
发电计划加二次调频
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
电力系统有功功率调整（频率的三次调整）
负荷的持续分量，调度部门用日负荷曲线来描述。日负 荷曲线示例如下：
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
从日负荷曲线可看到，把负荷分成基荷和峰荷。相应地，
1
负荷的静态频率 ] 特性曲线的斜率 称为负荷的频率 调节效应系数
• 一般， K L* 为1～3
O
f1
f
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
二、频率调整必要性和有功功率平衡
• 1、频率调整必要性
– 用户：对频率敏感
• (1) 电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化,这会 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。 • （2）电力系统频率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。 • （3）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降
调度部门把发电厂分为三类： –带基荷发电厂 –调峰发电厂 –调频发电厂
调度部门按日负荷曲线把发电计划下发到各类发电厂。 计划发电计划与实际负荷不可能完全一致，其差值称为计 划外负荷。 计划外负荷由调频厂承担。
调度部门使用发电计划来解决大部分有功功率平衡问题的。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
G1 L1
c
L2 G2
O
PL1
PL2 PL3
P
电力系统频率的二次调整任务是由调频发电厂 中的发电机组承担的。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
8、电力系统有功功率调整（频率的三次调整）
在频率的三次调整之前，让我们先看看电力系统 负荷的变化情况.
负荷总的变化情况
随机分量
脉冲分量 持续分量
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
• 电力系统主要由发电机、输电网络和负荷组成。 • 如果把输电网络的损耗看成负荷的一部分，则电 力系统是由两个环节组成的闭环系统。 • 发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性 的交点就是电力系统的频率的稳定运行点。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
电力系统的频率特性
当等效发电机运行 在特性G1，综合负 荷特性为L1时，系 统运行在a点，系统 频率为f1。 f f1 f2 a b
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山崩。出现频率雪崩会造成大面积停 电,甚至使整个系统瓦解。 • （3）在核电厂中,反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。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。
• （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。
的范围之内，反之，则将出现较大的频率偏移。
• 备用容量：
– 负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用
– 热备用、冷备用
P
GNi
PL
max
Pmax PR 0
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
4、发电机组和电力系统等效发电机组的 功率频率静态特性
发电机组的功率频率静态特性
f
• •
当系统负荷减少时，频率的一次调整过程与上述相反。 即系统频率升高，发电机有功功率减少，负荷调节效应 使负荷吸取的有功功率相对于原频率下的功率有所增加。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
7、电力系统频率二次调整
当系统负荷变化 较大，频率的一次调整 结果，系统频率过高或 过低时，需要改变发电 机调速系统的设定值， 使系统频率恢复到规定 范围内，称为频率的二 次调整。对于右图，等 效发电机特性变为G2, 系统频率回到f1。 f f1 f2 a b
G1 L1
c
L2 G2
O
PL1
PL2 PL3
P
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
电力系统的频率特性
f
当系统负荷增加，综 合负荷特性为L2时， 如果不改变发电机调 速系统的设定值，等 效发电机特性仍然为 G1, 系统运行在b点， 系统频率为f2。
L1 L2
G2 G1
f1 f2
a
b
c
O
PL1
PL2 PL3
P
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
电力系统的频率特性
f f1 f2 a
b
G1
L1
c
L2
G2
如果当系统负荷增加，综 合负荷特性变为L2时，改 变发电机调速系统的设定 值，等效发电机特性变为 G2, 则系统运行在c点，系 统频率回到f1。
O
PL1
PL2 PL3
P
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
当功率增加到 其额定功率时 ，输出功率不 随频率变化。
f1 f2
1
2
O
PG1
PG2
PG
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
等效发电机组的功率频率静态特性
f f1 f2 1 2
与发电机组的 功率频率静态 特性相似。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
O
PG1
PG2
PG
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
5、电力系统的频率特性
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
一、负荷的有功功率及其频率特性
• 1、电力系统的综合用电负荷：
– – – 系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。 负荷类型： 工业、农业、商业、居民用电。 异步机、同步机、电热装置、整
主要用电设备：
流装置、照明设备等。 – 电力系统的供电负荷： 加上电力网的功率损耗。 电力系统的综合用电负荷
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。
第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制
– 频率变化对电力系统的影响
• （1）频率下降时,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。对于额定频率为50Hz的电力系统,当频率低到45Hz附近 时,某些汽轮机的叶片可能因发生共振而断裂,造成重大事故。 • （2）频率下降到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,从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种