有功平衡与频率调整
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电力系统有功功率和频率调整
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。
电分第13章_电力系统的有功功率平衡和频率调整
（2）求负荷增加5%时的系统稳态频率；
K G*
f KG N PG N
K
i 1
n
Gi* GiN
P
f
PD 0* 0.05 fN 50 0.196Hz K* 12.742
PGN
（3）若允许频率降低0.2Hz，系统能够承受
的负荷增量
kr P K* kr KG* KD* GN P DN
KG* 0.5 0 0.25 0 0.25 25 6.25
kr 1 1.026 0.5 0.25 0.25 (1 0.1)
K* 1.026 6.25 1.5 7.912
P
（3）若允许频率降低0.2Hz，
系统能够承受的负荷增量；
PGN kr PDN PG1 1.0 PDN
PD0* K*f* 12.742 0.2 / 50 5.097%
电力系统的有功功率平衡和频率调整—电力系统的频率调整
频率的一次调整—Ex13-3 某电力系统中，一半机组的容 量已经完全利用，其余25%为 火电厂，无备用容量，单位调 节功率为16.6；25%为水电厂， 有10%备用容量，单位调节功 率为25；系统有功负荷的频率 （1）求系统单位调节功率
(i 1, 2,..., n)
f KG N PG N
P
PG PGi KGi f KG f KG*
单台等值机组和系统负荷的一次调频
KGi* PGiN G*
i 1
n
PGN
PGN
P
i 1
n
GiN
i*
( f ) PD PD
1.026PDN
0.03165PDN
K G*
f KG N PG N
K
i 1
n
Gi* GiN
P
f
PD 0* 0.05 fN 50 0.196Hz K* 12.742
PGN
（3）若允许频率降低0.2Hz，系统能够承受
的负荷增量
kr P K* kr KG* KD* GN P DN
KG* 0.5 0 0.25 0 0.25 25 6.25
kr 1 1.026 0.5 0.25 0.25 (1 0.1)
K* 1.026 6.25 1.5 7.912
P
（3）若允许频率降低0.2Hz，
系统能够承受的负荷增量；
PGN kr PDN PG1 1.0 PDN
PD0* K*f* 12.742 0.2 / 50 5.097%
电力系统的有功功率平衡和频率调整—电力系统的频率调整
频率的一次调整—Ex13-3 某电力系统中，一半机组的容 量已经完全利用，其余25%为 火电厂，无备用容量，单位调 节功率为16.6；25%为水电厂， 有10%备用容量，单位调节功 率为25；系统有功负荷的频率 （1）求系统单位调节功率
(i 1, 2,..., n)
f KG N PG N
P
PG PGi KGi f KG f KG*
单台等值机组和系统负荷的一次调频
KGi* PGiN G*
i 1
n
PGN
PGN
P
i 1
n
GiN
i*
( f ) PD PD
1.026PDN
0.03165PDN
电力系统有有功功率平衡和频率调整
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。
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：由调度部门根据负荷曲线进行最 优分配。
电力系统最优运行：是电力系统分析的一个重 要分支，它所研究的问题主要是在保证用户用 电需求（负荷）的前提下，如何优化地调度系 统中各发电机组或发电厂的运行工况，从而使 系统发电所需的总费用或所消耗的总燃料耗量 达到最小这样决策问题。
有功功率负荷合理分配的目标
在满足一定约束条件的前提下，尽可能节约 消耗的能源。
PG PL PD PS Pc
系统的备用容量：系统电源容量大于发电 负荷的部分，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。
负荷备用：为满足系统中短时的负荷波动和一 天中计划外的负荷增加而留有的备用容量。一 般为系统最大负荷的2％～5％
不等约束条件：为系统的运行限制各节点发电设备有功功 率 PG,无i 功功率 和QGi电压大小不能超过限额。
PGimin PGi PGimax QGimin QGi QGimax Ui min Ui Ui max
3) 最优分配负荷时的等耗量微增率准则
一般用拉格朗日乘数法。
现用两个发电厂之间的经济调度来说明问题，略 去网络损耗。
第一节 电力系统中的有功功率的平衡
一、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响
频率变化 电动机转速的变化 产品质量 电动机停转
电厂的给水泵停运，锅炉停炉等等
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：由调度部门根据负荷曲线进行最 优分配。
电力系统最优运行：是电力系统分析的一个重 要分支，它所研究的问题主要是在保证用户用 电需求（负荷）的前提下，如何优化地调度系 统中各发电机组或发电厂的运行工况，从而使 系统发电所需的总费用或所消耗的总燃料耗量 达到最小这样决策问题。
有功功率负荷合理分配的目标
在满足一定约束条件的前提下，尽可能节约 消耗的能源。
PG PL PD PS Pc
系统的备用容量：系统电源容量大于发电 负荷的部分，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。
负荷备用：为满足系统中短时的负荷波动和一 天中计划外的负荷增加而留有的备用容量。一 般为系统最大负荷的2％～5％
不等约束条件：为系统的运行限制各节点发电设备有功功 率 PG,无i 功功率 和QGi电压大小不能超过限额。
PGimin PGi PGimax QGimin QGi QGimax Ui min Ui Ui max
3) 最优分配负荷时的等耗量微增率准则
一般用拉格朗日乘数法。
现用两个发电厂之间的经济调度来说明问题，略 去网络损耗。
第一节 电力系统中的有功功率的平衡
一、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响
频率变化 电动机转速的变化 产品质量 电动机停转
电厂的给水泵停运，锅炉停炉等等
电力系统的有功功率平衡最优分配和频率调节课堂PPT
其具有很强的消峰填谷的作用，可以使火电厂的负荷 比较平稳，因此，当系统的有功调节能力不足，或者 存在核电厂时，应该考虑建设抽水蓄能水电厂。
26
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 考虑网络与调频要求的组合 组合顺序示意图 各类发电厂的日负荷曲线
27
5.2.1.2 各类发电厂的合理组合
为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统电源容量必 须大于发电负荷。 备用容量：可供调度的系统电源容量大于发电负荷的部 分。 热备用(旋转备用)：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：未运转的发电设备可能发的最大功率。检修中 的发电设备不属冷备用。发电设备从“冷状态”至投入 系统发出额定功率所需时间几分钟（水电常）或十余小 时（火电厂）。热备用越多，越有利于保证电能质量和 供电可靠性，但经济性不好。
水电厂按其有无调节水库、调节水库的大小或其功能分 为无调节、日调节、季调节、年调节、多年调节和抽水
24 蓄能等几类
5.2.1 各类发电厂的运行特点
——无调节和有调节水电厂的分类特点
无调节水库的水电厂：——径流式水电厂 ✓ 发出的功率取决于河流的天然流量。一昼夜间水量和机组
发出功率基本不变。 有调节水库的水电厂： ✓ 运行方式取决于水库调度所给定的水电厂耗水量。 ✓ 洪水季节，满负荷运行。——来水多，避免弃水。 ✓ 枯水季节，承担急剧变动负荷。——来水少，可储存 ✓ 根据水库容量分为：日、年、多年等调节方式，库容越大，
基本内容
有功平衡与频率变化的关系（补充） 本章主要内容及其关系 5.1 电力系统中有功功率的平衡 5.2 电力系统中有功功率的最优分配 5.3 电力系统的频率调整
1
有功平衡与频率变化的关系
26
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 考虑网络与调频要求的组合 组合顺序示意图 各类发电厂的日负荷曲线
27
5.2.1.2 各类发电厂的合理组合
为了保证可靠供电和良好的电能质量，系统电源容量必 须大于发电负荷。 备用容量：可供调度的系统电源容量大于发电负荷的部 分。 热备用(旋转备用)：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：未运转的发电设备可能发的最大功率。检修中 的发电设备不属冷备用。发电设备从“冷状态”至投入 系统发出额定功率所需时间几分钟（水电常）或十余小 时（火电厂）。热备用越多，越有利于保证电能质量和 供电可靠性，但经济性不好。
水电厂按其有无调节水库、调节水库的大小或其功能分 为无调节、日调节、季调节、年调节、多年调节和抽水
24 蓄能等几类
5.2.1 各类发电厂的运行特点
——无调节和有调节水电厂的分类特点
无调节水库的水电厂：——径流式水电厂 ✓ 发出的功率取决于河流的天然流量。一昼夜间水量和机组
发出功率基本不变。 有调节水库的水电厂： ✓ 运行方式取决于水库调度所给定的水电厂耗水量。 ✓ 洪水季节，满负荷运行。——来水多，避免弃水。 ✓ 枯水季节，承担急剧变动负荷。——来水少，可储存 ✓ 根据水库容量分为：日、年、多年等调节方式，库容越大，
基本内容
有功平衡与频率变化的关系（补充） 本章主要内容及其关系 5.1 电力系统中有功功率的平衡 5.2 电力系统中有功功率的最优分配 5.3 电力系统的频率调整
1
有功平衡与频率变化的关系
第四章有功平衡和调频
又PLD 0 1 f 2 f2 3 f3
0.3 0.4 0.96 0.1 0.962 0.2 0.963 0.953
原来为PLDN ， 即原负荷水平为
PLD 1 0.953 0.047
PLD % 4.7
PLDN 1.0 PLDN
---- 无功功率的最优分布(CH6)
一. 频率偏移的原因 1. 系统正常负荷的变动； 2. 系统出现故障：破坏了发电机转子上的 一对平衡力矩。 二. 频率偏移的影响 1. 对用户的影响 ①f 异步电动机出力 所带机械装置 出力 生产效率 ②f 异步电动机转速 所带机械装置 转速 产品质量 ③ f 不稳定 电子仪器、装置和电力计时器 准确性
b) 负荷突然增大 PD 0 ，
P1
a
则负荷曲线 PL ( f ) PL ( f ) 实际负荷变为c点对应的 PLD。 f1 f c) 动态过程：瞬间时刻，f1 未变， 发电机电磁功率 为 PLD， 但原动机机械功率 PT 未变（来不及）， 发电机输入输出之间出现了功率缺额：PT PLD 0
第4章 电力系统的有功功率平衡 与频率调整
§4-4 电力系统的频率调整
一. 频率的一次调整
P 将负荷和发电机的功频特性 综合，得到系统的功频特性。
PG ( f )
c
PL ( f )
a) 初始运行点：a点， 各种功率全部平衡：
PT PG PLD P1
PLD
PL ( f )
PD 0
f1
f
发电机 负荷
ac ad dc
K S K G K LD PD 0 f
PD0 PG PLD KG f K LDf ( KG K LD )f
0.3 0.4 0.96 0.1 0.962 0.2 0.963 0.953
原来为PLDN ， 即原负荷水平为
PLD 1 0.953 0.047
PLD % 4.7
PLDN 1.0 PLDN
---- 无功功率的最优分布(CH6)
一. 频率偏移的原因 1. 系统正常负荷的变动； 2. 系统出现故障：破坏了发电机转子上的 一对平衡力矩。 二. 频率偏移的影响 1. 对用户的影响 ①f 异步电动机出力 所带机械装置 出力 生产效率 ②f 异步电动机转速 所带机械装置 转速 产品质量 ③ f 不稳定 电子仪器、装置和电力计时器 准确性
b) 负荷突然增大 PD 0 ，
P1
a
则负荷曲线 PL ( f ) PL ( f ) 实际负荷变为c点对应的 PLD。 f1 f c) 动态过程：瞬间时刻，f1 未变， 发电机电磁功率 为 PLD， 但原动机机械功率 PT 未变（来不及）， 发电机输入输出之间出现了功率缺额：PT PLD 0
第4章 电力系统的有功功率平衡 与频率调整
§4-4 电力系统的频率调整
一. 频率的一次调整
P 将负荷和发电机的功频特性 综合，得到系统的功频特性。
PG ( f )
c
PL ( f )
a) 初始运行点：a点， 各种功率全部平衡：
PT PG PLD P1
PLD
PL ( f )
PD 0
f1
f
发电机 负荷
ac ad dc
K S K G K LD PD 0 f
PD0 PG PLD KG f K LDf ( KG K LD )f
第十三章-电力系统的有功功率平衡和频率调整
编辑版pppt
5
P
第一种
第二种
第三种
t
编辑版pppt
6
§13-2 电力系统的频率特性
一 系统负荷的有功功率－频率静态特性
有功负荷随频率的变化特性称为负 荷的频率特性，稳态下称静态频率特性。
编辑版pppt
7
综合负荷与频率的关系：
2
3
P D a 0P D N a 1 P DfN fN a 2P D N ffN a 3P D N ffN
12
1. 调速系统的工作原理 2. (离心式机械液压调速系统)
编辑版pppt
13
编辑版pppt
14
摆转速变慢，弹簧拉紧，B点下降到B点(A
点不动)，o下降到 o E
E
动F
F
通，油动机活塞上移，进汽(水)阀门开大，
发电机转速增加，A
A o o点，
由于A
A
B
B点，
B
来的值。
这就是频率的一次调整，为有差调节， 频率不能回到原来的值。
编辑版pppt
15
为使转速仍能维持原来转速，在外 界信号的作用下，同步器动作，令D点上 移，这时由于E点不动，使得F点下降， 错油门打开，油动机动作，再次抬高活 塞，开大进汽门，可使转速回到初始值。 这就是频率的二次调整。
编辑版pppt
16
2. 发电机组的有功功率－频率静态特性
由以上分析可见，PD↑， P↑G，f↓低于 初始值，反之 ↓P，D ↓，PG f↑高于初始值。
i
i
所以 n 台机组的等值单位调节功率为
KG
i
KGi
i
KGi*
PGiN fN
KG*
电力系统的有功功率平衡和频率调整
PG ( f )
发电机两者的调节效应.考虑一台 P2 ΔPD0 ΔPD
发电机和一个负荷的情况.
ΔPG P1
P’D ( f ) PD ( f )
假定系统的负荷增加ΔPD0
负荷的实际增量：
PGPD0PD
o
f2 f1
f
< 负荷的实际增量应与发电机组的功率输出的增量相等 >
13.2 电力系统的频率特性
三.电力系统的 P–f 静态特性
13-3 电力系统的频率调整
系统调频
➢负荷变化时通常首先由主调频电厂进行 二次调频力图恢复系统频率. ➢若仍有功率缺额则由配置了调速器的机 组进行一次调频.
13.3 电力系统的频率调整
1. 频率的一次调整
发电机组的调速器,根据系统频率的偏移,改变机组的出力,使有 功功率重新达到平衡,这就是频率的一次调整.
13.3 电力系统的频率调整
5. 互联系统的频率调整
二 功负次 率荷调 增增频 量量
频率调整可能引起网络潮流的重新分布
A
B
PDAPABPGAKAf PDBPABPGBKBf
ΔPDA ΔPGA
KA
ΔPAB
ΔPDB ΔPGB
KB
f P D A P D B P G A P G B P D P G= 0, 则: △f = 0
说的频率调整
同步器平行移动发电机 的功频静特性来调节频率和 分配机组间的有功功率
P3 ΔPD0
P2
P1
o
PG ( f ) ΔPD ΔPG
P’D ( f ) PD ( f )
f2 f1
f
13.3 电力系统的频率调整
3. 发电机的分类
有可调容量的机组均参加频率的一次调整 只有一台或少数几个机组参加频率的二次调整 主调频机组：参与二次调频的机组,条件：有足够大的调频容量和 调节范围,出力调整速度应满足系统负荷变化速度的要求等. 辅助调频机组：只有在系统频率超过某一规定的偏移范围时才参 与频率调整 非调频机组：按调度中心预先给定的负荷曲线运行,不参与频率的 二次调整
【学习】第13章_电力系统的有功功率平衡及频率调整
n
n台机组的等值
P G P G i K G ifK G f
i1
i1
单位调节功率
标么值形式：
n
n
KG KGi KG*i
i1
i1
PGiN fN
n
KG* KG*iPGiN/PGN i1
*1/KG*PGN/ n PGiN
i1 i*
结论： 1.若某台机组已经没有调节容量，则取i*=, KGi＝0； 2.调差系数越小的机组增加的有功出力(相对于本身的额定值 )就越多； 3.系统的单位调节功愈大，频率就愈稳定。
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
按最优化原则在各发电厂 进行分配的负荷分量
13.2 电力系统的频率特性
一、系统负荷的有功功率－频率静态特性 系统处于稳态运行时，系统中有功负荷随频率的变化特性。 1.负荷的分类： 与频率无关：照明、电炉、整流； 与频率一次方成正比：球磨机、切削机床，卷扬机； 与频率二次方成正比：铁损(涡流)； 与频率三次方成正比：通风机、静水头阻力不大的循环水泵； 与频率四次方成正比：阻力很大的水泵； 注：主要成份为前二种，在额定值附近为一直线。 2.负荷功率与频率的关系：
A
频率为f2。这种由发电机特性和
PD F
负荷调节效应共同承担系统负荷
变化使系统运行在另一频率的频 0 率调整称为频率的一次调整。
f2 f1
f
频率一次调整的结果：
发电机有功功率增加了P2-P1，负荷调节效应使负荷少吸收有 功功率为P3-P2，系统频率降低到f2。
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系统中有备用容量时，可考虑有功功率的最优分配问题，包
括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配。
有功电源的最优组合：系统中发电设备和发电厂的合理组合。 有功负荷的最优分配：系统中的有功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。
27
一、 各类发电厂的运行特点
1 火电厂
（1）燃料及运输费用 （2）有功出力最小限制
1.负荷的有功功率－频率静态特性
f f f PD a0 PDN a1 PDN a 2 PDN a 3 PDN f f f N N N
2
3
a 0 a1 a 2 a 3 1
若2为额定运行点，1为空载
f N f0 PGN
f N f0 f0 f N fN fN f fN (% ) 0 100 fN
12
单位调节功率:调差系数的倒数，表示频率变化时 发电机组输出功率的变化量。
PG KG f
1
K G
以f N 和PDN 为基准值 的标幺值表达式
PD a0 a1 f a 2 f a 3 f
2 3
8
负荷的有功功率－频率静态特性简化表达
当频率偏离额定值不大时，负荷有功－频率静态特性用一 条近似直线来表示。
PD K D tg f
PD / PDN PD K D f / f N f
f
结论：
PD0 PG
K
（1）由于二次调频增加了发电机的出力，在同样的频率
偏移下，系统能承受的负荷变化量增加了。 （2）可以做到无差调节。
23
多台机组并列运行（三台机组，1号机组为主调频机组）
PD 0 P1 P2 P3 PD ( K G 1 K G 2 K G 3 ) f K D f ( K G K D ) f
PGN PD 0 PDN PD 0 K D PDN f f N f
K * k r K G K D
PD 0 f
系统的单位调节功率 kr=PGN/PDN为备用系数 小结：系统中有功功率电源的出力不仅应满足在额定频 率下系统对有功功率的需求，而且应有一定的备用。
i 1 i 1 n n
PGiN fN
n台机组的等值 单位调节功率
结论：n台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的
单位调节功率。
17
一、频率的一次调整
把n台机组用一台等值机代表，等值单位调节功率标幺值
K G K Gi K Gi
i 1 i 1
n
n
PGiN fN
代入
K G K G
使
f(x、u、d)=0 g(x、u、d)≤0
F=F(x、u、d) 最优
目标函数
35
1 目标函数
系统单位时间内消耗的燃料（火电机组）
F F1 ( PG 1 ) F2 ( PG 2 ) Fn ( PGn ) Fi ( PGi )
i 1
n
该目标函数是各发电设备发出有功功率的函数， 描述的是单位时间内能源的消耗量。
调频机组未动作时
PD 0 PG1 ( K G K D )f
调频机组动作后
例4－4 例4－5
24
5.3.3
互联系统的频率调整
PDA PGA KA
PDA PAB PGA K A f A
PAB
PDA PGA KA
PDB PAB PGB K B f B
•调频厂：负有二次调频任务的电厂，分为主调频厂和辅助
调频厂。 •调频厂应满足的条件： 1）足够的调整容量 2）较快的调整速度
3）调整范围内的经济性较好
20
调整容量: 水电厂>火电厂 中温中压电厂（75％）>高温高压电厂（30％） 调整速度： 水电厂>火电厂 调频厂选择： 首选：水电厂 其次：中温中压电厂
21
2.频率二次调整的过程
f
PD ( f )
PD ( f )
f1 f2
A
f 2
E
F
B
C
PG ( f )
B
PD 0
PG ( f )
0
p
22
频率的二次调整
PD0 PG K G f K D f
AE EF FC
PD0 PG ( K G K D )f Kf
6
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%
按其存在形式分：
(1)热备用
(2)冷备用
7
5.2 电力系统的频率特性
2
5.1 有功功率和频率调整
2 频率与有功平衡的关系
• 转矩平衡与功率平衡
MT M E PT PE
• 转矩不平衡时,转子转 速变化,引起频率变化
pn f 60
• 保持频率恒定不变是十分困难的 !
3
5.1 有功功率和频率调整
3 变有 化功 及功 其率 调负 整荷 的
4
系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动 负荷组成：
f
PGiN PGi K Gi f f i i f N 1
每台机组的功 率增量
PGi
PGiN
f i
小结：调差系数越小的机组 增加的有功输出相对越多。
频 率 的 一 次 调 整 的 计 算 过 程
19
例4－2 例4－3
二、频率的二次调整
•频率的二次调整：通过操作调频器，使发电机组的频率特 性平行的移动，从而使负荷变化引起的频率偏移在允许的波 动范围内。 1.主调频厂的选择
第五章 电力系统有功功率与频率的调整
1
5.1 有功平衡和频率调整
1.电力系统频率变化的影响 • 对用户的影响 （1）异步电机转速：纺织工业、造纸工业 （2）异步电机功率下降 （3）电子设备的准确度 • 对发电厂和电力系统的影响 （1）对发电厂厂用机械设备运行的影响 （2）对汽轮机叶片的影响 （3）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无 功消耗。
耗量微增率：耗量特性曲线上某
点切线的斜率，表示在该点的输 入增量与输出增量之比。
dF / dP
效率曲线和微增率曲线
34
二、目标函数和约束条件
有功负荷最优分配的目的：在满足对一定量负荷持续供电的
前提下，使发电设备在生产电能的过程中单位时间内所消耗 的能源最少。 满足条件：
等式约束 不等式约束
（1）变动周期小于10s，变化幅度小:小操作、线路摇摆等
调速器 频率的一次调整
（2）变动周期在（10s，180s），变化幅度较大：大电机、电
炉启停
调频器 频率的二次调整
（3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律
根据预测负 荷，在各机 组间进行最 优负荷分配 电力系统的经济运行调度（发电计划）
29
一、 各类发电厂的运行特点
3 核电厂
（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。
30
二、各类发电厂的合理组合
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。
10
•调频器的工作原理
11
•发电机组的有功功率－频率静态特性
（1）静态调差系数:某台机组负荷改变时相应的频率偏移
f 2 f1 f P2 P1 P
运行点： P2 PGN P1 0
f2 f N f1 f 0
f / f N f P / PGN P
PG K G f
PD ( f )
f f1 f2 A B
PG
PD 0
PD ( f )
C
PD
PD K D f
负荷功率的实际增量：
PD0 PD PD0 K D f
它同发电机功率增量平衡：
P1 P2
P
PD0 PD PG
PD0 PG PD ( K G K D )f Kf
PDA PGA PDB PGB KA KB
B系统不参 加二次调整
PAB 0
PAB K A PDB K B ( PDA PGA ) KA KB PDB K B ( PD PGA ) KA KB
26
例4－6
例4－7
5.4 各类发电厂的合理组合
f
( PDA PDB ) ( PGA PGB ) P PG D KA KB K
PAB
K A ( PDB PGB ) K B ( PDA PGA ) KA KB
25
联络线功率
PAB K A ( PDB PGB ) K B ( PDA PGA ) KA KB
n
PGN fN
1 K G
i 1
PGN n P GiN
i
KG
i 1
KGiPGiN
P GN
PGN PGiN
i 1
18
n
K G K Gi K Gi
i 1 i 1
n
n
PGiN fN
K KG K D
PD 0 f
求出频率偏差Leabharlann 362 约束条件 等式约束
括有功电源的最优组合及有功负荷的最优分配。
有功电源的最优组合：系统中发电设备和发电厂的合理组合。 有功负荷的最优分配：系统中的有功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。
27
一、 各类发电厂的运行特点
1 火电厂
（1）燃料及运输费用 （2）有功出力最小限制
1.负荷的有功功率－频率静态特性
f f f PD a0 PDN a1 PDN a 2 PDN a 3 PDN f f f N N N
2
3
a 0 a1 a 2 a 3 1
若2为额定运行点，1为空载
f N f0 PGN
f N f0 f0 f N fN fN f fN (% ) 0 100 fN
12
单位调节功率:调差系数的倒数，表示频率变化时 发电机组输出功率的变化量。
PG KG f
1
K G
以f N 和PDN 为基准值 的标幺值表达式
PD a0 a1 f a 2 f a 3 f
2 3
8
负荷的有功功率－频率静态特性简化表达
当频率偏离额定值不大时，负荷有功－频率静态特性用一 条近似直线来表示。
PD K D tg f
PD / PDN PD K D f / f N f
f
结论：
PD0 PG
K
（1）由于二次调频增加了发电机的出力，在同样的频率
偏移下，系统能承受的负荷变化量增加了。 （2）可以做到无差调节。
23
多台机组并列运行（三台机组，1号机组为主调频机组）
PD 0 P1 P2 P3 PD ( K G 1 K G 2 K G 3 ) f K D f ( K G K D ) f
PGN PD 0 PDN PD 0 K D PDN f f N f
K * k r K G K D
PD 0 f
系统的单位调节功率 kr=PGN/PDN为备用系数 小结：系统中有功功率电源的出力不仅应满足在额定频 率下系统对有功功率的需求，而且应有一定的备用。
i 1 i 1 n n
PGiN fN
n台机组的等值 单位调节功率
结论：n台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的
单位调节功率。
17
一、频率的一次调整
把n台机组用一台等值机代表，等值单位调节功率标幺值
K G K Gi K Gi
i 1 i 1
n
n
PGiN fN
代入
K G K G
使
f(x、u、d)=0 g(x、u、d)≤0
F=F(x、u、d) 最优
目标函数
35
1 目标函数
系统单位时间内消耗的燃料（火电机组）
F F1 ( PG 1 ) F2 ( PG 2 ) Fn ( PGn ) Fi ( PGi )
i 1
n
该目标函数是各发电设备发出有功功率的函数， 描述的是单位时间内能源的消耗量。
调频机组未动作时
PD 0 PG1 ( K G K D )f
调频机组动作后
例4－4 例4－5
24
5.3.3
互联系统的频率调整
PDA PGA KA
PDA PAB PGA K A f A
PAB
PDA PGA KA
PDB PAB PGB K B f B
•调频厂：负有二次调频任务的电厂，分为主调频厂和辅助
调频厂。 •调频厂应满足的条件： 1）足够的调整容量 2）较快的调整速度
3）调整范围内的经济性较好
20
调整容量: 水电厂>火电厂 中温中压电厂（75％）>高温高压电厂（30％） 调整速度： 水电厂>火电厂 调频厂选择： 首选：水电厂 其次：中温中压电厂
21
2.频率二次调整的过程
f
PD ( f )
PD ( f )
f1 f2
A
f 2
E
F
B
C
PG ( f )
B
PD 0
PG ( f )
0
p
22
频率的二次调整
PD0 PG K G f K D f
AE EF FC
PD0 PG ( K G K D )f Kf
6
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%
按其存在形式分：
(1)热备用
(2)冷备用
7
5.2 电力系统的频率特性
2
5.1 有功功率和频率调整
2 频率与有功平衡的关系
• 转矩平衡与功率平衡
MT M E PT PE
• 转矩不平衡时,转子转 速变化,引起频率变化
pn f 60
• 保持频率恒定不变是十分困难的 !
3
5.1 有功功率和频率调整
3 变有 化功 及功 其率 调负 整荷 的
4
系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动 负荷组成：
f
PGiN PGi K Gi f f i i f N 1
每台机组的功 率增量
PGi
PGiN
f i
小结：调差系数越小的机组 增加的有功输出相对越多。
频 率 的 一 次 调 整 的 计 算 过 程
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例4－2 例4－3
二、频率的二次调整
•频率的二次调整：通过操作调频器，使发电机组的频率特 性平行的移动，从而使负荷变化引起的频率偏移在允许的波 动范围内。 1.主调频厂的选择
第五章 电力系统有功功率与频率的调整
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5.1 有功平衡和频率调整
1.电力系统频率变化的影响 • 对用户的影响 （1）异步电机转速：纺织工业、造纸工业 （2）异步电机功率下降 （3）电子设备的准确度 • 对发电厂和电力系统的影响 （1）对发电厂厂用机械设备运行的影响 （2）对汽轮机叶片的影响 （3）对异步电机及变压器励磁的影响，增加无 功消耗。
耗量微增率：耗量特性曲线上某
点切线的斜率，表示在该点的输 入增量与输出增量之比。
dF / dP
效率曲线和微增率曲线
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二、目标函数和约束条件
有功负荷最优分配的目的：在满足对一定量负荷持续供电的
前提下，使发电设备在生产电能的过程中单位时间内所消耗 的能源最少。 满足条件：
等式约束 不等式约束
（1）变动周期小于10s，变化幅度小:小操作、线路摇摆等
调速器 频率的一次调整
（2）变动周期在（10s，180s），变化幅度较大：大电机、电
炉启停
调频器 频率的二次调整
（3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律
根据预测负 荷，在各机 组间进行最 优负荷分配 电力系统的经济运行调度（发电计划）
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一、 各类发电厂的运行特点
3 核电厂
（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。
30
二、各类发电厂的合理组合
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。
10
•调频器的工作原理
11
•发电机组的有功功率－频率静态特性
（1）静态调差系数:某台机组负荷改变时相应的频率偏移
f 2 f1 f P2 P1 P
运行点： P2 PGN P1 0
f2 f N f1 f 0
f / f N f P / PGN P
PG K G f
PD ( f )
f f1 f2 A B
PG
PD 0
PD ( f )
C
PD
PD K D f
负荷功率的实际增量：
PD0 PD PD0 K D f
它同发电机功率增量平衡：
P1 P2
P
PD0 PD PG
PD0 PG PD ( K G K D )f Kf
PDA PGA PDB PGB KA KB
B系统不参 加二次调整
PAB 0
PAB K A PDB K B ( PDA PGA ) KA KB PDB K B ( PD PGA ) KA KB
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例4－6
例4－7
5.4 各类发电厂的合理组合
f
( PDA PDB ) ( PGA PGB ) P PG D KA KB K
PAB
K A ( PDB PGB ) K B ( PDA PGA ) KA KB
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联络线功率
PAB K A ( PDB PGB ) K B ( PDA PGA ) KA KB
n
PGN fN
1 K G
i 1
PGN n P GiN
i
KG
i 1
KGiPGiN
P GN
PGN PGiN
i 1
18
n
K G K Gi K Gi
i 1 i 1
n
n
PGiN fN
K KG K D
PD 0 f
求出频率偏差Leabharlann 362 约束条件 等式约束