电力系统有功功率与频率的调整讲义
电力系统的有功功率和频率调整ppt课件
国民经济备用：计及负荷的超计划增长而设置的备用。
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5.1.3 有功功率电源和备用容量* ——各种备用容量的关系
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
11
5.1.2 有功功率负荷曲线的预计
——负荷曲线的加工
实测曲线 加工后的曲线
加工原则：
实测曲线加
工前后，最
大和最小负
荷特征及曲
线下的面积
12
图5-3 负荷曲线加工
应一致。
5.1.3 有功功率电源和备用容量
有功功率电源 有功功率备用容量
备用容量、热备用与冷备用 负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用 各种备用容量的关系
3 有功备用容量的概念 各类机组的有功调节特性
5.1 电力系统中有功功率的平衡 ——基本概念
负荷变动的类型及其特点？ 频率调整的方法及其特点？ 负荷变动与频率调整的关系？ 什么是可供调度的系统电源容量、备用容量、
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）？ 两类备用容量的关系？
图5-1 有功功率负荷的变动曲线
频率调整方法及其特点
频率的一次调整：用发电机组的调速器(第一种负荷 变动)。
频率的二次调整：用发电机组的调频器(第二种负荷 的变动)。 ——调频厂，对应潮流计算中的平衡节点
频率的三次调整：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。
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。
第四章 电力系统的有功功率和频率调整
• 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。事故备用 容量的大小应根据系统容量、发电机台数、单位机组容 量、机组的事故概率、系统的可靠性指标等确定，—般 约为最大负荷的5％一10 ％，但不得小于系统中最大 机组的容量。 • 检修备用是使系统中的发电设备能定期检修而设置的备 用只有在系统负荷季节性低落期间和节假日安排不厂所 有设备的大小修时，才需设置专门的检修各电容量。 • 负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用归纳起 来以热备用和冷备用的形式存在于系统中。而不难想见， 热备用中至少应包括全部负荷备用和一部分事故备用
五、网络损耗的修正 1．网损修正系数 计及网络损耗时
困难在于网损微增率的计算
第三节 电力系统的频率调整
一、调整顿率的必要性 电力系统的频率变动对用户、发电厂和电力系统本身都 会产生不利影响，所以必须保持频率在额定值50Hz上下， 且偏移不超过一定范围。 电力系统频率变动时，对用户的影响有： 用户使用的电动机的转速与系统频率有关。频率变化将 引起电动机转速的变化，从而影响产品质量。例如，纺织 工业、造纸工业等都将围频率变化而出现残次品。 近代工业、国防和科学技术都已广泛使用电子设备，系统 频率的不稳定将会影响电子设备的工作。雷达、电子计算 机等重要设施将因频率过低而无法运行。
•
•
•
•
二、有功功申负荷曲线的预计 进行有功功率和频率的三次调整 时引以为据的多半是有功功率日 负荷曲线。 预计有功功率日负荷曲线的方法 不止一种，但都要运用累积的运 行记录。 连续曲线，则往往还需对它们加 工。加工的原则是：加工前后两 种曲线上最大、最小负荷等待征 点应一致；两种曲线下阴影面积， 即负荷消费的电能应一致。换言 之，不应在加工过程中带来附加 误差。 加工方法示于图
电力系统有功功率及频率调整ppt课件
（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
第五章电力系统有功功率与频率的调整
1
电力系统中负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力， 电力系统中负荷随时间不断变化，必须调整发电机的出力， 使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率， 使之与负荷的有功功率平衡，并同时调整系统的频率，使之 尽量保持不变。 尽量保持不变。 负荷无功的的变化则要求发电机和其他无功补偿设备的运 行情况作相应调整，使之满足负荷无功需求的同时，保证合 行情况作相应调整，使之满足负荷无功需求的同时， 格的供电电压质量。 格的供电电压质量。 在分配和调整各个发电机的功率时，需要考虑它们和线路、 在分配和调整各个发电机的功率时，需要考虑它们和线路、 变压器等设备的容量限制和其他条件， 变压器等设备的容量限制和其他条件，以保证设备和系统运 行的安全性。 行的安全性。 电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关， 电力系统的运行费用与发电机之间的功率分配密切相关， 对系统的运行方式进行决策和调整时必须考虑经济性。 对系统的运行方式进行决策和调整时必须考虑经济性。以上 各点反映了电力系统运行的安全、经济、优质等进本要求。 各点反映了电力系统运行的安全、经济、优质等进本要求。 2
（1）不需燃料费，但一次投资大 不需燃料费， （2）出力调节范围比火电机组大 （3）启停费用低，且操作简单 启停费用低， （4）出力受水头影响 （5）抽水蓄能 （6）必须释放水量－－强迫功率 必须释放水量－－强迫功率 －－
16
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 ～15％。 ）最小技术负荷小，为额定负荷10～ ％。 （2）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高； 启停 ）启停费用高；负荷急剧变化时，调节费用高； 及急剧调节时，易于损坏设备。 及急剧调节时，易于损坏设备。 （3）一次投资大，运行费用小。 ）一次投资大，运行费用小。
电力系统有功功率平衡与频率调整
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。
第五章-电力系统的频率调整讲课稿
（1）影响锅炉的正常运行
（2）当频率下降时，会增加汽轮机叶片所受的力，引起叶片的共 振，缩短叶片的使用寿命，严重时刻使叶片断裂。 （3）频率降低时，导致拖动设备出力下降，造成水压风力不足， 因此发电机发电能力下降，所以为了维持正常电压，就要增加励磁 电流，致发电机定子和转子温升增加。 （4）频率降低时，因为为了维持正常电压而增加了励磁电流，导 致磁通密度的增大，因此变压器的铁耗和励磁电流都要增大。
1、负荷增加，使电磁转矩增加，若原动机的拖动转矩不变，则转速n 下降，导致频率降低。
2、负荷减少，使电磁转矩减小，若原动机的拖动转矩不变，则转速n 上升，导致频率升高。
通过上面的分析得出：有功功率的变化(负荷的变化) 与频率的变化是直接相关的，因此可以通过调节频 率来调节有功功率的平衡。
二、有功功率负荷的变动和调整控制
衡量运行经济性的主要指标为：比耗量 (煤耗率)和线损率（网损率）
有功功率的最优分布包括：有功功率负荷 预计、有功功率电源的最优组合、有功功率 负荷在运行机组间的最优分配等。
第一节 电力系统中有功功率的平衡
一、电力系统的有功功率平衡
发电机组的有功平衡
发电机组的有功平衡：发电机的电磁功率 PGi与原动机的机械功率PTi之间的平衡。
（6）两者分别沿着图中箭头方向移动，最终系统稳定运行 于新的平衡点O’。
这就是一次调频的整个过程。
下面来分析负荷功率的增加量是由哪 几部分组成的，由图可知：
OA OB BA PL0 OB PG KGf BA PL KLf
因此： 整个系统的负荷功率的增大量= 发电机组功率的增大量-负荷功 率减少量
有功功率电源的最优组合指系统中发电设备或发电厂的合理 组合，即机组的合理开停。 ◆ 机组的最优组合顺序 ◆ 机组的最优组合数量 ◆ 机组的最优开停机时间
电力系统有功功率平衡及频率调整知识讲解
第三章电力系统有功功率平衡及频率调整例3-1 某一容量为100MW 的发电机，调差系数整定为4% ，当系统频率为50Hz 时，发电机出力为60MW ；若系统频率下降为49.5Hz 时，发电机的出力是多少？解根据调差系数与发电机的单位调节功率关系可得K G= (1/s *) X( P GN/f N) = (1/0.04)X( 100/50) =50 (MW/Hz ) 于是有△ P G=—K G△ f=50 (50-49.5) =25 ( MW )即频率下降到49.5Hz时，发电机的出力为60+25=85 ( MW)例3-2电力系统中有A、B两等值机组并列运行，向负荷P D供电。
A等值机额定容量500MW，调差系数0.04，B等值机额定容量400MW，调差系数0.05。
系统负荷的频率调节效应系数K D*=1.5。
当负荷P D为600 MW时，频率为50Hz，A 机组出力500MW，B机组出力100MW。
试问：( 1) 当系统增加50MW 负荷后，系统频率和机组出力是多少？( 2) 当系统切除50MW 负荷后，系统频率和机组出力是多少？解首先求等值发电机组A, B 的单位调节功率及负荷的频率调节效应系数为K GA= (1/S *) X( P GNA/f N) = (1/0.04)X( 500/50) =250 (MW/Hz )K GB= (1/S *) X( P GNB/f N) = (1/0.05)X( 400/50) =160 (MW/Hz )K D=K D*X(P DN/f N)=1.5X(600/50)=18(MW/Hz )( 1) 当系统增加50 MW 负荷后。
由题可知，等值机A已满载，若负荷增加，频率下降，K GA=0,不再参加频率调整。
系统的单位调节功率K=K GB+K D=160+18=178(MW/Hz ) 频率的变化量△ f= —△ P D/K=—50/178=-0.2809 (Hz)系统频率f=50—0.2809=49.72( Hz)A 机有功出力P GA=500MWB 机有功出力P GB=100—K GB△ f=100+160X 0.2809=144.94 ( MW )( 2 当系统切除50MW 负荷后。
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目标函数
min F F1( PG1 ) F2 ( PG2 )
38
三、 等耗量微增率准则
▪ 作图法求解（只有两台机组） 在OO’上找到一点作垂线， 与两条耗量特性曲线的交点 间距离最短。
在耗量特性曲线具有凸性的情 况下，两条曲线的切线平行时， 燃料消耗量最少。
PDA PAB PGA K Af A
PDA PGA
P AB
PDA PGA
PDB PAB PGB K BfB
KA
KA
f (PDA PDB ) (PGA PGB ) PD PG
KA KB
K
PAB
K A (PDB
PGB ) K B (PDA KA KB
PGA )
25
不等式约束 g(x、u、d)≤0
使
目标函数 F=F(x、u、d) 最优
35
1 目标函数 ▪ 系统单位时间内消耗的燃料（火电机组）
n
F F1( PG1 ) F2 ( PG2 ) Fn ( PGn ) Fi ( PGi ) i 1
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。
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
一、频率的一次调整
•n台装有调速器的机组并列运行时，系统频率变化Δf时
PGi K Gi f (i 1,2, ,n)
n
n
PG PGi KGi f KG f
i 1
i 1
KG
n
KGi
i 1
n
K Gi
i 1
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
K D
PDN fN
PD0 f
KG
PGN PDN
K D
PD0 f
PDN fN
PD0 f
K*
kr KG
K D
PD0 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。 16
5.3 电力系统的频率调整
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 )
曲线的切线即斜率，就是该点的耗量微增率。
39
▪ 切线平行时，斜率相等，也就是耗量微增率相等。 这就是等微增率准则。
dF1 / dPG1 dF2 / dPG2
▪ 物理意义
假如两台机组微增率不等：dF1 dF2 ，并且总输出功率不变， dPG1 dPG2
调整负荷分配，机组1减少P，机组2增加P，节约的燃料消耗为：
5.4 各类发电厂的合理组合
▪ 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
2
3
P D
aP 0 DN
a 1
P DN
f f
N
a
2
P DN
f f
N
a 3
P DN
f f
N
a a a a 1
0
1
2
3
以f N 和PDN为基准值 的标幺值表达式
P a a f a f 2 a f 3
D
0
1
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。
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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。
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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。
联络线功率
PAB
K A (PDB
PGB ) K B (PDA KA KB
PGA )
PDA PGA PDB PGB
KA
KB
PAB 0
B系统不参 加二次调整
例4－6 例4－7
PAB
K APDB
K B (PDA KA KB
PGA )
PDB
K B (PD PGA ) KA KB
26
23
多台机组并列运行（三台机组，1号机组为主调频机组）
PD0 P1 P2 P3 PD (KG1 KG2 KG3 )f K Df
(KG K D )f
调频机组未动作时
PD0 PG1 ( KG 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
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
1.负荷的有功功率－频率静态特性
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
KG
n
KGi
i 1
n
K Gi
i 1
PGiN fN
代入
KG
KG
PGN fN
1 K G
PGN
n
PGiN
i1 i
n
KGiPGiN
KG i1 PGN
n
PGN PGiN
i 1
18
频率的一次调整的计算过程
f1 f2
f2
0
AE
F B C B
PD0
PG ( f )
PG ( f )
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
f PD0 PG
K
结论： （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。
13
3 电力系统的有功功率－频率静态特性
PD ( f )
f
PD ( f )
A
C
f1
B
f2
PG PD0
PD
P1 P2
P
14
f f 2 f1 0 PG K G f 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：
PD0 PD PG
PD ( f )
▪ 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 f(x、u、d)=0
▪ 构造拉格朗日函数
L F
n
PGi PLD
i1
41
▪ 求拉格朗日函数的无条件极值
L F n PGi PLD
i1
L F 0 ( i 1,2,,n )
PGi PGi
F
K
tg
P D
D
f
P / P P
K D
DN
D
D f / f
f
N
负荷的频率调节效应系 数或称为负荷的频率调 节效应，表示负荷随频 率的变化程度。
例4－1
9
2 发电机组的有功功率－频率静态特性
• 调速器的工作原理 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)；
F dF1 P dF2 P ( dF1 dF2 )P 0
dPG1
dPG 2
dPG1 dPG 2
40
四、多个发电厂间的负荷经济分配
1.不计网损的有功最优分配
▪
目标函数最小：
F
n
Fi ( PGi )
i1
▪ 等式约束条件： n PGi PLD 0
i 1
▪ 这是多元函数求条件极值问题，可以利用拉格朗日乘数法求 解。
31
抽水
发电
枯水期
32
丰水期
5.5 电力系统有功功率的最优分配
1 发电机组的耗量特性：反映发电机组单位时间内能量输入和 输出关系的曲线。