电力系统的有功功率和频率调整
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电力系统的有功功率和频率调整ppt课件
检修备用：使系统中的发电设备能定期检修而设置的备用。系统 负荷季节性低落期间和节假日安排不下所有设备的大小检修时才 设置专门的检修备用。
国民经济备用：计及负荷的超计划增长而设置的备用。
16
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。
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。
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
第五章电力系统有功功率与频率的调整
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。
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。
电力系统的有功功率和频率调整变化
11
§5.2电力系统中有功功率的最优分配
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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§5.2电力系统中有功功率的最优分配
二、 各类发电厂的合理组合
3、等耗量微增率准则
• 以两台火电机组为例，忽略有功网损；假定各台机组的燃料 消耗量和输出功率不受限制，要求：确定负荷功率在两台机 组间的分配，使总的燃料消耗量最小。
效率曲线和微增率曲线
16
§5.2电力系统中有功功率的最优分配
2、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 不等式约束 g(x、u、d)≤0
使
目标函数 F=F(x、u、d) 最优
2
§5.1电力系统中有功功率的平衡
一.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
于发电负荷。
➢ 定义：备用容量 ＝ 系统可用 电源容量 － 发电负荷
新增容
量
备用容
量
发电负荷
8760 t(h)
系统电源容量：可投入发电设备的可发功率之和
7
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%
§5.2电力系统中有功功率的最优分配
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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§5.2电力系统中有功功率的最优分配
二、 各类发电厂的合理组合
3、等耗量微增率准则
• 以两台火电机组为例，忽略有功网损；假定各台机组的燃料 消耗量和输出功率不受限制，要求：确定负荷功率在两台机 组间的分配，使总的燃料消耗量最小。
效率曲线和微增率曲线
16
§5.2电力系统中有功功率的最优分配
2、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 不等式约束 g(x、u、d)≤0
使
目标函数 F=F(x、u、d) 最优
2
§5.1电力系统中有功功率的平衡
一.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
于发电负荷。
➢ 定义：备用容量 ＝ 系统可用 电源容量 － 发电负荷
新增容
量
备用容
量
发电负荷
8760 t(h)
系统电源容量：可投入发电设备的可发功率之和
7
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%
电力系统有功功率的平衡与频率调整
i1
(2)约束条件:
n
n
等式约束: 有功功率必须保持平衡
PGi PLi P
i 1
i 1
若忽略网损，则
n
n
PGi PLi 0
i 1
i 1
不等式约束: 系统的运行限制
PGi min PGi PGi max QGi min QGi QGi max Ui min Ui Ui max
解：按等耗量微增准则
1
dF1 dPG1
0.3 0.0014PG1
2
dF09PG3
PG1 14.29 0.572PG2 0.643PG3 PG1 PG2 PG3 400
1 2 3
第五章 电力系统有功功率的平衡和频率调整
5.2.1电力系统负荷的有功功率—频率静态特性
描述系统有功负荷随频率变化的关系曲线称为负荷的有功功率-频
率静态特性。简称负荷频率特性。
电力系统中各种用电设备与频率的关系大致如下
1)与频率变化无关的负荷，如照明，电阻炉等电阻性负荷
2)与频率变化成正比的负荷，如拖动金属切削机床的异步电动机
PL PLN
—系统频率为 —系统频率为
（2）运行中不宜承担急剧变化的负荷。 （3）一次投资大，运行费用小。
（应二指）出各: 类发电厂的合理组合 原则（枯1水）充季分节利往用往水由源系。统中的大型水电厂承担调频任务;洪水季
节（这2）任降务低火就电转机移组给的中单位温煤中耗压，火发电挥厂高.效抽机水组蓄的作能用电。厂在其发电 期间也可参加调频.但低温低压火电厂则因容量不足,设备
束条件如下：
F1 4 0.3PG1 0.0007PG21 100MW PG1 200MW
F2 3 0.32PG2 0.0004PG22 120MW PG2 250MW
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*
第四章 电力系统的有功功率和频率调整
频率变动对发电厂· 和系统本身也有影响： • 火力发电厂的主要厂用机械——风机和泵，在频率降低 时，所能供应的风量和水量将迅速减少，影响锅炉的正 常运行。 • 低频率运行还将增加汽轮机叶片所受的应力．引起叶片 的共振，缩短叶片的寿命，甚至使叶片断裂。 • 低频率运行时，发电机的通风量将减少，而为了维持正 常电压，又要求增加励磁电流，以致使发电机定子和转 子的温升都将增加。为了不超越温升限额，不得不降低 发电机所发功率。 • 低频率运行时，由于磁通密度的增大，变压器的铁芯损 耗和励磁电流都将增大，也为了不超越温升限额，不得 不降低变压器的负荷。 • 频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大，如图2— 49(b)所示。而无功功率负荷的增大又将促使系统电压 水平的下降。
编制预计系统有功功率日负荷曲线的要点：
• 根据各大用电量用户申报的未来若干天的预计负 荷 • 参照长期累积的实测数据 • 汇总、调整用户的用电，并加以网络损耗 • 系统中各发电厂预计可投入的发电设备和发电容 量 • 气象条件的变化 • 科学的统计分析方法：其中有所谓“回归分析”、 “时间序列分析”
比耗量和耗量微增率虽通常都有相同的单位，却是 两个不同的概念，数值一般也不相同只有在耗量特 性曲线上某一特殊点m，它们才相等。
2．目标函数和约束条件
• 明确了有功功率负荷的大小和耗量特性，在系统中有 一定备用容量时，就可考虑这些负荷在已运行发电设备 或发电厂之间的最忧分配问题。 • 该问题属于非线性规划问题，即在已知约束条件求某一 最优目标函数问题。 • 数学模型： 求最优函数： 约束条件：包括等约束条件和不等约 束条件。
于是，除式(5-16)所示的不等约束条件仍可暂缓考虑 外，当前要解决的问题；是使在两个等约束条件下的 目标函数为最优。而尤为不同的是，这些约束条件和 目标函数列在都改以对时间的积分出现。 积分问题解决：时间分段将0至τ 时间间隔分成若干更 短的时间段。只要时间段足够小，是合适的。
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第五章
电力系统的有功功率 和频率调整
2013年6月
问题的提出
• 针对电力系统优质、经济的要求 • 电能质量的三个方面：
– 频率质量：主要与有功分配和频率调整有关（第五章） – 电压质量：主要与无功分配和电压调整有关（第六章） – 波形质量：波形畸变与谐波及其治理有关。
• 经济性：电力系统研究领域的一个重要问题，由于学 时限制，不作为基本内容。
电力系统有功功率应满足哪些平衡关系？
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 16
5.2 电力系统有功功率的最优分配
• 有功电源的最优组合：
– 系统中发电设备或发电厂的合理开停（机组组合问题）
– 实质：冷备用容量的合理分布 – 常用方法：最优组合顺序法、动态规划法
• 有功负荷的最优分配：
– 一定量的负荷在运行中的发电机或发电厂中的合理分配 – 实质：热备用容量的合理分布 – 常用方法：等耗量微增律准则、非线性规划法
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
12
有功功率备用容量
• 什么是有功功率备用容量？
（可供调度的）系统电源容量大于发电负荷的部分。
• 为什么需要设置备用容量？
为了保证供电可靠性和良好的电能质量。
• 有功功率备用容量的分类 按形式分类 热备用 冷备用
2013/6/17
按用途分类
负荷备用 事故备用 检修备用 国民经济备用
注意
“网损率”和“厂用电率”都是电量考核指标。
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 11
电力系统的有功功率电源
• 电力系统有功电源：（主要是）各类发电厂的发电机 • 电力系统可供调度的电源容量：
– 各发电厂可投入发电设备的可发功率之和 – 可供调度的电源容量<总装机容量
发电机组的定期检修停机 发电机组的故障停机 水电厂发电机组由于水头降低而降额运行
– 高温高压：效率高，灵活调节的范围窄
– 中温中压：效率较低，但灵活调节的范围较宽 – 低温低压：技术经济指标最差，应淘汰 • 热电厂（供热式火力发电厂）：抽汽供热，总效率高于一般火 电厂，与热负荷相应的发电功率是强迫功率
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 22
核电厂的主要运行特点
• 反应堆无最小负荷限制，汽轮机的技术最小负
国民经济 为满足国民经济超计划增长而带来的对电力的额外需求 备用 而设置的备用
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 15
各种备用容量的关系
（可供调度的）系统电源容量 备用容量 系统发 电负荷 负荷备用 2%～5% 热备用 事故备用 5%～10% 检修备用
（视需要）
国民经济 备用
冷备用
运转中发电设备可发的最大功率
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
2
目 录
5.1 电力系统有功功率的平衡 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 本章小结
作业
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
3
5.1 电力系统有功功率的平衡
• 有功负荷的变动和调整控制 • 有功负荷曲线的预计 • 有功功率电源和备用容量
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
4
有功负荷的变动和调整控制
PΣ—实际不规则的负荷变动 P1—第一种负荷变动 P2—第二种负荷变动 P3—第三种负荷变动
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
5
有功负荷的变动和调整控制
变动幅度很小，周期很短(一般为 10s以内)，有很大的偶然性，主 要由中小型用电设备的投切引起。 （偶然分量、随机分量） 变动幅度较大，周期较长（一般 为10s到几分钟），主要由冲击性 负荷（如电炉、压延机械、电气 机车等）引起。（脉动分量） 变动幅度最大，周期最长，由生 产、生活、气象等变化引起的缓 慢的持续负荷变动，基本可预测， 可编制为负荷曲线。（持续分量、 周期分量）
二次 调频
• 针对第二种负荷变动引起的频率偏移 • 通过手动或自动发电控制（AGC）操 作发电机组的调频器进行调整 • 承担二次调频任务的发电厂称为调频厂， 其母线通常可设为平衡节点
三次 调频
• 按经济调度的原则分配第三种有规律变 化的负荷，责成各发电厂按给定发电负 荷曲线发电（负荷监视厂）
电力系统的有功功率和频率调整 8
电力系统的有功功率和频率调整
13
有功备用容量按形式分类
热备用
• 又称为旋转备用（spinning reserve） • 运转中的发电设备最大可发功率与系 统发电负荷之差 • 一般可取为系统最大负荷的8-10%
冷备用
• 未运转、但能随时启用的发电设备最 大可发功率 • 检修中的发电设备不属于冷备用
注意
2013/6/17
有功功率负荷曲线的预计
• 电力系统负荷预测的重要内容 • 调度部门预先编制的日负荷曲线大体反映了第三种负 荷变动，是制定调度计划（三次调整）的主要依据
预测方法
传统方法 （经验法）
回归分析、时间序列法、神经网络，等
新方法
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
9
编制有功日负荷曲线的传统方法
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 6
有功负荷的变动和调整控制
三次调整
二次调整 一次调整
电力系统中负荷变动的幅度愈大，周期就愈长。
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 7
一次 调频
• 针对第一种负荷变动引起的频率偏移 • 由发电机组的调速器自动跟踪调整
频 率 调 整 任 务 的 分 配
核电 水电 新能源
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
21
火电厂的主要运行特点
• 运行过程需要支付燃料费用，受自然条件影响较小 • 为维持锅炉燃烧的稳定性和汽轮机尾部温度不因轻载而升高， 锅炉和汽轮机都具有技术最小负荷，一般限制火力发电机组出 力不低于额定负荷的70％ • 锅炉和汽轮机启停过程或承担急剧变动负荷时耗能、费时、易 损坏设备 • 按蒸汽参数将火电厂的锅炉和汽轮机分为：
荷为额定负荷的10%-15%
• 反应堆和汽轮机的启停过程或承担急剧变动负 荷时耗能、费时、易损坏设备 • 核电厂一次投资大，运行费用小
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
23
水电厂的主要运行特点
• 无需支付燃料费用，但是根据水库调节能力的不同， 在不同程度上受水文条件影响 • 为保证河流下游的灌溉、通航，水电厂必须向下游释 放一定水量，对应的发电功率是水电厂的强迫功率 • 水轮机技术最小负荷视水电厂的具体条件而异 • 水轮机的启停操作简单，所需时间短、无需额外耗能 • 水轮机承担急剧变动负荷时，不需要额外耗能和花费 时间 • 水头过分低落时，水轮机组可发功率降低
• 频率调整的必要性
• 电力系统的有功频率静态特性
• 频率的一次调整 • 频率的二次调整 • 一、二次调频的综合计算 • 互联系统联络线功率的计算 • 调频厂的选择
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
30
频率调整的必要性
• 互联交流电力系统在稳态运行时具有同一频率。当系统 中出现有功功率不平衡时，如有功电源不足或负荷增长 时，将会引起系统频率下降，反之，将造成频率升高。
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 25
各类发电厂的合理组合
• 基荷和峰荷的一般概念
• 各类发电厂的组合原则
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
26
基荷和峰荷的一般概念
P
高峰负荷部分，经常变动。 峰荷
基荷
t
日负荷曲线最低点以下 的部分，24小时内不变。
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 17
非线性规划问题
• 标准形式
min f x s.t. h x 0 g g x g
不等式约束条件
目标函数
等式约束条件
• 优化算法：内点法、遗传算法，…… • 实例：两台火电机组的负荷分配问题
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 10
网络损耗和厂用电
• 网络损耗
– 一般占系统总负荷的6-10% – 不变损耗：与负荷大小无关（变压器空载损耗） – 可变损耗：与负荷的平方成正比（变压器和线路电 阻中的损耗）
• 厂用电
– 发电厂本身消耗的功率（自用功率） – 各类发电厂的厂用电占电厂最大负荷的比例： 水电厂0.1%～1%；火电厂5%～8%；核电厂4%～5%
18
两台火电机组的负荷分配问题
• 优化模型
min f1 PG1 f 2 PG 2 s.t. PG1 PG 2 PD
式中：PG1、PG2为两台机组输出的有功功率；fi(PGi)为火电机组的耗 量特性（吨标准煤/h），一般用二次函数表示；PD为机组的总负荷。
• 优化算法：拉格朗日乘子法
机组组合是一个复杂问题，除了机组特性之外，还需要考 虑系统的可靠性、网络损耗、频率质量及稳定性等多个因素。
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 28
增加抽水蓄能电厂后 其它机组的峰谷差
增加抽水蓄能电厂前 系统的峰谷差
枯水期
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整
丰水期
29
5.3 电力系统的频率调整
• 频率变动对用电设备、发电厂和电力系统本身都会产生 不良影响。
• 由于电力负荷的不确定性和多变性，为了保证频率质量 （限制频率偏移在允许的范围之内），必须不断调节有 功功率电源的输出功率，即进行频率调整。 保证频率质量的首要条件：系统有充足的有功备用容量。
电力系统的有功功率 和频率调整
2013年6月
问题的提出
• 针对电力系统优质、经济的要求 • 电能质量的三个方面：
– 频率质量：主要与有功分配和频率调整有关（第五章） – 电压质量：主要与无功分配和电压调整有关（第六章） – 波形质量：波形畸变与谐波及其治理有关。
• 经济性：电力系统研究领域的一个重要问题，由于学 时限制，不作为基本内容。
电力系统有功功率应满足哪些平衡关系？
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 16
5.2 电力系统有功功率的最优分配
• 有功电源的最优组合：
– 系统中发电设备或发电厂的合理开停（机组组合问题）
– 实质：冷备用容量的合理分布 – 常用方法：最优组合顺序法、动态规划法
• 有功负荷的最优分配：
– 一定量的负荷在运行中的发电机或发电厂中的合理分配 – 实质：热备用容量的合理分布 – 常用方法：等耗量微增律准则、非线性规划法
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
12
有功功率备用容量
• 什么是有功功率备用容量？
（可供调度的）系统电源容量大于发电负荷的部分。
• 为什么需要设置备用容量？
为了保证供电可靠性和良好的电能质量。
• 有功功率备用容量的分类 按形式分类 热备用 冷备用
2013/6/17
按用途分类
负荷备用 事故备用 检修备用 国民经济备用
注意
“网损率”和“厂用电率”都是电量考核指标。
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电力系统的有功功率电源
• 电力系统有功电源：（主要是）各类发电厂的发电机 • 电力系统可供调度的电源容量：
– 各发电厂可投入发电设备的可发功率之和 – 可供调度的电源容量<总装机容量
发电机组的定期检修停机 发电机组的故障停机 水电厂发电机组由于水头降低而降额运行
– 高温高压：效率高，灵活调节的范围窄
– 中温中压：效率较低，但灵活调节的范围较宽 – 低温低压：技术经济指标最差，应淘汰 • 热电厂（供热式火力发电厂）：抽汽供热，总效率高于一般火 电厂，与热负荷相应的发电功率是强迫功率
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 22
核电厂的主要运行特点
• 反应堆无最小负荷限制，汽轮机的技术最小负
国民经济 为满足国民经济超计划增长而带来的对电力的额外需求 备用 而设置的备用
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 15
各种备用容量的关系
（可供调度的）系统电源容量 备用容量 系统发 电负荷 负荷备用 2%～5% 热备用 事故备用 5%～10% 检修备用
（视需要）
国民经济 备用
冷备用
运转中发电设备可发的最大功率
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
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目 录
5.1 电力系统有功功率的平衡 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 本章小结
作业
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
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5.1 电力系统有功功率的平衡
• 有功负荷的变动和调整控制 • 有功负荷曲线的预计 • 有功功率电源和备用容量
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电力系统的有功功率和频率调整
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有功负荷的变动和调整控制
PΣ—实际不规则的负荷变动 P1—第一种负荷变动 P2—第二种负荷变动 P3—第三种负荷变动
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电力系统的有功功率和频率调整
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有功负荷的变动和调整控制
变动幅度很小，周期很短(一般为 10s以内)，有很大的偶然性，主 要由中小型用电设备的投切引起。 （偶然分量、随机分量） 变动幅度较大，周期较长（一般 为10s到几分钟），主要由冲击性 负荷（如电炉、压延机械、电气 机车等）引起。（脉动分量） 变动幅度最大，周期最长，由生 产、生活、气象等变化引起的缓 慢的持续负荷变动，基本可预测， 可编制为负荷曲线。（持续分量、 周期分量）
二次 调频
• 针对第二种负荷变动引起的频率偏移 • 通过手动或自动发电控制（AGC）操 作发电机组的调频器进行调整 • 承担二次调频任务的发电厂称为调频厂， 其母线通常可设为平衡节点
三次 调频
• 按经济调度的原则分配第三种有规律变 化的负荷，责成各发电厂按给定发电负 荷曲线发电（负荷监视厂）
电力系统的有功功率和频率调整 8
电力系统的有功功率和频率调整
13
有功备用容量按形式分类
热备用
• 又称为旋转备用（spinning reserve） • 运转中的发电设备最大可发功率与系 统发电负荷之差 • 一般可取为系统最大负荷的8-10%
冷备用
• 未运转、但能随时启用的发电设备最 大可发功率 • 检修中的发电设备不属于冷备用
注意
2013/6/17
有功功率负荷曲线的预计
• 电力系统负荷预测的重要内容 • 调度部门预先编制的日负荷曲线大体反映了第三种负 荷变动，是制定调度计划（三次调整）的主要依据
预测方法
传统方法 （经验法）
回归分析、时间序列法、神经网络，等
新方法
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
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编制有功日负荷曲线的传统方法
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 6
有功负荷的变动和调整控制
三次调整
二次调整 一次调整
电力系统中负荷变动的幅度愈大，周期就愈长。
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 7
一次 调频
• 针对第一种负荷变动引起的频率偏移 • 由发电机组的调速器自动跟踪调整
频 率 调 整 任 务 的 分 配
核电 水电 新能源
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
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火电厂的主要运行特点
• 运行过程需要支付燃料费用，受自然条件影响较小 • 为维持锅炉燃烧的稳定性和汽轮机尾部温度不因轻载而升高， 锅炉和汽轮机都具有技术最小负荷，一般限制火力发电机组出 力不低于额定负荷的70％ • 锅炉和汽轮机启停过程或承担急剧变动负荷时耗能、费时、易 损坏设备 • 按蒸汽参数将火电厂的锅炉和汽轮机分为：
荷为额定负荷的10%-15%
• 反应堆和汽轮机的启停过程或承担急剧变动负 荷时耗能、费时、易损坏设备 • 核电厂一次投资大，运行费用小
2013/6/17
电力系统的有功功率和频率调整
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水电厂的主要运行特点
• 无需支付燃料费用，但是根据水库调节能力的不同， 在不同程度上受水文条件影响 • 为保证河流下游的灌溉、通航，水电厂必须向下游释 放一定水量，对应的发电功率是水电厂的强迫功率 • 水轮机技术最小负荷视水电厂的具体条件而异 • 水轮机的启停操作简单，所需时间短、无需额外耗能 • 水轮机承担急剧变动负荷时，不需要额外耗能和花费 时间 • 水头过分低落时，水轮机组可发功率降低
• 频率调整的必要性
• 电力系统的有功频率静态特性
• 频率的一次调整 • 频率的二次调整 • 一、二次调频的综合计算 • 互联系统联络线功率的计算 • 调频厂的选择
2013/6/17
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频率调整的必要性
• 互联交流电力系统在稳态运行时具有同一频率。当系统 中出现有功功率不平衡时，如有功电源不足或负荷增长 时，将会引起系统频率下降，反之，将造成频率升高。
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各类发电厂的合理组合
• 基荷和峰荷的一般概念
• 各类发电厂的组合原则
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基荷和峰荷的一般概念
P
高峰负荷部分，经常变动。 峰荷
基荷
t
日负荷曲线最低点以下 的部分，24小时内不变。
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电力系统的有功功率和频率调整
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整 17
非线性规划问题
• 标准形式
min f x s.t. h x 0 g g x g
不等式约束条件
目标函数
等式约束条件
• 优化算法：内点法、遗传算法，…… • 实例：两台火电机组的负荷分配问题
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电力系统的有功功率和频率调整
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网络损耗和厂用电
• 网络损耗
– 一般占系统总负荷的6-10% – 不变损耗：与负荷大小无关（变压器空载损耗） – 可变损耗：与负荷的平方成正比（变压器和线路电 阻中的损耗）
• 厂用电
– 发电厂本身消耗的功率（自用功率） – 各类发电厂的厂用电占电厂最大负荷的比例： 水电厂0.1%～1%；火电厂5%～8%；核电厂4%～5%
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两台火电机组的负荷分配问题
• 优化模型
min f1 PG1 f 2 PG 2 s.t. PG1 PG 2 PD
式中：PG1、PG2为两台机组输出的有功功率；fi(PGi)为火电机组的耗 量特性（吨标准煤/h），一般用二次函数表示；PD为机组的总负荷。
• 优化算法：拉格朗日乘子法
机组组合是一个复杂问题，除了机组特性之外，还需要考 虑系统的可靠性、网络损耗、频率质量及稳定性等多个因素。
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增加抽水蓄能电厂后 其它机组的峰谷差
增加抽水蓄能电厂前 系统的峰谷差
枯水期
2013/6/17 电力系统的有功功率和频率调整
丰水期
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5.3 电力系统的频率调整
• 频率变动对用电设备、发电厂和电力系统本身都会产生 不良影响。
• 由于电力负荷的不确定性和多变性，为了保证频率质量 （限制频率偏移在允许的范围之内），必须不断调节有 功功率电源的输出功率，即进行频率调整。 保证频率质量的首要条件：系统有充足的有功备用容量。