電力系統(tǒng)運行狀況的優(yōu)化和調(diào)整

電力系統(tǒng)運行狀況的優(yōu)化和調(diào)整第1頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一第一節(jié)電力系統(tǒng)無功功率的平衡和電壓調(diào)整電壓偏移的影響電力系統(tǒng)的電壓需要經(jīng)常調(diào)整。由于電壓偏移過大時，會影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，損壞設備，甚至引起系統(tǒng)性的“電壓崩潰”，造成大面積停電。影響電力系統(tǒng)電壓的主要因素是無功功率。無功功率與電壓的關系所謂優(yōu)化，是指對系統(tǒng)中有功功率和無功功率的優(yōu)化分配。所謂調(diào)整，是指調(diào)整系統(tǒng)中的電壓和頻率第2頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一2、變壓器的無功功率損耗變壓器中的無功功率損耗分兩部分，即勵磁支路損耗和繞組漏抗中損耗。其中勵磁支路損耗的百分值基本上等于空載電流的百分值，約為1％一2％；繞組漏抗中損耗,在變壓器滿載時，基本上等于短路電壓UK的百分值，約為10％。一、電力系統(tǒng)無功功率的平衡（一）、無功功率負荷和無功功率損耗

1、無功功率負荷

無功功率負荷是以滯后功率因數(shù)運行的用電設備（主要是異步電動機，特別是當異步電動機輕載時，所吸收的無功功率較多。）所吸收的無功功率。一般綜合負荷的功率因數(shù)為0.6-0.9。

第3頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一電力線路的無功損耗也分兩部分：并聯(lián)電納和串聯(lián)電抗中的無功功率損耗。并聯(lián)電納中的無功損耗又稱充電損耗，與電力線路電壓的平方成正比，呈容性。串聯(lián)電抗中的無功功率與負荷電流的平方成正比，呈感性。對線路不長，長度不超過100Km，電壓等級為220Kv電力線路，線路將消耗感性無功功率；對線路較長，其長度為300Km左右時，對220Kv電力線路，線路基本上既不消耗感性無功功率也不消耗容性無功功率，呈電阻性；線路大于300Km時，線路為電容性的。3、電力線路的無功損耗第4頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一（二）無功功率電源電力系統(tǒng)的無功功率電源包括發(fā)電機、調(diào)相機、并聯(lián)電容器和靜止補償器等。1、發(fā)電機發(fā)電機在額定狀態(tài)下運行時，可發(fā)出無功功率：圖4-1發(fā)電機的P-Q極限第5頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一當系統(tǒng)中無功電源不足，而有功備用容量又較充足時，可利用靠近負荷中心的發(fā)電機降低功率因數(shù)運行，多發(fā)無功功率以提高電力系統(tǒng)的電壓水平。但是發(fā)電機的運行點不應越出P-Q極限曲線的范圍。發(fā)電機供給的無功不是無限可調(diào)的2.同步補償機（調(diào)相機）它是專門用來生產(chǎn)無功功率的一種同步電機。在過勵磁、欠勵磁的不同情況下，它可分別發(fā)出或吸收感性無功功率。而且，只要改變它的勵磁，就可以平滑地調(diào)節(jié)無功功率輸出，單機容量也可以做得較大。通常，它可以直接裝設在用戶附近就近供應無功功率，從而減少輸送過程中的損耗。但由于它是旋轉(zhuǎn)電機，故有功功率損耗較大。第6頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一靜電電容器可按三角形和星形接法連接在變電所母線上。它供給的無功功率QC值與所在節(jié)點電壓的平方成正比，即：缺點：電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差。優(yōu)點：靜電電容器的裝設容量可大可小，既可集中使用，又可以分散安裝。且電容器每單位容量的投資費用較小，運行時功率損耗亦較小，維護也較方便。3、并聯(lián)電容器第7頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一4.靜止補償器靜止補償器是20世紀60年代起發(fā)展起來的一種新型可控的靜止無功補償裝置，它簡稱為SVC。其特點是：利用晶閘管電力電子元件所組成的電子開關來分別控制電容器組與電抗器的投切，這樣它的性能完全可以做到和同步補償機一樣，既可發(fā)出感性無功，又可發(fā)出容性無功，并能依靠自身裝置實現(xiàn)快速調(diào)節(jié)，從而可以作為系統(tǒng)的一種動態(tài)無功電源，對穩(wěn)定電壓、提高系統(tǒng)的暫態(tài)穩(wěn)定性以及減弱動態(tài)電壓閃變等均能起著較大的作用。（1）FC-TCR型靜止補償器（2）TSC-TCR型靜止補償器補償器的原理接線圖圖TSC-TCR型靜止圖FC-TCR型靜止（3）飽和電抗器型靜止補償器第8頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一（三)無功功率的平衡

電力系統(tǒng)無功功率平衡的基本要求：系統(tǒng)中的無功電源可以發(fā)出的無功功率應該大于或至少等于負荷所需的無功功率和網(wǎng)絡中的無功損耗。>0表示系統(tǒng)中無功功率可以平衡且有適量的備用；<0表示系統(tǒng)中無功功率不足，應考慮加設無功補償裝置。第9頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一要保持節(jié)點的電壓水平就必須維持無功平衡，因而保持充足的無功電源是維持電壓質(zhì)量的關鍵。由于負荷的綜合功率因數(shù)一般在0.6～0.9之間，多數(shù)在0.7～0.8之間，加之線路無功損耗約為總無功負荷的25%，變壓器的總無功損耗最多可達總無功負荷的75%。因而，需要由系統(tǒng)中各類無功電源所供給的無功負荷最多可達系統(tǒng)總無功負荷的兩倍左右，而從數(shù)量級上看甚至與有功負荷的兩倍相接近。絕大多數(shù)電力系統(tǒng)必須采取專門的無功功率補償措施，才能達到維持電壓水平的目的。第10頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一三、電力系統(tǒng)的電壓管理電力系統(tǒng)進行調(diào)壓的目的，就是要采取各種措施，使用戶處的電壓偏移保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。由于電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜，負荷較多，如對每個用電設備電壓都進行監(jiān)視和調(diào)整，不僅不經(jīng)濟而且無必要。因此，電力系統(tǒng)電壓的監(jiān)視和調(diào)整可通過監(jiān)視、調(diào)整電壓中樞點電壓來實現(xiàn)。

電壓中樞點是指那些可以反映和控制整個系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠或樞紐變電所母線。因為很多負荷都由這些中樞點供電，如能控制住這些電的電壓偏移，也就控制住了系統(tǒng)中大部分負荷的電壓偏移。于是，電力系統(tǒng)電壓調(diào)整問題也就轉(zhuǎn)變?yōu)楸ＷC各中樞點的電壓偏移不超出給定范圍的問題。1、電壓中樞點的選擇第11頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一順調(diào)壓：負荷變動小，供電線路不長，大負荷時允許中樞點電壓低一些，但不低于線路額定電壓的102.5％；小負荷時允許其電壓高一些，但不超過線路額定電壓的107.5％的調(diào)壓模式?？梢圆捎眠@種調(diào)壓方式。常調(diào)壓（恒調(diào)壓）：負荷變動小，供電線路電壓損耗也較小的網(wǎng)絡，無論最大或最小負荷時，只要中樞點電壓維持在允許電壓偏移范圍內(nèi)某個值或較小的范圍內(nèi)（如1.025UN~1.05UN），就可保證各負荷點的電壓質(zhì)量。這種調(diào)壓方式在任何負荷情況下，中樞點電壓保持基本不變。逆調(diào)壓：在大負荷時升高電壓，小負荷時降低電壓的調(diào)壓方式。在最大負荷時可保持中樞點電壓比線路額定電壓高5％，在最小負荷時保持為線路額定電壓。供電線路較長、負荷變動較大的中樞點往往要求采用這種調(diào)壓方式。2、中樞點的調(diào)壓方式分為逆調(diào)壓、順調(diào)壓和恒調(diào)壓三類。第12頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一中樞點的調(diào)壓方式最大負荷最小負荷逆調(diào)壓調(diào)為１.０５VN調(diào)為VN順調(diào)壓不低于１.０２５VN不高于１.０７５VN常調(diào)壓１.０５VN第13頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一擁有較充足的無功功率電源是保證電力系統(tǒng)有較好的運行電壓水平的必要條件，但是要使所有用戶的電壓質(zhì)量都符合要求，還必須采用各種調(diào)壓手段?，F(xiàn)以下圖為例，說明常用的各種調(diào)壓措施所依據(jù)的基本原理：電壓調(diào)整的基本原理電壓調(diào)整原理圖

四、電力系統(tǒng)電壓調(diào)整的措施第14頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一（1）調(diào)節(jié)發(fā)電機勵磁電流以改變發(fā)電機機端電壓VG；（2）改變變壓器的變比k1、k2；（3）改變功率分布P+jQ（主要是Q），使電壓損耗△V

變化；（4）改變網(wǎng)絡參數(shù)R+jX（主要是X），改變電壓損耗△V。電壓調(diào)整的措施：第15頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一對于發(fā)電機不經(jīng)升壓直接供電的小型電力系統(tǒng)，供電線路不長，線路上電壓損耗不大，借改變發(fā)電機端電壓的方法，實行逆調(diào)壓，就可以滿足負荷點要求的電壓質(zhì)量。1、改變發(fā)電機機端電壓調(diào)壓這種調(diào)壓手段是一種不需要耗費投資，且是最直接的調(diào)壓方法，應首先考慮采用。不同類型的供電網(wǎng)絡，發(fā)電機調(diào)壓所起的作用是不同的第16頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一G+5%-5%-9%+1%-5%-4%-5.6%+4.4%+2%第17頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一對由發(fā)電機經(jīng)多級變壓向負荷供電的大中型電力系統(tǒng)，線路較長，供電范圍大，從發(fā)電廠到最遠處的負荷之間的電壓損耗和變化幅度都很大。這時，單靠發(fā)電機調(diào)壓是不能解決問題的。發(fā)電機調(diào)壓主要是為了滿足近處地方負荷的電壓質(zhì)量要求，即發(fā)電機采用逆調(diào)壓方式。對于遠處負荷電壓變動，只能靠其它調(diào)壓方式來解決。對有若干發(fā)電廠并列運行的大型電力系統(tǒng)，利用發(fā)電機調(diào)壓，會出現(xiàn)新的問題。首先，當要提高發(fā)電機的電壓時，則該發(fā)電機就要多輸出無功功率，這就要求進行電壓調(diào)整的電廠的母線電壓，會引起系統(tǒng)中無功功率的重新分配，這還可能同無功功率的經(jīng)濟分配發(fā)生矛盾。所以在大型電力系統(tǒng)中發(fā)電機調(diào)壓一般只作為一種輔助的調(diào)壓措施。第18頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一改變變壓器的分接頭或采用專門的調(diào)壓變壓器來調(diào)壓通常，改換變壓器分接頭的方式有兩種：一種是在停電的情況下改換分接頭，以兼顧在最大、最小兩種運行方式下電壓偏移不超出允許波動范圍,稱為無勵磁調(diào)壓（以往稱為“無載調(diào)壓”）。另一種調(diào)壓方式稱為有載調(diào)壓，它可以在不停電的情況下去改換變壓器的分接頭，從而使調(diào)壓變得很方便。有載調(diào)壓變壓器的關鍵部件是有載調(diào)壓的分接開關。一般的變壓器只要配用有載分接開關后，就可以作成有載調(diào)壓變壓器。2、改變變壓器變比調(diào)壓第19頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一普通雙繞組變壓器的高壓繞組和三繞組變壓器的高、中壓繞組都留有幾個抽頭供調(diào)壓選擇使用，一般容量為6300KVA及以下的變壓器有3個抽頭，抽頭電壓分別為1.05UN、UN、0.95UN,調(diào)壓范圍為+-5%,在UN處引出的抽頭稱為主抽頭。容量在8000KVA及以上的變壓器有5個抽頭，抽頭電壓分別為1.05UN、1.025UN、UN、0.975UN、0.95UN,調(diào)壓范圍為+-2*2.5%。第20頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一（1）降壓變壓器分接頭的選擇降壓變壓器

式中，是變壓器的變比，即高壓繞組分接頭電壓和低壓繞組額定電壓之比。將k代入上式，得高壓側(cè)分接頭電壓

當變壓器通過不同的功率時，可以通過計算求出在不同負荷下為滿足低壓側(cè)調(diào)壓要求所應選擇的高壓側(cè)分接頭電壓第21頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一普通變壓器在運行中不能倒換接頭，只有停運時才能調(diào)整，因此，必須在投運前選擇好合適的接頭以滿足各種負荷要求。為使最大、最小負荷兩種情況下變電所低壓母線實際電壓偏離要求的U‘imax，U’imin大體相等，分接頭電壓應取的平均值。計算最大負荷和最小負荷下所要求的分接頭電壓根據(jù)UtI選擇一最接近的分接頭，再按選定的分接頭校驗低壓母線上的實際電壓能否滿足要求。第22頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一①根據(jù)最大和最小負荷的運行情況，求出其一次側(cè)電壓和，以及通過變壓器的負荷，求取變壓器的電壓損耗。②套用公式計算最大負荷和最小負荷時的分接頭選擇基本步驟如下：第23頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一④選擇鄰近的接頭作為所選擇的接頭③取其算數(shù)平均值⑤套用低壓側(cè)電壓計算公式進行驗算P121例4-1第24頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一（2）升壓變壓器分接頭的選擇選擇升壓變壓器分接頭的方法與選擇降壓變壓器的基本相同升壓變壓器

由于升壓變壓器中功率方向是從低壓側(cè)送往高壓側(cè)的，故公式中△VT前的符號應相反，即應將電壓損耗和高壓側(cè)電壓相加。因而有式中，V2為變壓器低壓側(cè)的實際電壓或給定電壓；V1為高壓側(cè)所要求的電壓。例第25頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一例：升壓變壓器的額定容量為31.5MVA、變比為121+-2*2.5%/6.3KV，通過變壓器的功率分別為Smax=25+j18MVA,Smin=14+j10MVA,高壓側(cè)的要求電壓分別為V1max=120kV,V1min=114kV。發(fā)電機電壓的調(diào)整范圍是（6.0~6.6）kV,試選擇變壓器分接頭。第26頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一（3）三繞組變壓器分接頭的選擇①將高低繞組看作雙繞組，確定高繞組接頭；②將高中繞組看作雙繞組，確定中繞組分接頭位置。注意：功率分布（4）有載調(diào)壓變壓器有載調(diào)壓變壓器可以在帶負荷的條件下切換分接頭而且調(diào)節(jié)范圍也比較大，一般在15%以上。目前我國暫定，110kV級的調(diào)壓變壓器有7個分接頭，即VN±3×2.5%；220kV級的有9個分接頭即VN±4×2.0%。第27頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一采用有載調(diào)壓變壓器時，可以根據(jù)最大負荷算得的V1tmax值和最小負荷算得的V1tmin分別選擇各自合適的分接頭。這樣就能縮小次級電壓的變化幅度，甚至改變電壓變化的趨勢。

有載調(diào)壓變壓器接線圖第28頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一上述的調(diào)節(jié)發(fā)電機端電壓或調(diào)節(jié)變壓器分接頭的調(diào)壓方式，只有在電力系統(tǒng)無功電源充足的條件下才是行之有效的。3、改變電力網(wǎng)無功功率分布調(diào)壓因此，當電力系統(tǒng)的無功電源不足時，就必須在適當?shù)牡攸c裝設新的無功電源對所缺的無功進行補償，只有這樣才能實現(xiàn)調(diào)壓的目的，別無其他選擇。當系統(tǒng)無功電源不足時，為了防止發(fā)電機因輸出過多的無功功率而嚴重過負荷，往往不得不降低整個電力系統(tǒng)的電壓水平，以減少無功功率的消耗量，這時如采用調(diào)節(jié)變壓器分接頭等方法盡管可以局部地提高系統(tǒng)中某些點的電壓水平，但這樣做的結(jié)果反而增加了無功功率的損耗，迫使發(fā)電機不得不進一步降壓運行，以限制系統(tǒng)中總的無功功率消耗，從而導致整個系統(tǒng)的電壓水平更為低落，形成了電壓水平低落和無功功率供應不足的惡性循環(huán)，甚至導致電壓崩潰。第29頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一按調(diào)壓要求選擇無功補償設備容量①并聯(lián)無功補償調(diào)壓的基本原理

②按調(diào)壓要選擇補償量的基本原理U’2為補償前歸算到高壓側(cè)的變電所低壓母線電壓第30頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一第二項很小于是有第31頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一

①根據(jù)調(diào)壓要求，按最小負荷時沒有補償確定變壓器變比

②按最大負荷時的調(diào)壓要求選擇補償容量

③校驗實際電壓是否滿足要求選用并聯(lián)電容器通常在大負荷時降壓變電所電壓偏低，小負荷時電壓偏高。電容器只能發(fā)出感性無功功率以提高電壓，但電壓過高時卻不能吸收感性無功功率來使電壓降低。為了充分利用補償容量，在最大負荷時電容器應全部投入，在最小負荷時全部退出。第32頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一由于減小電阻將增加導線材料的消耗，加之QX/U這一項對電壓損耗的影響更大，所以目前一般都著眼于減低電抗X以降低電壓損耗。（1）改變R：增大導線截面積，可降低電壓損耗，同時降低網(wǎng)損.用于10kv及以下線路。

（2）改變X：串聯(lián)電容，多用于35kv及以上線路.減少線路電抗的一種有力的措施是采用串聯(lián)電容補償，它的原理可示意如圖所示。從電壓損耗的計算公式可知，改變輸電線路電阻R和電抗X，都可以達到改變電壓損耗的目的。（四）改變輸電線路的參數(shù)進行調(diào)壓第33頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一利用下式求出所需串聯(lián)的電容器的電抗值為相應的電容器組的容量為圖串聯(lián)電容補償原理第34頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一（1）要求各類用戶將負荷的功率因數(shù)提高到現(xiàn)行規(guī)程規(guī)定的參數(shù)。（2）改變發(fā)電機勵磁，可以改變發(fā)電機輸出的無功功率和發(fā)電機的端電壓。（3）根據(jù)無功功率平衡的需要，增添必要的無功補償容量，并按無功功率就地平衡的原則進行補償容量的分配。（4）當系統(tǒng)的無功功率供應比較充裕時，各變電所的調(diào)壓問題可以通過選擇變壓器的分接頭來解決。（5）在整個系統(tǒng)無功不足的情況下，不宜采用調(diào)整變壓器分接頭的辦法來提高電壓。（6）對于10kV及以下電壓等級的電網(wǎng)，由于負荷分散、容量不大，按允許電壓損耗來選擇導線截面是解決電壓質(zhì)量問題的正確途徑。五、各種調(diào)壓措施的合理應用第35頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一小結(jié)

通過改變電網(wǎng)電壓水平實現(xiàn)調(diào)壓：

1改變發(fā)電機端電壓調(diào)壓：用于地方性電網(wǎng).

2改變變壓器變比調(diào)壓：用于系統(tǒng)無功充足時。其實質(zhì)時改變電壓無功分布調(diào)壓.

3增設無功補償設備調(diào)壓：當系統(tǒng)無功不足時采用：可提高系統(tǒng)運行電壓水平可降低電網(wǎng)有功損耗4改變輸電線路參數(shù)調(diào)壓：用于功率因數(shù)較低、負荷波動較大的10～35kv配電線路第36頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一第二節(jié)電力系統(tǒng)有功功率的優(yōu)化分配及頻率調(diào)整電力系統(tǒng)是現(xiàn)代社會中最重要、最龐雜的工程系統(tǒng)之一。如何保證正常、穩(wěn)態(tài)運行時的電能質(zhì)量和經(jīng)濟性問題，是我們考慮的重點問題之一。衡量電能質(zhì)量的指標包括：頻率質(zhì)量、電壓質(zhì)量和波形質(zhì)量，分別以頻率偏移、電壓偏移和波形畸變率表示。一概述

頻率是電力系統(tǒng)運行的一個重要的質(zhì)量指標，直接影響著負荷的正常運行。負荷要求頻率的偏差一般應控制在（±0.2~±0.5）Hz的范圍內(nèi)。第37頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一對用戶的影響產(chǎn)品質(zhì)量降低生產(chǎn)率降低對發(fā)電廠的影響汽輪機葉片諧振對系統(tǒng)的影響頻率不穩(wěn)定給運行中的電氣設備帶來的危害：引起頻率偏移的原因2.有功功率的平衡1.電力系統(tǒng)頻率調(diào)整的必要性第38頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一電力系統(tǒng)中，在任何時候，所有發(fā)電廠發(fā)出的有功功率的總和，而包括所有用戶的有功功率、所有發(fā)電廠廠用電有功負荷和網(wǎng)絡的有功損耗，即為保證可靠供電和良好的電能質(zhì)量，電力系統(tǒng)的有功功率平衡額定運行參數(shù)下確定。而且，還應具有一定的備用容量，也就是在系統(tǒng)最大負荷情況下，系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電負荷的部分稱系統(tǒng)的備用容量。系統(tǒng)備用容量一般分負荷備用、事故備用、檢修備用和國民經(jīng)濟備用等。第39頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一（1）負荷備用：是指調(diào)整系統(tǒng)中短時的負荷波動并擔負計劃外的負荷增加而設置的備用。負荷備用容量的大小應根據(jù)系統(tǒng)負荷的大小、運行經(jīng)驗并考慮系統(tǒng)中各類用電的比重確定。一般為最大負荷的2％一5％，大系統(tǒng)采用較小數(shù)值，小系統(tǒng)采用較大數(shù)值（2）事故備用：是使電力用戶在發(fā)電設備發(fā)生偶然性事故時不受嚴重影響，維持系統(tǒng)正常供電所需的備用。事故備用容量的大小應根據(jù)系統(tǒng)容量、發(fā)電機臺數(shù)、單位機組容量、機組的事故概率、系統(tǒng)的可靠性指標等確定，—般約為最大負荷的5％一10％，但不得小于系統(tǒng)中最大機組的容量。第40頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一（3）檢修備用：為保證系統(tǒng)的發(fā)電設備進行定期檢修時，不致影響供電而在系統(tǒng)中留有的備用容量。所以發(fā)電設備運行一段時間以后，都必須進行檢修。檢修分大修和小修。一般大修時分批分期安排在一年中最小負荷季節(jié)進行。小修則利用節(jié)假日進行，以盡量減少因檢修停機所需的備用容量。（4）國民經(jīng)濟備用：是考慮到工農(nóng)業(yè)用戶的超計劃生產(chǎn)，新用戶的出現(xiàn)等而設置的備用容量，其值根據(jù)國民經(jīng)濟的增長情況而確定，一般約為系統(tǒng)最大負荷的3%—5%

負荷備用、事故備用、檢修備用、國民經(jīng)濟備用歸納起來以熱備用和冷備用的形式存在于系統(tǒng)中。而不難想見，熱備用中至少應包括全部負荷備用和一部分事故備用第41頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一二負荷的頻率靜特性和電源的頻率靜特性(一）電力系統(tǒng)負荷的頻率靜態(tài)特性當頻率變化時，電力系統(tǒng)中的有功功率負荷也將發(fā)生變化。當電力系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運行時，系統(tǒng)中有功負荷隨頻率的變化特性稱為負荷的有功功率-頻率靜態(tài)特性。電力系統(tǒng)綜合負荷的有功功率與頻率的關系用數(shù)學式表示為式中，為電力系統(tǒng)頻率為時，整個系統(tǒng)的有功負荷，為電力系統(tǒng)頻率為額定值時，整個系統(tǒng)的有功負荷，為上述有功負荷占的百分數(shù)。式子表明，當電力系統(tǒng)頻率降低時，電力系統(tǒng)負荷的有功功率也將隨之降低第42頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一第43頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一發(fā)電機的頻率調(diào)整是由原動機的調(diào)速系統(tǒng)來實現(xiàn)的，當系統(tǒng)有功功率平衡遭到破壞、引起頻率變化時，原動機的調(diào)速系統(tǒng)將自動改變原動機的進汽（水）量，相應增加或減少發(fā)電機的出力。原動機調(diào)速系統(tǒng)有很多類型，下面介紹廣為應用的離心飛擺式機械調(diào)速系統(tǒng)，其原理示意如圖所示。(二)發(fā)電機組的有功功率—頻率靜態(tài)特性第44頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一1、自動調(diào)速系統(tǒng)如右圖所示：調(diào)速系統(tǒng)由四個部分組成：1為轉(zhuǎn)速測量元件（飛擺）；2為放大元件（錯油門）；3為執(zhí)行機構(gòu)（油動機）；4為轉(zhuǎn)速控制機構(gòu)（調(diào)頻器）。第45頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一第46頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一第47頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一概念介紹發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率：發(fā)電機組原動機或電源頻率特性的斜率。

標志著隨頻率的升降發(fā)電機組發(fā)出功率減少或增加的多寡。2、發(fā)電機組的有功功率—頻率靜態(tài)特性第48頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一發(fā)電機是調(diào)差系數(shù)：單位調(diào)節(jié)功率的倒數(shù)。發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率與調(diào)差系數(shù)的關系：一般來說發(fā)電機的單位調(diào)節(jié)功率是可以整定的：汽輪發(fā)電機組

=3~5或=33.3~20水輪發(fā)電機組

=2~4或=50~25第49頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一負荷的單位調(diào)節(jié)功率：綜合負荷的靜態(tài)頻率特性的斜率。一般而言：第50頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一1、有功功率的變動及其調(diào)整電力系統(tǒng)有功功率負荷（以下簡稱負荷）時刻都在作不規(guī)則變化，如右圖所示。對系統(tǒng)實際負荷變化曲線的分析表明，系統(tǒng)負荷可以看作是由三種具有不同變化規(guī)律的變動負荷所組成：第一種視變化幅度很小，變化周期短，負荷變動有很大的偶然性；第二種是變化幅度大，變化周期較長；第三種是變化緩慢的持續(xù)變動負荷。三、電力系統(tǒng)中的頻率調(diào)整第51頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一

負荷的變化將引起頻率的相應變化，電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整大體上分一次、二次、三次調(diào)整三種。

頻率的一次調(diào)整（或稱為一次調(diào)頻）指由發(fā)電機組的調(diào)速器進行的，是對第一種負荷變動引起的頻率偏移作調(diào)整。

頻率的二次調(diào)整（或稱為二次調(diào)頻）指由發(fā)電機組的調(diào)頻器進行的，是對第二種負荷變動引起的頻率偏移作調(diào)整。

頻率的三次調(diào)整（或稱為三次調(diào)頻）是對第三種負荷變動引起的頻率偏移作調(diào)整。將在有功功率平衡的基礎上，按照最優(yōu)化的原則在各發(fā)電廠之間進行分配。

第52頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一簡述：由于負荷突增，發(fā)電機組功率不能及時變動而使機組減速，系統(tǒng)頻率下降，同時，發(fā)電機組功率由于調(diào)速器的一次調(diào)整作用而增大，負荷功率因其本身的調(diào)節(jié)效應而減少，經(jīng)過一個衰減的振蕩過程，達到新的平衡。數(shù)學表達式：KS：稱為系統(tǒng)的單位調(diào)節(jié)功率，單位Mw/Hz。表示原動機調(diào)速器和負荷本身的調(diào)節(jié)效應共同作用下系統(tǒng)頻率下降或上升的多少。（一）頻率的一次調(diào)整第53頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一注意：取功率的增大或頻率的上升為正；為保證調(diào)速系統(tǒng)本身運行的穩(wěn)定，不能采用過大的單位調(diào)節(jié)功率；對于滿載機組，不再參加調(diào)整。對于系統(tǒng)有若干臺機參加一次調(diào)頻：具有一次調(diào)頻的各機組間負荷的分配，按其調(diào)差系數(shù)即下降特性自然分配。第54頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一（二）頻率的二次調(diào)整當負荷變動幅度較大（0.5%~1.5%），周期較長（幾分鐘），僅靠一次調(diào)頻作用不能使頻率的變化保持在允許范圍內(nèi)，這時需要籍調(diào)速系統(tǒng)中的調(diào)頻器動作，以使發(fā)電機組的功頻特性平行移動，從而改變發(fā)電機的有功功率以保持系統(tǒng)頻率不變或在允許范圍內(nèi)。數(shù)學表達式如果，即發(fā)電機組如數(shù)增發(fā)了負荷功率的原始增量，則，即所謂的無差調(diào)節(jié)。對于N臺機，則：第55頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一當系統(tǒng)負荷增加時，由以下三方面提供：二次調(diào)頻的發(fā)電機組增發(fā)的功率；發(fā)電機組執(zhí)行一次調(diào)頻，按有差特性的調(diào)差系數(shù)分配而增發(fā)的功率；由系統(tǒng)的負荷頻率調(diào)節(jié)效應所減少的負荷功率。第56頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一頻率調(diào)整圖P142例4-5第57頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一電力系統(tǒng)中的發(fā)電廠主要有以下三類水力發(fā)電廠火力發(fā)電廠原子能發(fā)電廠（核電廠）

各類發(fā)電廠由于其設備容量、機械特性、使用的動力資源等不同，而有著不同的技術(shù)經(jīng)濟特性。必須結(jié)合它們的特點，合理地組織這些發(fā)電廠的運行方式，恰當安排它們在電力系統(tǒng)日負荷曲線和年負荷曲線中的位置，以提高電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟性。第58頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一1、火力發(fā)電廠的主要特點（1）要支付燃料及運輸費用，不受自然條件的影響。（2）有功出力最小限制，啟停時間長且啟停費用高。（3）效率與蒸汽參數(shù)有關，高溫高壓設備效率最高，低溫低壓設備效率最低。（4）熱電廠總效率較高，但與熱負荷相應的輸出功率是不可調(diào)節(jié)的強迫功率。（一）各類發(fā)電廠的特點第59頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一

2、水力發(fā)電廠的特點（1）必須釋放水量－－強迫功率。（2）出力調(diào)節(jié)范圍比火電機組大，啟停費用低，且操作簡單。（3）不需燃料費，但一次投資大，抽水蓄能，水電廠的運行依水庫調(diào)節(jié)性能的不同在不同程度上受自然條件的影響。第60頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一3、原子能發(fā)電廠的特點（1）最小技術(shù)負荷小，為額定負荷10～15％。（2）啟停費用高；負荷急劇變化時，調(diào)節(jié)費用高；啟停及急劇調(diào)節(jié)時，易于損壞設備。（3）一次投資大，運行費用小。第61頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一原則（1）充分利用水源。（2）降低火電機組的單位煤耗，發(fā)揮高效機組的作用。（3）盡量降低火力發(fā)電成本。根據(jù)上述原則，在夏季豐水期和冬季枯水期各類電廠在日負荷曲線中的安排示意圖，見圖5-2。（二）各類發(fā)電廠的合理組合第62頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一各類發(fā)電廠組合順序示意圖（a）枯水季節(jié)（b）豐水季節(jié)第63頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一夏季豐水期，水量充足，水電廠應帶基本負荷以避免棄水、節(jié)約燃煤。在此期間，可抓緊時間進行火電廠設備的檢修。冬季枯水期，來水較少，應由凝汽式火電廠承擔基本負荷，水電廠則承擔尖峰負荷。第64頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一1、耗量特性電力系統(tǒng)中有功功率負荷合理分配的目標是，在滿足一定約束條件的前提下，盡可能節(jié)約消耗的能源。

(1)耗量微增率：單位時間內(nèi)輸入能量微增量與輸出功率微增量的比值。為耗量特性曲線上某一點切線的斜率。(2)比耗量：單位時間內(nèi)輸入能量與輸出功率之比。為耗量特性曲線上某一點縱坐標和橫坐標的比值。(3)發(fā)電設備的效率：為比耗量的倒數(shù)。四、有功功率負荷的最優(yōu)分配第65頁，共76頁，2023年，2月20日，星期一效