電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析知識點(diǎn)

電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析知識點(diǎn)匯總

第一章電力系統(tǒng)的基本概念

一、電力系統(tǒng)組成（*）

電力系統(tǒng)由發(fā)電廠、變電站、輸電線、配電系統(tǒng)及負(fù)荷組成的有機(jī)的整體。

電力網(wǎng)絡(luò)是由電力線路、變壓器等變換、輸送、分配用能設(shè)備所組成的部分。

在電力系統(tǒng)中，發(fā)電機(jī)、變壓器、線路和受電器等直接參與生產(chǎn)、輸送、分配和使用電

能的電力設(shè)備常稱為主設(shè)備或稱一次設(shè)備，由他們組成的系統(tǒng)又稱為一次系統(tǒng)。

在電力系統(tǒng)中還包含各種測量、保護(hù)和控制裝置，習(xí)慣上將它們稱為二次設(shè)備和二次系

統(tǒng)。

二、電力系統(tǒng)基本參量

總裝機(jī)容量系統(tǒng)中實(shí)際安裝的發(fā)電機(jī)組額定有力功率的總和，其單位用千瓦（爾）、

兆瓦（MW）或吉瓦（GW）,

年發(fā)電量指系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)組全年實(shí)際發(fā)出電能的總和，其單位用兆瓦時(shí)，吉瓦

時(shí)或太瓦時(shí)。

最大負(fù)荷電力系統(tǒng)總有功夫和在一年內(nèi)的最大值，以千瓦，兆瓦或吉瓦計(jì)。年發(fā)電

量與最大負(fù)荷的比成為年最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tmax

額定頻率按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，我國所有交流電系統(tǒng)的額定功率為50HZo

最高電壓等級是指該系統(tǒng)中最高的電壓等級電力線路的額定電壓。

三、電力系統(tǒng)的結(jié)線方式

對電力系統(tǒng)接線方式的基本要求：1、保證供電可靠性和供電質(zhì)量；2、接線要求簡單、

明了，運(yùn)行靈活，操作方便；3、保證維護(hù)及檢修時(shí)的安全、方便；4、在滿足以上要求的條

件下，力求投資和運(yùn)行費(fèi)用低；5、滿足擴(kuò)建的要求。

無備用結(jié)線包括單回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)。優(yōu)點(diǎn)：簡單、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行方

便。缺點(diǎn)：供電可靠性差。適用范圍：供電可靠性要求不高的場合。

有備用結(jié)線包括雙回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)。優(yōu)點(diǎn)：供電可靠性和電壓質(zhì)

量高。缺點(diǎn)：不經(jīng)濟(jì)。適用范圍：電壓等級較高或重要的負(fù)荷。

四、電壓等級及適用范圍（*）

制定標(biāo)準(zhǔn)電壓的依據(jù)：1、三相功率正比于線電壓及線電流S=V3UIo當(dāng)輸送功率一定

時(shí)，輸電電壓越高，則輸送電流越小，因而所用導(dǎo)線截面積越小。2、電壓越高對絕緣的要

求越高，桿塔、變壓器、斷路器的絕緣投資也越大。因而對應(yīng)于一定的輸送功率與輸送距離

應(yīng)有一最佳的輸電電壓、3、從設(shè)備制造的經(jīng)濟(jì)性以及運(yùn)用時(shí)便于代換，必須規(guī)格化、系列

化，且等級不宜過多。

750/500KV為輸電遠(yuǎn)正離輸電網(wǎng)絡(luò)電壓，及區(qū)域網(wǎng)之間的互聯(lián)線路電壓

330、220KV多半用于大電力系統(tǒng)的主干線，330KV電壓等級是西北網(wǎng)的特有電壓等級，

也用于省網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò)

H0KV既用于中小電力系統(tǒng)的主干線，也用于大電力系統(tǒng)的二次網(wǎng)絡(luò)

35KV用于大城市或大工業(yè)企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，也廣泛用于農(nóng)村網(wǎng)絡(luò)

10KV則是常用的更低一級配電電壓，只有負(fù)荷中高壓電動(dòng)機(jī)的比重很大時(shí)，才考慮以

6KV配電的方案

電壓等級（kV）輸送容量輸送距離（km）

（MVA）

7502000?2500500以上（跨大區(qū)）

輸電5001000?1500150?850（跨若）

220100?500100?300（跨地區(qū)）

110（部分輸電）10?5050-100（跨縣市）

高中壓

352?1020?50（縣市內(nèi)）

配電

100.2?26?20（市內(nèi)）

低壓配電380/220V（樓內(nèi)、農(nóng)電）4：

如何確定額定電壓

線路（電網(wǎng)）額定電壓二用電設(shè)備額定電壓

發(fā)電機(jī)額定電壓=105%線路額定電壓

升壓變壓器額定電壓：

一次側(cè)=線路額定電壓=發(fā)電機(jī)額定電壓（與發(fā)電機(jī)相關(guān)聯(lián)105%）

二次側(cè)=110%（或10㈱）線路額定電壓

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五、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式（*）

直接接地特點(diǎn)：供電可靠性低，比較經(jīng)濟(jì)；故隙時(shí)：如發(fā)生接地故障，構(gòu)成短路I可

路，接地相電流很大；適用范圍：UOKV以上系統(tǒng)

不接地特點(diǎn)：供電可靠性高，絕緣費(fèi)高：故障時(shí)：如發(fā)生接地故障，不必切除；

接地相，但非接地相對地電壓為相電壓百倍,適用范圍：35KV以下系統(tǒng)

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地

1、中性點(diǎn)絕緣故障后相電壓升高6倍，但線電壓不變，供電可靠性高，適用于35KV

及以下的網(wǎng)絡(luò)。

2、110KV及以上網(wǎng)絡(luò)，考慮到絕緣投資與運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用常采用中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)。

3、在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，當(dāng)接地電流超過以卜數(shù)值時(shí)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。

3—6KV網(wǎng)絡(luò)30A

10KV網(wǎng)絡(luò)20A

35-60KV.網(wǎng)絡(luò)10A

中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，又有過補(bǔ)償和欠補(bǔ)償之分。過補(bǔ)償，感性電流小于容

性電流。欠補(bǔ)償，感性電流大于容性電流

/'、、電力系統(tǒng)運(yùn)行的特點(diǎn)、要求（*）

電能的特點(diǎn)

電能不能大量儲存，電力系統(tǒng)在任何時(shí)刻的電能必須滿足EPGMEPL+EPMS

對電力系統(tǒng)的要求

1、最大限度的滿足用戶的用電需求

2、保證安全可靠的供電，按對供電的可靠性的喲求講負(fù)荷分為三級：

一級負(fù)荷：對這一級負(fù)荷中斷供電，將造成人身事故，經(jīng)濟(jì)嚴(yán)重?fù)p失，人民生活發(fā)

生混亂。

二級負(fù)荷：對這一級負(fù)荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，人民生活受影響。

三級負(fù)荷：所有不屬于一、二級的負(fù)荷，如學(xué)校，工廠的附屬車間，農(nóng)電等

保證電能的良好質(zhì)量（*）

衡量電能質(zhì)量的的指標(biāo)為：電壓、頻率、波形

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第二章電力系統(tǒng)各元件的特性和數(shù)學(xué)模型

一、電力線路的參數(shù)和數(shù)學(xué)模型

電力線路按結(jié)構(gòu)可分架空線路和電纜線路。

架空線路由導(dǎo)線、避雷線、桿塔、絕緣子和金具等構(gòu)成。

導(dǎo)線、傳輸電能；避雷線、講雷電流引入大地以保護(hù)電力線路免受雷擊；桿塔、支持導(dǎo)

線和避雷線；絕緣子、使導(dǎo)線和桿塔間保持絕緣；金具、支持、接續(xù)、保護(hù)導(dǎo)線和避雷線,

連接和保護(hù)絕緣子。

電纜線路由導(dǎo)線、絕緣層、保護(hù)層等構(gòu)成。

導(dǎo)線、傳輸電能；絕緣層、使導(dǎo)線與導(dǎo)線、導(dǎo)線與保護(hù)層互相絕緣：保護(hù)層、保廣絕緣

層，并有防止絕緣油外溢的作用。

架空線路的絕緣子分針式和懸式兩種，針式絕緣子使用在電壓不超過35KV的線路上，

懸式絕緣子是成串實(shí)用的絕緣子，用于電壓為35KV及以上的線路上。

架空線路的換位為減少三項(xiàng)參數(shù)的不平衡，輸電線路進(jìn)行換位循環(huán)，使三項(xiàng)線路參數(shù)

盡量平衡。整換位循環(huán)：指?定長度內(nèi)有兩次換位而三相導(dǎo)線都分別處于三個(gè)不同位置，完

成一次完整的循環(huán)。

二、電力線路的物理現(xiàn)象

熱效應(yīng)電流流過導(dǎo)線時(shí)會(huì)因電阻損耗而產(chǎn)生熱尾，電流越大，損耗越大，發(fā)熱也越

厲害。用電阻R描述

磁場效應(yīng)當(dāng)交流電流通過電力線路時(shí)，在三相導(dǎo)線內(nèi)部和三相導(dǎo)線的周圍都要產(chǎn)生

交變的磁場，而交變磁通幣.鏈導(dǎo)線后，將在導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電勢。用電感L描述。

電場效應(yīng)當(dāng)交流電流加在電力線路上時(shí)，在三相導(dǎo)線的周圍會(huì)產(chǎn)生交變的電場，在

它的作用下，不同相的導(dǎo)線之間和導(dǎo)線與大地之間將產(chǎn)生位移電流，從而形成容性電流和容

性功率。用電容C描述。

電暈現(xiàn)象和電流泄漏在高電壓的作用下，當(dāng)導(dǎo)線表面的電場強(qiáng)度過高時(shí)，當(dāng)導(dǎo)致輸

電線周圍的空氣游離放電（在電力系統(tǒng)中常稱這種現(xiàn)象為電暈現(xiàn)象）；而且由于絕緣住不完

善，可能引起少量的電流泄漏等。用電導(dǎo)G描述。

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三、波阻抗和自然功率

如果令線路的r.=0和=0,則成為一條無損耗的線路，相應(yīng)的z,=皿,①，

glyx=jG

它的波阻抗Z,.=JL,/G為純電阻,傳播系數(shù)則僅有虛部￡,稱為相位系數(shù)。在無損線路

中，當(dāng)線路末端所接負(fù)荷等于波阻抗Z時(shí)，線路末端的功率為純有功功率。這個(gè)功率成為線

路的自然功率。自然功率常用來衡量長距離輸電線路的輸電能力，一般220kV及以上電壓等

級架空線路的輸電能力大致接近于自然功率。

四、負(fù)荷的運(yùn)行特性和數(shù)學(xué)模型

1、負(fù)荷和負(fù)荷曲線

1.1電力系統(tǒng)的負(fù)荷

電力系統(tǒng)總負(fù)荷就是系統(tǒng)中千萬個(gè)用電設(shè)備消疑功率的總和。他們大致分異步電動(dòng)

機(jī)、同步電動(dòng)機(jī)、電熱電爐、整流設(shè)備、照明設(shè)備若干類。

電力系統(tǒng)綜合用電負(fù)荷工業(yè)、農(nóng)業(yè)、郵電、交通、市政、商業(yè)及城鄉(xiāng)居民鎖消耗的

功率綜合。

電力系統(tǒng)的供電負(fù)荷綜合用電負(fù)荷加網(wǎng)絡(luò)中損耗的功率就是系統(tǒng)中各發(fā)電廠應(yīng)供

應(yīng)的功率。

電力系統(tǒng)的發(fā)電負(fù)荷供電負(fù)荷再加各發(fā)電廠本身消耗的功率一廠用電，就是系統(tǒng)中

各發(fā)電機(jī)應(yīng)發(fā)的功率

電力系統(tǒng)負(fù)荷的運(yùn)行特性分為兩大類：1、負(fù)荷曲線：負(fù)荷隨時(shí)間而變化的規(guī)律；2、

符合特性：負(fù)荷隨電壓或頻率而變化的規(guī)律

1.2負(fù)荷曲線

按負(fù)荷種類分，可分為有功功率負(fù)荷和無功功率負(fù)荷曲線；

按照時(shí)間段長短分，可分為日負(fù)荷和年負(fù)荷曲線。

按計(jì)量地點(diǎn)分，可分為個(gè)別用戶、電力線路、變電所、發(fā)電廠、乃至整個(gè)系統(tǒng)的負(fù)荷曲

線。

1.2.1有功功率日負(fù)荷曲線

日負(fù)荷曲線描述一日內(nèi)負(fù)荷隨時(shí)間（以小時(shí)為單位）變化的曲線。反映一段時(shí)間內(nèi)

負(fù)荷隨時(shí)間而變化的規(guī)律用負(fù)荷曲線來描述。最大、最小值之差，即所謂峰谷差。日負(fù)荷曲

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線它是制訂各發(fā)電負(fù)荷計(jì)劃的依據(jù)。

FI負(fù)荷率24小時(shí)平均負(fù)荷與該時(shí)間段內(nèi)的最高負(fù)荷的百分比。

1.2.2有功功率年負(fù)荷曲線

一般指年最大負(fù)荷曲線，即表示一年內(nèi)每月最大有功功率負(fù)荷變化的曲線。有功歡率年

負(fù)荷曲線常用語制訂發(fā)電設(shè)備檢修計(jì)劃及計(jì)算全年的發(fā)電最。

2、負(fù)荷的靜態(tài)特性和數(shù)學(xué)模型

2.1負(fù)荷的靜態(tài)特性

負(fù)荷特性指負(fù)荷功率隨負(fù)荷端電壓或系統(tǒng)頻率變化而變化的規(guī)律，因而有電壓特性和頻

率特性之分，進(jìn)?步可分為靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性。

靜態(tài)特性：指電壓或頻率變化后進(jìn)入穩(wěn)態(tài)時(shí)負(fù)荷功率與電壓或頻率的關(guān)系。

動(dòng)態(tài)特性：指電壓或頻率急劇變化過程中負(fù)荷功率與電壓或頻率的關(guān)系。

由于負(fù)荷有功功率和無功功率的變化規(guī)律不同，負(fù)荷特性還應(yīng)分為有功功率特性和無功

功率特性兩種。

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第三章簡單電力網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算和分析

一、潮流計(jì)算

潮流計(jì)算的目標(biāo)

針對系統(tǒng)正常穩(wěn)態(tài)運(yùn)行狀態(tài)的計(jì)算:給定運(yùn)行方式下的負(fù)荷和某些發(fā)電機(jī)功率及某些節(jié)

點(diǎn)電壓，求整個(gè)系統(tǒng)的電壓和功率分布。

潮流計(jì)算的用途

檢查各元件是否過負(fù)荷

各節(jié)點(diǎn)電壓是否滿足要求、計(jì)算功率損耗

功率的分布和分配是否合理

潮流計(jì)算的重要性一一電力系統(tǒng)最基本的計(jì)算

現(xiàn)有系統(tǒng)的運(yùn)行和擴(kuò)建

新系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的安全估計(jì)、靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定分析

潮流計(jì)算結(jié)果：各節(jié)點(diǎn)電不（大小、相位）、各支路電流及功率分布（功率的傳輸和發(fā)率損

耗）

首先從簡單網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算入手，掌握手算潮流的方法和了解系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行下的物理現(xiàn)象，然

后學(xué)習(xí)復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的潮流計(jì)算（側(cè)重于基本的計(jì)算機(jī)算法）

二、電壓降落、電壓損耗和電壓偏移

電壓降落或稱線路阻抗中的電壓降落，是指線路始木兩端電壓的向量差，電壓降落

也是向量，有縱分量和橫分量

電壓損耗在電力系統(tǒng)中，關(guān)心較多的是線路兩端電壓的數(shù)值差，并將這一差值

稱為電壓損棍常用白分?jǐn)?shù)表不為電壓損耗%=（4-4）+外乂100%

在近似計(jì)算中，常用電壓降落的縱分量來代替電壓損耗^U2=（P2R+Q2X）^U2

電壓偏移是指線珞始端電壓和末端電壓與線路額定電壓之間的差值，即q-“V和

u2-uN,分別用他們來衡量兩端電壓偏離額定電壓的程度。電壓偏移常用百分?jǐn)?shù)表示，有

始端電壓偏移%=（G-力）+SvX100%末端電壓偏移%=-4）+力X100%

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電壓調(diào)整是指線路末端空載與負(fù)載時(shí)電壓的數(shù)值差(〃20-。2)。電壓調(diào)整也僅有數(shù)

值。不計(jì)線路對地導(dǎo)納時(shí)，U，o=U、,電壓調(diào)整等于電壓損耗，即—電

壓調(diào)整也常以百分值表示，即電壓調(diào)整%=(。20-。2)+02()X100%式中的為線路末端

空載時(shí)電壓。

輸電功率是指線路末端輸出有功功率L與線路始端輸入有功功率P的比值，常以

百分值表示，即輸電效率%=R+qxlOO%因?yàn)榫€路始端輸出有功功率Pi總大于末

端有功功率P2,輸電效率總小于100%

可得出以下結(jié)論

三、電力線路上的電能損耗

有功功率損耗伴隨著電能損耗，從而使電力系統(tǒng)一次能源消耗增加。

對于無功功率損耗雖然它并不直接引起電能損耗，但無功損耗需要由發(fā)電機(jī)和無攻補(bǔ)償

設(shè)備供給，從而也增大了他們的容量和所需要的費(fèi)用。

當(dāng)無功功率流過線路和變壓器時(shí)，使總電流增大，因而增大了電阻中的有功功率損耗。

顯然系統(tǒng)中不希望無功功率遠(yuǎn)距離輸送，希望用戶提高功率因索，無功功率分層控制，

就地平衡。

線路等值電抗消耗的無功：與負(fù)荷平方成正比。

對地等值電納發(fā)出的無功：充電功率，與所加電壓平方成正比，與通過負(fù)荷無直接關(guān)系。

輕載時(shí)，線路消耗很少的無功，甚至發(fā)出無功。對于超高壓線路，可能引起線路末端電

壓升高，導(dǎo)致絕緣設(shè)備損壞，故線路末端常設(shè)并聯(lián)電抗器，在線路空載或輕載時(shí)抵消充電功

率，避免線路上出現(xiàn)過電壓。

四、電力線路上的電能損耗

最大負(fù)荷利用小時(shí)數(shù)Tw指一年中負(fù)荷消費(fèi)的電能A除以一年中的最大負(fù)荷P四，

即：叫…/辿

年負(fù)荷率一年中負(fù)荷消費(fèi)的電能A除以一年中的最大負(fù)荷口皿與8760h的乘積，即：

年負(fù)荷率=4/(8760匕Q=匕/_/(873PmJ=TnJ^

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年負(fù)荷損耗率全年電能損耗除以最大負(fù)荷時(shí)的功率損耗與8760h的乘積，即：

年負(fù)荷損耗率=M2/(8760^nax)

最大負(fù)荷損耗時(shí)間全年電能損耗除以功率損耗，即：rmax=Mz/A^ax

求取全年電能損耗的方法有以下兩個(gè)：

根據(jù)最大負(fù)荷損耗率計(jì)算：A4=ARaxX(年負(fù)荷損耗率)x8760

根據(jù)最大負(fù)荷損耗時(shí)間計(jì)算：A4=A%axX%ax

最大負(fù)荷損耗時(shí)間「max與月皿和功率因素COS。均有關(guān)系，通過書中表3-1利用匕ax和

COS。可得到％ax

五、電能經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

輸電效率指線路末端輸出有功功率與線路始端輸入有功功率的比值，以百分?jǐn)?shù)表示

輸電效率％=//［、100%

線損率或網(wǎng)損率線路上損耗的電能與線路始端輸入的電能的比值

線損率％=AA：/AX100%=/(4+A/Qx100%

六、線路分析結(jié)論

1、輸電線路的最大傳輸功率與兩端電壓的乘積成正比，而與線路的電抗呈反比。2、增

加始端或末端的電壓可以提高線路的傳輸功率極限，但是由于受設(shè)備絕緣等因素的限制，其

最高電壓通常不允許超過一定的容許值，除非提高線路的電壓等級，采用更高一級的額定電

壓。3、減少線路的電抗比提高電壓等級容易和經(jīng)濟(jì)得多。其中，線路采用分裂導(dǎo)線便是減

少的措施之一，另一個(gè)措施是在線路上串聯(lián)電容器，用電容器的容抗來補(bǔ)償線路的一部分感

抗。

輸電線路功率與電壓之間的定性關(guān)系

在輸電系統(tǒng)，特別是超高壓輸電系統(tǒng)中，由于線路和變壓器的電阻遠(yuǎn)小于電杭，其

結(jié)果是有功功率與兩端電壓相位差之間，無功功率與電壓損耗之間呈比較緊密的關(guān)系，而有

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功功率與電壓損耗之間、無功功率與電壓相位差之間的關(guān)系較弱。

P=(U}xU2)xsmO^X

有功功率一般是由電壓相位相對超前的一端向電壓相位相對滯后的一端傳送(相當(dāng)于

夕>0)。

對于線路所傳輸?shù)臒o功功率，在忽略線路的電阻時(shí)有

卜.式可以得出無功功率與兩端電壓的關(guān)系。

t/,^U2+AU2=U2+(P2R+Q2X)^-U2

可見，線路傳輸?shù)臒o力功率與線路兩端電壓差即電壓損耗成正比。而且，無功功率?般

由電壓高的一端向電壓低的一端流動(dòng)。如果要增加線路始端送到末端的無功功率，需要設(shè)法

提高始端電壓或降低末端電壓。

七、輻射形網(wǎng)絡(luò)中的潮流計(jì)算

輻射形電網(wǎng)特點(diǎn):線路有明確的始端利末端輻射形電網(wǎng)的分析計(jì)算利用已知的負(fù)荷、節(jié)

點(diǎn)電壓求取未知節(jié)點(diǎn)電壓、線路功率分布、功率損耗及始端輸出功率。按已知條件的不同，

一般可以分為兩種：已知末端功率、電壓:根據(jù)前述方瘩，從末端逐級往上推算已知末端功率、

始端電壓:迭代法求解

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第四章復(fù)雜電力系統(tǒng)潮流的計(jì)算機(jī)算法

潮流計(jì)算中節(jié)點(diǎn)的分類

在潮流計(jì)算中，給定的量應(yīng)該是負(fù)荷吸收的功發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率或者發(fā)電機(jī)的電壓和具

有電壓調(diào)整能力的變電所母線電壓。這樣，按照給定量種類的不同，可以將節(jié)點(diǎn)分為以下三

類：

（1）PQ節(jié)點(diǎn)。給定節(jié)點(diǎn)的注入有功功率P和注入元功功率Q，這類節(jié)點(diǎn)對應(yīng)于實(shí)際系

統(tǒng)中的純負(fù)荷節(jié)點(diǎn)（如變電所母線）、有功和無功出力都給定的發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)（包括節(jié)點(diǎn)上帶有

負(fù)荷卜以及聯(lián)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（注入有功和無功功率都等于零）。這類節(jié)點(diǎn)占系統(tǒng)中的絕大多數(shù)，它們

的節(jié)點(diǎn)電壓有效值和相位未知。

（2）PV節(jié)點(diǎn)。給定節(jié)點(diǎn)的注入有功功率尸和節(jié)點(diǎn)電壓已知效值，待求量是節(jié)點(diǎn)的注入

無功功率Q和電壓的相位e。這類節(jié)點(diǎn)通常為發(fā)電機(jī)節(jié)點(diǎn)，其有功出力給定而且具有比較大

的無功容量，它們能依靠自動(dòng)電壓調(diào)節(jié)器的作用使母線電壓保持為給定值。有時(shí)將一些裝有

無功補(bǔ)償設(shè)備的變電站母線也處理為PV節(jié)點(diǎn)。

（3｝平衡節(jié)點(diǎn)。在潮流計(jì)算中，必須設(shè)置一個(gè)平衡節(jié)點(diǎn)，其電壓有效值為給定值，電壓

相位為B-D,即系統(tǒng)其它各節(jié)點(diǎn)的電壓相位都以它為參考;而其注入的有功功率和無功功率

都是待求量。

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第五章電力系統(tǒng)的有功功率和頻率調(diào)整

一、電力系統(tǒng)的有功平衡

頻率偏移對電能用戶的影響

電力設(shè)備在額定頻率下設(shè)計(jì):好技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能，是電能質(zhì)量的另一重要指標(biāo)。

用戶觀點(diǎn):要求提供合格哪優(yōu)質(zhì)電能商品。

影響舉例：

電動(dòng)機(jī)：/變化，轉(zhuǎn)速改變，影響產(chǎn)品質(zhì)量。

電子設(shè)備:對/敏感，要求更高，現(xiàn)代投資環(huán)境。

火電廠主要設(shè)備:水泵、風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)都是異步電機(jī)，/下降，輸出下降，有功發(fā)電下

降，/進(jìn)一步下降，惡性循環(huán)。

有功功率和系統(tǒng)頻率的關(guān)系

1.電力系統(tǒng)的頻率與發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速的關(guān)系

在穩(wěn)態(tài)運(yùn)行情況下，全系統(tǒng)各點(diǎn)的頻率都相等，所有發(fā)電機(jī)都保持同步運(yùn)行。每一臺

發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率之間的關(guān)系為

/=(〃x〃)+60Hz

n:發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速

P：發(fā)電機(jī)極對數(shù)

發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于其轉(zhuǎn)軸上的原動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率尸”和發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率/電

網(wǎng)/：發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速。的體現(xiàn)當(dāng)發(fā)電機(jī)斗與4.平衡時(shí)，。和/不變負(fù)荷匕隨機(jī)變化引起

“隨機(jī)變化，均無法突變，引起了隨機(jī)變化。

結(jié)論:頻率偏移不可避免

?為了保持系統(tǒng)的頻率在額定值附近，需要不斷調(diào)整原動(dòng)機(jī)的輸入功率，使發(fā)電機(jī)的偷出功

率與系統(tǒng)負(fù)荷有功功率的變化相適應(yīng)，從而使發(fā)電機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速變化不致過大。

?因此，系統(tǒng)頻率的控制，與負(fù)荷有功功率的變化及其在發(fā)電機(jī)間的分配以及發(fā)電機(jī)組功

率的控制密切相關(guān)。

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2.有功負(fù)荷的變動(dòng)及控制

實(shí)際的負(fù)荷變化比圖中的曲線1要復(fù)雜得多，除「在總體上呈連續(xù)變化的趨勢以外還包

含呈隨機(jī)變化的部分，在短機(jī)變化的部分中，主要是變化幅度較小、變化周期較短（以幾秒

鐘為周期）的隨機(jī)分量；

有的還具有變化幅度稍大、變化周期稍長的（以幾分鐘為周期）脈動(dòng)分量。

另外一種負(fù)荷變動(dòng)基本上可以預(yù)計(jì)，其變動(dòng)幅度最大，周期也最長，是由于生產(chǎn)、生活、

氣象等變化引起的負(fù)荷變動(dòng)，有規(guī)率的。

電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整對變化幅度較小、變化周期較短（以幾秒鐘為周期）的隨機(jī)

分量，由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器來調(diào)整，當(dāng)調(diào)速器的測速系統(tǒng)感受到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)（如轉(zhuǎn)速

卜降），調(diào)速器的執(zhí)行機(jī)構(gòu)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的功率（增加發(fā)電機(jī)功率），由調(diào)速器來平衡負(fù)

荷變動(dòng)的方式常稱為電力系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整:一次調(diào)頻是所有運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組都可參加

的，取決于發(fā)電機(jī)組是否已經(jīng)滿負(fù)荷發(fā)電。

電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整對變化幅度稍大、變化周期稍長的（以幾分鐘為周期）脈動(dòng)

分量，只由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器動(dòng)作不能滿足頻率偏差的要求，由系統(tǒng)中指定發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻

器來調(diào)整，這種調(diào)整稱為電力系統(tǒng)頻率的二次調(diào)整;二次調(diào)頻廠往往是系統(tǒng)的平衡節(jié)點(diǎn)。

電力系統(tǒng)頻率的三次調(diào)整對變動(dòng)可以預(yù)計(jì)的負(fù)荷，根據(jù)預(yù)測負(fù)荷采用有功功率經(jīng)濟(jì)

分配，由調(diào)度部門根據(jù)負(fù)荷曲線進(jìn)行最優(yōu)分配。這種調(diào)整稱為電力系統(tǒng)頻率的三次調(diào)整。

負(fù)荷預(yù)測的簡要介紹

電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度的第一個(gè)問題就是研究用戶的需求，即進(jìn)行電力負(fù)荷預(yù)測，按照調(diào)度

計(jì)劃的周期，可分為日負(fù)荷預(yù)測，周負(fù)荷預(yù)測和年負(fù)荷預(yù)測。不同的周期的負(fù)荷有不同的變

化規(guī)律：

1.第一種變動(dòng)幅很小，周期又很短，這種負(fù)荷變動(dòng)有很大的偶然性

2.第二種變動(dòng)幅度較大，周期也較長，屬于這種負(fù)荷的主要有：電爐、壓延機(jī)械、電氣

機(jī)車等帶有沖擊性的負(fù)荷變動(dòng)；

3.第三種變動(dòng)基本上可以預(yù)計(jì)，其變動(dòng)幅度最大，周期也最長，是由于生產(chǎn)、生活、氣

象等變化引起的負(fù)荷變動(dòng)，

負(fù)荷預(yù)測的精度直接影響經(jīng)濟(jì)調(diào)度的效益，提島預(yù)測的精度就可以降低備用容量，減少

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臨時(shí)出力調(diào)整和避免計(jì)劃外開停機(jī)組，以利于電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

負(fù)荷預(yù)測分類：

1.安全監(jiān)視過程中的超短期負(fù)荷預(yù)測；

2.日調(diào)度計(jì)劃；

3.周負(fù)荷預(yù)測；

4.年負(fù)荷預(yù)測；

5.規(guī)劃電源和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展時(shí)需要用】0-2()年的負(fù)荷預(yù)測值。

有功功率電源和系統(tǒng)的備用容量

1.有功功率電源

電力系統(tǒng)中有功功率電源是各眾電廠的發(fā)電機(jī)。

系統(tǒng)中的總裝機(jī)容量=所有發(fā)電機(jī)額定容品方和

但系統(tǒng)中的電源容量并不一定始終等于所有發(fā)電機(jī)額定容量之的電和，這是因?yàn)椴⒉皇撬?/p>

有發(fā)電機(jī)組不間斷地全部投入運(yùn)行(停運(yùn)、檢修等)，且投入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組也不是全前按額

定容量發(fā)電。系統(tǒng)中電源容量:可投入發(fā)電設(shè)備的可發(fā)率之和投入運(yùn)行的發(fā)電設(shè)備可發(fā)功率

之和是真正可供調(diào)度的系統(tǒng)電源容量。其不應(yīng)小于包括網(wǎng)損和廠用電在內(nèi)的系統(tǒng)(總)發(fā)電負(fù)

荷。

2.系統(tǒng)的備用容最

系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電負(fù)荷的部分，可分為熱備用和冷備用或負(fù)荷備用、事故備用、檢

修備用和國民經(jīng)濟(jì)備用等。

(D負(fù)荷備用容量。負(fù)荷備用容量是為了適應(yīng)系統(tǒng)中短時(shí)的負(fù)荷波動(dòng)，以及因負(fù)荷預(yù)測

不準(zhǔn)而產(chǎn)生的計(jì)劃外負(fù)荷增加，一般取負(fù)荷的2%-5%

(2)事故備用容量。事故備用容量是為了防止因機(jī)組發(fā)生事故使有功產(chǎn)生缺額而設(shè)置的

備用容量，其大小應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)容量、發(fā)電機(jī)臺數(shù)、單位機(jī)組容量、機(jī)組的事故概率以及系統(tǒng)

的可靠性指標(biāo)等確定。一般取為系統(tǒng)最大負(fù)荷的5%-)]0%,且應(yīng)大于系統(tǒng)中最大機(jī)組的容

量。

(3)檢修備用。檢修備用是為系統(tǒng)中的發(fā)電設(shè)備能進(jìn)行定期檢修而設(shè)置的備用容量。通

常機(jī)組的檢修安排在系統(tǒng)負(fù)荷較低的季節(jié)和節(jié)假日進(jìn)行，如果這些時(shí)間不夠安排，則需設(shè)置

專門的檢修備用容量。

(4)國民經(jīng)濟(jì)備用。國民經(jīng)濟(jì)備用指適應(yīng)負(fù)荷的超計(jì)劃增長而設(shè)置的備用。

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負(fù)荷備用和事故備用是在系統(tǒng)每天的運(yùn)行過程中都必須加以考慮和安排的，檢修備用在

安排每年運(yùn)行方式時(shí)加以考慮，而國民經(jīng)濟(jì)備用則屬于電力系統(tǒng)規(guī)劃和設(shè)計(jì)考慮的內(nèi)容。

熱備用熱備用是指所有投入運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組可能發(fā)出的最大功率之和與全系統(tǒng)發(fā)

電負(fù)荷之差，因而也稱運(yùn)轉(zhuǎn)備用或旋轉(zhuǎn)備用。

負(fù)荷備用必須以熱備用的形式存在于系統(tǒng)之中。事故備用中一部分應(yīng)為熱備用，另一部

分可以冷備用的形式存在于系統(tǒng)之中。

冷備用冷備用容量是指系統(tǒng)中處于停止運(yùn)行狀態(tài)，但可以隨時(shí)待命啟動(dòng)的發(fā)電機(jī)組

最大出力的總和。

冷備用可以作為檢修備用和國民經(jīng)濟(jì)備用及一部分事故備用。

要保證電力系統(tǒng)運(yùn)行過程中的頻率質(zhì)量,首先必須滿足在額定頻率卜系統(tǒng)有功功率平衡

的要求，除了滿足有功功率平衡要求以外,在系統(tǒng)中還必須安排話當(dāng)?shù)膫溆萌萘浚泄β?/p>

平衡和備用要求可以歸納為：

1=1

丹M?一發(fā)電機(jī)i的可用有功出力，g為系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的總數(shù)

4口皿一全系統(tǒng)總的最大負(fù)荷；

一全系統(tǒng)的最大有功功率損耗和廠用電；

PR一全系統(tǒng)總有功功率備用容量。

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二、電力系統(tǒng)中有功功率的最優(yōu)分配

電力系統(tǒng)中有功功率的最有分配有兩個(gè)主要內(nèi)容，包括有功功率電源的最優(yōu)組合和有功

功率負(fù)荷的最優(yōu)分配。

有功功率電源的最優(yōu)組合

是指系統(tǒng)中發(fā)電設(shè)備或發(fā)電廠的合理組合。通常所說的機(jī)組的合理開停，包拈三個(gè)部分:

1.機(jī)組的最優(yōu)組合順序

2.機(jī)組的最優(yōu)組合數(shù)量

3.機(jī)組的最優(yōu)開停時(shí)間

涉及的是系統(tǒng)中冷備用容量的合理分布問題。

各類發(fā)電J的運(yùn)仃特點(diǎn)和合理組合

只對各類發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)及對它們承擔(dān)負(fù)荷的合理順序作一說明

1.各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)

火力發(fā)電廠的特點(diǎn)有

⑴火力發(fā)電廠的鍋爐和汽輪機(jī)都有一個(gè)技術(shù)最小負(fù)荷，也就是約束條件，鍋爐的技術(shù)最小

負(fù)荷取決于鍋爐燃燒的穩(wěn)定性，其值約為額定負(fù)荷的25%~70%,因鍋爐類型和燃料種類而

異。汽輪機(jī)的技術(shù)最小負(fù)荷約為額定負(fù)荷的10%~15%

⑵火力發(fā)電廠鍋爐和汽輪機(jī)的退出運(yùn)行和再度投入不僅要耗費(fèi)能量，而且要花費(fèi)時(shí)間，又

易于損壞設(shè)備。

⑶火力發(fā)電廠的鍋爐和汽輪機(jī)承擔(dān)急劇變動(dòng)的負(fù)荷時(shí)，也是既要額外耗費(fèi)能量，乂花費(fèi)時(shí)

間。

(4)火力發(fā)電廠鍋爐和汽輪機(jī)的高溫高壓設(shè)備效率高，可以靈活調(diào)節(jié)的范圍窄。中溫中壓設(shè)

備效率較前者低，但可以靈活調(diào)節(jié)的范圍較前者寬。低溫低壓設(shè)備效率最低，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

最差。

⑸熱電廠(供熱式火力發(fā)電廠)與一般火電廠的區(qū)別在于熱電廠的技術(shù)最小負(fù)荷取決于其熱

負(fù)荷，因而稱強(qiáng)迫功率。由于熱電廠抽氣供熱，其效率較高.

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原子能發(fā)電廠的特點(diǎn)有：

(1)原子能發(fā)電廠反應(yīng)堆的負(fù)荷基本上沒有限制，因此，其技術(shù)最小負(fù)荷主要取決于汽輪機(jī),

也約為額定負(fù)荷的10%15%o

(2)原子能發(fā)電廠的反應(yīng)堆和汽輪機(jī)退出運(yùn)行和再度投入皆承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷時(shí)，也要耗費(fèi)

能量、花費(fèi)時(shí)間，且易于損壞設(shè)備。

⑶原子能發(fā)電廠的一次投資大，運(yùn)行費(fèi)用小。

水力發(fā)電廠的特點(diǎn)有：

(1)為綜合利用水能，保證河流下游的灌溉、通航，水電廠必須向下游釋放一定水量，釋放

這部分水量的同時(shí)發(fā)出的功率也是強(qiáng)迫功率。

(2)水電廠的水輪機(jī)也有一個(gè)技術(shù)最小負(fù)荷，其值因水電廠的具體條件而異。

(3)水電廠的水輪機(jī)退出運(yùn)行和再度投入不需耗費(fèi)很多能量，也不需花費(fèi)很多時(shí)間，操作簡

單。這是水電廠的主要優(yōu)點(diǎn)方一。

(4)水電廠的水濤侖機(jī)承擔(dān)急劇變動(dòng)負(fù)荷時(shí)，不需額外耗費(fèi)能量和花費(fèi)時(shí)間。

(5)水電廠水頭過分低落時(shí)，水輪發(fā)電機(jī)組可發(fā)的功率要降低。水電廠不總能承擔(dān)額定容量

范圍內(nèi)的負(fù)荷。

(6)水電廠按其有無調(diào)節(jié)水庫、調(diào)節(jié)水庫的大小或其功能分為無調(diào)節(jié)、日調(diào)節(jié)、季調(diào)節(jié)、年

調(diào)節(jié)、多年調(diào)節(jié)和抽水蓄能等幾類。

抽水蓄能水電廠起的是調(diào)峰作用。在其上、下方各有一水庫，系統(tǒng)負(fù)荷出現(xiàn)低谷時(shí)，抽

水至上水庫，儲蓄水能;系統(tǒng)負(fù)荷出現(xiàn)高峰時(shí)，放水至下方水庫，同時(shí)發(fā)電.因此，其水源僅

需維持泄漏和蒸發(fā)所需水量。

2.各類發(fā)電廠的合理組合

火電廠承擔(dān)基本不變的負(fù)荷。避免頻繁開停設(shè)備或增減負(fù)荷。高溫高壓電廠因效率最高,

應(yīng)優(yōu)先投入，在負(fù)荷曲線的更基底部分運(yùn)行。中溫中壓電廠、低溫低壓電廠設(shè)備陳舊，效率

很低，只能在高峰負(fù)荷期間發(fā)必要的功率。

原子能電廠可調(diào)容量大，一次投資大，運(yùn)行費(fèi)用小，應(yīng)持續(xù)承擔(dān)額定容量負(fù)荷，在負(fù)荷

曲線的基底部分運(yùn)行。

無調(diào)節(jié)水庫水電廠全部功率應(yīng)首先投入。

有調(diào)節(jié)水庫水電廠強(qiáng)迫功率都不可調(diào)，應(yīng)首先投入。在洪水季節(jié)，為防止棄水，優(yōu)先投

入;在枯水季節(jié)則恰相反，應(yīng)承擔(dān)高峰負(fù)荷。在耗盡日耗水量的前提下，枯水季節(jié)水電廠可

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調(diào)功率用于調(diào)峰，使火電廠的負(fù)荷更平穩(wěn).從而減少設(shè)備開停或負(fù)荷增減，從而節(jié)約總的燃

料消耗。

抽水蓄能電廠在低谷負(fù)荷時(shí)，其水輪發(fā)電機(jī)組作電動(dòng)機(jī)水泵方式運(yùn)行，因而應(yīng)作負(fù)荷考

慮。在高峰負(fù)荷時(shí)發(fā)電，與常規(guī)水電廠無異。

雖然抽水蓄能、放水發(fā)電循環(huán)的總效率只有70%左右，但因這類電廠的介入，使火電

廠的負(fù)荷進(jìn)一步平穩(wěn)，就系統(tǒng)總體而言，是很合理的。這類電廠常伴隨原子能電廠出現(xiàn)，其

作用是確保原子能電廠有平穩(wěn)的負(fù)荷。但系統(tǒng)中嚴(yán)重缺乏調(diào)節(jié)手段時(shí).，也考慮建設(shè)這類電廠。

有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配

1、概述

最優(yōu)化人們?yōu)槟硞€(gè)目的而選擇的一個(gè)“最好”方案或一組“得力”措施以取得“最

伴”效果這樣一個(gè)宏觀過程

有功功率負(fù)荷的最優(yōu)分配是指系統(tǒng)的有功功率負(fù)荷在各個(gè)正在運(yùn)行的發(fā)電設(shè)備或

發(fā)電廠之間的合理分配。經(jīng)典的方法是按等耗量微增率準(zhǔn)則進(jìn)行分配，現(xiàn)代采用數(shù)學(xué)規(guī)劃的

方法。

電力系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行是電力系統(tǒng)分析的一個(gè)重要分支，研究的問題主要是在保證用戶

用電需求的前提下，如何優(yōu)化地調(diào)度系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)組和系統(tǒng)中可調(diào)狀態(tài)變量的運(yùn)行工況，

從而使系統(tǒng)發(fā)電所消耗的總?cè)剂虾淖罨蚓W(wǎng)絡(luò)損耗達(dá)到最小。

在電力系統(tǒng)中，由于各個(gè)發(fā)電廠的形式可能不同，它們的經(jīng)濟(jì)性各不相同。因此，系統(tǒng)

的有功負(fù)荷（包括網(wǎng)絡(luò)損耗）在電廠和機(jī)組間的不同分配，將影響到整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

在系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的負(fù)荷都已知的情況下，如何分配發(fā)電機(jī)和補(bǔ)償設(shè)備的功率，使得所有設(shè)備不

發(fā)生過載、全部母線電壓都滿足要求，并且使得全系統(tǒng)運(yùn)行最為經(jīng)濟(jì)，玲這便屬于電力系統(tǒng)

運(yùn)行方式的優(yōu)化問題。

優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)描述：

求解問題的變量，在滿足等式和不等式函數(shù)約束的條件下，使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最小。

2.火力發(fā)電廠之間的有功功率經(jīng)濟(jì)分配

經(jīng)典的經(jīng)濟(jì)調(diào)度在決定全系統(tǒng)的總有功負(fù)荷和損耗在發(fā)電機(jī)之間的經(jīng)濟(jì)分配時(shí)，只計(jì)及

發(fā)電機(jī)組有功出力的限制，而不考慮其它安全約束和電壓要求，其目標(biāo)是使全系統(tǒng)的總?cè)剂?/p>

消耗量（或總費(fèi)用）最少。

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1）火力發(fā)電機(jī)組的燃料消耗特性

對于純火電系統(tǒng)，發(fā)電廠的燃料費(fèi)用主要與發(fā)電機(jī)輸出的有功功率有關(guān)，這種反映單位

時(shí)間內(nèi)發(fā)電設(shè)備的能量消耗與發(fā)出的有功功率之間的關(guān)系稱為耗量特性。燃料消耗用含熱量

為29.31MJ/kg的標(biāo)準(zhǔn)煤重量表示。

耗量微增率X單位時(shí)間內(nèi)輸入能量微增率與輸出功率微增量的比值。耗量特性曲線

某點(diǎn)切線的斜率。

2）不計(jì)網(wǎng)損變化影響的有功功率經(jīng)濟(jì)分配

不計(jì)網(wǎng)損變化影響的有功功率經(jīng)濟(jì)分配，是指網(wǎng)絡(luò)中的總有功功率損耗假定與發(fā)電機(jī)之

間的有功功率分配情況無關(guān)。

各個(gè)發(fā)電機(jī)的出力都不超過容許范圍的前提下，全系統(tǒng)總的燃料消耗量達(dá)到最小。

等微增率準(zhǔn)則作如卜物理解釋：

煤耗微增率是機(jī)匆增加單位出力時(shí)所增加的燃料消邪量。如果在某一有功功率分配情況

下，各機(jī)組的煤耗微增率不等，例如機(jī)組，的煤耗微增率小于機(jī)組在此情況下，若將機(jī)

組，的出力增加一個(gè)微小媽量并同時(shí)將機(jī)組J減少同一數(shù)量，使功率仍保持平衡，則其結(jié)果

是機(jī)組i因此而增加的燃料消耗量將小于機(jī)場減少的燃料消耗量，即可以使全系統(tǒng)的燃料消

耗量減少，由此說明應(yīng)該增加機(jī)組i的出力并減少場的出力，直至它們的煤耗微增率柱等為

止。

三、電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整

（一）概述

頻率是電力系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)重要的指標(biāo)，直接影響著負(fù)荷的正常運(yùn)行。負(fù)荷要求頻率的

偏差一般應(yīng)控制在（±0.2~±0.5）Hz的范圍內(nèi)。

一般而言，系統(tǒng)綜合負(fù)荷的有功功率與頻率大致呈一次方關(guān)系。

要維持頻率在正常的范圍內(nèi)，其必要的條件是系統(tǒng)必須具有充裕的可調(diào)有功電源。

在頻率調(diào)整前，必須了解電力系統(tǒng)負(fù)荷、發(fā)電機(jī)組及電力系統(tǒng)的頻率特性。

負(fù)荷是隨時(shí)間不斷變化的，其中包括變化幅度較小、變化周期較短的隨機(jī)分量，以及變

化幅度稍大、變化周期稍長的脈動(dòng)分量和連續(xù)變化的部分。要調(diào)整.句慮機(jī)的有功出力使之

隨時(shí)與負(fù)荷相適應(yīng)，目前所采用的方法是針對不同的變化分量采取不同的手段。

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對于數(shù)量較小而變化較快的隨機(jī)變化分量，發(fā)電機(jī)有功出力的調(diào)整在速度上必須能與之

相適應(yīng)，而要求出力改變的數(shù)量也較小。對于這一分量，可以通過原動(dòng)機(jī)調(diào)速器的作用來完

成發(fā)電機(jī)組出力和頻率的調(diào)整，習(xí)慣上稱之為頻率的?次調(diào)整。

下面先從自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)的作用開始討論系統(tǒng)的頻率調(diào)整問題。

（二）、自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)及其調(diào)節(jié)特性

1.自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)

發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的種類很多，但根據(jù)其轉(zhuǎn)速測量元件的不同，基本上可以分為機(jī)械液

壓式和電氣液壓式兩大類。為了說明調(diào)速器和調(diào)頻器的二作原理，介紹一種原始的機(jī)械調(diào)速

系統(tǒng)一離心飛擺式。這種調(diào)速系統(tǒng)簡單直觀，它的調(diào)節(jié)機(jī)理又和新型調(diào)速系統(tǒng)沒有太大的差

別。

2.發(fā)電機(jī)組有功功率靜態(tài)頻率特性

在自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)作用下，發(fā)電機(jī)組輸出的有功功率與頻率方間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系稱為機(jī)絹的有

功功率靜態(tài)頻率特性，簡稱機(jī)組的頻率特性。由于發(fā)電機(jī)的有功功率隨著原動(dòng)機(jī)的功率的增

加而增加，而且系統(tǒng)的頻率與機(jī)組轉(zhuǎn)速成正比，因此可以近似地認(rèn)為機(jī)組的頻率特性為一條

直線，穩(wěn)態(tài)下發(fā)電機(jī)在調(diào)速器作用下發(fā)出的有功功率增量與頻率增量之間的關(guān)系為：

3.系統(tǒng)頻率的一次調(diào)整

在電力系統(tǒng)中，所有發(fā)電機(jī)組都具有自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，它們共同承擔(dān)頻率的一次調(diào)整任務(wù),

其主要目標(biāo)是針對仝系統(tǒng)有功負(fù)荷的隨機(jī)變化。

為了保證負(fù)荷在有較大的變化時(shí)，使系統(tǒng)的頻率滿足要求，需進(jìn)一步調(diào)整發(fā)電機(jī)組的出

力，使它們能更好地跟蹤負(fù)荷的變化，以便將頻率偏差限制在容許變化范圍內(nèi)，并能得到更

高的頻率質(zhì)量，就需要進(jìn)行頻率的二次調(diào)整。

然而，頻率的二次調(diào)整，既不是所有的機(jī)組都參與，也不是連續(xù)不斷地進(jìn)行，而是每隔

一段時(shí)間進(jìn)行一次，其周期因系統(tǒng)而異，二次調(diào)頻是由發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻器實(shí)現(xiàn)的，一般只由

系統(tǒng)的調(diào)頻廠即系統(tǒng)中的平衡節(jié)點(diǎn)的發(fā)電機(jī)組擔(dān)負(fù)的。

4.頻率的二次調(diào)整

在實(shí)際電力系統(tǒng)中，基本上所有的機(jī)組都裝有自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)，因此所有機(jī)組都參與一次

調(diào)頻。當(dāng)負(fù)荷變化時(shí)，雖然發(fā)電機(jī)組的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)能在一定程度上調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的功率，使

它們隨著負(fù)荷的變化而變化，但由于調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)差系數(shù)不為零，是由差調(diào)節(jié)，因此，單靠

機(jī)組的自動(dòng)調(diào)速系統(tǒng)不可避免地會(huì)產(chǎn)生較大的頻率偏差，而當(dāng)負(fù)荷變化較大時(shí)，頻率偏差甚

至超過容許范圍。

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由上述可見在進(jìn)行頻率的二次調(diào)整時(shí).，系統(tǒng)負(fù)荷的增減基本上要由調(diào)頻機(jī)組或調(diào)頻廠來

承擔(dān)，如調(diào)頻廠不位于負(fù)荷中心，有可能出現(xiàn)在控制系統(tǒng)頻率的同時(shí)，通過聯(lián)絡(luò)線交換的有

功功率超出允許值的情況，這樣就出現(xiàn)了在調(diào)整系統(tǒng)頻率的同時(shí)捽制聯(lián)絡(luò)線上流通功率的問

題。

6.自動(dòng)發(fā)電控制

以上只是從原理上解釋了系統(tǒng)的頻率調(diào)整。在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中頻率的控制和調(diào)整除自動(dòng)

調(diào)速系統(tǒng)外，主要依靠自動(dòng)發(fā)電控制系統(tǒng)來保證系統(tǒng)的頻率，聯(lián)絡(luò)線功率及經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

1.自動(dòng)發(fā)電控制(AutomaticGenerationControl,縮寫AGC)的功能:

1)頻率偏差限制在容許變化范圍內(nèi)并能得到更高的頻率質(zhì)量。

2)使系統(tǒng)各區(qū)域之間通過聯(lián)絡(luò)線交換的凈功率按照事先約定的協(xié)議執(zhí)行。

3｝發(fā)電機(jī)組之間的功率分配應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)性要求。

完成系統(tǒng)內(nèi)區(qū)域方間通過聯(lián)絡(luò)線交換的凈功率按照事先約定的協(xié)議執(zhí)行的功能稱為頻

率和聯(lián)絡(luò)線功率控制，也稱為負(fù)荷頻率控制((LoadFrequencycontrol縮寫LFC)，也即為上面

講述的二次調(diào)頻。負(fù)荷預(yù)測通常存在誤差，因此需要不斷對機(jī)組間功率的經(jīng)濟(jì)分配作調(diào)整。

為了達(dá)到經(jīng)濟(jì)分配目的而進(jìn)行的調(diào)整和控制常稱為經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制(EconomicDispatching

Control縮寫EDC),或簡禰經(jīng)濟(jì)調(diào)度((ED),也即為上面講述的三次調(diào)頻。

兩者組成了自動(dòng)發(fā)電控制(AGC)

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第六章電力系統(tǒng)無功功率與電壓調(diào)整

本章的主要內(nèi)容：介紹無功功率與系統(tǒng)甩壓的關(guān)系，了解無功電源和無功負(fù)荷的特性,

系統(tǒng)中各種調(diào)壓方式及其調(diào)壓原理，利用發(fā)電機(jī)、變壓器及并聯(lián)、串聯(lián)無功補(bǔ)償裝置進(jìn)行系

統(tǒng)的電壓調(diào)整。

電壓是電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的另一個(gè)重要指標(biāo)。由于線路和變壓器中的電壓損耗與通過它

們的功率有關(guān)，而在高壓系統(tǒng)中又主要決定于通過的無功功率，因此，電壓的調(diào)整和控制與

系統(tǒng)中無功功率的分布密切相關(guān)。無功功率和電壓的控制與有功功率和頻率的控制之間的區(qū)

別：（1）在穩(wěn)態(tài)情況下，全系統(tǒng)各點(diǎn)的頻率是相同的，但各點(diǎn)的電壓則不相同。（2）調(diào)整電壓

的手段除了各個(gè)發(fā)電機(jī)以外，還有大量的無功功率補(bǔ)償設(shè)備和帶負(fù)荷調(diào)整分接頭變壓器，它

們分散在整個(gè)電力系統(tǒng)中，

一、電力系統(tǒng)無功功率的平衡

（-）電壓偏移造成的影響和容許電壓偏移

電氣設(shè)備都是按照額定電壓來設(shè)計(jì)的。實(shí)際運(yùn)行電壓高于或低辱它的額定電壓，貝!運(yùn)行

性能和效率將有所下降，井可能影響到使用壽命甚至使設(shè)備損壞。

電壓低于額定電壓時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)機(jī)來說，其轉(zhuǎn)差率將增大，從而使繞組中的電流增加，

使繞組電阻中的損耗加大，引起效率降低、溫升增加并使壽命縮短。

而且，由于轉(zhuǎn)差率的增大，其轉(zhuǎn)速下降，使電動(dòng)機(jī)的輸出功率減少，從而使產(chǎn)品的產(chǎn)量

和質(zhì)量降低。電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)過程將因電壓低而加長，在電壓過低的情況下有可能在起動(dòng)過程

中因溫度過高而燒毀。

對于火力發(fā)電廠來說，由電動(dòng)機(jī)所驅(qū)動(dòng)的風(fēng)機(jī)和給水泵等廠用機(jī)械的出力將因?yàn)檗D(zhuǎn)速的

降低而減少，結(jié)果使鍋爐和汽輪機(jī)的出力降低。

當(dāng)電壓過低時(shí)，電弧爐所消耗的有功功率減少，使金屬在其中的冶煉時(shí)間增加從而影響

產(chǎn)量；

對于白熾燈來說其發(fā)光效率將降低;各種電子設(shè)備將不能正常工作，等等。

運(yùn)行電壓高于額定電壓所引起的主要危害是使電氣設(shè)備的絕緣性能降低、并影響到使用

壽命。如果電壓過高，則可能使絕緣擊穿，從而使設(shè)備殞壞。

另外，當(dāng)電壓制于額定電壓時(shí)，變壓器和電動(dòng)機(jī)鐵芯的飽和程度增大，使鐵芯損耗增加；

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白熾燈的壽命則因電壓過高.而明顯降低，例如，當(dāng)電壓高出【Q%時(shí)，壽命將縮短一半。

為了避免電壓偏移造成很大的影響，各國電網(wǎng)都規(guī)定電壓偏移的容許范圍。我國在《電

力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則》中規(guī)定：

對于發(fā)電廠和變電所的母線，也規(guī)定了它們的容許電壓偏移范圍。330kv和500kv母線

最高不超過額定電壓的110%;發(fā)電廠和500kV變電所的220kV母線容許電壓偏移為0%、10祝

UOkV和35kV母線的容許電壓偏移為-3k7%;10kV母線的電壓則應(yīng)使所供給的全部高壓和

低壓用戶滿足上表所規(guī)定的要求。

（-）無功功率負(fù)荷和無功功率損耗

1.無功功率負(fù)荷

在各種用電設(shè)備中，除了白熾燈和電熱器等電阻性負(fù)荷只取用有功功率以外，其它都需

要從電網(wǎng)吸收感性無功功率才能運(yùn)行，犬其是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。

1）感應(yīng)電動(dòng)機(jī)目前我國電力負(fù)荷以工業(yè)負(fù)荷為主，而工業(yè)負(fù)荷中感應(yīng)電動(dòng)機(jī)占比重

比較大，無功負(fù)荷特性一般以感應(yīng)電動(dòng)機(jī)特性代替。感應(yīng)電動(dòng)機(jī)所吸收的無功功率包括兩部

分。一部分是勵(lì)磁無功功率，即下圖所示感應(yīng)電動(dòng)機(jī)等值電路中勵(lì)磁電抗｝U中的無功功率,

它將隨著電壓的降低而減少。另一部分是定子和轉(zhuǎn)子漏抗

2）變壓器中的無功功率損耗勵(lì)磁無功損耗和漏抗無功損耗

3）線路的無功功率損耗在線路中，電流流過電抗后的無功功率損耗，與電流的平方成

正比，而分布電容發(fā)出的感性無功功率與線路實(shí)際運(yùn)行電壓的平方成正比。

當(dāng)線路的傳輸功率等于自然功率時(shí)，電抗中消耗的無功功率正好與分布電容發(fā)出的無功

功率相平衡。在傳輸功率大于自然功率的情況下，電杭消耗的無功功率大于電容發(fā)出佗無功

功率，即線路的無功損耗大于零。反之，無功損耗小于零。

從發(fā)電機(jī)到用戶往往要經(jīng)過多級變壓器進(jìn)行多次升壓和降壓，而每經(jīng)過?個(gè)變壓器都要

產(chǎn)生無功功率損耗。因此整個(gè)系統(tǒng)的無功功率損耗比有功功率損耗大得多。

2.無功功率電源

1）同步發(fā)電機(jī)

由第二章中介紹過的內(nèi)容已知同步發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中主要的無功功率源之一,它除了

能發(fā)出無功功率以外，在必要時(shí)還能吸收無功功率。發(fā)電機(jī)在額定情況下能夠發(fā)出的無功功

率主要決定于它的額定容量S’,和額定功率因數(shù)cos。、，

24

同步發(fā)電機(jī)吸收無功功率時(shí)以超前功率因數(shù)運(yùn)行，即所謂的進(jìn)相運(yùn)行，其所能吸收的數(shù)

量一般需要通過試驗(yàn)來決定。

2）同步調(diào)相機(jī)

同步調(diào)相機(jī)既可以用于發(fā)出無功功率，也可以用于吸收無功功率。即調(diào)相和聰夠過激運(yùn)

行也能夠欠激運(yùn)行，過激運(yùn)行能夠發(fā)出額定容吊功率，在欠激運(yùn)行時(shí)所能吸收的無功功率為

額定容量的60%左右。同步調(diào)相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)比較靈活，不但可以用來拉制系統(tǒng)的電壓，

而且可以用于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

其缺點(diǎn)是設(shè)備投資和維護(hù)費(fèi)用高，因此，只在十分必要時(shí)才考慮采用。

3）并聯(lián)電容器

并聯(lián)電容器的費(fèi)用比較低廉、能量損耗小，而且可以分散安裝在用戶、變電所和配電所

中進(jìn)行就近補(bǔ)償，因此是應(yīng)用最為廣泛的無功補(bǔ)償設(shè)備。

其主要缺點(diǎn)是：

發(fā)出的無功功率與電壓的平方成正比，當(dāng)電壓降低時(shí)發(fā)出的無功顯著減少，而這時(shí)正是

系統(tǒng)需要無功電源的時(shí)候，反之電壓增加時(shí)發(fā)出的無功顯著增加，而這時(shí)正是系統(tǒng)需要減少

無功電源的時(shí)候。

并聯(lián)電容器只能成組地投入和切除而不能進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)。

4）并聯(lián)電抗器

并聯(lián)電杭器主要用于補(bǔ)償線路的充電功率，特別是在超高壓長距離輸電線路中，往往必

須安裝并聯(lián)電抗器來吸收充電功率，以限制線路空載時(shí)末端的電壓升高。

5）靜止無功補(bǔ)償器

靜止無功補(bǔ)償器（StaticVarCompensalor,縮寫S'?可以用于對無功功率進(jìn)行連續(xù)和

快速的調(diào)節(jié)，其性能與同步調(diào)相機(jī)相同，由于它由靜止元件所組成，因此維護(hù)比較容易。

（三）無功功率的平衡

要使各用戶和各母線的電壓在容許的電壓偏移范圍內(nèi)，首先必須滿足系統(tǒng)的無功比率平

衡，在此基礎(chǔ)上，再采取適當(dāng)?shù)碾妷赫{(diào)整措施。

為了認(rèn)識無功功率平衡與滿足電壓要求之間的關(guān)系,用單個(gè)發(fā)電機(jī)向一個(gè)綜合負(fù)荷供電

的藻單系統(tǒng)情況來加以說明。

設(shè)綜合負(fù)荷在額定電壓下需要的無功功率為。小,，如果發(fā)電機(jī)的額定無功容量大

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于Q/N，則顯然借助于調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電流，可以改變發(fā)電機(jī)的端電壓，即對綜合負(fù)荷

供電的電壓，使電壓偏移在規(guī)定的容許范圍內(nèi)。

如果發(fā)電機(jī)的額定無功容量0W小于0.N，而且一定要讓發(fā)施機(jī)在額定電壓下供給綜

合負(fù)荷所需要的無功功率，則發(fā)電機(jī)勵(lì)磁繞組的勵(lì)磁電流勢必要超出它的額定值，使勵(lì)磁繞

組過載，而這是不允許的。結(jié)果，只得降低對綜合負(fù)荷供電的電壓，使得綜合負(fù)荷按照它的

靜態(tài)電壓特性減少所需要的無功功率，直到等于發(fā)電機(jī)所能發(fā)出的無功功率為止，即在較低

的電壓下滿足發(fā)電機(jī)與綜合負(fù)荷之間的無功功率平衡。所以說，系統(tǒng)在額定電壓下的無功功

率平衡，是保證電壓質(zhì)量的先決條件。

二、電力系統(tǒng)的電壓調(diào)整

（一）、中樞點(diǎn)電壓的管理

電力系統(tǒng)調(diào)壓的目的是使用戶的電壓偏移保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

中樞點(diǎn)是少數(shù)能反映系統(tǒng)電壓水平的有代替性的節(jié)點(diǎn)，一般選主要發(fā)電廠或樞紐變電所

母線作為中樞點(diǎn)。

中樞點(diǎn)的電壓確定了，其他節(jié)點(diǎn)電壓也就確定了。

電力系統(tǒng)的電壓管理和監(jiān)視可以通過監(jiān)視和調(diào)整中樞點(diǎn)的電壓而實(shí)現(xiàn)。

中樞點(diǎn)：

1）大型水、火電廠的高壓母線。

2）樞紐變電所的二次母線。