电力系统中的有功、无功平衡问题(电力市场第2讲)

1、电力系统中电力系统中有功功率有功功率和和频率频率 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；此外，频率的不稳定，化，这将影响产品的质量；此外，频率的不稳定， 还会影响电子设备的准确性。还会影响电子设备的准确性。 频率的变化，对发电机及电力系统本身也十分有害。频率的变化，对发电机及电力系统本身也十分有害。 发电厂的厂用机械多使用异步电动机带动，系统频发电厂的厂用机械多使用异步电动机带动，系统频 率降低使电动机出力降

2、低，若频率降低过多，将使率降低使电动机出力降低，若频率降低过多，将使 电动机停止运转，会引起严重后果。电动机停止运转，会引起严重后果。 频率为什么会变化？频率为什么会变化？ 负荷可以看作是由三种具有负荷可以看作是由三种具有 不同变化规律的变动负荷所不同变化规律的变动负荷所 组成：第一种视变化幅度很组成：第一种视变化幅度很 小，变化周期短，负荷变动小，变化周期短，负荷变动 有很大的偶然性；第二种是有很大的偶然性；第二种是 变化幅度大，变化周期较长；变化幅度大，变化周期较长； 第三种是变化缓慢的持续变第三种是变化缓慢的持续变 动负荷。动负荷。 频率的一次调整频率的一次调整（或称为一次调频）指由发电

3、机组的调速（或称为一次调频）指由发电机组的调速 器进行的，是对第一种负荷变动引起的频率偏移作调整。器进行的，是对第一种负荷变动引起的频率偏移作调整。 频率的二次调整频率的二次调整（或称为二次调频）指由发电机组的调频（或称为二次调频）指由发电机组的调频 器进行的，是对第二种负荷变动引起的频率偏移作调整。器进行的，是对第二种负荷变动引起的频率偏移作调整。 频率的三次调整频率的三次调整（或称为三次调频）是对第三种负荷变动（或称为三次调频）是对第三种负荷变动 引起的频率偏移作调整。将在有功功率平衡的基础上，按引起的频率偏移作调整。将在有功功率平衡的基础上，按 照最优化的原则在各发电厂之间进行分配。照最

4、优化的原则在各发电厂之间进行分配。 有功功率平衡： losslossgenDLG PPPPP . 为保证可靠供电和良好的电能质量，电力系统的有功功为保证可靠供电和良好的电能质量，电力系统的有功功 率平衡额定运行参数下确定。而且，还应具有一定的率平衡额定运行参数下确定。而且，还应具有一定的备备 用容量用容量，也就是在系统最大负荷情况下，系统电源容量，也就是在系统最大负荷情况下，系统电源容量 大于发电负荷的部分称系统的备用容量。大于发电负荷的部分称系统的备用容量。 系统备用容量一般分负荷备用、事故备用、检修备用和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。国民经济备用等。 备

5、用容量： （1 1）负荷备用）负荷备用：是指调整系统中短时的负荷波动并担负计：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。一般为最大负荷的重确定。一般为最大负荷的2 2一一5 5，大系统采用较小数，大系统采用较小数 值，小系统采用较大数值值，小系统采用较大数值 （2 2）事故备用）事故备用：是使电力用户在发电设备发生偶然性事故：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

6、常供电所需的备用。事故备时不受严重影响，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，量、机组的事故概率、系统的可靠性指标等确定，般约为般约为 最大负荷的最大负荷的5 5一一10 10 ，但不得小于系统中最大机组的容，但不得小于系统中最大机组的容 量。量。 （3 3）检修备用）检修备用：为保证系统的发电设备进行定期检修时，：为保证系统的发电设备进行定期检修时， 不致影响供电而在系统中留有的备用容量。不致影响供电而在系统中留有的备用容量。 （4 4）国民经济备用

7、）国民经济备用：是考虑到工农业用户的超计划生产，：是考虑到工农业用户的超计划生产， 新用户的出现等而设置的备用容量，其值根据国民经济的新用户的出现等而设置的备用容量，其值根据国民经济的 增长情况而确定，一般约为系统最大负荷的增长情况而确定，一般约为系统最大负荷的3%3%5%5% 负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用归纳起来负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用归纳起来 以以热备用热备用和和冷备用冷备用的形式存在于系统中。而不难想见，热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备用中至少应包括全部负荷备用和一部分事故备用 电力系统的频率调整电力系统

8、的频率调整 一、电力系统负荷的有功功率一、电力系统负荷的有功功率频率静态特性频率静态特性 3 3 2 210 N LN N LN N LNLNL f f Pa f f Pa f f PaPaP 当频率变化时，电力系统中的有功功率负荷也将当频率变化时，电力系统中的有功功率负荷也将 发生变化。当电力系统处于稳态运行时，系统中有发生变化。当电力系统处于稳态运行时，系统中有 功负荷随频率的变化特性称为负荷的功负荷随频率的变化特性称为负荷的有功功率有功功率- -频频 率静态特性率静态特性 1 1、自动调速系统、自动调速系统 如右图所示：调速如右图所示：调速 系统由四个部分组系统由四个部分组 成：成：1

9、1为转速测量元为转速测量元 件（飞摆）；件（飞摆）；2 2为放为放 大元件（错油门）；大元件（错油门）； 3 3为执行机构（油动为执行机构（油动 机）；机）；4 4为转速控制为转速控制 机构（调频器）。机构（调频器）。 发电机的单位调节功率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发电机组原动机或电源频率特性的斜率 GNNG GN NG G G G PfK fP fP K HzMW f P K / / * 2 2、发电机组的有功功率、发电机组的有功功率频率静态特性频率静态特性 标志着随频率的升降发电机组发出功率减少或增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。加的多

10、寡。 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： 100100% 0 0 00 N N GNN GN GN N GN N G f ff Pf fP P ff P ff P f 100 % 1 * G K 负荷的单位调节功率：综合负荷的静态频率 特性的斜率。 一般而言： LNNL LN NL L L L PfK fP fP K HzMW f P K / / * 5 . 1 * L K 三、三、 频率的一次调整频率的一次调整 负荷突增，发电机组功率不能及时变动而使机组减负荷突增，发电机组功率不能及时变动而使机组减 速，系统频率下降，同时，发电机组功率由于调速速，系

11、统频率下降，同时，发电机组功率由于调速 器的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身的调器的一次调整作用而增大，负荷功率因其本身的调 节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程，达到新节效应而减少，经过一个衰减的振荡过程，达到新 的平衡。的平衡。 注意注意： 取功率的增大或频率的上升为正；取功率的增大或频率的上升为正； 为保证调速系统本身运行的稳定，不能采用为保证调速系统本身运行的稳定，不能采用 过大的单位调节功率；过大的单位调节功率； 对于满载机组，不再参加调整。对于满载机组，不再参加调整。 对于系统有若干台机参加一次调频：对于系统有若干台机参加一次调频： 具有一次调频的各机组间负荷的分配，按其具有一

12、次调频的各机组间负荷的分配，按其 调差系数即下降特性自然分配。调差系数即下降特性自然分配。 LGS KKK 四、频率的二次调整四、频率的二次调整 当负荷变动幅度较大（当负荷变动幅度较大（0.5%1.5%），周期较长（几），周期较长（几 分钟），仅靠一次调频作用不能使频率的变化保持在分钟），仅靠一次调频作用不能使频率的变化保持在 允许范围内，这时需要籍调速系统中的调频器动作，允许范围内，这时需要籍调速系统中的调频器动作， 以使发电机组的功频特性平行移动，从而改变发电机以使发电机组的功频特性平行移动，从而改变发电机 的有功功率以保持系统频率不变或在允许范围内。的有功功率以保持系统频率不变或在允许范

13、围内。 此时，当系统负荷增加时，由以下三方面提供：此时，当系统负荷增加时，由以下三方面提供： v二次调频的发电机组增发的功率二次调频的发电机组增发的功率 ； v发电机组执行一次调频，按有差特性的调差发电机组执行一次调频，按有差特性的调差 系数分配而增发的功率系数分配而增发的功率 ； v由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功 率率 。 G P fKG fKL 频率调整图频率调整图 五、五、 调频厂的选择调频厂的选择 调频厂须满足的条件：调频厂须满足的条件： v调整的容量应足够大；调整的容量应足够大； v调整的速度应足够快；调整的速度应足够快； v调整范围内的

14、经济性能应该好；调整范围内的经济性能应该好； v注意系统内及互联系统的协调问题。注意系统内及互联系统的协调问题。 通过分析各种电厂的特点，调频厂的选择原则为：通过分析各种电厂的特点，调频厂的选择原则为： v系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂；系统中有水电厂时，选择水电厂做调频厂； v当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做当水电厂不能做调频厂时，选择中温中压火电厂做 调频厂。调频厂。 电力系统无功功率和电压电力系统无功功率和电压 电力系统中无功功率平衡电力系统中无功功率平衡 一、无功功率负荷和无功功率损耗一、无功功率负荷和无功功率损耗 1、无功功率负荷、无功功率负荷 无功功率负荷是以滞后

15、功率因数运行的用电设无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设 备（主要是异步电动机）所吸收的无功功率。备（主要是异步电动机）所吸收的无功功率。 一般综合负荷的功率因数为一般综合负荷的功率因数为0.6-0.9 2、电力系统的无功损耗、电力系统的无功损耗 （1）变压器的无功损耗）变压器的无功损耗 变压器中的无功功率损耗分两部分，即变压器中的无功功率损耗分两部分，即励磁支励磁支 路损耗路损耗和和绕组漏抗中损耗绕组漏抗中损耗。其中励磁支路损耗。其中励磁支路损耗 的百分值基本上等于空载电流的百分值，约为的百分值基本上等于空载电流的百分值，约为1 一一2；绕组漏抗中损耗，在变压器满载时，；绕组漏抗中损耗，

16、在变压器满载时， 基本上等于短路电压基本上等于短路电压Uk的百分值，约为的百分值，约为10。 （2 2）电力线路的无功损耗）电力线路的无功损耗 电力线路的无功损耗也分两部分，即电力线路的无功损耗也分两部分，即并联电纳并联电纳和和串联电抗串联电抗 中的无功功率损耗。并联电纳中的无功损耗与电力线路电中的无功功率损耗。并联电纳中的无功损耗与电力线路电 压的平方成正比，压的平方成正比，呈容性呈容性；串联电抗中的无功功率与电流；串联电抗中的无功功率与电流 平方成正比，平方成正比，呈感性呈感性。 对线路不长，长度不超过对线路不长，长度不超过100km100km，电压等级为，电压等级为220kV220kV电

17、电 力线路，线路将消耗感性无功功率；力线路，线路将消耗感性无功功率； 对线路较长，其长度为对线路较长，其长度为300km300km左右时，对左右时，对220kV220kV电力线电力线 路，线路基本上既不消耗感性无功功率也不消耗容性路，线路基本上既不消耗感性无功功率也不消耗容性 无功功率，呈电阻性；无功功率，呈电阻性； 线路大于线路大于300km300km时，线路为电容性的。时，线路为电容性的。 二、无功功率电源二、无功功率电源 电力系统的无功功率电源包括同步发电机、同期调相机、电力系统的无功功率电源包括同步发电机、同期调相机、 并联电容器和静止补偿器等。并联电容器和静止补偿器等。 1 1、同步

18、发电机、同步发电机 发电机在发电机在额定状态下额定状态下运行时，可发出无功功率：运行时，可发出无功功率： NGNNGNGN tgPSQ sin 当系统中无功电源不足，而有功备用容量又较充足时，可利当系统中无功电源不足，而有功备用容量又较充足时，可利 用靠近负荷中心的发电机降低功率因数运行，多发无功功率用靠近负荷中心的发电机降低功率因数运行，多发无功功率 以提高电力系统的电压水平。以提高电力系统的电压水平。 2 2、同期调相机、同期调相机 调相机实际上就是只能发无功功率的发电调相机实际上就是只能发无功功率的发电 机。它在过激运行时向电力系统供给感性机。它在过激运行时向电力系统供给感性 无功功率，欠激运行时从电力系统吸取感无功功率，欠激运行时从电力系统吸取感 性无功功率。欠激运行时的容量约为过激性无功功率。欠激运行时的容量约为过激 运行时容量的运行时容量的50%-60%50%-