电力系统分析第5章

1、第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 第五章第五章 电力系统正常运行方式的电力系统正常运行方式的 调整和控制调整和控制 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 内容提要内容提要 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 概念概念 电力系统的稳态：电力系统的稳态： 系统各个节点的负荷和电压、各个发电机的功率、系统各个节点的负荷和电压、各个发电机的功率、 系统的频率都保持不变的状态。相当于系统的平衡系统的频率都保持不变的状态。相当于系统的平衡 点。点。 暂态过程：暂态过程： 系统

2、从一个稳态过渡到另外一个稳态的过程。系统从一个稳态过渡到另外一个稳态的过程。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 第一节第一节 电力系统有功功率和频率的调整和电力系统有功功率和频率的调整和 控制控制 频率频率 稳态时，系统各点频率相等。稳态时，系统各点频率相等。 发电机转速与频率之间的关系发电机转速与频率之间的关系 保持频率稳定的方法：调整原动机对发电机的输入保持频率稳定的方法：调整原动机对发电机的输入 功率，使输出功率与变化的系统负荷有功功率相适功率，使输出功率与变化的系统负荷有功功率相适 应。应。 频率控制与负荷有功功率变化及其在发电机间的分频率

3、控制与负荷有功功率变化及其在发电机间的分 配及发电机组功率控制有关。配及发电机组功率控制有关。 60 f n p 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 一、负荷的有功功率及其频率特性一、负荷的有功功率及其频率特性 1、电力系统的综合用电负荷：、电力系统的综合用电负荷： 系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。系统中所有电力用户的用电设备所消耗的电功率总和。 负荷类型：负荷类型： 工业、农业、商业、居民用电。工业、农业、商业、居民用电。 主要用电设备：主要用电设备： 异步机、同步机、电热装置、整异步机、同步机、电热装置、整 流装置、照明设备等。流

4、装置、照明设备等。 电力系统的供电负荷：电力系统的供电负荷： 电力系统的综合用电负荷电力系统的综合用电负荷 加上电力网的功率损耗。加上电力网的功率损耗。 电力系统的发电负荷：电力系统的发电负荷： 电力系统的供电负荷再加上电力系统的供电负荷再加上 发电厂厂用电消耗的功率。发电厂厂用电消耗的功率。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 2、负荷曲线、负荷曲线 日负荷曲线日负荷曲线 ：描述一天：描述一天24小时负荷的变化，小时负荷的变化， 作用：安排日发电计划、确定运行方式。作用：安排日发电计划、确定运行方式。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制

5、电力系统正常运行方式的调整和控制 年最大负荷曲线年最大负荷曲线 ：描述一年内每个月最大有功功率负荷变化。：描述一年内每个月最大有功功率负荷变化。 作用：安排发电设备的检修计划。作用：安排发电设备的检修计划。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 年持续负荷曲线年持续负荷曲线 ：按一年中系统负荷的数值大小及其持：按一年中系统负荷的数值大小及其持 续小时数顺序排列而绘制成。续小时数顺序排列而绘制成。 作用：安排发电计划、可靠性估算。作用：安排发电计划、可靠性估算。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 3、负荷特性

6、与负荷模型负荷特性与负荷模型 综合负荷的功率一般是综合负荷的功率一般是 要随运行参数（电压和要随运行参数（电压和 频率）的变化而变化的，频率）的变化而变化的， 反映这种变化规律的曲反映这种变化规律的曲 线或数学表达式称为负线或数学表达式称为负 荷特性。荷特性。 负荷特性包括：负荷特性包括： 动态特性和静态特性；动态特性和静态特性； 频率特性和电压特性频率特性和电压特性。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 负荷模型负荷模型是指在电力系统分析计算中对负荷特性所作的是指在电力系统分析计算中对负荷特性所作的 物理模拟或数学描述。物理模拟或数学描述。 负荷模

7、型分为：负荷模型分为： 动态模型和静态静态；动态模型和静态静态； 频率特性和电压特性。频率特性和电压特性。 如：负荷的电压静态特性常用二项式表示：如：负荷的电压静态特性常用二项式表示： )/()/( 2 pNpNpN cVVbVVaPP )/()/( 2 qNqNqN cVVbVVaQQ 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 4、负荷的频率特性、负荷的频率特性 负荷吸收的有功功率和无功功率与系统的频率有关。负荷吸收的有功功率和无功功率与系统的频率有关。 频率特性：负荷有功功率随系统频率变化的特性。频率特性：负荷有功功率随系统频率变化的特性。 电力系统综

8、合负荷由各种各样的负荷组成。这些负荷吸取的有功功电力系统综合负荷由各种各样的负荷组成。这些负荷吸取的有功功 率有的与频率无关，有的与频率的一次方成正比，有的与频率的二率有的与频率无关，有的与频率的一次方成正比，有的与频率的二 次方成正比，有的与频率的更高次方成正比。次方成正比，有的与频率的更高次方成正比。 近似为近似为 一般，一般， 为为13 23 0123 ()()() LLN NNN fff PPaaaa fff 23 *01*2*3*L Paa fa fa f * * L L LL N LL LN P K f PKf f KK P *L K PL O f PL 1 f1 负荷的静态频率负

9、荷的静态频率 特性曲线的斜率特性曲线的斜率 称为负荷的频率称为负荷的频率 调节效应系数调节效应系数 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 二、频率调整必要性和有功功率平衡二、频率调整必要性和有功功率平衡 1、频率调整必要性、频率调整必要性 用户：对频率敏感用户：对频率敏感 (1)(1) 电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化, ,这会这会 使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化, , 转速不稳定会影响产品质量转速不稳定会影响产品质量, ,甚至会出现次

10、品和废品。甚至会出现次品和废品。 （2 2）电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子）电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子 设备的准确性和性能设备的准确性和性能, ,频率过低时有些设备甚至无法工作。频率过低时有些设备甚至无法工作。 这对一些重要工业和国防是不能允许的。这对一些重要工业和国防是不能允许的。 （3 3）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降 低低, ,导致其所带动机械的转速和出力降低导致其所带动机械的转速和出力降低, ,影响电力用户设影响电力用户设 备的正常运行备的正常运行。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控

11、制电力系统正常运行方式的调整和控制 频率变化对电力系统的影响频率变化对电力系统的影响 （1 1）频率下降时）频率下降时, ,汽轮机叶片的振动会变大汽轮机叶片的振动会变大, ,轻则影响使用寿命轻则影响使用寿命, ,重则重则 可能产生裂纹。对于额定频率为可能产生裂纹。对于额定频率为50Hz50Hz的电力系统的电力系统, ,当频率低到当频率低到45Hz45Hz附近附近 时时, ,某些汽轮机的叶片可能因发生共振而断裂某些汽轮机的叶片可能因发生共振而断裂, ,造成重大事故。造成重大事故。 （2 2）频率下降到）频率下降到47-48Hz47-48Hz时时, ,火电厂由异步电动机驱动的辅机（如送风火电厂由异

12、步电动机驱动的辅机（如送风 机）的出力随之下降机）的出力随之下降, ,从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种 趋势如果不能及时制止趋势如果不能及时制止, ,就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允 许的程度。这种现象称为频率雪山崩。出现频率雪崩会造成大面积停许的程度。这种现象称为频率雪山崩。出现频率雪崩会造成大面积停 电电, ,甚至使整个系统瓦解。甚至使整个系统瓦解。 （3 3）在核电厂中）在核电厂中, ,反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率 降到一定数值时

13、降到一定数值时, ,冷却介质泵即自动跳开冷却介质泵即自动跳开, ,使反应堆停止运行。使反应堆停止运行。 （4 4）电力系统频率下降时）电力系统频率下降时, ,异步电动机和变压器的励磁电流增加异步电动机和变压器的励磁电流增加, ,使无使无 功消耗增加功消耗增加, ,引起系统电压下降引起系统电压下降, ,频率下降还会引起励磁机出力下降频率下降还会引起励磁机出力下降, ,并并 使发电机电势下降使发电机电势下降, ,导致全系统电压水平降低。如果电力系统原来的电导致全系统电压水平降低。如果电力系统原来的电 压水平偏低压水平偏低, ,在频率下降到一定值时在频率下降到一定值时, ,可能出现所谓电压雪崩现象可

14、能出现所谓电压雪崩现象, ,出现出现 电压雪崩也会造成大面积停电电压雪崩也会造成大面积停电, ,甚至使系统瓦解。甚至使系统瓦解。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 电力系统频率要求电力系统频率要求 正常：正常：49.850.2Hz 频率自动调整装置动作时：误差不超过频率自动调整装置动作时：误差不超过0.05 0.15 系统自动低频减载，使系统尽快恢复到系统自动低频减载，使系统尽快恢复到49.5Hz 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 2 2、电力系统有功功率控制的必要性电力系统有功功率控制的必要性 A维持

15、电力系统频率在允许范围之内维持电力系统频率在允许范围之内 电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有发电机 组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损包括网损) 的有功功率总和之间的平衡来维持的。的有功功率总和之间的平衡来维持的。 但是电力系统的负荷是时刻变化的，从而导致系统频但是电力系统的负荷是时刻变化的，从而导致系统频 率变化。率变化。 为了保证电力系统频率在允许范围之内为了保证电力系统频率在允许范围之内 ，就是要及时，就是要及时 调节系统内并联运行机组有功功率。调节系统内并联运行机组有功功率。 第

16、五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 B 提高电力系统运行的经济性提高电力系统运行的经济性 当系统频率在额定值附近时，虽然频率满足要求，但当系统频率在额定值附近时，虽然频率满足要求，但 没有说明哪些机组参与并联运行，并联运行的机组各应该没有说明哪些机组参与并联运行，并联运行的机组各应该 发多少有功功率。发多少有功功率。 电力系统有功功率控制的任务之一就是要解决这个问电力系统有功功率控制的任务之一就是要解决这个问 题。题。 这就是电这就是电力系统经济调度力系统经济调度问题。问题。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控

17、制 C保证联合电力系统的协调运行保证联合电力系统的协调运行 电力系统的规模在不断地扩大，已经出现了将几个区域电力系统的规模在不断地扩大，已经出现了将几个区域 电力系统联在一起组成的联合电力系统，有的联合电力系统电力系统联在一起组成的联合电力系统，有的联合电力系统 实行分区域控制，要求不同区域系统间交换的电功率和电量实行分区域控制，要求不同区域系统间交换的电功率和电量 按事先约定的协议进行。按事先约定的协议进行。 这时电力系统有功功率控制要对不同区域系统之间联络这时电力系统有功功率控制要对不同区域系统之间联络 线上通过的功率和电量实行控制。线上通过的功率和电量实行控制。 第五章第五章 电力系统正

18、常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 3、有功功率平衡和备用容量、有功功率平衡和备用容量 保持频率稳定的前提：保持频率稳定的前提：有功功率平衡有功功率平衡 电力系统的频率水平由有功功率平衡决定，如果有功电源充足，能电力系统的频率水平由有功功率平衡决定，如果有功电源充足，能 保证用户需要，且具有及时进行调整的能力，则能保证频率在合理保证用户需要，且具有及时进行调整的能力，则能保证频率在合理 的范围之内，反之，则将出现较大的频率偏移。的范围之内，反之，则将出现较大的频率偏移。 备用容量：备用容量： 负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备用负荷备用、事故备用、检修备用、国民经济备

19、用 热备用、冷备用热备用、冷备用 max max 0 GNiR L PPPP 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 发电机组的发电机组的功率频率静态特性功率频率静态特性 OPGPG2PG1 f f1 f2 1 2 当功率增加到当功率增加到 其额定功率时其额定功率时 ，输出功率不，输出功率不 随频率变化。随频率变化。 4 4、发电机组和电力系统等效发电机组的、发电机组和电力系统等效发电机组的 功率频率静态特性功率频率静态特性 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 OPGPG2PG1 f f1 f2 1 2 与发电

20、机组的与发电机组的 功率频率静态功率频率静态 特性相似。特性相似。 等效发电机组的等效发电机组的功率频率静态特性功率频率静态特性 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 电力系统主要由发电机、输电网络和负荷组成。电力系统主要由发电机、输电网络和负荷组成。 如果把输电网络的损耗看成负荷的一部分，则电如果把输电网络的损耗看成负荷的一部分，则电 力系统是由两个环节组成的闭环系统。力系统是由两个环节组成的闭环系统。 发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性 的交点就是电力系统的频率的稳定运行点。的交点就是电力系统的频率

21、的稳定运行点。 5 5、电力系统的频率特性、电力系统的频率特性 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 OP PL3PL1 f f1 f2 a b c PL2 L1 L2 G1 G2 当等效发电机运行当等效发电机运行 在特性在特性G1，综合负，综合负 荷特性为荷特性为L1时，系时，系 统运行在统运行在a点，系统点，系统 频率为频率为f1。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 OP PL3PL1 f f1 f2 a b c PL2 L1

22、L2 G1 G2 当系统负荷增加，综当系统负荷增加，综 合负荷特性为合负荷特性为L2时，时， 如果不改变发电机调如果不改变发电机调 速系统的设定值，等速系统的设定值，等 效发电机特性仍然为效发电机特性仍然为 G1, 系统运行在系统运行在b点，点， 系统频率为系统频率为f2。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 电力系统的频率特性电力系统的频率特性 OP PL3PL1 f f1 f2 a b c PL2 L1 L2 G1 G2 如果当系统负荷增加，综如果当系统负荷增加，综 合负荷特性变为合负荷特性变为L2时，改时，改 变发电机调速系统的设定变发电机调速

23、系统的设定 值，等效发电机特性变为值，等效发电机特性变为 G2, 则系统运行在则系统运行在c点，系点，系 统频率回到统频率回到f1。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 6 6、电力系统频率的一次调整、电力系统频率的一次调整 OP PL3PL1 f f1 f2 a b c PL2 L1 L2 G1 G2 当系统负荷增加，综合负荷当系统负荷增加，综合负荷 特性为特性为L2时，发电机调速时，发电机调速 系统的设定值不变，等效发系统的设定值不变，等效发 电机特性仍然为电机特性仍然为G1, 系统运系统运 行在行在b点，系统频率为点，系统频率为f2。 这种由发

24、电机特性和负荷调这种由发电机特性和负荷调 节效应共同承担系统负荷变节效应共同承担系统负荷变 化使系统运行在另一频率的化使系统运行在另一频率的 频率调整称为频率的一次调频率调整称为频率的一次调 整。整。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 OP PL3PL1 f f1 f2 a b c PL2 L1 L2 G1 G2 对于右图，频率一次对于右图，频率一次 调整的结果：调整的结果： 发电机有功功率增加了发电机有功功率增加了 PL2-PL1，负荷调节效应，负荷调节效应 是负荷少吸收有功功率是负荷少吸收有功功率 为为PL3-PL2，系统频率降，系统频率降 低

25、到低到f2。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 当系统负荷减少时，频率的一次调整过程与上述相反。当系统负荷减少时，频率的一次调整过程与上述相反。 即系统频率升高，发电机有功功率减少，负荷调节效应即系统频率升高，发电机有功功率减少，负荷调节效应 使负荷吸取的有功功率相对于原频率下的功率有所增加。使负荷吸取的有功功率相对于原频率下的功率有所增加。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 7 7、电力系统频率二次调整、电力系统频率二次调整 OP PL3PL1 f f1 f2 a b c PL2 L1 L2 G1 G

26、2 当系统负荷变化当系统负荷变化 较大，频率的一次调整较大，频率的一次调整 结果，系统频率过高或结果，系统频率过高或 过低时，需要改变发电过低时，需要改变发电 机调速系统的设定值，机调速系统的设定值， 使系统频率恢复到规定使系统频率恢复到规定 范围内，称为频率的二范围内，称为频率的二 次调整。对于右图，等次调整。对于右图，等 效发电机特性变为效发电机特性变为G2, 系统频率回到系统频率回到f1。 电力系统频率的二次调整任务是由调频发电厂电力系统频率的二次调整任务是由调频发电厂 中的发电机组承担的。中的发电机组承担的。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控

27、制 在频率的三次调整之前，让我们先看看电力系统在频率的三次调整之前，让我们先看看电力系统 负荷的变化情况负荷的变化情况. 8 8、电力系统有功功率调整（频率的三次调整）、电力系统有功功率调整（频率的三次调整） 负荷总的变化情况负荷总的变化情况 随机分量随机分量 脉冲分量脉冲分量 持续分量持续分量 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 由上图可见，总的负荷可分成三个部分：由上图可见，总的负荷可分成三个部分： 随机分量随机分量 脉冲分量脉冲分量 持续分量持续分量 一次调频一次调频 一、二次调频一、二次调频 发电计划加二次调频发电计划加二次调频 第五章第五章

28、 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 电力系统有功功率调整（频率的三次调整）电力系统有功功率调整（频率的三次调整） 负荷的持续分量，调度部门用日负荷曲线来描述。日负负荷的持续分量，调度部门用日负荷曲线来描述。日负 荷曲线示例如下：荷曲线示例如下： 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 从日负荷曲线可看到，把负荷分成基荷和峰荷。相应地，从日负荷曲线可看到，把负荷分成基荷和峰荷。相应地， 调度部门把发电厂分为三类：调度部门把发电厂分为三类： 带基荷发电厂带基荷发电厂 调峰发电厂调峰发电厂 调频发电厂调频发电厂 调度部门按日负荷

29、曲线把发电计划下发到各类发电厂。调度部门按日负荷曲线把发电计划下发到各类发电厂。 计划发电计划与实际负荷不可能完全一致，其差值称为计计划发电计划与实际负荷不可能完全一致，其差值称为计 划外负荷。划外负荷。 计划外负荷由调频厂承担计划外负荷由调频厂承担。 调度部门使用调度部门使用发电计划发电计划来解决大部分有功功率平衡问题的。来解决大部分有功功率平衡问题的。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 三、电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配三、电力系统有功功率平衡及负荷的合理分配 1 1、有功电源、有功电源 发电厂是目前电力系统唯一的有功功率电源。发电厂是目

30、前电力系统唯一的有功功率电源。 （1）火力发电厂：总容量一半以上。）火力发电厂：总容量一半以上。 l燃油火力发电厂燃油火力发电厂 l燃汽火力发电厂燃汽火力发电厂 l燃烧火力发电厂效率高容量大燃烧火力发电厂效率高容量大 l低温低压（低温低压（450，35大气压）大气压） l中温中压（中温中压（520，100大气压）大气压） l高温高压（高温高压（550，180大气压）大气压） l超临界机组超临界机组 (575，200以上以上) （2）热力发电厂：发电）热力发电厂：发电+供热供热 强迫出力：为保证供热而必须发出的有功强迫出力：为保证供热而必须发出的有功 功率。功率。 第五章第五章 电力系统正常运行

31、方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 （3） 水力发电厂水力发电厂 l 多年调节库容水力发电厂多年调节库容水力发电厂 l 日调节库容水力发电厂日调节库容水力发电厂 l 径流式库容水力发电厂径流式库容水力发电厂 l 抽水蓄能库容水力发电厂抽水蓄能库容水力发电厂 （4） 核能发电厂核能发电厂 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 水电厂强迫出力 热电厂强迫出力 核电厂 高效率大机组火电厂 中温中压凝气式火电厂 中温中压火电厂 水电厂可调功率 抽头蓄能 基荷 峰荷 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 2

32、、 有功功率负荷有功功率负荷 有功功率负荷随天气、季节、每天的时间、天有功功率负荷随天气、季节、每天的时间、天 气气,人们的生活工作习惯等变化，以各种负荷曲人们的生活工作习惯等变化，以各种负荷曲 线来反映，是电力调度部门的重要依据。线来反映，是电力调度部门的重要依据。 上图中上图中 基荷：日负荷曲线最低点以下部分，基荷：日负荷曲线最低点以下部分， 峰荷：基荷与最大负荷之间的部分。峰荷：基荷与最大负荷之间的部分。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 实际负荷变化的特点实际负荷变化的特点 实际负荷变化由三种成分构成：实际负荷变化由三种成分构成： 变化幅度

33、很小，变化周期最短（一般为变化幅度很小，变化周期最短（一般为10S以内），一以内），一 般由中小型用电设备的投入切除引起，带有很大的随般由中小型用电设备的投入切除引起，带有很大的随 机性。机性。 变化幅度较大，变化周期较短（变化幅度较大，变化周期较短（10S-3m），一般为轧），一般为轧 钢机等的较大的间断性负荷；钢机等的较大的间断性负荷； 变化缓慢权的持续变化部分，由人们的作息制度、生变化缓慢权的持续变化部分，由人们的作息制度、生 活习惯、天气等决定。活习惯、天气等决定。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 3、两并联机组的有功功率分配、两并联机组

34、的有功功率分配 基本原则：基本原则： l基荷由具有强迫功率、不可调功率或高基荷由具有强迫功率、不可调功率或高 效率的热电厂、发电厂、核能发电厂、效率的热电厂、发电厂、核能发电厂、 迳流式水力发电厂、泄洪灌溉等水力发迳流式水力发电厂、泄洪灌溉等水力发 电厂等承担。电厂等承担。 l峰荷由有调节水库的水力发电厂、燃气峰荷由有调节水库的水力发电厂、燃气 轮机发电厂和中温中压火力发电厂等承轮机发电厂和中温中压火力发电厂等承 担。担。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 f1 f2 PG1 PG2 PG1 PG2 PG1 PG1 PG2 PG2 Gie i Gi

35、 eGG eGG e eG G eG G GGG GGG PfP PfP PfP f ff f f P P P P PPP PPP * * 2* *2 2 1* *1 1 12 * *2 2 2 *1 1 1 2 22 1 11 1 1 1 并联运行机组所调节的有并联运行机组所调节的有 功功率与频率变化和机组功功率与频率变化和机组 额定容量成正比，与机组额定容量成正比，与机组 调差系数成反比调差系数成反比 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 第二节第二节 电力系统无功功率和电压的调整和电力系统无功功率和电压的调整和 控制控制 电压是衡量电能质量的一个

36、重要指标。质量合格的电电压是衡量电能质量的一个重要指标。质量合格的电 压应该在供电电压偏移，电压波动和闪变，电网谐波压应该在供电电压偏移，电压波动和闪变，电网谐波 和三相不对称程度这四个方面都能满足有关国家标准和三相不对称程度这四个方面都能满足有关国家标准 规定的要求。规定的要求。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 概述概述 电压合理的重要性电压合理的重要性 引起效率下降、经济性能变差，影响生活质量：引起效率下降、经济性能变差，影响生活质量： 照明。照明。 缩短寿命，甚至造成损坏：白炽灯、电动机、绝缩短寿命，甚至造成损坏：白炽灯、电动机、绝 降低生

37、产率，出废品、次品降低生产率，出废品、次品 对电力系统，过低：使网络功率损耗加大，危及对电力系统，过低：使网络功率损耗加大，危及 稳定运行，过高：绝缘，增加电晕损耗。稳定运行，过高：绝缘，增加电晕损耗。 V 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 概述概述 严格保证电压经济上不可行，也没有必 要，允许的电压偏移： 35kV35kV及以上：及以上： 5%5% 10kV以下：以下： 7%7% 低压照明：低压照明： +7%+7%，-10%-10% 农村电网：农村电网：+7.5%+7.5%，-10%-10%（+10%+10%，-15%-15%） 第五章第五章 电

38、力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 概述概述 允许合理的无功功率源配置是保证电压合理的关键允许合理的无功功率源配置是保证电压合理的关键 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 本节的基本内容本节的基本内容 为什么V和Q联系起来 调压方法：规划电如何确定网络参数和结构：简单设计， 复杂校核运行电优化利用已有资源隔出调压 要求：复杂系统优化，基本概念 学习方法：注重基本概念，简单系统的解决思路。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 一、电力系统无功功率平衡一、电力系统无功功率平衡 无功

39、功率 平衡 无功负荷与无功电源失去平衡时，会无功负荷与无功电源失去平衡时，会 引起系统电压的升高或下降引起系统电压的升高或下降 无功功率的平衡应本着分层、分区、无功功率的平衡应本着分层、分区、 就地平衡的原则就地平衡的原则 无功电源的无功输出应能满足系统负无功电源的无功输出应能满足系统负 荷和网络损耗在额定电压下对无功功荷和网络损耗在额定电压下对无功功 率的需求率的需求 异步电动机是电力系统主要的无功负荷异步电动机是电力系统主要的无功负荷 系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定系统无功负荷的电压特性主要由异步电动机决定 无功功 率负荷 =0.8 =0.6 =0.3 Q V 是受载系数是受载

40、系数 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功功 率损耗 变压器的无功损耗 输电线路的无功损耗 变压器的无功损耗 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功功 率损耗 变压器的无功损耗 输电线路的无功损耗 输电线路的无功损耗 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功 功率 电源 发电机 同步调相机 静电电容器 静止无功补偿器 静止无功发生器 无功 功率 电源 发电机 发电机 发电机是唯一 的有功功率电 源，又是最基 本的无功功率 电源 Q B D C A P O E

41、 jXdIN 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功 功率 电源 发电机 同步调相机 静电电容器 静止无功补偿器 静止无功发生器 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功 功率 电源 同步调相机 同步调相机相当于空载运行的同步发电 机。在过励磁运行时，向系统供给无功 功率，起无功电源的作用；在欠励磁运 行时，它吸收感性无功功率，起无功负 荷作用。由于相应速度较慢，难以适应 动态无功控制的要求，20世纪70年代以 来已逐渐被静止无功补偿装置所取代 同步调相机 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电

42、力系统正常运行方式的调整和控制 无功 功率 电源 发电机 同步调相机 静电电容器 静止无功补偿器 静止无功发生器 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功 功率 电源 静电电容器 静电电容器 静电电容器供给的无功功率Qc与所在节点的 电压V的平方成正比，即 QcV2/Xc 式中，Xc1/wc为静电电容器的电抗。当节 点电压下降时，它供给系统的无功功率将减 少。因此，当系统发生故障或由于其他原因 电压下将时，电容器无功输出的减少将导致 电压继续下降。换言之，电容器的无功功率 调节性能比较差 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行

43、方式的调整和控制 无功 功率 电源 发电机 同步调相机 静电电容器 静止无功补偿器 静止无功发生器 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功 功率 电源 静止无功补偿器 静止无功补偿器 SVC由静电电容器与 电抗器并联组成， SVC在我国电力系统 中将得到广泛应用 饱和电抗器型 可控硅控制电 抗器型(TCR) 可控硅投切电 容器型(TCR) TCR和TSC组合 型 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功 功率 电源 发电机 同步调相机 静电电容器 静止无功补偿器 静止无功发生器 第五章第五章 电力系统正常

44、运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功 功率 电源 静止无功发生器 静止无功发生器 它是一种更为先进的静止型无功补偿装置 (SVG),它的主体是电压源型逆变器。适当 控制逆变器的输出电压，就可以灵活地改 变SVG地运行工况，使其处于容性负荷、感 性负荷或零负荷状态。与SVC比较，SVG具 有相应快、运行范围宽、谐波电流含量少 等优点。尤其是电压较低时仍可向系统注 入较大的无功电流。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功 功率 电源 发电机 同步调相机 静电电容器 静止无功补偿器 静止无功发生器 第五章第五章 电力系统正常运行方

45、式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功 功率 平衡 l无功功率平衡的基本要求 无功电源发出的无功功率应该大于或至少等于 负荷所需的无功功率和网络中的无功损耗之和 系统还必须配置一定的无功备用容量 尽量避免通过电网元件大量的传送无功功率， 应该分地区分电压级地进行无功功率平衡 一般情况下按照正常最大和最小负荷的运行方 式计算无功平衡，必要时还应校验某些设备检 修时或故障后运行方式下的无功功率平衡 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功 功率 平衡 系统无功功率平衡关系式： QGCQLDQLQres QGC为电源供应的无功功率之和，QLD

46、为无功负荷之 和，QL为网络无功功率损耗之和，Qres为无功功 率备用 Qres0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的 备用；Qres0表示系统中无功功率不足，应考虑 加设无功补偿装置 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功 功率 平衡 系统电源的总无功出力QGC包括发电机的无功功率 QG和各种无功补偿设备的无功功率QC，即 QGCQGQG 总无功负荷QLD按负荷的有功功率和功率因数计算。 网络的总无功损耗QL包括变压器的无功损耗QLT、 线路电抗的无功损耗QL和线路电纳的无功功率 QB，即 QL QLTQLQB 第五章第五章 电力系统正常运行方式

47、的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 总之，无功平衡是一个比有功平衡更复杂的问题。总之，无功平衡是一个比有功平衡更复杂的问题。 一方面，不仅要考虑总的无功功率平衡还要考虑一方面，不仅要考虑总的无功功率平衡还要考虑 分地区的无功平衡，还要计及超高压线路充电功分地区的无功平衡，还要计及超高压线路充电功 率、网损、线路改造、投运、新变压器投运及大率、网损、线路改造、投运、新变压器投运及大 用户各种对无功平衡有影响的化用户各种对无功平衡有影响的化 一般无功功率按照就地平衡的原则进行补偿容量一般无功功率按照就地平衡的原则进行补偿容量 的分配。小容量的、分散的无功补偿可采用静电的分配。小容量的、分

48、散的无功补偿可采用静电 电容器；大容量的配置在系统中枢点的无功补偿电容器；大容量的配置在系统中枢点的无功补偿 则宜采用同步调相机或则宜采用同步调相机或SVCSVC 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功功率平衡的讨论： 1、全局平衡和分地区平衡，保证满足以上总的平衡条件， 不一定满足电压要求，还必需实现局部主功功率平衡， 无功功率的分层次就地平衡是一个基本原则。 2、任何时候网络中实际产生和消耗和无功功率相等。 3、快速无功功率，无功功率动态平衡。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功功率对电压有决定

49、性的影响 无功功率是引起电压损耗的主要 原因 无功功率的远距离传输和就地平 衡 节点电压有效值的大小对无功功 率分布起决定性作用 无功 功率 和电 压的 关系 无功功率平衡与电压水平的关系 jX V I P+jQ E I V jXI E 无功功率平衡与电压水平的关系 2 1 1 a a c 2 Q V VaVa O 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 无功功率平衡与电压水平的关系 实现无功功率在额定电压下 的平衡是保证电压质量的基 本条件 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 讨 论 无功功率不能远距离传送，

50、必须分区、分 级（就地）平衡 动态无功功率平衡 无功功率平衡的双重含义：规划平衡和实 际平衡，无功功率不够的含义 无功功率平衡和电压水平的关系 无功功率不能远距离传送，必须分区、分 级（就地）平衡 动态无功功率平衡 无功功率平衡的双重含义：规划平衡和实 际平衡，无功功率不够的含义 无功功率平衡和电压水平的关系 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 二、电压调整的基本概念二、电压调整的基本概念 电压是电能质量的重要指标之一。 电压质量对电力系统的安全与经济 运行，对保证用户安全生产和产品 质量以及电气设备的安全与寿命有 重要的影响。因此电压调整具有一 定

51、的重要性。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 电压 偏移 的危 害 各种用电设备都是按额定电压设计制造的。这些设 备在额定电压下运行才能取得最佳效果 电压降低 电压降低 电压过低 电压过高 会使网络中功率和能量的损耗加大 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 电压 偏移 的危 害 各种用电设备都是按额定电压设计制造的。这些设 备在额定电压下运行才能取得最佳效果 电压降低 电压过低 电压过低 电压过高 有可能危机电力系统运行稳定性 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制

52、 电压 偏移 的危 害 各种用电设备都是按额定电压设计制造的。这些设 备在额定电压下运行才能取得最佳效果 电压降低 电压过低 电压过高 电压过高 各种电气设备的绝缘可能受到损害， 在超高压网络中还将增加电晕损耗等 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 35KV及以上：5 10KV及以下：7 低压照明：+5，-10 农村电网：+7.5，-10 (+10，-15) l允许电压偏移 指标 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 事故 分析 日本东京电力系统1987年7月23日发生电压崩 溃造成大停电事故。起因是由于负荷

53、增加过快， 电压开始下降，最后发展到继电保护动作跳闸， 导致三个变电所全停 美国于1965年11月9日发生东北部大面积停电事 故，起因是线路过负荷使后备保护起动，导致 系统解列 1982年8月7日，华中电网因220KV联络线A相对 支路放电，继电保护动作跳闸，导致系统稳定 破坏，各电厂和变电站电压大幅度下降，系统 解环，电网失去大量无功电源，结果使湖北地 区大面积停电，武汉钢铁公司等重要用户受到 很大的损害，部分设备损坏 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 事故 分析 1972年7月20日，浙江电网因常湖线输送功率 过大，导致发热弛度增大，而对低压线

54、放电， 继电保护动作跳闸造成系统稳定破坏，频率急 剧下降，结果造成浙江电网全面瓦解，全省约 71.5的用户停电 1972年7月27日，湖北电网因继电保护误动作， 武汉电网频率急剧下降，迫使青山、黄石两个 电厂全停。 瑞典南部系统，于1983年12月27日因斯德哥尔 摩西北部的海尔迈变电所进行倒闸操作时设备 损坏造成单相接地故障，使几条线路切除造成 电压大幅度降低。后来甚至发展到南北电网解 列，频率和电压急剧下降，南部电网完全崩溃 而大面积停电，事故损失达5000万美元 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 中枢 点的 定义 电力系统中重要的电压支撑点

55、电力系统中负荷点数目众多又很分散，有必要选 择一些有代表性的负荷点 这些点的电压质量符合要求，其它各点的电压质 量也能基本满足要求 中枢 点的 选择 区域性水、火电厂的高压母线 枢纽变电所的二次母线 有大量地方负荷的发电机电压母线 中枢点设置数量不少于全网220KV及以上电压 等级变电所总数的7 中枢点的电压管理 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 中枢点的电压允许变化范围的确定 中枢点向两个负荷点供电 中枢点向多个负荷点供电 如果中枢点是发电机母线 在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变 化范围都有公共部分 SA B A SB O SBmax

56、t/h S SBmin SAmax SAmin t/h V t/h V 中枢点向两个负荷点供电 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 由图可见，尽管A、B两负荷点的电压有10的 变化范围，但是由于两处负荷大小和变化规律 不同，两段线路的电压损耗值及变化规律亦不 相同。为同时满足两负荷点的电压质量要求， 中枢点电压的允许变化范围就大大缩小，最大 时为7，最小时仅有1。 中枢点向两个负荷点供电 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 中枢点的电压允许变化范围的确定 中枢点向两个负荷点供电 中枢点向多个负荷点供电 如果

57、中枢点是发电机母线 在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变 化范围都有公共部分 中枢点向多个负荷点供电 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 中枢点向多个负荷点供电 其电压允许变化范围可按两种极端情况确定：在地区 负荷最大时，电压最低的负荷点的允许电压下限加上 到中枢点的电压损耗等于中枢点的最低电压；在地区 负荷最小时，电压最高负荷点的允许电压上限加上到 中枢点的电压损耗等于中枢点的最高电压。 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 中枢点的电压允许变化范围的确定 中枢点向两个负荷点供电 中枢点向多个负荷点供

58、电 如果中枢点是发电机母线 在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允许变 化范围都有公共部分 如果中枢点是发电机母线 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 如果中枢点是发电机的电压母线 除了上述要求外，还应受厂用电设备与发电机的最高 允许电压以及为保持系统稳定的最低允许电压的限制 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 中枢点的电压允许变化范围的确定 中枢点向两个负荷点供电 中枢点向多个负荷点供电 如果中枢点是发电机母线 如果在任何时候，各个负荷点所要求的中枢点允 许变化范围都有公共部分 如果在任何时候，各个负荷点

59、所要求的中枢点允 许变化范围都有公共部分 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 如果在任何时候中枢点电压允许变化范围都有 公共部分 那么，调整中枢点电压，使其在公共部分的允许范围 内变动，就可以满足各负荷点的调压要求，而不必在 各负荷点再装设调压设备 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 中枢点允许变电范围确定 1、弄清由中枢点调压的各负荷节点的负荷的变化和规律 和电压允许的范围 2、根据1，计算各负荷节点对中枢点的电压的要求 3、各负荷对中枢点电压要求的公共区域，即为中枢点电 压容许变化范围，反过来说，只要中

60、枢点电压在这一 范围内，即可以满足各点的调压要求 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 中枢 点调 压模 式 逆调压模式 顺调压模式 恒调压模式 在大负荷时升高电压，小负荷时降低电压的调压方 式。一般采用逆调压方式，在最大负荷时可保持中 枢点电压比线路额定电压高5，在最小负荷时保 持为线路额定电压。供电线路较长、负荷变动较大 的中枢点往往要求采用这种调压方式 逆调压模式 第五章第五章 电力系统正常运行方式的调整和控制电力系统正常运行方式的调整和控制 中枢 点调 压模 式 逆调压模式 顺调压模式 恒调压模式 大负荷时允许中枢点电压低一些，但不低于线路额