电力系统分析习题集

1、电力系统分析习题集第一章：电力系统的基本概念一、主要知识点1、 电力系统的组成及各组成部分的作用；2、 电能生产的特点及对电力系统运行的基本要求；3、 电力系统的接线方式及特点；4、 电力系统的额定电压及适用范围；5、 中性点运行方式及特点；6、 联合电力系统及其优越性。二、思考题与习题1、电力系统由哪些主要部分组成？各部分的作用是什么？2、电能生产的主要特点有哪些？3、对电力系统运行的基本要求是什么？4、电力系统中负荷的分类（I、II、III类负荷）是根据什么原则进行的？各类负荷对供电可靠性的要求是什么？5、衡量电能质量的主要技术指标有哪些？6、电力系统的接线方式有哪两种类型？各种接线方式的

2、主要特点是什么？7、电力系统的额定电压是如何确定的？我国规定的电力系统额定电压等级有哪些？各种电压等级的适用范围怎样？8、电力系统中各元件的额定电压为多少？什么叫电力系统的平均额定电压？9、什么叫电力系统的中性点？电力系统中性点的运行方式有哪些？它们各有什么特点？我国电力系统中性点的运行方式如何？10、如何提高中性点直接接地电力系统的供电可靠性？11、消弧线圈的工作原理是什么？电力系统中为什么一般采用过补偿方式？ 12、联合电力系统的优越性有哪些？第二章 电力系统元件参数和等值电路一、 知识要点1、 电力线路的结构、参数及等值电路1.1架空线路的结构及参数1.1.1架空线路的结构架空线路由导线

3、、杆塔、绝缘子、金具和避雷线（中性点直接接地系统）构成。1.1.2架空输电线路的参数：电阻是反映导线对电流阻碍作用的参数，输电线路的电阻按下式计算，式中为计算导线电阻所采用的电阻率，铝导线取，铜导线取，其值略小于导线材料的直流电阻率；导线的标称截面（mm2）。电抗是反映感应电动势对电流的阻碍作用的参数，各种类型输电线路的电抗按下式计算。单回输电线路（对称排列或经完整换位）：式中：r为导线的计算半径（cm或mm）；r为导线材料的相对导磁系数，对于非铁磁物质铝和铜r1；f为交流电的频率（Hz）；Dm为三相导线之间的几何平均距离（与计算半径同单位）。当f=50Hz时，铜导线或铝导线的电抗计算公式为，

4、近似计算时取。同杆（塔）双回输电线路，一般不计两回路之间的相互影响。分裂导线输电线路：式中req为分裂导线的等值半径，其值按式确定；n为分裂导线的分裂根数。电纳是反映输电线路的对地电容和线间电容的参数，单回输电线路（对称排列或经完整换位）：；分裂导线线路：电导是反映输电线路的泄漏损耗和电晕损耗的参数，泄漏损耗一般可以忽略不计，从而输电线路的电导主要由电晕损耗决定。电晕发生的条件为线路运行时的实际电压U高于电晕临界电压Ucr，单回导线电晕临界相电压按下式计算分裂导线线路的电晕临界相电压按下式计算式中，m为导线表面光滑系数，对于表面光滑的单根导线m=1.0，对于绞线m=0.9；为空气相对密度；p为

5、大气压力；t为空气温度（0C）。对于晴天，一般取1.0；为与分裂导线数有关的常数；r、Dm、req的意义同前所述，单位为cm。60KV以下线路不会出现电晕现象，110KV及以上线路以晴朗天气下不发生电晕为设计原则,所以一般情况下,线路电导b1=0；当电晕发生时，电晕损耗和线路电导按下式计算式中，为实测三相电力输电线路电晕损耗的总有功功率（KW/km）；U为电力线路运行的线电压（kV）。1.2电缆线路的结构与参数1.2.1电缆线路的结构（略）1.2.2电线路的参数电缆参数也有电阻、电抗、电纳和电导四个，所不同的是电缆线路的电导反映的是绝缘介质的介质损耗。电缆线路的参数计算较为复杂，一般从手册查取

6、或通过试验确定。1.3电力线路的等值电路短线路：短线路指长度不超过100km、电压不超过60kV的架空输电线路；或电压10KV以下的电缆线路，短线路的等值电路用集中参数电路表示，并忽略导纳支路的影响。中等长度线路：中等长度线路指长度在100km300km的架空线路；或长度不超过100km的电缆线路，中等长度线路的等值电路也可忽略分布参数的影响，而用集中参数电路表示，其形式有形和形两种，电力系统分析采用形等值电路。长线路：长线路指长度超过300km的架空线路和长度超过100km的电缆线路，对于长线路必须考虑分布参数的影响，电力系统分析中长线路的等值电路采用修正集中参数形等值电路。图中、，修正系数

7、？2、变压器的等值电路和参数2.1双绕组变压器图中 2.2三绕组变压器2.2.1 电阻RT1、RT2、RT3的计算RT1、RT2、RT3为归算到同一电压等级的三个绕组电阻。对于容量比为100/100/100的三绕组变压器按下式计算对于容量比不为100/100/100的三绕组变压器，需要将短路试验所得的短路损耗先归算到变压器的额定容量之下，然后再利用上面的公式计算各绕组的短路损耗和电阻，例如对于容量比为100/100/50的三绕组变压器由于绕组1、3和绕组2、3的短路试验是在50SN下进行的，可以按下式计算变压器在额定容量下的短路损耗2.2.2电抗XT1、XT2、XT3的计算XT1、XT2、XT

8、3是归算到同一电压等级的三个绕组的等效漏电抗，由于三绕组变压器铭牌和手册给出的短路电压都已归算到变压器的额定容量之下，所以不管变压器的容量比是否为100/100/100，其电抗豆都可以按下式计算由于XT1、XT2、XT3是三个绕组的等效漏电抗，计算中可能出现某个绕组的等效电抗为负值，由于其绝对值很小，近似计算时可以取为0。2.2.3电导GT和BT的计算电导GT和BT的计算与双绕组相同。2.3自耦变压器2.3.1电阻RT1、RT2、RT3的计算自耦变压器RT1、RT2、RT3的计算方法与三绕组变压器相同，所不同的是在三绕组变压器等值电路中它们是各绕组的实际电阻归算到同一电压等级的数值，均为正值；

9、在自耦变压器情况下它们是各绕组的等效电阻归算到同一电压等级的数值，计算中可能出现某个绕组的电阻为负值的情况，近似计算中可以取为0。2.3.2电抗XT1、XT2、XT3的计算对于容量比为100/100/100的自耦变压器，电抗XT1、XT2、XT3的计算方法与三绕组变压器相同，对于容量比不为100/100/100的自耦变压器，铭牌或手册给出的短路电压可能未归算到变压器的额定容量，计算时需要先进行归算，对于容量为的自耦变压器，短路电压的归算公式如下同三绕组变压器一样，自耦变压器的电抗XT1、XT2、XT3也是各绕组的等值漏抗，其值也可能出现负值。2.3.3电导GT和BT的计算电导GT和BT的计算与

10、双绕组相同。3、电抗器的参数和数学模型电抗器为单相式，电抗器铭牌通常给出额定电压、额定电流和电抗百分数XL(%)，其中电压为线电压值。由于电抗器的电阻相对电抗而言很小，所以通常将电抗器作为理想的电抗元件。电抗器的电抗有名值可由下式计算式中，为电抗器的电抗（），为电抗器的电抗百分数，为电抗器的额定电压（KV），为电抗器的额定电流（KA）。4、同步发电机的参数及等值电路4.1 同步发电机的等值电路发电机定子绕组的电阻相对较小，一般可以忽略不计。稳态运行情况下，发电机的等值电路如图 所示。 4.2 同步发电机的参数4.2.1 同步发电机的电抗同步发电机的电抗有名值由式 计算式中，为发电机的额定电压（

11、KV）；为发电机的额定视在功率（MVA）；为发电机的额定有功功率（MW）；为发电机的额定功率因数。4.2.2 同步发电机的电动势式中，为发电机的相电动势（KV）；为发电机的相电压（KV）；为发电机定子的相电流（KA）。5、负荷的参数和等值电路负荷可以用其阻抗表示，也可以用其导纳表示，在认为负荷端电压不变的情况下，也可以用其消耗的复功率表示。用阻抗、导纳和复功率表示的感性负荷和容性负荷的等值电路如图 6、电力网络的等值电路6.1 电力网络的有名制等值电路 电力网等值电路中各物理量采用有单位的有名制时，等值电路称为有名制等值电路。在有名制等值电路中，电气量为归算到同一电压等级（基本级）的数值。 基

12、本级可以根据分析计算的方便性确定，例如一个具有10KV、110KV和220KV电压等级的电力网，如要求计算正常运行时110KV某母线的实际电压，则基本级选择110KV电压等级较为方便；如果需要计算系统各电压等级中母线的电压，则选择哪一个电压等级作为基本级都是一样的，此时一般选择系统中的最高电压等级作为分析计算的基本级。 如果将变压器的变比规定为则电网参数的归算公式如下 式中，为电气量在原电压等级的数值；为归算到基本级的数值； 为电气量所在电压等级与基本级之间的变压器的变比。参数归算中，如果变压器变比采用实际变比，则计算为精确计算。参数归算中，如果变压器的变比采用平均额定变比，则为近似计算，此时

13、系统中所有元件的额定电压也都应取其平均额定电压，这时，电网参数的归算公式简化为 即把参数所在电压等级电网和基本级电网之间的所有变压器看作一个等值升压变压器来进行参数归算。6.2 标幺制等值电路电力网等值电路中各物理量采用相对值时，等值电路称为有名制等值电路。在标幺制等值电路中，电气量为统一基准值下的标幺值。6.2.1 基准值的选择采用标幺制计算时，必须首先选择各电气量的基准值，然后才能利用选定的基准值和有名值确定各电气量的标幺值。基准值的选择必须遵守两条原则，一是电气量的基准值必须与有名值同单位；二是各电气量的基准值之间必须遵守电路的基本规律。电力系统稳态分析计算中的电气量共有阻抗Z、导纳Y、

14、电压U、电流I和功率S五个，而电路的基本关系有、和三个，只要必须任意给定其中两个，其它三个就可以由电路的基本关系确定。通常任意给定功率和电压的基准值SB和UB，而由此确定的阻抗、导纳和电流的基准值分别为、6.2.2 电力网参数标幺值的计算 电网参数标幺值的计算方法有两种，一种是“先归算，后取标幺值”；另一种是“就地取标幺值”。“先归算，后取标幺值”是指先利用变压器的变比，将所有的参数有名值归算到基本级，再利用选定的基本级的电气量的基准值求各个参数的标幺制。“就地取标幺值”则是指先利用选择好的基本级的各电气量的基准值和变压器的变比求出各其它电压级的电气量的基准值，然后利用参数的有名值和所在电压等

15、级的基准值求其标幺值。两种方法的计算过程虽然不同，但结果是一致的。计算过程中，如果变压器的变比取实际变比则为精确计算；如果变压器的变比取平均额定变比，基本级的基准电压取其平均额定电压，则其他电压等级的基准电压也就是其各自的平均额定电压，而不必进行计算，这种计算称为近似计算。第三章 简单电力网络的潮流的分析计算一、学习目的和要求通过本章的学习，掌握电力线路和电力变压器功率损耗和电压降落的计算、电力线路和电力变压器的电能损耗计算、运算负荷和运算电源的概念及电力网等值电路的简化、开式电力网络的潮流计算方法步骤、环形网络的潮流分布计算的方法步骤；能够进行简单网络潮流的分析计算二、学习重点电力线路功率损

16、耗和电压降落的计算公式及其使用注意事项；电力线路电压偏移、电压降落、电压损耗和电压调节的概念；高压电网中有功功率和无功功率的传输规律。电力变压器功率损耗和电压降落的计算公式及其使用注意事项；电力线路和电力变压器的电能损耗计算方法；电力网络网损率的概念；开式网潮流分布的计算方法步骤；环形网潮流分布的计算方法步骤；环形网络功率的经济功率分布与潮流调控的目的与方法。三、重点及难点提示1、电力线路的功率损耗和电压降落功率计算阻抗支路的功率损耗计算： 导纳支路的功率损耗计算：一般情况下，电力线路的电导，导纳支路的有功损耗0；导纳支路的无功损耗等于负值，意味着其吸收的是容性无功功率（即输出感性无功功率）。

17、电力线路的功率平衡关系： ， ，电压计算 电力线路电压质量及输电效率技术指标电压降落、电压损耗、电压偏移（首端电压偏移、末端电压偏移）、电压调整和输电效率。2、电力变压器功率损耗和电压降落电力变压器功率和电压的计算与电力线路相似，不同之处主要有：变压器等值电路为形，而电力线路等值电路为形；变压器导纳支路为电感性，电力线路的导纳支路为电容性；近似计算中，取,变压器导纳可用不变的负荷功率代替，即 3、电源功率、等值电源功率、运算功率的概念；负荷功率、等值负荷功率、运算负荷的概念。4、电力网的电能损耗计算阻抗支路的电能损耗计算阻抗支路电能损耗的常用计算方法有年负荷损耗率法和最大负荷损耗时间法两种，两

18、种计算法所得结果往往有差异，这是由于两者所依据的统计资料不同造成的。导纳支路的电能损耗计算电力线路导纳支路的电能损耗通常不作考虑，变压器导纳支路的电能损耗按下式计算电力网的网损率式中 为一定时期内电力网的总电能损耗,为同一时期内电力网的供电量。 输电线路的线损率可以仿照上式计算。5、开式网络潮流分布分析计算开式网的潮流分布取决于负荷的分布。在通常情况下（已知电网首端电压和各负荷点功率），可以采用迭代法和近似计算法进行计算。近似计算的方法步骤为绘制电网的等值电路并计算元件参数，采用有名制计算时，所有参数应归算到同一电压等级；采用标幺制计算时所有参数应为同一基准值的标幺制；利用运算负荷和运算电源对

19、等值电路进行简化；设全网电压为额定电压，从电网末端开始，逐段计算功率分布；利用求得的功率分布和电网首端电压，从电网末端开始，逐段计算电压分布；将和的计算结果结合起来即得电网的潮流分布。6、两端供电网潮流分布的分析计算两端供电网潮流分布计算的方法步骤绘制电网的等值电路并计算元件参数（有名制计算时，所有参数应归算到同一电压等级；标幺制计算时所有参数应为统一基准值下的标幺制）利用运算负荷和运算电源对等值电路进行简化利用公式、计算两端供电网的供载功率利用公式 计算循环功率计算初步功率分布 、 绘制初步功率分布图，确定功率分点在功率分点将两端供电网拆开，得到两个辐射形网络，然后按辐射形网络的潮流计算方法

20、计算两端供电网的最终潮流分布。7、简单环网的潮流分布计算简单环网指由同一电压等级的输电线路组成的环形电力网。只要在电源点将环网拆开，就得到一个两端电压相等的两端供电网，然后按两端供电网的潮流分布计算方法计算即可。8、多电压等级环网的潮流分布计算多电压等级环网的潮流分布计算方法步骤如下：绘制电网的等值电路并计算元件参数（有名制计算时，所有参数应归算到同一电压等级；标幺制计算时所有参数应为统一基准值下的标幺制）利用运算负荷和运算电源对等值电路进行简化将电网在电源点拆开，然后按两端电压相等的两端供电网计算供载功率分布计算两端供电网的供载功率利用公式 计算循环功率将供载功率和循环功率叠加计算初步功率分

21、布 供载功率与循环功率方向一致时相加，否则相减。绘制初步功率分布图，确定功率分点在功率分点将两端供电网拆开，得到两个辐射形网络，然后按辐射形网络的潮流计算方法计算两端供电网的最终潮流分布。9、电力网的潮流调控电力网潮流调控的目的是使电网的有功损耗最小。电力网功率的自然分布电力网功率的自然分布指未采取任何措施时的功率分布。对于辐射形网络其分布由负荷分布确定；对于两端供电网和环形网络在不计循环功率时，按各段电路的阻抗分布。电力网功率的经济分布电力网功率的经济分布指使电力网有功功率损耗最小的功率分布。电力网功率的经济分布是按各段电路的电阻分布的功率，两端供电网和环形网络功率的经济分布计算公式如下：、

22、 均一网功率的自然分布和经济分布均一网指由同一电压等级、同型号和同样布置方式的导线构成的两端供电网或环形网络，其特点是各段路单位长度的阻抗相等。均一网功率的自然分布就是经济分布，可以按下式计算、电力网的潮流调控辐射形网络的潮流分布不可调控；两端供电网或环网潮流调控的方法有A、在线路上串联电抗或电容，使电网参数均一化，从而使电力网的功率分布成为经济分布；B、串联附加加压器，在电网中产生强迫循环功率，从而使电网的功率分布成为经济分布。有关的计算公式如下：确定所需强迫循环功率的数值：(为要求的经济分布功率；为潮流调控前的自然分布功率)确定所需的附加加压器电动势，。称为纵向附加电动势，纵向附加电动势主

23、要产生无功强迫循环功率，因而主要改变电力网的无功分布；称为横向附加电动势，横向附加电动势主要产生有功强迫循环功率，因而主要改变电力网的有功分布；仅产生纵向附加电动势的串联加压器称为纵向加压器，仅产生横向附加电动势的串联加压器称为横向加压器，既可以产生纵向附加电动势又可以产生横向附加电动势的串联加压器称为纵、横加压器。第四章 复杂电力系统潮流的计算机算法一、学习目的和要求通过本章的学习，掌握复杂电力系统的数学模型节点电压方程；掌握节点电压方程的建立方法；掌握节点电压方程的解算方法（高斯-塞德尔潮流计算法、牛顿-拉夫逊潮流计算法和P-Q分解潮流计算法）；了解稀疏技术在线性方程组求解中的应用。二、学

24、习重点复杂电力系统的数学模型及其特点；节点阻抗矩阵和节点导纳矩阵中各元素的意义及其求法；电力系统的变量及节点分类；高斯-塞德尔潮流计算法及其特点； 牛顿-拉夫逊潮流计算法及其特点；P-Q分解潮流计算法及其特点。三、重点及难点提示1、复杂电力系统的数学模型复杂电力系统的数学模型通常采用节点电压方程，因为电力系统中独立节点的数量远远少于其独立回路的数量，采用节点电压方程时，独立方程的个数远少于回路电流方程的个数，有利于方程组的求解；此外节点导纳矩阵容易形成和修改、节点电压方程可以用于非平面的电力网络的分析计算。2、节点导纳矩阵中各元素的意义及节点导纳矩阵的形成节点导纳矩阵的对角元素节点自导纳节点自

25、导纳为节点施加单位电压，而其它节点全部接地情况下，节点的注入电流，即。实际上节点的自导纳就是接到该节点的所有支路的导纳之和。节点导纳矩阵的非对角元素节点之间的互导纳节点i与节点j之间的互导纳为节点j施加单位电压，而其它节点全部接地情况下，节点i注入电力系统的电流，即。实际上就是直接连接i、j节点的支路导纳的负值。显然，当两个节点之间无直接联系时，他们之间的互导纳为零。节点导纳矩阵的特点方阵，对于一个n个独立节点的电力系统，其导纳矩阵为n×n阶；对称矩阵，矩阵的上三角元素与下三角元素完全相同；稀疏矩阵，电力系统大多数节点之间无直接联系，所以矩阵的非对角元素多数为零；导纳矩阵的形成节点导

26、纳矩阵通常按自导纳和互导纳的定义形成，即，。3、电力系统节点电压方程的特点由于电力系统已知的不是节点注入电流，而是节点注入功率，所以电力系统的节点电压方程为,为关于节点电压的非线性方程组，其解法为迭代法。4、电力系统的变量和节点分类电力系统的变量分为不可控变量、可控变量和状态变量三种。可控变量：发电机发出的有功功率、无功功率，共2n个，对于负荷节点，、。不可控变量：负荷的有功功率、无功功率,共2n个，对于无负荷的节点，、。状态变量：节点的电压大小和初相角，共2n个。电力系统节点的分类PQ节点，此种节点已知量为、，待求量为和。由于节点注入系统的有功功率、无功功率一定，故称为PQ节点；PV节点：此

27、种节点已知量为、，待求量为和。由于节点注入系统的有功功率、节点电压大小一定，故称为PV节点；平衡节点：此种节点已知量为、（0），待求量为、，由于该节点在电力系统中起维持系统功率平衡的作用，故称为平衡节点。电力系统中，PQ节点是大量的，变电所的母线、定出力发电厂的母线都是PQ节点；PV节点是少量的，装有无功补偿，并能在运行中维持母线电压恒定的变电所母线、恒压方式运行的按定有功出力的发电厂的机端电压母线是PV节点；平衡节点在系统只有一个，并且只有一个，就是电力系统担负调频任务的发电厂的机端电压母线。5、高斯塞德尔潮流计算法高斯塞德尔潮流计算法的标准书写模式为由于迭代计算中所用的电压为第K次和第（K

28、1）次的迭代结果，所以高斯塞德尔潮流计算法又称为异步迭代法。高斯塞德尔潮流计算法的特点是对电压初值的要求低，缺点是迭代收敛速度慢，所以现在很少单独使用，通常都是作为其它潮流计算方法的前置运算。6、牛顿拉夫逊潮流计算法牛顿拉夫逊潮流计算法是将电力系统的节电电压方程展开为功率平衡方式，然后在将其线性化，得到修正方程式（线性方程组），然后利用解线性方程组的方法计算节点电压的修正量，并求节点电压的新值，然后利用节点电压的新值重新计算雅可比矩阵的各个元素，重解修正方程式，求新的节点电压修正量，再求节点电压新值，.直到求得的节点电压修正量小于规定值（即收敛判据），则最后一次求得的电压（大小和相角）即为节点

29、电压方程的解。牛顿拉夫逊潮流计算法的修正方程式为用直角坐标表示时 用极坐标表示时 牛顿拉夫逊潮流计算法的特点是迭代收敛速度快，但对初值要求较严，如初值选择不当，可能导致迭代不收敛的情况发生，这是因为功率平衡方程线性化是在状态变量的修正量很小的情况下进行的。牛顿拉夫逊潮流计算法是当前广泛采用的潮流计算方法。7、PQ分解潮流计算方法PQ分解法派生于牛顿拉夫逊潮流计算法，是根据电力系统的特点对牛顿拉夫逊潮流计算法的简化。第一个简化是：在忽略电力元件电阻的情况下，节点电压的相角的改变主要影响电力系统的有功功率潮流从而各节点的注入有功功率；各节点电压大小的改变主要影响各元件中的无功功率潮流从而各节点的注

30、入无功功率；并据此将中的N、J略去，而将修正方式简化为。第二个简化为：根据正常运行时不易过大，；;的特点，将雅可比矩阵中的H、L进行简化。从而得到简化的修正方程式。PQ分解法的特点为占据计算机内存小、计算中不需对系数矩阵进行修改、均为对称矩阵求逆运算的运算量远远小于非对称矩阵的求逆运算量，从而提高了计算速度。一般地说，在同样的计算精度要求情况下，PQ分解法迭代次数多于牛顿拉夫逊法，但每次迭代计算时间少于牛顿拉夫逊法，以致PQ分解法总的计算速度仍快于牛顿拉夫逊法。8、PV节点无功功率越限的处理不管采用那种计算方法，都可能出现PV节点无功功率越限的情况，这时，这些节点的无功功率应相应地取其上限、或

31、下限，即这些节点由PV节点转化为PQ节点。9、平衡节点功率与线路功率的计算不管采用那种方法，当迭代收敛求得节点电压后，就可以利用下面的计算公式计算平衡节点的功率和线路功率。平衡节点功率计算公式：线路功率计算公式：线路中的功率损耗为第五章 电力系统的有功功率和频率调整一、学习目的及要求通过本章的学习掌握电力系统的有功功率平衡关系和电力系统有功功率平衡与系统频率的关系、电力系统频率调整控制的方法和电力系统负荷变化及频率调整的分类、有功负荷曲线的预测方法、电力系统电源容量和备用容量；掌握各类发电厂的特点和合理组合；掌握电力系统有功负荷的最优分配原则和最优分配计算；掌握发电机的有功功率-静态频率特性和

32、电力系统综合负荷的有功功率-静态频率特性；掌握电力系统频率调整的方法；掌握对调频厂的要求和调频厂的选择。二、学习重点1、电力系统有功率平衡及电力系统运行频率与有功功率平衡之间的关系；2、电力系统频率的调整控制方法，电力系统负荷波动的分类与频率调整的分类；3、电力系统负荷曲线的预测方法；4、电力系统的电源容量和备用容量；5、各类发电厂的特点及其合理组合；6、发电机组的耗量特性、电力系统有功负荷的最优分配（频率的三次调整）准则及其计算；7、发电机组的有功功率静态频率特性、电力系统综合负荷的有功功率静态频率特性；8、电力系统频率的一次调整及其特点；9、电力系统频率的二次调整及其特点；10、对调频电厂

33、的基本要求与调频厂的选择。三、重点及难点提示1、电力系统的有功功率平衡及电力系统频率与有功功率平衡之间的关系电力系统稳态运行时，任意时刻有功电源所发出的有功功率一定等于电力系统所消耗的有功功率，即。要维持电力系统在某一频率下运行，就必须保证在该频率下的有功功率平衡，如不能保证在该频率下的有功功率平衡，系统的频率就会发生变化。有功功率不足，系统频率下降；有功功率过剩时，系统频率上升。2、电力系统频率调整控制方法及频率调整的分类电力系统频率调整控制的方法是唯一的，就是根据负荷的变化改变发电机的有功出力，恢复在要求频率下的有功功率平衡。电力系统有功负荷的变化分为第一类负荷变化、第二类负荷变化和第三类

34、负荷变化，这些负荷变化所引起的系统有功功率平衡关系破坏，将导致系统频率的波动。要将系统频率的波动就必须根据负荷的变化对发电机的有功出力进行相应的调整，从而将频率的变化限制在允许的范围内。针对第一类负荷波动所引起的频率波动所进行的调整称为频率的一次调整；针对第二类负荷波动所引起的频率波动所进行的调整称为频率的二次调整；针对第三类负荷变化所进行的调整称为频率的三次调整。由于电力系统的第三类负荷变化可以预测，并且第三类负荷变化的周期长，针对第三类负荷变化所进行的三次调整实际上是由电力系统调度人员将已知的第三类负荷按最优分配原则分给各个发电厂（发电机组），所以频率的三次调整又称为负荷的最优分配。3、电

35、力系统有功负荷曲线的预测要实现第三类负荷在各发电机组之间的最优分配，必须准确地预测第三类有功负荷曲线。有功负荷曲线的预测方法有经验法、回归分析法、时间序列法等。经验法根据过去的运行资料和气象条件的变化凭过去的工作经验对负荷进行预测，这种方法的测量误差一般可以控制在2%3%以内；回归分析法和时间序列法则是通过计算机程序，利用过去的运行记录推算未来的负荷，是比经验法更为科学的统计分析方法，是负荷预测的发展方向。4、电力系统的有功功率电源和备用容量电力系统的有功功率电源是唯一的，即各种类型的发电机组。电力系统有功电源容量分为：电源额定容量系统装机的额定容量之和；系统电源容量系统中可运行机组的可发容量

36、之和。系统负荷分为：系统综合负荷系统所有电设备所消耗的有功功率之和；系统供电负荷系统综合负荷和电网的有功损耗之和（也就是系统中发电厂送入系统的有功功率之和）；系统发电负荷系统供电负荷和同期的厂用负荷功率之和（即系统中发电机所发有功功率之和）。系统发电负荷是根据预测负荷统计的结果，考虑到系统预测负荷的误差和短时的负荷波动，以及电力系统故障等造成的有功电源退出运行，系统地电源容量必须大于系统的发电负荷。系统电源容量大于发电负荷的部分称为电力系统的备用容量。备用容量的设置是保证供电可靠性和良好电能质量，以及实现电力系统的经济运行的前提。备用容量按备用的形式有冷备用和热备用之分；按备用容量的用途有负荷

37、备用、事故备用、国民经济备用和检修备用之分。负荷备用和部分事故备用采用热备用（事故备用采用热备用的多少，根据最严重事故后，系统频率维持在规定值的需要确定），国名经济备用、检修备用和部分事故备用采用冷备用方式。5、有功电源的最优组合有功电源的最优组合是电力系统有功功率最优分布的内容之一，它实际上考虑的是电力系统冷备用最优设置问题。有功功率最优分布的另一内容是有功负荷在运行机组之间的最优分配，有功负荷的最优分配考虑的实际上是电力系统热备用的分布问题。有功电源的最优组合包括机组的最优组合顺序、机组的最优组合数量、和机组的最优开停时间三方面的问题。本课程仅涉及发电厂的合理组合顺序问题。发电厂的合理组合

38、取决于发电厂的特性，合理组合的原则是优先满足热电厂、径流式水电厂和其他水电厂强迫功率的供电，然后按照发电厂的效率高低依次安排其组合顺序，效率高、经济性好的发电厂应优先安排发电，同时注意能源的充分利用。枯水季节的发电厂的合理组合顺序为：热电厂、径流式水电厂、水电厂的强迫功率，核电厂，燃烧当地劣质燃料的火力发电厂，高温高压火力发电厂，水电厂的可调节功率；洪水季节的发电厂的合理组合顺序为：热电厂、水电厂，核电厂，燃烧当地劣质燃料的火力发电厂，高温高压火力发电厂，中温中压火力发电厂。6、有功负荷的最优分配有功负荷的最优分配目的是在满足功率平衡条件（等约束条件）和发电机的有功出力、无功出力和机端电压等约

39、束条件(不等约束条件)的前提下，使系统总的能源消耗最少。能源消耗不受限制、不计不等约束时，有功负荷的最优分配原则为在满足功率平衡的条件下，按各台机组耗量微增率相等的原则分配。能源消耗不受限制，如需计及有功不等约束条件时，有功负荷的最优分配可先不考虑不等约束条件，按最优分配原则进行分配，对于有功出力超出不等约束条件范围的发电机组，超过上限的按上限发电，低于下限的按下限发电，然后从总负荷中减去这部分发电机的有功功率，剩余的负荷再按等耗量微增率准则在剩余机组之间重新分配。发电机组的无功不等约束条件和电压不等约束条件，由于和有功负荷的最优分配无直接关系，通常在确定了有功负荷的最优分配后，计算电力系统潮

40、流分布时再予以考虑。7、电力系统负荷的有功功率频率静态特性电力系统中不同类型的用电设备所消耗的有功功率随频率变化的情况不同，对于线性纯电阻性负荷其所消耗的有功功率与电压的平方成正比，与频率无关；对于带恒定机械负荷的电动机（如起重设备用的电动机），其所消耗的有功功率则与频率的平方成正比，而水泵和风机所用的电动机其所消耗的有功功率则与频率的高次方成正比。电力系统综合负荷的有功功率与频率的关系用数学式表示为式中，为电力系统频率为时，整个电力系统的有功负荷；为电力系统频率为时，整个电力系统的有功负荷；为各类性质的负荷占的比例。电力系统中与频率三次方以上成正比的有功负荷所占的比例很小，可以忽略，所以，一

41、般情况下，取到三次方项即可。电力系统负荷的有功功率频率静态频率特性曲线如图 所示。由于电力系统正常运行情况下允许频率的变化很小，在较小的频率变化范围内，电力系统负荷的有功功率频率静态特性曲线可以用图中的直线表示。 负荷的有功功率频率静态特性曲线或 称为有功负荷的频率调节效应系数，简称为负荷的频率调节效应。的数值决定于电力系统各类有功负荷的比重，不同的电力系统或同一电力系统不同时刻的值都可能不相同，其值一般在13之间，它是不能控制的。8、发电机的有功功率频率静态特性 无调速器时图为无调速器发电机有功功率、转子机械转矩的静态频率特性曲线，在无调速器情况下，原动机的进汽量（汽轮发电机组）或进水量（水

42、轮发电机组）保持不变，当转子静止时，即发电机频率时，转子所受到的机械转矩最大，但由于转子转速为零，所以原动机输入的机械功率为零，发电机输出的有功功率为零；当转子转速升高时机械转矩减小，在某一转速下原动机输送到发电机转子的机械功率达到最大，发电机输出有功功率达到最大；当转子转速升高到与汽流或水流的速度相等时，作用在转轮上的机械转矩为零，原动机输出机械功率为零，发电机输出有功功率为零。 有调速器时图为装有调速器，但未装设调频器的发电机的有功功率频率静态特性曲线。在发电机装有调速器的情况下，当发电机转速下降时，调速器动作，增大进汽阀门（汽轮发电机组）或进水阀门（水轮发电机组）的开度，使汽轮机或水轮机

43、的进汽量或进水量增加，转子转速下降越多，进水量或进水量越大，发电机工作点从从进水量小的特性曲线向进水量大的曲线转移，如图中的曲线ab，当调速器动作使其进汽阀门或进水阀门开度达到最大时，进汽量和进水量不能再随发电机转子转速的下降而增加，运行点将随转子转速的下降，沿曲线bc转移，即转子转速变化时，发电机的有功功率频率静态特性曲线为abc，通常用图中的折线代替曲线，在发电机转子转速变化不大的情况下，这种近似所产生的误差并不很大。 既有调速器，又有调频器时当负荷变化较大，虽经调速器调整发电机的有功出力，但系统频率仍超出允许范围时，装有调频器的发电机在调频器作用下，进一步增大（或减小）汽轮机的进汽量或水

44、轮机的进水量，使发电机所发有功功率进一步增大（或减小），减小发电机所发有功功率和系统有功负荷的差额，将系统的频率变化限制在允许的范围，或使系统频率恢复到额定值。装有调频器发电机的有功功率频率静态特性曲线如图所示。如果调整结束时，运行点停在a点，则为有差调节；停在b点，则为无差调解。9、发电机的单位调节功率（）与调差系数具有调速器的发电机有功功率频率静态特性曲线的斜率称为发电机的单位调节功率，它反映在一定范围内，发电频率升高或降低单位频率时发电机减发或增发的有功功率的多寡。（MW/Hz或MW/0.1Hz）用标么值表示为 发电机的调差系数为发电机空载运行时的频率与额定负载下运行时频率的差值与额定频率的比值的百分数。 发电机单位调节功率与调差系数之间的关系为 当取时， 发电机的调差系数或相应的单位调节功率是可以调整的，受机组调速机构的限制，其调节范围有限，一般，