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1、v第一节 电力系统有功功率与频率的调整 v第二节 电力系统无功功率与电压的调整 v第三节 电力网运行的经济性 v第四节 电力系统运行的稳定性 第九章 现代电力系统的运行 第一节 电力系统有功功率与频率的调整 v一、电力系统的有功功率平衡 v二、电力系统有功功率的分配 v三、电力系统 的频率调整 1有功功率负荷 ： 负荷变动幅度小，周期又很短(如 P1)，这种负荷的变动具有很大的 偶然性； 负荷变动幅度较大，周期也较长 （如P2）工业中大电机、电炉、 延压机、电气机车等用户的开停 ，它们具有一定的冲击性； 负荷变动幅度最大，周期也最长 ，且变化较缓慢（如P3）人们生 产、生活及气象条件的变化等引
2、 起的，这种负荷变化基本上可以 预计。 一、电力系统的有功功率平衡 图9-1 有功负荷的变动 有功功率的平衡 ： 2、有功功率电源和备用容量 总装机容量：所有发电机的额定容量之和 有功电源容量：系统中可投入发电设备的总容量之和 备用容量：系统的电源容量大于发电负荷的部分 为保证供电可靠性和电能质量、以及有功功率的经 济分配，发电厂必须有足够的备用容量。一般要求备用 容量达最大发电负荷的15%30% 二、电力系统有功功率的分配 1、有功电源的最优组合 指系统中发电设备或发电厂的合理组合，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 2、有功负荷在运行机组间的最优分配 指系统
3、的有功负荷在各运行的发电机组或发电厂间的 合理分配 3、分配原则： 充分合理利用水利资源，尽量避免弃水；最大限度地 降低火电厂煤耗，并充分发挥高效机组的作用；降低火 力发电的成本，执行国家的有关燃料政策，减少烧油， 增加燃用劣质煤、当地煤。 图9-2 各类发电厂组合顺序示意图 (a)枯水季节(b)丰水季节 三、电力系统的频率调整 1、频率调整的必要性 频率是衡量电能质量的指标之一，频率质量的下降的危害 ： 异步电动机的转速与输出功率 各种电气设备均按额定频率设计 频率降低，无功损耗增加，无功平衡和电压调整变得困难 2、 频率与有功平衡的关系 频率与发电机转速有严格的关系 负荷变化-发电机输出电
4、磁功率变化-原动机输入功率相 对迟缓转矩变化-转速变化-频率变化 额定频率50Hz,频率偏差范围0.2-0.5Hz 3 、各类负荷变动与频率调整 第一种负荷频率的“一次调整”,采用调速器 第二种负荷变动频率的“二次调整”，调频器 第三种负荷变动频率的“三次调整，通过负荷预计 得到负荷曲线，按最优化准则分配负荷，属于电力系统 经济运行的问题，或称经济调度。 (1)电源有功功率静态频率特性 电源有功功率静态频率特性：发电机组的原动机机 械功率与角速度或频率的关系 无调速系统时：Pm=C1-C22=C1f-C2f2 有调速系统时：原动机的静态频特性成为一族曲线 。此时发电机输出功率与频率关系的曲线近
5、似地用直线 表示，称为发电机组的功率一频率静态特性。 4、电力系统的频率特性 图9-3 原动机械功率的静态频率 特性曲线 图9-4 调速器的作用 负荷模型中，负荷与频率的关系可用多项式表示： (2)、电力系统负荷的静态频率特性 图9-5 有功负荷频率静态特性 调节过程 PLD=KLf PG=-KGf PLD0+KLf=-KGf PLD0=-(KG+KL)f=-KSf 定义KS=KG+KL为系统的单位调 节功率 KS=KG+KL = 系统中有n台机组，只有m台机 组参与一次调整单位调节功率 为： (1)、频率的一次调整 图9-6 频率的一次调整 5、电力系统的频率调整 (2)、频率的二次调整 选
6、定系统中的一个或几个电厂担负二次调频任务， 担负二次调频任务的电厂称为调频厂 调频厂的条件： 具有足够的容量；具有较快的调整速度；调 整范围内的经济性要好。 火电厂受锅炉技术最小负荷的限制，可调容量仅为 其额定容量的30%75% 水电厂的调整容量大于火电厂，水电厂的调整速度 较快，且适宜承担急剧变动的负荷。 一般应选择系统中容量较大的水电厂作为调频厂。 若水电厂调节容量不足或无水电厂时，可选中温中压 火电厂作为调频厂。 第二节 电力系统无功功率与电压的调整 v一、电力系统的无功功率平衡 v二、中枢点的电压管理 v三、电力系统的调压措施 主要内容： u电压调整的重要性。无 功功率与电压的关系。
7、u电力系统的无功平衡与 运行电压水平。 无功电源，无功负荷及无 功损耗。 u调压方式： 逆调，顺调，常调 u各种调压措施图9-7 综合负荷的电压静态特性 1. 无功电源 无功电源包括发电机、 同步调相机、静电电容器及 静止补偿器等。 发电机额定状态下： QGN=SGNsinN=PGNtgN 一、电力系统的无功平衡 图9-8 发电机有功与无功功率的 出力图 非额定功率因素有功与无功的关系： OA代表发电机额定电压 ；AC代表在发电机电抗Xd 上引起的电压降,正比于定子额定电流，所以亦正比于 发电机的额定视在功率SGN；AC在纵坐标和横坐标上的 投影分别正比于发电机的额定有功功率PGN和额定无 功
8、功率QGN ，C点表示了发电机的额定运行点 ；OC发 电机电势，它正比于发电机的额定激磁电流。 所受限制： 转子电流不能超过额定值 BC 定子电流不能超过额定值 ECD 汽轮机出力的限制 HC 故实际运行于HCB 分析： 当运行于HC，发电机发出的无功 功率低于额定运行情况下的无功输出 运行于BC段时，在降低功率因数、 减少有功输出的情况下多发无功功率 只有在额定电压、额定电流和额定功 率因数(即C点)下运行时，发电机的 视在功率才能达到额定值，其容量也 利用得最充分。 发电机无功输出与电压的关系：图9-9 无功与电压静态特性曲线 1发电机无功与电压的静态特性 2异步电动机无功与电压的静态 特
9、性 电容器： 无功功率与电压静特性关系： 同步调相机： 相当于空载运行的同步电动机，在过励磁运行时，同 步调相机向系统输送无功功率，欠励磁运行时，它从系统 吸收无功功率，无功功率与电压静特性与发电机相似。 调相机与电容器的比较： 调相机：能平滑调节，具有正的调节效应 ，维护复杂 ，响应慢，损耗大 电容器：成组地投入切除,具有负的调节效应，维护简 单，响应快，损耗小 无功负荷：电力系统的无功负荷与电压的静态特性主要 由异步电动机决定异步电动机的无功消耗 ： Qm异步电动机的激磁功率，它与施加于异步电动机的 电压平方成正比。Q异步电动机漏抗X中的无功损耗 ，它与负荷电流平方成正比。 2 . 无功负
10、荷和无功损耗 静止无功补偿器： 由晶闸管控制的可调电抗器与电容器并联组成，既 可发出无功功率，又可吸收无功功率，且调节平滑，安 全，经济，维护方便。 无功损耗： 网络中的无功损耗包括变压器和输电线路的损耗。 变压器的无功功率损耗在系统的无功需求中占有 相当的比重： Q0变压器空载无功损耗，它与所施的电压平方成 正比；QT变压器绕组漏抗中的无功损耗，与通过 变压器的电流平方成正比。 输电线路无功损耗： 当线路传输功率较大，电抗中消耗的无功功率大 于电容中发出的无功功率时，线路等值为消耗无功； 当传输功率较小、线路运行电压水平较高，电容中产 生的无功功率大于电抗中消耗的无功功率时，线路等 值为无功
11、电源。 无功平衡 在电力系统运行的任何时刻 ，电源发出的无功功率总是等 于同时刻系统负荷和网络的无 功损耗之和： QGC(t)=QLD(t)+ (t) 3.无功功率的平衡与运行电压水平 图9-10 无功平衡与电压水平的关系 无功功率与运行电压水平 为保证系统电压质量，在进行规划设计和运行时， 需制订无功功率的供需平衡关系，并保证系统有一定的 备用容量。 无功备用容量一般为无功负荷的7%8% 无功功率的就地平衡 无功电源不足时，应增设无功补偿装置。无功补偿 装置应尽可能装在负荷中心，以做到无功功率的就地平 衡，减少无功功率在网络中传输而引起的网络功率损耗 和电压损耗 二、中枢点的电压管理 中枢点
12、指反映系统电压水平的主要发电厂或枢纽变 电站的母线，系统中大部分负荷由这些节点供电。根据 负荷对电压的要求及电压损耗的实际情况，确定中枢点 的电压允许调整范围。 图9-11 简单电力网电压损耗 (a)网络接线；(b)日负荷曲线；(c)电压损耗曲线 负荷点电压UA和UB的允许变化范围均为(0.951.05)UN 满足负荷节点A的调压要求，中枢点电压应控制的变化范 围是： 08时： U(A)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.04UN=(0.991.09)UN 824时： U(A)=UA+UA=(0.951.05)UN+0.1UN=(1.051.15)UN 满足负荷节点B的调压要求 在01
13、6时，U(B)=UB+UB=(0.961.06)UN； 在1624时，U(B)=UB+UB=(0.981.08)UN u调压方式 u逆调压：大负荷时，电压损耗大，将中枢点的电压适 当升高些(比线路额定电压高5%)，小负荷时将中枢点电 压适当降低(取线路的额定电压) 适合于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点 u顺调压：在大负荷时允许中枢点电压不低于线路额定 电压的102.5%，小负荷时不高于线路额定电压107.5% 适合于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点 u常调压：即在任何负荷下都保持中枢点电压为线路额 定电压的102%105% 三、电力系统的调压措施 u调压的原理 发电机通过升压变压器、线路
14、和降压变压器向用户供电, 要求调整负荷节点b的电压Ub。略去线路的电容充电功率 和变压器的激磁功率，变压器的参数均已归算到高压侧。 b点的电压 ： 图9-13 电压调整原理图 u调压的措施 改变发电机端电压UG 改变变压器比K 增设无功补偿装置，以改变无功功率分布 改变输电线路的参数 u调压措施1：发电机调压 在负荷增大时，损耗增加，用户端电压降低，这时 增加发电机励磁电流，提高发电机的端电压；在负荷减 小时，损耗减少，用户端电压升高，这时减少发电机励 磁电流，降低发电机的端电压。按规定，发电机运行电 压的变化范围在发电机额定电压的+5%以内。 计算电压损耗 归算到高压侧的变压器电压损耗为：
15、若低压侧要求的电压为U2 ,则有： 式中，KT=U1t/U2N变压器的变比 确定分接头电压： 按两种极端情况(变压器通过最大负荷和最小负荷的情况) 下的调压要求计算。 u调压措施2： 改变变压器变比调压 变压器通过最大负荷时对分接头电压的要求为： U1tmax=(U1max-Umax)U2N/U2max 变压器通过最小负荷时对分接头电压的要求为： U1tmin=(U1min-Umin)U2N/U2min 考虑到在最大和最小负荷时变压器要用同一分接头，故取 U1max和U1tmin的算术平均值： 再根据U1t av值选择一个与它最接近的变压器标准分接 头电压校验所选的分接头在最大负荷和最小负荷时
16、变压器 低压母线上的实际电压是否符合调压要求。 u例9-1： 其降压变电所有一台变比KT=(110+22.5%)/11的 变压器，归算到高压侧的变压器阻抗为ZT=(2.44+j40)，最 大负荷时进入变压器的功率为Smax=(28+j14)MVA，最小负荷 时为Smin=(10+j6)MVA。最大负荷时，高压侧母线电压为 113kV，最小负荷时为115kV，低压侧母线电压允许变化范 围为1011kV，试选择变压器分接头。 解：最大负荷及最小负荷时变压器的电压损耗为 ： 按最大和最小负荷情况选变压器的分接头电压 ： 取平均值： 选择最接近的分接头电压115.5kV，即110+5%的分接头 。按所选分接头校验低压线的实际电压 均未超出允许电压范围1011kV，可见所选分接头能满 足调压要求 。 升压变压器的分接头选择： 上述降压变压器的选择方法基本相同。但在通常的运 行方式下，
