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1、電力系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)分析知識(shí)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、分配電能設(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(cè)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)組額定有功功率的總和，其單位用千瓦（KW）、兆瓦（MW）或吉瓦（GW）。 年發(fā)電量 指系統(tǒng)中

2、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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，我國(guó)所有交流電系統(tǒng)的額定功率為50HZ。 最高電壓等級(jí) 是指該系統(tǒng)中最高的電壓等級(jí)電力線路的額定電壓。 三、電力系統(tǒng)的結(jié)線方式 對(duì)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(jiǎn)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)?/p>

3、網(wǎng)絡(luò)。 優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)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(chǎng)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(jí)較高或重要的負(fù)荷。 四、電壓等級(jí)及適用范圍（*） 1 3UI。當(dāng)輸送功率一定 S=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(duì)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(duì)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(jí)不宜過

4、多。 750/500KV為輸電遠(yuǎn)距離輸電網(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(jí)是西北網(wǎng)的特有電壓等級(jí)，也用于省網(wǎng)之間的聯(lián)絡(luò) 110KV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(jí)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 如何確定額定電壓 線路（電網(wǎng)）額定電壓=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)=

5、110%（或105%）線路額定電壓 2 ）五、電力系統(tǒng)中性點(diǎn)的運(yùn)行方式（*特點(diǎn)：供電可靠性低，比較經(jīng)濟(jì)；故障時(shí)：如發(fā)生接地故障，構(gòu)成短路回 直接接地 以上系統(tǒng)路，接地相電流很大；適用范圍：110KV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；不接地 3 以下系統(tǒng)倍。適用范圍：35KV接地相，但非接地相對(duì)地電壓為相電壓 中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地3倍，但線電壓不變，供電可靠性高，適用于135KV、中性點(diǎn)絕緣故障后相電壓升高及以下的網(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)接地電流超過以下數(shù)值時(shí)，中性點(diǎn)經(jīng)消弧線

6、圈接地。 36KV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 六、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?jī)?chǔ)存，電力系統(tǒng)在任何時(shí)刻的電能必須滿足P=P+P lossLG對(duì)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(duì)供電的可靠性的喲求講負(fù)荷分為三級(jí)： 一級(jí)負(fù)荷：對(duì)這一級(jí)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(jí)負(fù)荷：對(duì)這一級(jí)負(fù)荷中斷供電，將造成大量減產(chǎn)，人民生活受影響。 三級(jí)負(fù)荷：所有不屬

7、于一、二級(jí)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 3 電壓質(zhì)量和頻率質(zhì)量一般都以偏移是否超過給定值來衡量，例如給定的允許電壓偏移為?5%?0.20.5Hz。波形質(zhì)量則以畸變率是否超過給額定值的，給定的允許頻率偏移為?f?0.2Hz ，定值來衡量。我國(guó)電力系統(tǒng)的額定頻率規(guī)定為50HZ=保證系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性 降低一次能源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)一次能源總消耗中的比例，減少煤耗率和線損率，廠用電率等。 4 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

8、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、保護(hù)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)：指一定長(zhǎng)度內(nèi)有

9、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)生熱量，電流越大，損耗越大，發(fā)熱也越厲害。用電阻R描述 磁場(chǎng)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(chǎng)，而交變磁通匝鏈導(dǎo)線后，將在導(dǎo)線中產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。用電感L描述。 電場(chǎng)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(chǎng)，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(chǎng)強(qiáng)度過高時(shí)，當(dāng)導(dǎo)致輸電線周圍的空氣游離

10、放電（在電力系統(tǒng)中常稱這種現(xiàn)象為電暈現(xiàn)象）；而且由于絕緣的不完善，可能引起少量的電流泄漏等。用電導(dǎo)G描述。 5 三、波阻抗和自然功率?Cjz?j?Ly，g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，111111?CL/Z?，稱為相位系數(shù)。在無損線路它的波阻抗為純電阻，傳播系數(shù)則僅有虛部11c線路末端的功率為純有功功率。這個(gè)功率成為線時(shí),中，當(dāng)線路末端所接負(fù)荷等于波阻抗Zc及以上電壓等一般220kV路的自然功率。自然功率常用來衡量長(zhǎng)距離輸電線路的輸電能力， 級(jí)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 、負(fù)荷和負(fù)荷曲線1 電力系統(tǒng)的負(fù)荷1.1 他們大致分異

11、步電動(dòng)就是系統(tǒng)中千萬個(gè)用電設(shè)備消耗功率的總和。電力系統(tǒng)總負(fù)荷 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。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 電力系統(tǒng)綜合用電負(fù)荷 功率綜合。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)供電力系統(tǒng)的供電負(fù)荷 應(yīng)的功率。就是系統(tǒng)中 供電負(fù)荷再加各發(fā)電廠本身消耗的功率廠用電，電力系統(tǒng)的發(fā)電負(fù)荷 各發(fā)電機(jī)應(yīng)發(fā)的功率、2 1電力系統(tǒng)負(fù)荷的運(yùn)行特性分為兩大類：、負(fù)荷曲線：負(fù)荷隨時(shí)間而變化的規(guī)律； 符合特性：負(fù)荷隨電壓或頻率而變化的規(guī)律 負(fù)荷曲線1.2 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(zhǎng)短分，可分為日負(fù)荷和年負(fù)

12、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。 有功功率日負(fù)荷曲線1.2.1 反映一段時(shí)間內(nèi)變化的曲線。 描述一日內(nèi)負(fù)荷隨時(shí)間（以小時(shí)為單位）日負(fù)荷曲線負(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6 線它是制訂各發(fā)電負(fù)荷計(jì)劃的依據(jù)。 日負(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。有功功率年負(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)電量。 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

13、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)一步可分為靜態(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。 7 第三章 簡(jiǎn)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(duì)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

14、功率的分布和分配是否合理 潮流計(jì)算的重要性電力系統(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)電壓（大小、相位）、各支路電流及功率分布（功率的傳輸和功率損耗） 首先從簡(jiǎn)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，是指線路始末兩端電壓的向量差，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(U?U)?U?100%U?U 稱為

15、電壓損耗。常用百分?jǐn)?shù)表示為電壓損耗% = N2121?U?(PR?QX)?U 在近似計(jì)算中，常用電壓降落的縱分量來代替電壓損耗 2222U?U和 是指線路始端電壓和末端電壓與線路額定電壓之間的差值，即電壓偏移N1U?U，分別用他們來衡量?jī)啥穗妷浩x額定電壓的程度。電壓偏移常用百分?jǐn)?shù)表示，有N2(U?U)?U?100%(U?U)?U?100% 末端電壓偏移%= %=始端電壓偏移N2N1NN8 (U?U)。電壓調(diào)整 是指線路末端空載與負(fù)載時(shí)電壓的數(shù)值差電壓調(diào)整也僅有數(shù)220U?UU?U?U?U，電值。不計(jì)線路對(duì)地導(dǎo)納時(shí)，電壓調(diào)整等于電壓損耗，即22122020(U?U)?U?100% % = 式中

16、的為線路末端壓調(diào)整也常以百分值表示，即 電壓調(diào)整20202空載時(shí)電壓。 輸電功率 是指線路末端輸出有功功率P與線路始端輸入有功功率P的比值，常以12P?P?100% 百分值表示，即輸電效率% = 因?yàn)榫€路始端輸出有功功率P總大于末112端有功功率P，輸電效率總小于100% 2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(duì)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)和無功補(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

17、無功功率遠(yuǎn)距離輸送，希望用戶提高功率因素，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(duì)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(duì)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)T 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，maxmaxT?A/P 即：maxmax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P與8760h的乘積，即：max

18、年負(fù)荷率?A/(8760P)?PT/(8760P)?T/8760 maxmaxmaxmaxmax9 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?A（/8760P） maxz?A/?P 全年電能損耗除以功率損耗，即： 最大負(fù)荷損耗時(shí)間 maxmaxz求取全年電能損耗的方法有以下兩個(gè)： （年負(fù)荷損耗率）?8760?A?P?根據(jù)最大負(fù)荷損耗率計(jì)算： maxz?P?A? 根據(jù)最大負(fù)荷損耗時(shí)間計(jì)算：maxmaxz?PPcos和3-1利用最大負(fù)荷損耗時(shí)間與均有關(guān)系，和功率因素通過書中表axmaxmaxm?cos 可得到axm 五、電能經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 輸電效率 指線路末

19、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%?P/P?100% 12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%?A/A?100%?A（/A?A）?100% z12zz 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(jí)，采用更高一級(jí)的額定電壓。3、減少線路的電抗比提高電壓等級(jí)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

20、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10 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。 ?X)?sinUP?(U? 21有功功率一般是由電壓相位相對(duì)超前的一端向電壓相位相對(duì)滯后的一端傳送(相當(dāng)于?0)。 對(duì)于線路所傳輸?shù)臒o功功率，在忽略線路的電阻時(shí)有 下式可以得出無功功率與兩端電壓的關(guān)系。 U?U?U?U?(PR?QX)?U 2122222Q?(U?U)?U?X 2212可見，線路傳輸?shù)臒o功功率

21、與線路兩端電壓差即電壓損耗成正比。而且，無功功率一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):線路有明確的始端和末端輻射形電網(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(jí)往上推算已知末端功率、始端電壓:迭代法求解 11 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

22、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和注入無功功率Q，這類節(jié)點(diǎn)對(duì)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)

23、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。 12 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(duì)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: f變化，轉(zhuǎn)速改變，影響產(chǎn)品質(zhì)量。: 電動(dòng)機(jī)f敏感，要求更高，現(xiàn)代投資環(huán)境。 電子設(shè)備:對(duì)f下降，輸出下降，有功發(fā)電下水泵、風(fēng)機(jī)、磨煤機(jī)都是異步電機(jī)，火電廠主要設(shè)備:f進(jìn)一步下降

24、，惡性循環(huán)。 降， 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(tái)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與系統(tǒng)頻率之間的關(guān)系為 f?(n?p)?60 Hz n:發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速 p:發(fā)電機(jī)極對(duì)數(shù) PP電和發(fā)電機(jī)輸出的電磁功率發(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EM?PPPff隨機(jī)變化引起平衡時(shí)，.不變負(fù)荷網(wǎng)和:發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速的體現(xiàn)當(dāng)發(fā)電機(jī)與LEMPPf隨機(jī)變化。隨機(jī)變化， 無法突變，引起ME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

25、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)。 13 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，除了在總體上呈連續(xù)變化的趨勢(shì)以外還包含呈隨機(jī)變化的部分，在隨機(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(zhǎng)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(zhǎng)，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(duì)變化幅度較小、變化周期較短(以幾秒鐘為周期

26、)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(cè)速系統(tǒng)感受到發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速變化時(shí)(如轉(zhuǎn)速下降)，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(duì)變化幅度稍大、變化周期稍長(zhǎng)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(duì)變動(dòng)可以預(yù)計(jì)的負(fù)荷，根據(jù)預(yù)測(cè)負(fù)荷采用有功功率經(jīng)濟(jì)

27、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(cè)的簡(jiǎn)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(cè)，按照調(diào)度計(jì)劃的周期，可分為日負(fù)荷預(yù)測(cè)，周負(fù)荷預(yù)測(cè)和年負(fù)荷預(yù)測(cè)。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(zhǎng)，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(zhǎng)，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(cè)的精度直接影響經(jīng)濟(jì)調(diào)度的效益，提高預(yù)測(cè)的精度就可以降

28、低備用容量，減少14 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(cè)分類: 1.安全監(jiān)視過程中的超短期負(fù)荷預(yù)測(cè); 2.日調(diào)度計(jì)劃; 3.周負(fù)荷預(yù)測(cè); 4.年負(fù)荷預(yù)測(cè); 5.規(guī)劃電源和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展時(shí)需要用10-20年的負(fù)荷預(yù)測(cè)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)額定容量之和 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邪l(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)組也不是全部按額定容量發(fā)電。系統(tǒng)中電源容量=可投入發(fā)電設(shè)備的可發(fā)

29、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)的備用容量 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(guó)民經(jīng)濟(jì)備用等。 (1)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(cè)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(tái)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)

30、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(guó)民經(jīng)濟(jì)備用。 國(guó)民經(jīng)濟(jì)備用指適應(yīng)負(fù)荷的超計(jì)劃增長(zhǎng)而設(shè)置的備用。 15 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(guó)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

31、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(guó)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下系統(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)中還必須安排適當(dāng)?shù)膫溆萌萘?，有功功率平衡和備用要求可以歸納為: g0?P?P?P?P? R?maxGNimaxL1i?P 為系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)的總數(shù)的可用有功出力，g一發(fā)電機(jī)iGNiP; 一全系統(tǒng)總的最大負(fù)荷maxL?P一全系統(tǒng)的最大有功功率損耗和廠用電; axmP一全系統(tǒng)總

32、有功功率備用容量。R16 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，包括三個(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)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)和合理組合 只對(duì)各類發(fā)電機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)及對(duì)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 (1)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

33、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% (2)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。 (3)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，又花費(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。 (5)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

34、廠抽氣供熱，其效率較高. 17 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%。 (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。 (3)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

35、，也不需花費(fèi)很多時(shí)間，操作簡(jiǎn)單。這是水電廠的主要優(yōu)點(diǎn)之一。 (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(chǔ)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)

36、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18 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?；蜇?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)

37、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“最佳”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

38、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)剂虾牧炕蚓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

39、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)剂舷牧?或總費(fèi)用)最少。 19 1)火力發(fā)電機(jī)組的燃料消耗特性 對(duì)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。 ? 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。耗量微增率耗量特性曲線某點(diǎn)切線的斜率。 2

40、)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)則作如下物理解釋: 煤耗微增率是機(jī)組增加單位出力時(shí)所增加的燃料消耗量。如果在某一有功功率分配情況ij，在此情況下，若將機(jī)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ij減少同一數(shù)量，使功率仍保持平衡，則其結(jié)果的出力增加一個(gè)微小增量并同時(shí)將機(jī)組組i因此而增加的燃料消耗量將小于機(jī)場(chǎng)減少的燃料消耗量，即可以使全系統(tǒng)的燃料消是機(jī)組耗量減少，由此說明應(yīng)該增加機(jī)組i的出力

41、并減少場(chǎng)的出力，直至它們的煤耗微增率相等為止。 電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整 三、（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(?0.2?0.5)Hz偏差一般應(yīng)控制在的范圍內(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(zhǎng)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

42、法是針對(duì)不同的變化分量采取不同的手段。 20 對(duì)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(duì)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)慣上稱之為頻率的一次調(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(cè)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)頻器的工作原理，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(jiǎn)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

43、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之間的穩(wěn)態(tài)關(guān)系稱為機(jī)組的有功功率靜態(tài)頻率特性，簡(jiǎn)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(duì)全系統(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

44、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

45、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。 21 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)控制聯(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(Automatic Generation Control,縮寫AGC)的功能: 1)頻率偏差限制在容許

46、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(Load FrequencyControl縮寫LFC) ,也即為上面講述的二次調(diào)頻。負(fù)荷預(yù)測(cè)通常存在誤差，因此需要不斷對(duì)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(Economic Dispatching Control縮寫EDC)，或簡(jiǎn)稱經(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

47、自動(dòng)發(fā)電控制(AGC) 22 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)電壓的關(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

48、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 (一)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，則運(yùn)行性能和效率將有所下降，并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(zhǎng)，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(duì)于火力發(fā)電廠

49、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(duì)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)備損壞。 另外，當(dāng)電壓高于額定電壓時(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;23 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IQ%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(guó)電網(wǎng)都規(guī)定

50、電壓偏移的容許范圍。我國(guó)在電力系統(tǒng)電壓和無功電力技術(shù)導(dǎo)則中規(guī)定: 對(duì)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%; 110kV和35kV母線的容許電壓偏移為-3%7%; 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。 (二)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，尤其是感應(yīng)電動(dòng)機(jī)。 1)感應(yīng)電動(dòng)機(jī) 目前我國(guó)電力負(fù)荷以工業(yè)負(fù)荷

51、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M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)出的

52、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(jí)變壓器進(jìn)行多次升壓和降壓，而每經(jīng)過一個(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?cosS 和額定功率因數(shù)率主要決定于它的額定容量NN24 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

53、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)出額定容量功率，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，

54、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(zhǎng)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(Static Var Compensator,縮寫SVC)可以用于對(duì)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)的無功功率平衡，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(shí)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。 QQ大，如果發(fā)電機(jī)的額定無功容量設(shè)綜合負(fù)荷在額定電壓下需要的無功功率為 GNLN25 Q，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(duì)綜合負(fù)荷于LN供電的電壓，使電壓偏移在規(guī)定的容許范圍內(nèi)。 QQ，而且一定要讓發(fā)施機(jī)在額定電壓下供給綜小于 如果發(fā)電機(jī)的額定無功容量LNGN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(shì)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(duì)綜合負(fù)荷供電的電壓，使