1、电力系统有功平衡及无功平衡主讲：朱丽云2017年5月8日第一部分第一部分 电力系统有功平衡与频率调整电力系统有功平衡与频率调整第二部分第二部分 电力系统无功平衡与电压调整电力系统无功平衡与电压调整作者： 版权所有1、频率变化对用户和发电厂及系统本身的影响频率变化的原因： 频率变化 电动机转速的变化 产品质量 电动机停转电厂的给水泵停运，锅炉停炉等等由有功负荷变化引起的我国频率范围：50 0.2Hz发达国家（如澳大利亚）：50 0.1Hz华东电网已达到： 50 0.1Hz作者： 版权所有2、有功功率负荷的变动及其调整 一、变化幅度很小、变化周期较短，负荷变动有很大的偶然性。 二、变化幅度较大、变
2、化周期较长，如电炉。电气机床。三、变化缓慢的持续变动负荷，如由生产、生活、气象变化引起的负荷变动。作者： 版权所有n系统的备用容量系统的备用容量：系统电源容量大于发电负荷的部分，可分为热备用和冷备用或负荷备用、事故备用、检修备用和国民经济备用等。3、有功功率平衡和备用容量cSDLGPPPPP网络的有功损耗发电厂厂用有功负荷用户的有功负荷系统的总负荷总和发电厂发出的有功功率CPPPPPSDLG作者： 版权所有n负荷备用负荷备用：为满足系统中短时的负荷波动和一天中计划外的负荷增加而留有的备用容量。一般为系统最大负荷的25n国民经济备用国民经济备用：考虑到工农业用户超计划生产，新用户的出现等而设置的
3、备用容量。一般为系统最大负荷的35n事故备用事故备用：为使电力用户在发电设备发生偶然事故时不受严重影响，能够维持系统正常供电所需的备用容量。一般为系统最大负荷的510n检修备用检修备用：为保证系统中的发电设备进行定期检修时，不影响供电而在系统中留有的备用容量。作者： 版权所有 有功功率的最优分配，包括有功功率电源的有功功率电源的最优组合最优组合和有功功率负荷的最优分配有功功率负荷的最优分配。3、有功功率的最优分配有功功率电源的最优组合：是指系统中发电设备或发电厂的合理组合。通常所说的机组的合理开停，大体上包括三个部分：1.机组的最优组合顺序2.机组的最优组合数量3.机组的最优开停时间(1).有
4、功功率电源的最优组合作者： 版权所有 最优化最优化：是指人们在生产过程或生活中为某个目的而选择的一个“最好”方案或一组“得力”措施以取得“最佳”效果这样一个宏观过程。 有功功率负荷的最优分配：有功功率负荷的最优分配：是指系统的有功功率负荷在各个正在运行的发电设备或发电厂之间的合理分配。其核心是按等耗量微增率准则进行分配。 电力系统最优运行：电力系统最优运行：是电力系统分析的一个重要分支，它所研究的问题主要是在保证用户用电需求（负荷）的前提下，如何优化地调度系统中各发电机组或发电厂的运行工况，从而使系统发电所需的总费用或所消耗的总燃料耗量达到最小这样决策问题。 作者： 版权所有概述概述频率是电力
5、系统运行的一个重要的质量指标，直接影响着负荷的正常运行。负荷要求频率的偏差一般应控制在（0.20.5）Hz的范围内。要维持频率在正常的范围内，其必要的条件是系统必须具有充裕的可调有功电源。作者： 版权所有作者： 版权所有频率不稳定给运行中的电气设备带来的危害：频率不稳定给运行中的电气设备带来的危害：1.对用户的影响v产品质量降低v生产率降低 2.对发电厂的影响v 汽轮机叶片谐振v辅机功能下降3. 对系统的影响v互联电力系统解列v发电机解列作者： 版权所有1、电力系统负荷的有功功率频率的静态特性 当电力系统处于稳态运行时，系统中的有功负荷随频率变化特性称为负荷的有功功率频率静态特性。332210
6、)()()(NLNNLNNLNLNLffPaffPaffPaPaP荷时，整个系统的有功负频率为电力系统频率为额定荷时，整个系统的有功负为电力系统频率为NffLNLPPfPL0PLNfNtgKL)/(HzMWfPtgKLLfPffPPKLNNLNLL效应系数：有功负荷的频率调节、LLKK31LK作者： 版权所有2、发电机组的有功功率频率静态特性fPG0PGNfNtgKGf0)/(HzMWtgfPKGGGNNGGNGNGGPfKfPffPPK发电机的单位调节功率作者： 版权所有2、发电机组的有功功率频率静态特性发电机的单位调节功率与调差系数的关系(倒数关系)：100%0NNfff100%1*GNG
7、NGBKfPK机组的调差系数：%100%000NGNNGNNGNfPffPffP的偏移频率相应转速荷改变时可定量表明一台机组负)(%fPKGG作者： 版权所有一般来说发电机的单位调节功率是可以整定的：汽轮发电机组 =35%或 33.520 水轮发电机组 = 24%或 5025%*GK%*GK作者： 版权所有3、频率的一次调整 简述：由于负荷突增，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，达到新的平衡。SLGLLGLKKKfPfKKABBOAOP/00KS：称为系统的单位调节功率
8、，单位Mw/Hz。表示原动机调速器和负荷本身的调节效应共同作用下系统频率下降或上升的多少。)/()/(0NLLSffPPKfP0P00Lpf0f0p0PLpLoAoBBA作者： 版权所有KS：系统的单位调节功率 可以求取在允许范围内电力系统能够承受多大的负荷增减。KS越大，电力系统承受负荷变化越大。LGSKKK增加进气量作者： 版权所有例题1：电力系统总负荷为3000MW， 1.5，正常运行时f50Hz，假定此时系统全部发电机均满载，若因故障负荷失去300MW，求系统f降到什么数值？ LKHzfHzfKPfPLLL67.4633. 35033. 350067. 0067. 05 . 11 .
9、01 . 03000300作者： 版权所有4、频率的二次调整 1、当负荷变动幅度较大（0.5%1.5%），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允许范围内，这时需要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，从而改变发电机的有功功率以保持系统频率不变或在允许范围内。B作者： 版权所有2、当系统负荷增加时，由以下三方面提供：n二次调频的发电机组增发的功率 n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 ；n由系统的负荷频率调节效应所减少的负荷功率。0GPOC fKCBG fKBALB作者： 版权所有SLGGLLGGLKKKfPPfKKPP00 00
10、00fKfKPBACBOCPLGGL率电力系统的单位调节功:SKB作者： 版权所有B00GLPP0 f如果 ，则 ，就实现了所谓的无差调节 二次调整时，电力系统的负荷增量基本上要由主调频机组承担，如果一台主调频机组不足以承担电力系统负荷变化时，必须增选一些机组参加二次调频。作者： 版权所有如果发电机的调整功率无限大，看似负荷的变动不会引起频率的改变，但调整功率难以在多个发电机组中分配，使发电机调速系统不能稳定工作。有些机组已经满载，调速器不能再参与增功率的调节，因此发电机的调整功率整定得再大，也没有意义。正因为如此，依靠发电机组的调速器进行的一次调频只能调整周期较短、幅度较小的负荷变动引起的频
11、率偏移。负荷变动周期更长、幅度更大的调频任务自然地落在由发电机组调频器完成的二次调整上。 发电机的调整功率越大越好？发电机的调整功率越大越好？作者： 版权所有v调整容量足够大；调整容量足够大；v调整速度足够快；调整速度足够快；v调整范围内的经济性能应较好；调整范围内的经济性能应较好；v调整时不引起系统内部或系调整时不引起系统内部或系统统间联络线工作间联络线工作困难。困难。调频厂的选择调频厂的选择作者： 版权所有v水电厂因其具有较宽的有功功率调节范围和较快水电厂因其具有较宽的有功功率调节范围和较快的调节速度，最适宜担当调频工作，所以当系统中的调节速度，最适宜担当调频工作，所以当系统中有水电厂时，
12、一般选水电厂作为调频厂；有水电厂时，一般选水电厂作为调频厂；v 高温高压火电厂因其技术最小负荷较大而使有功高温高压火电厂因其技术最小负荷较大而使有功功率调节范围较窄，且高温高压火电厂效率较高，功率调节范围较窄，且高温高压火电厂效率较高，再考虑到高温高压火电厂的负荷增减速度不能太快，再考虑到高温高压火电厂的负荷增减速度不能太快，故高温高压火电厂不宜作为调频厂；故高温高压火电厂不宜作为调频厂； 各类型电厂在调频中的作用各类型电厂在调频中的作用作者： 版权所有v中温中压火电厂较高温高压火电厂的负荷调节范中温中压火电厂较高温高压火电厂的负荷调节范围宽，故当系统中没有水电厂，或者有水电厂而在围宽，故当系
13、统中没有水电厂，或者有水电厂而在丰水季节，从电力系统运行的经济性出发，可以采丰水季节，从电力系统运行的经济性出发，可以采用中温中压火电厂作为调频厂；用中温中压火电厂作为调频厂；v原子能电厂虽然可调容量较大，调整速度也不亚原子能电厂虽然可调容量较大，调整速度也不亚于火电厂，但因其运行费用较低，通常都以满负荷于火电厂，但因其运行费用较低，通常都以满负荷运行，一般不考虑用这类电厂调频。运行，一般不考虑用这类电厂调频。v如果系统中有抽水蓄能电厂，首先应该考虑采用如果系统中有抽水蓄能电厂，首先应该考虑采用这类电厂进行调频。这类电厂进行调频。各类型电厂在调频中的作用各类型电厂在调频中的作用作者： 版权所有
14、5、互联系统的频率调整 由几个地区系统互联为一个大系统的情况，对某一个地区系统而言，负荷变化（增加） 时，可能伴随着与其他系统交换功率的变化PtP作者： 版权所有 若设A、B两系统互联，且两个系统都能进行二次调频，两系统负荷变化量分别为为 ，两系统由二次调频而使发电机增发的功率增量为 ， 分别为两个系统的单位调节功率。联络线交换功率 由a向b时为正值,引起互联系统的频率变化为LBLAPP,abPfKPPPAGAabLA：系统ALAGAAPPKLBGBBPPKABPABGBGAPP,BAKK 、fKPPPBGBabLB)(B：系统 率缺额表示两个电力系统的功、BABABABAGBLBGALAPP
15、KKPPKKPPPPf fKKPPPPBAGBLBGALA)(fBAABBABAGALABGBLBAabKKPKPKKKPPKPPKP作者： 版权所有来抵偿。来的来承担，并由联络线送系统的二次调频将由系统的负荷变化量如：ABLBBAB, 0PPPGLAGAAPPKLBGBBPPKABPAB联络线上的交换功率1）A、B两系统都进行二次调频fKPPKPPBGBLBAGALA0BAGALABGBLBAabKKPPKPPKP0无功率缺额时 f2）有一个系统不进行二次调频时BAGALBLABLBBAGALABLBAabKKPPPKPKKPPKPKPLBGALBLAPPPPP时，有当ab最大abP作者：
16、版权所有u电压是衡量电能质量的重要指标。 u电力系统的运行电压水平取决于无功功率的平衡。u系统中各种无功电源的无功出力应能满足系统负荷和网络损耗在额定电压下对无功功率的需求，否则电压就会偏离额定值。作者： 版权所有1.1.无功功率负荷和无功功率损耗无功功率负荷和无功功率损耗1 1）. .无功负荷：无功负荷： 以滞后功率因数运行的用电设备（主要是异步以滞后功率因数运行的用电设备（主要是异步电动机）所吸收的无功部分。一般综合负荷的功电动机）所吸收的无功部分。一般综合负荷的功率因数为率因数为0.60.9 各种用电设备中，除相对很小的白炽灯照明负荷只各种用电设备中，除相对很小的白炽灯照明负荷只消耗有功
17、功率、为数不多的同步电动机可发出一部分无消耗有功功率、为数不多的同步电动机可发出一部分无功功率外，大多数都要消耗无功功率。因此，无论工业功功率外，大多数都要消耗无功功率。因此，无论工业或农业用户都以滞后功率因数运行，其值约为或农业用户都以滞后功率因数运行，其值约为0.60.9，其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。负荷取用的无功约为其有功的负荷取用的无功约为其有功的0.51.3 。DDDSQ sin 作者： 版权所有1.1.无功功率负荷和无功功率损耗无功功率负荷和无功功率损耗2 2）电力线路上的无功功率损耗）电力线路上的无功功率损耗
18、 线路：线路：电力线路上的无功功率损耗也分两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的这种损耗又称充电功率，与线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的这种损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。QL提供提供QC（容性）（容性）002QQ2221222222UUBXUPRjXU1.2Bj2ylQ U2.2Bj2ylQ XIQZ2 22212UUBQyl 222122UUBXIQl 作者： 版权所有变压器：变压器：无功功率损耗分两部分，即励磁支路损耗和绕组漏抗中损耗。其中，励磁支路损耗的百分值基本上等于空载电流I0的百分值，约为1 2；绕组漏抗中损耗。在变压器满载时，基本上等于短路电压
19、Uk的百分值，约为10。 var)(100%100%20MSSSUSIQTNTLNkNT 消耗消耗QL%)2%1%(100%000 ISIQN作者： 版权所有2.2.无功电源无功电源 tgPSQGGG sin作者： 版权所有CUXUQCC 22/ 作者： 版权所有同步调相机同步调相机 CQUCQdjxqEUddqCxUxUEQ2cos 。吸收感性无功，欠激时，；发出感性无功，过激时，CNLNCCNCQQQQQ2100作者： 版权所有同步调相机同步调相机作者： 版权所有作者： 版权所有电力系统无功功率平衡的基本要求：系统中的无功电源可以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
20、无功损耗。GCLDresLTLBQQQQQQQQ Qres0表示系统中无功功率可以平衡且有适量的备用；Qres0.95)或导线截面小的线路，由于PR/V分量的比重大，串联补偿的调压效果就很小。 补偿所需的容抗值XC和被补偿线路原来的感抗值XL之比。kc=XC/XL作者： 版权所有电力线路采用串联电容补偿，也带来一些特殊问题，因此作为改善电压质量的措施，串联电容器只用于110kV以下电压等级、长度特别大或有冲击负荷的架空分支线路上。 10kV及以下电压的架空线路，由于RL/XL很大，所以使用串联电容补偿是不经济和不合理的。 220kV以上电压等级的远距离输电线路中采用串联电容补偿，其作用在于提高运行稳定性和输电能力。谢 谢！
