第13章 电力系统的有功功率与频率调整 频率是衡量电能质量的另一项重要指标，保证频率合乎标准也是系统运行调整的一项基本任务。为了完成这项任务，最基本的一点就是要做到有功功率平衡，即电力系统内所有电源输出的有功功率必须与系统内所有的用电设备消耗的有功功率加上输配电网中所有元件损耗的有功功率相等。有功功率怎么和频率有关系呢？又有什么样的关系呢？出现问题后如何协调呢？
按照以下顺序我们将对上述问题一一解答。
图13-1 第13章结构图
频 率 ？ 么 什 为 怎
样调整
？
有谁
有关系？ 有什么关系？
13-1 频率调整的必要性
一频率偏移的影响
频率是电力系统运行的一个重要质量指标。所有用电传动的旋转设备，其最高效率都是在电力系统频率为额定频率时，因此，任何频率偏移，都会造成效率的降低；其次，频率的过高或过低，还会给运行中的电气设备带来各种不同的危害。
1 对用户的影响
现代工业的许多产品质量与电力系统频率有关。例如纺织工业、造纸工业等。这些工业使用的大多数电动机为异步电动机，频率的降低会造成异步电动机转速下降，使异步电动机所传动的生产设备生产出次品，乃至废品，如纺织品、纸张等将发生毛疵和厚薄不匀的质量问题。一般工业由电动机传动的生产设备也会因频率下降而使生长率降低。电力系统频率波动过大时，会使某些电子设备(如雷达)、电力电子设备等工作不正常。
2 对发电厂的影响
频率变化时，对发电厂本身的影响比对用户的影响更大，其影响有：
(1) 汽轮机叶片谐振电力系统低频率运行时，汽轮机低压级叶片会产生谐振，振动疲劳的积累会导致叶片出现裂纹，缩短叶片寿命，严重时会使叶片断裂，造成事故停机的严重后果。
(2) 辅机功能下降火力发电厂、核能发电厂的一些主要厂用机械，例如，给水泵、循环水泵、引风机、送风机等的出力与转速的一次或高次方成正比，当频率下降时，会降低这些辅机的出力，严重影响发电机的运行。例如，即使频率下降得不多，给水泵的出力也会大大降低，从而破坏发电厂的正常工作，甚至完全停止向锅炉供水；频率下降，会导致压水反应堆核能发电厂的一次冷却泵功能下降，影响反应堆的冷却功能，带来不良影响。
3 对系统运行的影响
(1) 互联电力系统解列频率下降时，为了保证正常运行，互联的大电网有可能断开系统之间的联络线；
(2) 发电机解列频率下降到一定程度时，为保证发电厂设备的安全，发电厂有可能与系统解列。
可见，要想保证电力系统的正常运行，必须使频率控制在所规定的允许范围内。这就要求对频率不断进行调整。
4 规定
我国电力系统的额定频率f N为50Hz，频率偏差范围为±(0.2~0.5)Hz。用百分数表示为±(0.4~1)%。
二有功功率负荷的变动
电力系统频率的变化是由于有功负荷变化引起的，而系统的负荷时刻在发生变化，分析负荷变动规律可见，这种不规则负荷变动可以分解为几种有规律可循的负荷
变动。一般分为三种如下。见P111。简而言之，电力系统中负荷变动的幅度越大、周期也越长。负荷的变化将引起频率的偏移，因此应对发电功率作相应的调整，以使系统在要求的频率水平上达到新的平衡。对应的电力系统有功功率和频率调整大体上也可分为一次、二次、三次三种调整，如表13-1所示。
表13-1 有功功率负荷的三种调节方式
13-2 电力系统的频率特性
电力系统的频率特性是电力系统中频率调整的依据。这里所谓频率特性，是指有功功率-频率静态特性，常常称为功频静特性，包括系统负荷的频率特性与发电机组的频率特性。
一负荷的功频静特性
当频率变化时，系统中有功功率负荷也将发生变化。1概念
系统处于运行稳态时，系统中有功负荷随频率的变化特性称为负荷的静态频率特性。
2特性曲线
根据负荷需要的有功功率与频率的关系可以将负荷分为五类：
（1）与频率变化无关的负荷，如照明、电阻炉、整流负荷等；
（2）与频率一次方成正比的负荷，压缩机、切削机床等；
（3）与频率二次方成正比的负荷，如变压器中的涡流损耗；
（4）与频率的三次方成正比的负荷，如通风机、静水头阻力不大的循环水泵等；
（5）与频率的更高次方成正比的负荷，如静水头阻力很大的给水泵。
因此整个系统的负荷功率与频率的关系可以写成： ++++=332210)()()()(N
DN N DN N DN DN D f f P f f P f f P P f P αααα(13-1) 其中，P D 为频率等于f 时整个系统的有功负荷；P DN 为频率等于额定值f N 时整个系统的有功负荷，i α为与频率的i 次方成正比的负荷在P DN 中所占的份额。
显然，
13210=++++ αααα (13-2)
可见负荷静态频率特性曲线整体上呈现非线性关系。
但实际上，当频率偏离额定值不大时，负荷静态频率特性常用一条直线近似表示如图13-2。
图13-2 负荷的功频静特性
也就是说，在额定频率附近，系统负荷与频率呈线性关系。系统频率下降时负荷成比例减小；系统频率上升时负荷成比例增大。
由此直线，我们引出一个定义。
3频率调节效应系数
负荷功频静特性中，直线的斜率D K
P
P f N
f
P tg K D D ??==β (13-3) 或者用标幺值表示：
DN
N D D N DN D D P f K f P f f P P K =??=??=***// (13-4) K D 、K D*称为负荷的频率调节效应系数，或者简称为负荷的频率调节效应。
关于K D*，有以下说明。
（1）负荷的频率调节效应说明，当系统中有功功率失去平衡而引起频率变化时，系统负荷也参与对频率的调节，这种特性有助于系统中有功功率在新的频率值下重新获得平衡。
（2）K D*会变化，其数值取决于全系统各类负荷的比重，不同系统或同一系统不同时刻K D*值都可能不同。
（3）通常取值。在实际系统中，K D*=1~3，它表示频率变化1%，负荷有功功率相应变化(1~3)%。
（4）具体求解。K D*的具体数据通常由试验或计算得到。
（5）意义。K D*是调度部门必须掌握的一个数据，因为它是考虑按频率减负荷方案和低频率事故时用一次切除负荷来恢复频率的计算依据。
二 发电机组的功频静特性
1 概念
当系统有功功率平衡遭到破坏，引起频率变化时，
原动机的调速系统将自动改变原动机的进汽量，相应增加或减少发电机的出力。当调速器的调节过程结束，建立新的稳态时，发电机的有功出力同频率之间的关系称为发电机组的功频静态特性。
为了说明这种静态特性，必须对调速系统的作用原理作简要介绍。
2 调速系统的工作原理
原动机调速系统有很多种，根据测量环节的工作原理，可以分为机械液压调速系统和电气液压调速系统两大类。我们以离心式机械液压调速系统为例进行说明。
心式机械液压调速系统由四个部分组成如图13-3和图13-4，分别是：
调速器
1飞摆2错油门3油动机4同步器
调频器
图13-3 调速系统
离心飞摆直接与原动机转轴相联接，直接反映原动机转速的变化。当原动机转速恒定时，飞摆上的离心力、重力处于某一位置达到平衡。错油门的活塞将两个油孔堵塞，油动机活塞上、下两侧的油压相等，所以活塞不移动，从而使进汽阀门的开度不变。
当负荷增加时，发电机的有功功率输出也随之增加，原动机的转速降低，因而飞摆的离心力减小。在重力和
弹簧力的作用下，飞摆靠拢到新的位置上达到各力的平衡。于是套筒从B点下移到B'点。此时油动机还未动作，
图13-4 调速系统工作原理
所以杠杆AOB的A点仍在原处不动。整个杠杆便以A 点为支点转动，使O点下降到O'点。杠杆DEF的D点使固定的，于是F点下移，错油门2的活塞随之向下移动，打开了通向油动机3的油孔，压力油便进入油动机活塞的下部，将活塞向上推，增大调节汽门的开度，增加进汽量，使原动机的输入功率增加，结果机组的转速便开始回升。随着转速的上升，套筒从B'点开始回升，与此同时油动机活塞上移，使杠杆AOB的A端也跟着上升，于是整个杠杆AOB便向上移动，并带动杠杆DEF
以D 点为支点向上转动。当点O 以及DEF 恢复到原来的位置时，错油门重新堵住两个油孔，油动机活塞的上、下两侧油压又互相平衡，它就在一个新的位置上稳定下来，调整过程结束。这时杠杆AOB 的A 端由于汽门已开大而略有上升，到达A'点的位置，而O 点仍保持原来位置，相应地B 端将略有下降，到达B''位置，与这个位置相对应的转速，将略低于原来的数值。
由此可见，对应着增大的负荷，发电机组输出功率增加，频率低于初始值；反之，如果负荷减小，则调速器调节的结果使机组输出功率减小，频率高于初始值。这种调整就是频率的一次调整，由调速系统中的3个元件1、2、3自动执行。
3 发电机组的频率特性
反映调整过程结束后发电机输出功率和频率关系的曲线，就是发电机组的功频静特性曲线，可以近似表示为一条向下倾斜的直线，如图13-5所示。
图13-5 发电机组的频率特性
P G P N 1
4 特性参数
（1）静态调差系数
任取两点，定义机组的静态调差系数
G
P f P P f f ??-=---=1212δ (13-5) 以额定参数为基准的标幺值表示为
*
**//G GN G N P f P P f f ??-=??-=δ (13-6) 式中的负号是由于习惯上调差系数取正值，而频率变化量的符号又恰与功率变化量的符号相反。它可以定量表明某台机组负荷改变时相应的频率偏移。例如，当05.0*=δ，则负荷改变1%，频率将偏移0.05%；如负荷改变20%，则频率将偏移1%(0.5Hz)
取点2为额定运行点，即P 2=P GN ，f 2=f N ；取点1为空载运行点，即P 1=0，f 1=f 0。使得
GN
N P f f 0--=δ (13-7) 用标幺值表示为
N
N GN GN N N f f f P P f f f -=--=0
0*//)(δ (13-8) 用百分数表示为
%%0*N
N f f f -=δ (13-9) 因此，也把调差系数叫做调差率。
（2）功频静特性系数（机组的单位调节功率）
调差系数的倒数定义为发电机组的功频静特性系数，也称为机组的单位调节功率。
f P K G
G ??-==δ1
(13-10)
标幺值表示为：
GN
N G GN N N GN G G P f K P f f f P P K ==??-=δ1//* (13-11) 关于δ和K G ，有以下说明。
（1）K G 的数值表示频率下降或上升1Hz 时发电机组增加或减少的输出功率，负号表示频率下降时发电机组有功出力增加。
（2）与负荷的频率调节效应系数K D 不同，发电机的调差系数δ或对应的单位调节功率K G 是可以整定的。从公式(13-7)中可以看出，调差系数的大小对频率偏移的影响很大，对相同的功率变化，调差系数δ越小，K G 越大，则频率偏移也越小。不过受机组调速机构的限制，调差系数的调整范围是有限的，典型调节系数如表13-2所示。
表13-2 发电机组的典型静态调差系数
三 电力系统的功频静特性
电力系统的功频静特性曲线同时考虑负荷及发电机组的调节效应，由负荷的功频静特性曲线P D (f )与发电机组的功频静特性曲线P G (f )相交得到，如图13-6所示，反映了电力系统负荷变化引起的频率波动。交点a 确定了系统的频率为f 1和发电机组输出的有功功率为P 1。也就是说，在频率为f 1时达到了发电机组有功输出与系统的有功需求之间的平衡。
图13-6 电力系统的功频静特性
P
P 1
f
1
13-3 电力系统的频率调整
一 一次调整
1 概念
负荷变化引起频率偏差时，系统中凡装有调速器又留有可调容量的发电机组都自动参加频率调整，这就是电力系统频率的一次调整。
2 单机系统
为简单起见先考虑一台机组和一个负荷的情况如图13-7所示。负荷和发电机组的静态特性如下图。在原始运行状态下，负荷的功频特性为P D (f )，它同发电机静特性的交点a 确定了系统的频率为f 1，发电机组的功率也就是负荷功率为P 1。
图13-7 单机系统频率的一次调整
设系统的负荷增加了ΔP D 0，其特性曲线由P D (f )移至P'D (f )，发电机组仍然是原来的特性，那么新的稳态运行点将由P'D (f )和发电机组的静态特性的交点b 决定，与此
P P 1
1 f ) f
2 P 2
相对应的系统频率为f2。
下面我们分别来看看发电机和负荷的调节效应。（1）发电机的调节效应
由图可见，频率变化了Δf，且
Δf =f2-f1<0 (13-12) 由发电机组的功频静特性可得发电机组功率输出的增量为
ΔP G=P2-P1=-K GΔf (13-13) （2）负荷的频率调节效应
由负荷的功频静特性，频率变化所产生的负荷功率变化为
ΔP D= K DΔf (13-14) 由于Δf <0，故ΔP D<0。故负荷功率的实际增量为
ΔP Dr=ΔP D0+ΔP D=ΔP D0+ K DΔf (13-15) （3）总调节效应
负荷的实际增量应同发电机组的功率增量相平衡，即
ΔP G=ΔP Dr=ΔP D0+K DΔf(13-16) 所以
ΔP D0=ΔP G– K DΔf=-K GΔf–K DΔf=-(K G+K D)Δf=-KΔf
(13-17) 上面分析说明，系统负荷增加时，在发电机功频特性和负荷本身的调节效应共同作用下又达到了新的功率平衡。一方面，负荷增加，频率下降，发电机按有差调
节特性增加输出，另一方面负荷实际取用的功率也因频率的下降而有所减小。
（4）系统的单位调节功率K
上式中，
f
P K K K D D G ??-=+=0 (13-18) 称为系统的功率-频率特性系数，或系统的单位调节功率。关于K ，有以下三点说明。
a 它表示在计及发电机组和负荷的调节效应时，引起频率单位变化的负荷变化量。
b 根据K 值的大小，可以确定在允许的频率偏移范围内，系统所能承受的负荷变化量，负号表示负荷增加时频率减小。
c 显然，K 的数值越大，负荷增减引起的频率变化就越小，频率越稳定。
（5）系统的备用系数k r
K 采用标幺值表示时，
f
P f P K f P K D N DN D N GN G ??-=+0** (13-19) 两边均除以P DN /f N ，有 *
*0**f P K P P K D D LN GN G ??-=+ (13-20) 即 **0***f P K K k K D D G r ??-
=+= (13-21)
其中DN
GN r P P k 称为系统的备用系数，表示发电机组额定容量与系统额定频率时的总有功功率之比。一般k r >1。
（6）备用系数k r 的意义
如果在初始状态下，发电机组已经满载运行，即运行在图13-18的a 点。
图13-8 备用系数的意义
在a 点以后，P GN 恒定，静态特性是一条与横轴平行的直线，即K G *=0。当系统的负荷再增加时，发电机已经没有可调节的容量，不能再增加输出了，只能靠频率下降后负荷本身的调节效应来取得新的平衡。这时K *= K D*，由于K D*数值很小，负荷增加所引起的频率下降就相当严重了。由此可见，系统中有功功率电源的出力不仅应满足在额定频率下系统对有功功率的需求，并且为了适应负荷的增长，还应该有一定的备用容量。 3 多机系统
当n 台装有调速器的机组并联运行时，可根据各机P P GN
1 f 2
组的调差系数和单位调节功率算出其等值调差系数δ(δ*)，或算出等值单位调节功率K G (K G*)，再按一台机组时的分析方法，进行频率的一次调整。
当系统频率变动Δf 时，第i 台机组的输出功率增量为
ΔP G i = -K G i Δf (i =1,2,……,n ) (13-22)
K G i 为第i 台机组的功频静特性系数。
所以n 台机组输出功率总增量为
f K f K P P G n
i Gi n i Gi G ?-=?-=?=?∑∑==11 (13-23)
∑==n
i Gi G K K 1为系统中n 台机组的等值功频静特性系数。
显然n 台机组的等值单位调节功率远大于一台机组的单位调节功率，因此在输出功率变动值ΔP G 相同的情况下，多台机组并列运行时的频率变化比一台机组运行时要小得多。
K G 也可以用标幺值表示，但并不是∑==n
i Gi G K K 1**，而
是
N
GiN Gi Gi f P K K *= (13-24) 所以
∑==n i N
GiN Gi G f P K K 1*
(13-25) 又因为G K 可以表示为：
N
GN G G f P K K *= (13-26) 其中∑==n
i GiN GN P P 1，有
∑∑∑=====n
i GiN
GiN n i Gi GN GiN n i Gi G P P K P P
K K 11*1** (13-27) ∑===n i i GiN GN G P P K 1*
**1δδ (13-28) 注意，在计算K G 时，若第j 台机组已满载运行，当负荷增加时应取K Gj =0。
求出等值单位调节功率K G 后，就可像一台机组时一样来分析频率的一次调整。利用式
f
P K K K D D G ??-=+=0 (13-29) 可算出负荷功率初始变化量ΔP D 0引起的频率偏差Δf 。而各台机组所承担的功率增量则为
N
GiN i i Gi Gi f P f f f K P ??-=?-=?-=?*1
δδ (13-30) 或
*
*i GiN Gi f P P δ?-=? (13-31) 可见，调差系数越小的机组增加的有功出力(相对于本身的额定值)就越多。
二二次调整
以系统的功频静特性为基础的频率一次调整的作用是有限的，它只能适应变化幅度小、变化周期较短的变化负荷。对于变化幅度较大、变化周期较长的变化负荷，一次调整不一定能保证频率偏移在允许范围内，所以，需要进行二次调整。
1 概念
电力系统频率的二次调整由主调频厂承担，调频机组通过同步器调整机组的功频静特性，改变机组的有功功率输出，以承担系统变化的负荷，实现无差调节。
2 同步器的工作原理
二次调整由发电机组的转速控制机构——同步器来实现。在人工手动操作或自动装置的控制下，可使杠杆的D点上升或下降。从上一节的讨论知道，如果D点固定，则当负荷增加引起转速下降时，由机组调速器自动进行的“一次调整”并不能使转速完全恢复。为了恢复初始的转速，可通过伺服电动机令D点上移。这时，由于E点不动，杠杆DEF便以E点为支点转动，使F点下降，错油门2的油门被打开。于是压力油进入油动机3，使它的活塞上移，开大进汽阀门，增加进汽量，使原动机输出功率增加，机组转速随之上升。适当控制D点的移动，可使转速恢复到初始值。此过程为发电机的频率二次调整过程，亦称调频过程。由手动控制同步器的称为“人工”调频，由自动调频装置控制的称为自动调频。
电力系统频率及有功功率的自动调节 摘要 在现实中系统功率并不是一个恒定的值，而是随时变化的，在系统中，每时每刻发电功 率和用电功率基本平衡。而功率又是影响频率的主要因素，当发电功率与用电功率平衡时，频率基本稳定，当发电功率大于用电功率时系统频率则上升，反之则下降，所以系统对有功 功率和频率进行调整。本文研究了电力系统频率及有功功率的自动调节进行了详细的研究与论证。 关键词：频率有功功率自动调节 第一章频率和有功功率自动控制的必要性 1电力系统频率控制的必要性A频率对电力用户的影响 （1）电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化,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,转速不稳定会影响产品质量”甚至会出现次品和废品。 （2）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，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。 （3）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动机械的转速和出力降低,影响电力用户设备的正常运行。 B频率对电力系统的影响 （1）频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为50Hz的电力系统，当频率低到45Hz附近时，某些汽轮机的叶片可能因发生共振而断 裂，造成重大事故。（次同步谐振，1970、1971年莫哈维电厂790MV机组的大轴损坏事故） （2）频率下降到47-48HZ时，火电厂由异步电动机驱动的辅机（如送风机、送煤机）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许的程度。这种现象称为频率雪崩。出现频率雪崩会造 成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。 （3）在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆停止运行。 （4）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，使无功消耗增加，引起系统 电压下降，频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电压水平降
电力系统负荷可分为三种。第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动由很大的 偶然性。第二种变动幅度较大，周期较长，属于这类负荷的主要有电炉、电气机车等带有冲 击性的负荷。第三种负荷变动幅度最大，周期也最长，这一种是由于生产、生活、气象等变 化引起的负荷变动。 电力系统的有功功率和频率调整大体可分为一次、二次、三次调整三种。一次调整或频 率的一次调整指由发电机的调速器进行的，对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整。二次 调整或频率的二次调整指由发电机的调频器进行的，对第二种负荷变动引起的频率偏移的调 整。三次调整其实就是指按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，即责成各发电厂按事 先给定的发电负荷曲线发电。在潮流计算中除平衡节点外其他节点的注入有功功率之所以可 以给定，就是由于系统中大部分电厂属于这种类型。这类发电厂又称为负荷监视。至于潮流 计算中的平衡节点，一般可取系统中担负调频任务的发电厂母线，这其实是指担负二次调频 任务的发电厂母线。 一：调整频率的必要性 电力系统频率变动时，对用户的影响： 用户使用的电动机的转速与系统频率有关。 系统频率的不稳定将会影响电子设备的工作。 频率变动地发电厂和系统本身也有影响： 火力发电厂的主要厂用机械—风机和泵，在频率降低时，所能供应的风量和水量将迅速减少， 影响锅炉的正常运行。 低频运行还将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，缩短叶片的寿命，甚至使叶片 断裂。 低频运行时，发电机的通风量将减少，而为了维持正常电压，又要求增加励磁电流，以致使 发电机定子和转子的温升都将增加。为了不超越温升限额，不得不降低发电机所发功率。 低频运行时，由于磁通密度的增大，变压器的铁芯损耗和励磁电流都将增大。也为了不超越 温升限额，不得不降低变压器的负荷。 频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大。而无功功率负荷的增大又将促使系统电压水 平的下降。 频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电。 调整系统频率的主要手段是发电机组原动机的自动调节转速系统，或简称自动调速系统， 特别时其中的调速器和调频器（又称同步器）。 二：发电机原动机有功功率静态频率特性 电源有功功率静态频率特性通常可以理解为就是发电机中原动机机械功率的静态频率特性。 原动机未配置自动调速时，其机械功率与角速度或频率的关系： 221212m P C C C f C f ωω=-=- 式中各变量都是标幺值；通常122C C =。 解释如下：机组转速很小时，即使蒸汽或水在它叶轮上施加很大转矩m M ，它的功率输出m P 仍很小，因功率为转矩和转速的乘积；机组转速很大时，由于进汽或进水速度很难跟上叶轮 速度，它们在叶轮上施加的转矩很小，功率输出仍然很小；只有在额定条件下，转速和转矩 都适中，它们的乘积最大，功率输出最大。 调速系统中调频器的二次调整作用在于：原动机的负荷改变时，手动或自动地操作调频器，
电力系统无功功率平衡与电压调整 由于电力系统中节点很多，网络结构复杂，负荷分布不均匀，各节点的负荷变动时，会引起各节点电压的波动。要使各节点电压维持在额定值是不可能的。所以，电力系统调压的任务，就是在满足各负荷正常需求的条件下，使各节点的电压偏移在允许范围之内。 由综合负荷的无功功率一电压静态特性分析可知，负荷的无功功率是随电压的降低而减少的，要想保持负荷端电压水平，就得向负荷供应所需要的无功功率。所以，电力系统的无功功率必须保持平衡，即无功功率电源发出的无功功率要与无功功率负荷和无功功率损耗平衡。这是维持电力系统电压水平的必要条件。 一、无功功率负荷和无功功率损耗 1．无功功率负荷 无功功率负荷是以滞后功率因数运行的用电设备(主要是异步电动机)所吸收的无功功率。一般综合负荷的功率因数为0.6～O.9，其中，较大的数值对应于采用大容量同步电动机的场合。 2．电力系统中的无功损耗 (1)变压器的无功损耗。变压器的无功损耗包括两部分。一部分为励磁损耗，这种无功损耗占额定容量的百分数，基本上等于空载电流百分数0I ％，约为1％～2％。因此励 磁损耗为 0/100Ty TN Q I S V (Mvar)(5-1-1)
另一部分为绕组中的无功损耗。在变压器满载时，基本上等于短路电压k U 的百分值，约 为10％这损耗可用式(6-2)求得 2(%)()100k TN TL Tz TN U S S Q S V (Mvar)(5-1-2) 式中，TN S 为变压器的额定容量(MVA)；TL S 为变压器的负荷功率(MVA)。 由发电厂到用户，中间要经过多级变压，虽然每台变压器的无功损耗只占每台变压器容量的百分之十几，但多级变压器无功损耗的总和可达用户无功负荷的75%～100％左右。 (2)电力线路的无功损耗。电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即并联电纳和串联电抗中的无功功率损耗。并联电纳中的无功损耗又称充电功率，与电力线路电压的平方成正比，呈容性。串联电抗中的无功损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。因此电力线路作为电力系统的一个元件，究竟是消耗容性还是感性无功功率，根据长线路运行分析理论，可作一个大致估计。对线路不长，长度不超过100km ，电压等级为220kV 电力线路，线路将消耗感性无功功率。对线路较长，其长度为300km 左右时，对220kV 电力线路，线路基本上既不消耗感性无功功率也不消耗容性无功功率，呈电阻性。大于300km 时，线路为电容性的。 二、系统综合负荷的电压静态特性 电力系统中某额定功率的用电设备实际吸收的有功功率和无功功率的大小是随电力网的电压变化而变的，尤其是无功功率受电压的影响很大。电力系统综合负荷的电压静态
电力系统频率的二次调节 一、频率的二次调节基本概念 上一节分析了系统频率特性系数Ks的组成和特点。从分析中可知，系统的频率响应系数愈大，系统就能承受愈大的负荷冲击。换句话说，在同样大的负荷冲击下，Ks愈大，所引起的系统频率变化愈小。为了使系统的频率偏差限制在教小的范围内，总是希望有较大的Ks。 Ks由两部分组成，一部分有负荷本身的频率特性所决定，电力系统的运行人员是无法改变的；另一部分有发电机组的频率响应系数决定的，它是发电机调差系数的倒数。运行人员可以调整机组的调差系数和机组的运行方式来改变其大小。但是从机组的稳定运行角度考虑，机组的调差系数δ%不能取得太小，以免影响机组的稳定运行。 系统的频率响应系数Ks是随着系统负荷的变动和运行方式的变化二变动的。这对用户和系统本身都是不希望的。也就是说，仅靠系统的一次频率调整，没有任何形式的二次调节（包括手动和自动），系统的频率不可能恢复到原有的值。 为了使系统的频率恢复到原有的额定频率运行，必须采用频率的二次调节。 频率的二次调节就是改变发电机组的频率特性曲线，从而使系统的频率恢复到原来的正常范围。 如图3-15所示，发电与负荷的起始点为a，系统的频率为f1。当系统的负荷发生变化，负荷增大，负荷特性曲线从PLa变化至PLb时,当系统发电特性曲线为PGa时，发电与负荷的交叉点为a移至b点。此时，系统的频率从f1降至f2。当增加系统发电，即改变发电的频率特性曲线从PGa变到PGb，就能使发电与负荷特性的交叉点移至d点，可使系统的频率保持在原来的f1运行。 反之，当系统的负荷降低，在如图3-15中，发电与负荷的起始点为d，此时，系统的频率为f1。当系统的负荷发生变化，负荷特性从从PLb变化至PLa时,当系统发电特性曲线为PGb时，发电与负荷的交叉点为d和c点。此时，系统的频率从f1上升至f3。为了恢复系统的频率，适当减少系统发电，即改变发电的频率特性曲线从PGb变到PGa，就能使发电与负荷特性的交叉点从c点移至a点，可使系统的频率从f3恢复到原来的f1运行。 以上改变发电机组调速系统的运行点，使发电机组在原有额定频率条件下运行，增加较大的有功功率的方法，就是频率的二次调节。 二、频率二次调节的方法
第五章 电力系统有功功率和频率调整 第一节 电力系统中有功功率的平衡 一、有功功率负荷的变动和调整控制 L L G P P P ?∑+∑=∑ 如图5－1中所示，负荷可以分为三种。第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动有很大的偶然性。第二种变动幅度较大，周期也较长，属于这一种的主要有电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷。第三种变动幅度最大，周期也最长，这一种是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。第三种负荷基本上可以预计。 据此，电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分为一次、二次、三次调整三种。一次调整或频率的一次调整指由发电机组的调速器进行的、对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整。二次调整或频率的二次调整指由发电机的调频器进行的、对第二种负荷变动引起的频率偏移的调整。三次调整实际上就是按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，即责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。 二、有功功率电源和备用容量 装机容量——所有发电设备容量总和。 电源容量——可投入使用的容量之和。 备用容量——系统电源容量减去最大发电负荷（包括网损、负荷、厂用电等）。
系统备用容量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。 所谓热备用运转中的发电设备可能发的最大功率与系统发电负荷之差。冷备用则指未运转的发电设备可能发的最大功率。 负荷备用是指调整系统中短时的负荷波动并担负计划外的负荷增加而设置的备用。 事故备用是使电力用户在发电设备发生偶然性事故时不受严重影响，维持系统正常供电所需的备用。 检修备用是使系统中的发电设备能定期检修而设置的备用。 电力工业是线性工业，除满足当前负荷的需要设置上述备用外，还应计及负荷超计划增长而设置一定的备用。这种备用就称国民经济备用。 具备了备用容量，才可能谈论它们在系统中各发电设备和发电厂之间的最优分配以及系统的频率调整问题。 第二节电力系统中有功功率的最优分配 一、有功功率最优分配 电力系统中有功功率的分配有两个主要内容，即有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的最优分配。 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，也就是通常所说谓的合理开停。 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。最常用的是按所谓等耗量微增率准则分配。 二、最优分配负荷时的目标函数和约束条件 1．耗量特性 电力系统中有功功率负荷合理分配的目标是在满足一定约束条件的前提下，尽可能节约消耗的一次能源。因此，必须先明确发电设备单位时间内消耗的能源与发出有功功率的关系，即发电设备输入与输出的关系。这关系称耗量特性，如图5－2所示。 耗量特性曲线上某一点纵坐标和横坐标的比值，即单位时间内输入能量与输 μ。耗量特性曲线上某点切线的斜率称耗量微增出功率之比称比耗量μ。P F/ =
第五章 电力系统有功功率平衡与频率调整 主要内容提示 本章主要讨论电力系统中有功功率负荷的最优分配和频率调整。 §5-1电力系统中有功功率的平衡 一、电力系统负荷变化曲线 在电力系统运行中，负荷作功需要一定的有功功率，同时，传输这些功率也要在网络中造成有功功率损耗。因此，电源发出的有功功率必须满足下列平衡式： ∑?+∑=∑P P P Li Gi 式中Gi P ∑—所有电源发出的有功功率； Li P ∑—所有负荷需要的有功功率； ∑?P —网络中的有功功率损耗。 可见，发电机发出的功率比负荷功率大的多才 行。当系统中负荷增大时，网络损耗也将增大，发电机发出的功率也要增加。在实际电力系统中，负荷随时在变化，所以必须靠调节电源侧，使发电机发出的功率随负荷功率的变化而变化。 负荷曲线的形状往往是无一定规律可循，但可将这种无规则的曲线看成是几种有规律的曲线的迭加。如图5-1所示，将一种负荷曲线分解成三种曲线负荷。 第一种负荷曲线的变化，频率很快，周期很短，变化幅度很小。这是由于想象不到的小负荷经常性变化引起的。 第二种负荷曲线的变化，频率较慢，周期较长，幅度较大。这是由于一些冲击性、间歇性负荷的变动引起的，如大工厂中大电机、电炉、电气机车等一开一停。 第三种负荷曲线的变化，非常缓慢，幅度很大。这是由于生产、生活、气象等引起的。这种负荷是可以预计的。 对于第一种负荷变化引起的频率偏移进行调整，称为频率的“ 一次调整”。调节方法一般是调节发电机组的调速器系统。对于第二种负荷变化引起的频率偏移进行调整，称为频率的“二次调整”，调节方法是调节发电机组的调频器系统。对于第三种负荷的变化，通常是根据预计的负荷曲线，按照一定的优化分配原则，在各发电厂间、发电机间实现功率的经济分配，称为有功功率负荷的优化分配。 二、发电厂的备用容量 电力系统中的有功功率电源是发电厂中的发电机，而系统中装机容量总是大于发电容 t
漫谈电力系统无功功率 目前世界范围内掀起环境保护的热潮，电力系统是一种的特定环境，公用电网中出现的无功功率，是电网本身的运行规律所决定，但它给电网运行带来了许多麻烦。无功功率是一种既不能作有功，但又会在电网中引起损耗，而且又是不能缺少的一种功率。 在实际电力系统中，异步电动机作为传统的主要负荷使电网产生感性无功电流；电力电子装置大多数功率因数都很低，导致电网中出现大量的无功电流。无功电流产生无功功率，给电网带来额外负担且影响供电质量。因此，无功功率补偿(以下简称无功补偿)就成为保持电网高质量运行的一种主要手段之一，这也是当今电气自动化技术及电力系统研究领域所面临发展的一个重大课题，且正在受到越来越多的关注。 设置无功补偿电容器是补偿无功功率的传统方法，目前在国内外均获广泛应用。电容器与网络感性负荷并联，以并联电容器补偿无功功率具有结构简单、经济方便等优点，但其阻抗是固定的，故不能跟踪负荷无功需求的变化，即不能实现对无功功率的动态补偿。 随着电力系统的发展，要求对无功功率进行动态补偿，从而产生了同步调相机(Synchronous Condenser--SC)。它是专门用来产生无功功率的同步电机，在过励磁或欠励磁的情况下，能够分别发出不同大小的容性或感性无功功率。自20世纪2、30年代以来的几十年中，同步调相机在电力系统中作为有源的无功补偿曾一度发挥着主要作用，所以被称为传统的无功动态补偿装置。然而，由于它是旋转电机，运行中的损耗和噪声都比较大，运行维护复杂，而且响应速度慢，难以满足快速动态补
偿的要求。 20世纪70年代以来，同步调相机开始逐渐被静止型无功补偿装置(Static Var Compensator--SVC)所取代，目前有些国家已不再使用同步调相机。早期的静止无功补偿装置是饱和电抗器(Saturated Reactor--SR)型的，1967年英国GEC公司制成了世界上第一批该型无功补偿装置。饱和电抗器比之同步调相机具有静止、响应速度快等优点；但其铁芯需磁化到饱和状态，因而损耗和噪声还是很大，而且存在非线性电路的一些特殊问题，又不能分相调节以补偿负荷的不平衡，所以未能占据主流。电力电子技术的发展及其在电力系统中的应用，将晶闸管的静止无功补偿装置推上了无功补偿的舞台。1977年美国GE公司首次在实际电力系统中演示运行了晶闸管的静止无功补偿装置。1978年此类装置投入实际运行。随后，世界各大电气公司都竟相推出了各具特色的系列产品。近10多年来，占据了静止无功补偿装置的主导地位。于是静止无功补偿装置(SVC)成了专指使用晶闸管的静止无功补偿装置，包括晶闸管控制电抗器(Thyristor ontrolled Reactor--TCR)和晶闸管投切电容器(Thyistor Switched Capactor--TSC)，以及这两者的混合装置(TCR+TSC)，或者TCR与固定电容器(Fixed Capacitor--FC)或机械投切电容器(Mechanically Switched Capacitor--MSC)混合使用的装置(即TCR+FC、TCR+MSC)等。随着电力电子技术的进一步发展，20世纪80年代以来，一种更为先进的静止型无功补偿装置出现了，这就是采用自换相变流电路的无功补偿，有人称为静止无功发生器(Static Var Generator--SVG)，也有人称其为高级静止无功补偿器(Advanced Static Var Compensator--ASVC)或静止调相器
电网中的许多用电设备是根据电磁感应原理工作的。它们在能量转换过程中建立交变磁场，在一个周期内吸收的功率和释放的功率相等，这种功率叫无功功率。电力系统中，不但有功功率平衡，无功功率也要平衡。 有功功率、无功功率、视在功率之间的关系如图1所示 式中 S——视在功率，kVA P——有功功率，kW Q——无功功率，kvar φ角为功率因数角，它的余弦(cosφ)是有功功率与视在功率之比即cosφ＝P/S称作功率因数。 由功率三角形可以看出，在一定的有功功率下，用电企业功率因数cosφ越小，则所需的无功功率越大。如果无功功率不是由电容器提供，则必须由输电系统供给，为满足用电的要求，供电线路和变压器的容量需增大。这样，不仅增加供电投资、降低设备利用率，也将增加线路损耗。为此，国家供用电规则规定：无功电力应就地平衡，用户应在提高用电自然功率因数的基础上，设计和装置无功补偿设备，并做到随其负荷和电压变动及时投入或切除，防止无功倒送。还规定用户的功率因数应达到相应的标准，否则供电部门可以拒绝供电。因此，无论对供电部门还是用电部门，对无功功率进行自动补偿以提高功率因数，防止无功倒送，从而节约电能，提高运行质量都具有非常重要的意义。 无功补偿的基本原理是：把具有容性功率负荷的装置与感性功率负荷并联接在同一电路，能量在两种负荷之间相互交换。这样，感性负荷所需要的无功功率可由容性负荷输出的无功功率补偿。 当前，国内外广泛采用并联电容器作为无功补偿装置。这种方法安装方便、建设周期短、造价低、运行维护简便、自身损耗小。 采用并联电容器进行无功补偿的主要作用： 1、提高功率因数 如图2所示图中
P——有功功率 S1——补偿前的视在功率 S2——补偿后的视在功率 Q1——补偿前的无功功率 Q2——补偿后的无功功率 φ1——补偿前的功率因数角 φ2——补偿后的功率因数角 由图示可以看出，在有功功率P一定的前提下，无功功率补偿以后(补偿量Qc＝Q1-Q2)，功率因数角由φ1减小到φ2，则cosφ2＞cosφ1提高了功率因数。 2、降低输电线路及变压器的损耗 三相电路中，功率损耗ΔP的计算公式为 式中 P——有功功率，kW； U——额定电压，kV； R——线路总电阻，Ω。 由此可见，当功率因数cosφ提高以后，线路中功率损耗大大下降。 由于进行了无功补偿，可使补偿点以前的线路中通过的无功电流减小，从而使线路的供电能力增加，减小损耗。 例：某县电力公司某配电所，2005年1月～2月份按实际供售电量情况进行分析。该站1～2月份，有功供电量152.6万kW·h，无功供电量168.42万kvar·h，售电量133.29万kW·h，功率因数0.67，损耗电量19.31万kW·h，线损率12.654%。装设电容器进行无功补偿后，如功率因数由原来的0.67提高到0.95 时， (1)可降低的线路损耗
第五章 电力系统有功功率和频率调整 第一节 电力系统中有功功率的平衡 一、有功功率负荷的变动和调整控制 L L G P P P ?∑+∑=∑ 如图5－1中所示，负荷可以分为三种。第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动有很大的偶然性。第二种变动幅度较大，周期也较长，属于这一种的主要有电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷。第三种变动幅度最大，周期也最长，这一种是因为生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。第三种负荷基本上可以预计。 据此，电力系统的有功功率和频率调整大体上也可分为一次、二次、三次调整三种。一次调整或频率的一次调整指由发电机组的调速器进行的、对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整。二次调整或频率的二次调整指由发电机的调频器进行的、对第二种负荷变动引起的频率偏移的调整。三次调整实际上就是按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，即责成各发电厂按事先给定的发电负荷曲线发电。 二、有功功率电源和备用容量 装机容量——所有发电设备容量总和。 电源容量——可投入使用的容量之和。 备用容量——系统电源容量减去最大发电负荷（包括网损、负荷、厂用电等）。 系统备用容量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。
所谓热备用运转中的发电设备可能发的最大功率与系统发电负荷之差。冷备用则指未运转的发电设备可能发的最大功率。 负荷备用是指调整系统中短时的负荷波动并担负计划外的负荷增加而设置的备用。 事故备用是使电力用户在发电设备发生偶然性事故时不受严重影响，维持系统正常供电所需的备用。 检修备用是使系统中的发电设备能定期检修而设置的备用。 电力工业是线性工业，除满足当前负荷的需要设置上述备用外，还应计及负荷超计划增长而设置一定的备用。这种备用就称国民经济备用。 具备了备用容量，才可能谈论它们在系统中各发电设备和发电厂之间的最优分配以及系统的频率调整问题。 第二节电力系统中有功功率的最优分配 一、有功功率最优分配 电力系统中有功功率的分配有两个主要内容，即有功功率电源的最优组合和有功功率负荷的最优分配。 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，也就是通常所说谓的合理开停。 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。最常用的是按所谓等耗量微增率准则分配。 二、最优分配负荷时的目标函数和约束条件 1．耗量特性 电力系统中有功功率负荷合理分配的目标是在满足一定约束条件的前提下，尽可能节约消耗的一次能源。因此，必须先明确发电设备单位时间内消耗的能源与发出有功功率的关系，即发电设备输入与输出的关系。这关系称耗量特性，如图5－2所示。 耗量特性曲线上某一点纵坐标和横坐标的比值，即单位时间内输入能量与输 μ。耗量特性曲线上某点切线的斜率称耗量微增出功率之比称比耗量μ。P F/ = λ。 率λ。即dP ? ? = F/ dF P /= 2．目标函数和约束条件
电力系统中的无功功率 集控值班员2016-07-02 1.1.1 无功功率对有功功率的影响 输电线路的主要任务足输送有功功率,而为了实现有功功率的传输和电网无功功率的平衡也需要输送一定量的无功功率。输送无功功率时需要消耗有功功率。当有功功率一定时，无功功率越大，则网络中的有功功率损耗就越大。当电力线路的传输能力一定时，传输无功功率越小，则传输有功功率的能力越大。 1.1.2无功功率对电压的影响 (1)无功功率平衡水平对电压水平的影响。电力系统中无功功率平衡水平对电压水平有较大的影响。如果发电机有足够的无功功率备用，系统的无功电源比较充足，就能满足较高电压质量下大功功率平衡的需要，系统就有较高质量的运行电压水平。反之，如果无功功率不足，系统只能在较低质量的电压水平下运行。另外，电能在电力网中传输时，要损失掉部分有功功率和无功功率。当无功功率损耗较大时。将引起系统电压大幅度下降，影响系统运行的稳定性、经济性。 (2)无功功率对电压质量的影响。电力系统是向用户提供电能的网络，因而电能质量是供电部门生产；经营活动中的一个重要经济技术指标。电压是电能质量的主要指标之一，电压质量对电力系统稳定运行，降低线路损耗和保证工农业的安全生产有着重要意义。在保证工农业生产和人民生活个使用的各种用电设备都是按照额定电压米设计制造的。这些设备在额定电压厂运行时，才能取得最佳的运行状态。电压超出所规定的范围时，对用电设备将产生不良的后果。 目前大多数国家规定的电压允许变化范围一般为l 5％——10％UN (额定电压)。电力部门为了确保电力系统正常运行时能够提供优质的电压，确保优质的供电服务，必须确保各输配电线路的母线电压稳定在允许的偏差范围之内。电力系统正常运行时，应有充足的无功电源。无功电源的总容量要能满足系统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。 当电力网有能力向负荷供给足够的无功功率时，负荷的电压才能维持在正常的水平上。如果无功电源容量水足，负荷的端电压就会降低。所以，我们要保证电力系统的电压质量，就必须先保证电力系统无功功率的平衡。 1.1.3 无功功率对线损的影响 无功电源的布局、无功功率的传输以及无功功率的管理，直接影响线路的损耗和电力系统的经济运行。当有功功率和无功功率通过网络电阻时，会造成有功功率损耗。当网络结构已定，输送有功功率一定时，总的功率损耗完全决定于无功功率的大小。
电力系统频率偏低偏高有哪些危害 电力系统频率的频率变动会对用户、发电厂、电力系统产生不利的影响。1.对用户的影响：频率的变化将引起电动机转速的变化，从而影响产品质量，雷达、电子计算机等会因频率过低而无法运行；2.对发电厂的影响：频率降低时，风机和泵所能提供的风能和水能将迅速减少，影响锅炉的正常运行；频率降低时，将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，减短叶片寿命甚至使其断裂。频率降低时，变压器铁耗和励磁电流都将增加，引起升温，为保护变压器而不得不降低其负荷；3.对电力系统的影响：频率降低时，系统中的无功负荷会增加，进而影响系统，使其电压水平下降。 当供电电路的频率偏高时，1、电动机的转速回高（n=60f/p(1-&) )，当电动机转速增大时，其实际功率成倍增加，其结果电动机很容易过载烧毁；2、中国电气设备是按50赫兹设计的，如果大于其允许的频率数，电气原件容易损坏。当供电电路的频率偏低时，电动机转速会过低，会使有的设备不能正常工作，如水泵可能不出水，风机风量、风压过低。 频率变化对电力用户及电力系统的影响包括哪些 对用户： 1、用户使用的电动机的转速与系统频率有关，频率变化将使电动机的转速变化，从而影响产品的质量。例如，纺织工业都会因为频率的变化出现次品。 2、近代工业，国防和科学技术都已经广泛使用的电子设备受到频率影响较大。 系统本身： 1、低频运行，会对发电机的叶片所受到的应力有影响。甚至引起共振，降低叶片寿命。 2、增大励磁电流，提高温升等。 系统频率的变化主要是引起负荷端异步电动机转速的变化。 如果频率降低的过多，将使电动机停止运转，会引起严重的后果。比如，火电厂的给水泵停止运转，将迫使锅炉停炉。另一方面，如楼上所讲，对于汽轮机在低频运行状态下时，会缩短汽轮机叶片的寿命，严重时会使叶片断裂。（这是因为汽轮机转子一般瘦长，转速较快，可达1500r/s,突然频率过低，会使叶片断裂）。 如果频率过高，则会出现失步等问题。 推荐楼主看《电力系统分析（上）》诸俊伟和《电力系统分析（下）》夏道止 电力系统频率变化的原因
12.1.1.1频率与有功功率平衡 电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)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，从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内，就需要及时调节系统内并联运行机组的有功功率。 频率质量是电能质量的一个重要指标。中国《电力工业技术管理法规》规定，大容量电力系统的频率偏差不得超过，一些工业发达国家规定频率偏差不得超过。 说明电力系统元件及整个系统的频率特性，介绍电力系统调频的基本概念。 12.1.2.1负荷频率特性 负荷的频率静态特性：在没有旋转备用容量的电力系统中，当电源与负荷推动平衡时，则频率将立即发生变化。由于频率的变化，整个系统的负荷也将随着频繁率的的变化而变化。这种负荷随频率的变化而变化的特性叫做负荷的频率静态特性。 综合负荷与频率的关系可表示成： 由于电力系统运行中，频率一般在额定频率附近，频率偏移也很小，因此可将负荷的静态频率特性近似为直线，如下图所示。
12.1.2.2发电机组频率特性 发电机组的频率静特性：当系统频率变化时，发电机组的高速系统将自动地改变汽轮机的进汽量或水轮机的进水量以增减发电机组的出力，这种反映由频率变化而引起发电机组出力变化的关系，叫发电机调速系统的频率静态特性。 发电机组的功率频率静态特性如下图：在不改变发电机调速系统设定值时，发电机输出功率增加则频率下降，而当功率增加到其额定功率时，输出功率不随频率变化。图中向下倾斜的直线即为发电机频率静态特性，而①和②表示发电机出力分别为PG1和PG2时对应的频率。
郑州电力职业技术学院毕业生论文题目：＿浅谈电力系统有功功率与频率调整 系别＿＿＿电力工程系＿＿＿＿ 专业＿继电保护及自动化 班级＿＿＿15继电3班＿＿＿＿ 学号＿＿15401020341 姓名＿＿＿＿张高原＿＿＿＿ 论文成绩答辩成绩综合成绩指导教师 主答辩教师 答辩委员会主任
浅谈电力系统有功功率与频率调整 摘要 本文首先介绍了电力系统有功功率与频率调整的基本知识，有功功率的应用、意义及；频率调整的必要性，电压频率特性，频率的一二次调整，以及互联系统中的频率的一二次调整，调频与调压的关系，以及电力系统频率调整在个类电厂中得作用。 关键词：有功功率频率调整互联系统
目录 1电力系统有功功率与频率调整的意义 (1) 2频率调整的必要性 (1) 2.1频率变化的危害 (1) 2.2电力系统负荷变动规律 (1) 3电力系统的频率特性 (2) 3.1负荷的有功功率－频率静态特性3.2电源的有功功率－频率静态特性 3.2.1同步发电机组的调试系统 (2) (4) (4) 3.2.2调速系统框图 (4) 3.2.3同步发电机组的有功功率-频率静态特性 (4) 4电力系统的频率调整 (6) 4.1频率的一次调整 (6) 4.1.1基本原理 (6) 4.1.2基本关系 (6) 4.1.3多机系统的一次调频 (7) 4.2频率的二次调整 (9) 4.2.1基本原理 (9) 4.2.2基本关系： (10) 4.2.3基本理论： (10) 4.3互联系统的（二次）频率调整 (10) 4.3.1基本关系 (10) 4.3.2注意要点： (10) 4.4调频与调压的关系 (11) 4.4.1频率变化对电压的影响4.4.2电压变化会频率的影响 (11) (11) 4.4.3注意 (11) 5电力系统的有功平衡与备用容量 (12) 5.1有功平衡关系 (12) 5.2备用容量 (12) 6电力系统负荷在各类发电厂的合理分配 (12) 6.1火力发电厂的主要特点6.2水力发电厂的主要特点 (12) (13) 6.3抽水蓄能水电厂的主要特点 (13) 6.4核能发电厂的主要特点 (13) 总结 (14) 致谢 (15) 参考书籍 (16)
第一节功率三角形 一、概述 1、有功和无功的概念 电力系统无论是发电厂发出的电能还是消费的电能，其电功率都可分为有功功率和无功功率。有功功率就是指电能转化为热能或者机械能等形式被人们使用或消耗的能量，有功电能是我们最直接能感受到的电功率；而无功功率比较抽象，它是指用于建立电场能和磁场能相互交换所必须的、并用来在电气设备中建立和维持磁场的那部分电功率。它不对外作功，而是转变为其他形式的能量，凡是有电磁线圈的电气设备要建立磁场，都要消耗无功功率。 无功功率决不是无用的功率，它的作用很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动而带动机械运动的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的；变压器也同样需要无功功率在变压器的一次线圈建立磁场，进而才能在二次线圈感应出电压。因此没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器也不会吸合。 无功功率的符号用Q表示，单位为乏（Var）或千乏（kVar）。 发电厂(站）担负着向用户提供安全优质电能的任务，由于电能不能储存，因此发电厂(站）必须按照用户的需求向系统实时送出经济安全优质足量的有功和无功电能，确保总发出电能与总需求电能的平衡。 2、电能质量的两个重要指标 电压和频率是衡量电能质量的两个重要指标，有功功率充足与否直接影响是频率的变动，而影响电压质量的直接因素就是无功功率。 电力系统中各种用电设备只有在电压和频率为额定值时才能有安全运行和最好的经济指标。但是在电力系统的正常运行中，用电负荷和系统运行方式都是经常变化的，也由此引起电压和频率发生变化，不可避免地出现电压和频率偏移。 电力系统运行中，频率的稳定与否取决于有功功率的平衡，电压水平高低取决于无功功率的平衡。系统中的有功电源和各种无功电源的功率输出必须能满足系统负荷和网络损耗在额定状态下对有功功率和无功功率的需求，否则就会偏离额定值，系统的安全和经济运行指标就不可能实现。
1 第六章 电力系统的无功功率和电压调整 6-1 电力系统总无功功率的平衡 一、 无功功率负荷和无功功率损耗 无功负荷：绝大部分是异步电动机 无功损耗：1. 变压器 ；2. 输电线路。 变压器中的无功功率损耗分为两部分，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0I 的百分值，约为%2~%1；绕组漏抗中损耗，在变压器满载时，基本上等于短路电压k U 的百分值，约为%10。因此，对一台变压器或一级变压器的网络而言，变压器中的无功功率损耗并不大，满载时约为它额定容量的百分之十几。但对多级电压网络，变压器中的无功功率损耗就相当可观。 电力线路上的无功功率损耗也分为两部分，即并联导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。串联电抗中的损耗与负荷电流的平方成正比，呈感性。因此，线路作为电力系统中的一个元件究竟消耗容性或感性无功功率就不能肯定。但可作一大致估计：当通过线路输送的有功功率大于自然功率（所谓自然功率是指负荷阻抗为波阻抗时该负荷所消耗的功率。）时，线路将消耗感性无功功率；当通过线路输送的有功功率小于自然功率时，线路将消耗容性无功功率。 二、电网中的无功电源 1. 发电机 同步发电机既是有功功率电源，又是最基本的无功功率电源。 2．电容器和调相机 并联电容器只能向系统供应感性无功功率。特点有：电容器所供应的感性无功与其端电压的平方成正比，电容器分组投切，非连续可调。 调相机实质上是只能发出无功功率的发电机。 3．静止补偿器和静止调相机 静止补偿器和静止调相机是分别与电容器和调相机相对应而又同属“灵活交流输电系统”范畴的两种无功功率电源。
电力系统有功功率与频率 调整
郑州电力职业技术学院毕业生论文题目：＿浅谈电力系统有功功率与频率调整 系别＿＿＿电力工程系＿＿＿＿ 专业＿继电保护及自动化 班级＿＿＿ 15 继电 3 班＿＿＿＿ 学号＿＿ 姓名＿＿＿＿张高原＿＿＿＿ 论文成绩答辩成绩综合成绩指导教师 主答辩教师 答辩委员会主任 1
浅谈电力系统有功功率与频率调整 摘要 本文首先介绍了电力系统有功功率与频率调整的基本知识，有功功率的应 用、意义及；频率调整的必要性，电压频率特性，频率的一二次调整，以及互联 系统中的频率的一二次调整，调频与调压的关系，以及电力系统频率调整在个类电厂中得作用。 关键词：有功功率频率调整互联系统 2
目录 1 电力系统有功功率与频率调整的意义 ...................................................................... (1) 2 频率调整的必要性........................................................................................ (1) 频率变化的危 害 .................................................................................................... (1) 电力系统负荷变动规律............................................................................. (1) 3 电力系统的频率特性...................................................................................... (2) 负荷的有功功率－频率静态特性电源的有功功率－频率静态特性同步发电机组的调试系统 .................................................................... .. (2) .................................................................... .. (4) ..................................................................... .. (4) 调速系统框 图 ................................................................................................ (4) 同步发电机组的有功功率 -频率静态特 性 (4) 4 电力系统的频率调整...................................................................................... (6) 频率的一次调 整 .................................................................................................... (6) 基本原 理 ................................................................................................ (6) 基本关 系 ................................................................................................ (6) 多机系统的一次调频......................................................................... (7) 频率的二次调 整 .................................................................................................... (9) 基本原 理 ................................................................................................ (9) 基本关 系： .............................................................................................. (10) 基本理 论： .............................................................................................. (10) 互联系统的（二次）频率调整 ...................................................................... (10) 基本关 系 ................................................................................................ (10) 注意要 点： .............................................................................................. (10) 调频与调压的关系 .................................................................................. (11) 频率变化对电压的影响电压变化会频率的影响....................................................................... .. (11) ....................................................................... .. (11)
1、电网中为什么需要无功功率？ 在电网中，由电源供给负载的电功率有两种：一种是有功功率，另一种是无功功率。有功功率是保持用电设备正常运行所需的电功率，也就是将电能转换为其他形式能量(机械能、光能、热能)的电功率。比如：5.5kW的电动机就是把5.5kW的电力转换为机械能，带动水泵抽水或脱粒机脱粒；各种照明设备将电能转换为光能，供人们生活和工作照明。无功功率比较抽象，它是用于电路内电场与磁场，并用来在电气设备中建立和维持磁场的电功率。凡是有电磁线圈的电气设备，要建立磁场，就要消耗无功功率。比如40W的日光灯，除需40W 有功功率(镇流器也需消耗一部分有功功率)来发光外，还需80var左右的无功功率供镇流器的线圈建立交变磁场用。由于它对外不做功，才被称之为"无功"。 无功功率决不是无用功率，它的用处很大。电动机需要建立和维持旋转磁场，使转子转动，从而带动机械运动，电动机的转子磁场就是靠从电源取得无功功率建立的。变压器也同样需要无功功率，才能使变压器的一次线圈产生磁场，在二次线圈感应出电压。因此，没有无功功率，电动机就不会转动，变压器也不能变压，交流接触器不会吸合。 在正常情况下，用电设备不但要从电源取得有功功率，同时还需要从电源取得无功功率。如果电网中的无功功率供不应求，用电设备就没有足够的无功功率来建立正常的电磁场，那么这些用电设备就不能维持在额定情况下工作，用电设备的端电压就要下降，从而影响用电设备的正常运行。 无功功率对供、用电也产生一定的不良影响，主要表现在： (1)降低发电机有功功率的输出。 (2)视在功率一定时，增加无功功率就要降低输、变电设备的供电能力。 (3)电网内无功功率的流动会造成线路电压损失增大和电能损耗的增加。 (4)系统缺乏无功功率时就会造成低功率因数运行和电压下降，使电气设备容量得不到充分发挥。 从发电机和高压输电线供给的无功功率，一般满足不了负荷的需要，所以在电网中要设置一些无功补偿装置来补充无功功率，以保证用户对无功功率的需要，这样用电设备才能在额定电压下工作。