电气工程基础课件09.ppt

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HUST_CEEE第一节第一节电力系统有功功率与频率的调整电力系统有功功率与频率的调整第二节第二节电力系统无功功率与电压的调整电力系统无功功率与电压的调整第三节第三节电力网运行的经济性电力网运行的经济性第四节第四节电力系统运行的稳定性电力系统运行的稳定性第九章第九章现代电力系统的运行现代电力系统的运行HUST_CEEE第一节第一节电力系统有功功率与频率的调整电力系统有功功率与频率的调整一、一、电力系统的有功功率平衡电力系统的有功功率平衡二、二、电力系统有功功率的分配电力系统有功功率的分配三、三、电力系统电力系统的频率调整的频率调整HUST_CEEE有功功率的平衡有功功率的平衡：

2、有功功率电源和备用容量、有功功率电源和备用容量总装机容量总装机容量：

所有发电机的额定容量之和所有发电机的额定容量之和有功电源容量有功电源容量：

系统中可投入发电设备的总容量之和：

系统中可投入发电设备的总容量之和备用容量备用容量：

系统的电源容量大于发电负荷的部分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%1有功功率负荷有功功率负荷：

负荷变动幅度小，周期又很短负荷变动幅度小，周期又很短（如如P1），这种负这种负荷的变动具有很大的偶然性；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（如负荷变动幅度较大，周期也较长（如P2）工业工业中大电机、电炉、延压机、电气机车等用户的中大电机、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；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，且变化较缓负荷变动幅度最大，周期也最长，且变化较缓慢（如慢（如P3）人们生产、生活及气象条件的变化人们生产、生活及气象条件的变化等引起的，这种负荷变化基本上可以预计。

等引起的，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一、电力系统的有功功率平衡HUST_CEEE二、电力系统有功功率的分配二、电力系统有功功率的分配1、有功电源的最优组合、有功电源的最优组合指系统中发电设备或发指系统中发电设备或发电厂的合理组合，包括机组的电厂的合理组合，包括机组的最优组合顺序，机组的最优组最优组合顺序，机组的最优组合数量和机组的最优开停时间。

合数量和机组的最优开停时间。

2、有功负荷在运行机组、有功负荷在运行机组间的最优分配间的最优分配指系统的有功负荷在各运指系统的有功负荷在各运行的发电机组或发电厂间的合行的发电机组或发电厂间的合理分配。

理分配。

3、分配原则：

、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，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。

料政策，减少烧油，增加燃用劣质煤、当地煤。

HUST_CEEE三、电力系统的频率调整三、电力系统的频率调整1、频率调整的必要性、频率调整的必要性频率是衡量电能质量的指标之一，频率质量频率是衡量电能质量的指标之一，频率质量下降的危害：

下降的危害：

异步电动机的转速与输出功率；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；各种电气设备均按额定频率设计；频率降低，无功损耗增加，无功平衡和电频率降低，无功损耗增加，无功平衡和电压调整变得困难。

压调整变得困难。

2、电力系统的频率特性、电力系统的频率特性v电源有功功率的静态频率特性电源有功功率的静态频率特性电源有功功率静态频率特性：

发电机组的原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动机机械功率与角速度或频率的关系无调速系统无调速系统时：

时：

Pm=C1C22=C1fC2f2有调速系统有调速系统时：

原动机的静态频特性成为一时：

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族曲线。

此时发电机输出功率与频率关系的曲线近似地用直线表示，称为发电机组的功率一线近似地用直线表示，称为发电机组的功率一频率静态特性。

频率静态特性。

HUST_CEEEv电力系统负荷的静态频率特性电力系统负荷的静态频率特性负荷模型中，负荷与频率的关系可用多项式表示：

负荷模型中，负荷与频率的关系可用多项式表示：

3、电力系统的频率调整、电力系统的频率调整v频率的一次调整频率的一次调整调节过程调节过程PLD=KLfPG=-KGfPLD0+KLf=-KGfPLD0=-（KG+KL）f=-KSf定义定义KS=KG+KL为系统的单位调节功率为系统的单位调节功率KS=KG+KL=-PLD0/f系统中有系统中有n台机组，只有台机组，只有m台机组参与台机组参与一次调整单位调节功率为：

一次调整单位调节功率为：

HUST_CEEEv频率的二次调整频率的二次调整选定系统中的一个或几个电厂担负二次调频任务，担负选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。

二次调频任务的电厂称为调频厂。

调频厂的条件调频厂的条件：

具有足够的容量；具有足够的容量；具有较快的调整速度；具有较快的调整速度；调整范围内的经济性要好。

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。

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。

压火电厂作为调频厂。

HUST_CEEE第二节第二节电力系统无功功率与电压的调整电力系统无功功率与电压的调整一、一、电力系统的无功功率平衡电力系统的无功功率平衡二、二、中枢点的电压管理中枢点的电压管理三、三、电力系统的调压措施电力系统的调压措施v无功功率与电压的关系无功功率与电压的关系HUST_CEEE一、电力系统的无功平衡一、电力系统的无功平衡1.无功电源：

无功电源：

包括包括发电机、同步调相机、静电电容器发电机、同步调相机、静电电容器及静止补偿器及静止补偿器等。

等。

v发电机：

发电机：

额定状态下发出的无功功率：

额定状态下发出的无功功率：

QGN=SGNsinN=PGNtgN非额定功率因素非额定功率因素有功与无功的关系有功与无功的关系：

OA代表发电机额定电压代表发电机额定电压；AC代表在代表在发电机电抗发电机电抗Xd上引起的电压降，正比于定上引起的电压降，正比于定子额定电流，所以亦正比于发电机的额定子额定电流，所以亦正比于发电机的额定视在功率视在功率SGN；AC在纵坐标和横坐标上的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投影分别正比于发电机的额定有功功率PGN和额定无功功率和额定无功功率QGN。

C点表示发电点表示发电机的额定运行点机的额定运行点；OC发电机电势，它正发电机电势，它正比于发电机的额定激磁电流。

比于发电机的额定激磁电流。

发电机变功率因数运行的发电机变功率因数运行的限制限制：

转子电流不能超过额定值转子电流不能超过额定值BC定子电流不能超过额定值定子电流不能超过额定值ECD汽轮机出力的限制汽轮机出力的限制HC故故实际运行轨迹实际运行轨迹：

HCBHUST_CEEE分析分析：

当运行于当运行于HC，发电机发出的无功功率低发电机发出的无功功率低于额定运行情况下的无功输出。

于额定运行情况下的无功输出。

运行于运行于BC段时，在降低功率因数、减少段时，在降低功率因数、减少有功输出的情况下，可多发无功功率。

有功输出的情况下，可多发无功功率。

只有在额定电压、额定电流和额定功只有在额定电压、额定电流和额定功率因数率因数（即即C点点）下运行时，发电机的视在下运行时，发电机的视在功率才能达到额定值，其容量也利用得功率才能达到额定值，其容量也利用得最充分。

最充分。

发电机无功输出与电压的关系：

发电机无功输出与电压的关系：

HUST_CEEEv同步调相机：

同步调相机：

相当于空载运行的同步电动机，在相当于空载运行的同步电动机，在过励磁过励磁运行时，同步调相机向运行时，同步调相机向系统系统输送无功功率输送无功功率，欠励欠励磁运行时，它从系统磁运行时，它从系统吸收无功功率吸收无功功率，无功功，无功功率与电压静特性与发电机相似。

率与电压静特性与发电机相似。

调相机与电容器的调相机与电容器的比较比较：

调相机调相机：

能平滑调节，具有正的调节效应：

能平滑调节，具有正的调节效应，维护复杂，响应，维护复杂，响应慢，损耗大慢，损耗大电容器电容器：

成组地投入切除：

成组地投入切除,具有负的调节效应，维护简单，具有负的调节效应，维护简单，响应快，损耗小响应快，损耗小v电容器：

电容器：

无功功率与电压静特性关系：

无功功率与电压静特性关系：

v静止无功补偿器：

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。

率，又可吸收无功功率，且调节平滑，安全，经济，维护方便。

HUST_CEEEv无功负荷：

无功负荷：

电力系统的无功负荷与电力系统的无功负荷与电压的静态特性主要由电压的静态特性主要由异步电动机异步电动机决定。

决定。

异步电动机的无功消耗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。

电动机的电压平方成正比。

Q异步电动机漏抗异步电动机漏抗X中的无功损耗，它与负中的无功损耗，它与负荷电流平方成正比。

荷电流平方成正比。

2.无功负荷和无功损耗无功负荷和无功损耗HUST_CEEEv无功损耗：

无功损耗：

网络中的无功损耗包括网络中的无功损耗包括变压器变压器和和输电线路输电线路的损耗。

的损耗。

变压器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：

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；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。

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。

输电线路输电线路无功损耗：

无功损耗：

QLQXQB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，线路等值为无功电源。

的无功功率时，线路等值为无功电源。

HUST_CEEEv无功平衡无功平衡在电力系统运行的任何时刻，电源发出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：

络的无功损耗之和：

QGC（t）QLD（t）Q（t）3.无功功率的平衡与运行电压水平无功功率的平衡与运行电压水平v无功功率与运行电压水平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。

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无功备用容量一般为无功负荷的7%8%v无功功率的就地平衡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。