4电力系统频率调整和电压调整
4 电力系统的有功功率平衡与频率调整
4.1 概述
一、频率调整的必要性
电力系统运行的根本目的是在保证电能质量符合标准的条件下，持续不断地供给用户所需要的功率，维
持电力系统的有功功率和无功功率的平衡，保证系统运行的经济性。
衡量电能质量的主要指标是频率、电压和波形。电力系统运行中频率和电压变动时，对用户，发电厂和电力系统本身都会产生不同程度的影响。为保证良好的电能质量，电力系统运行时，必须将系统的频率和电压控制、调整在允许的范围内。 我国频率规定：f N ＝50Hz ，频率偏差范围为±0.2～0.5Hz
二、频率调整的方法  第一种变化负荷引起的频率偏移由发电机组的调速器（governor ）进行，称为频率的一次调整。
第二种变化负荷引起的频率偏移由发电机组的调频器（frequency modulator ）j 进行，称为频率的二次调整。
第三种负荷的变化是可预测的，调度部门按经济调度的原则事先给各发电厂分配发电任务，各发电厂按给定
的任务及时地满足系统负荷的需求，就可以维持频率的稳定。 4.2自动调速系统
一、调速器的工作原理——实现频率的一次调整
对应负荷的增大，发电机输出功率增加，频率略低于原来值；如果负荷降低，调速器调整作用将使输出功率减小，频率略高于原来值。这就是频率的一次调整，频率的一次调整由调速器自动完成的。
调整的结果，频率不能回到原来值，因此一次调整为有差调节(droop control )。  二、调频器的工作原理——实现频率的二次调整
由调频器来完成的调节，称为频率的二次调整。由于调整的结果，频率能回到原来值，因此二次调整为无差
调节(isochronous control )。
4.2 电力系统有功功率平衡和频率调整  一、频率的影响
1、影响产品质量：异步电动机转速与输出功率有关
2、影响精确性：电子技术设备
3、影响汽轮发电机叶片 二、频率负荷机制
三、、有功功率负荷的变动及其分类控制
1、系统负荷可以看作由以下三种具有不同变化规律的变动负荷组成： 1）变动周期小于10s ，变化幅度小 调速器频率的一次调整 2）变动周期在（10s ，180s ），变化幅度较大
调频器频率的二次调整
3）变动周期最大，变化幅度最大：气象、生产、生活规律
根据预测负荷，在各机组间进行最优负荷分配频率的三次调整 四、有功功率平衡与备用容量
1、功功率平衡：
2、备用容量：
1）作用  为了保证供电可靠性及电能质量合格，系统电源容量应大于发电负荷
2f
ωπ=T G
P P ≡发电机输出电磁功率
原动机输入功率
T G T G
P P P P ≥⎧⎨
≤⎩,Gi
Li Loss P
P P ∑
=+∑∑
2）定义  备用容量 ＝ 系统可用电源容量 － 发电负荷 3）分类
按作用分：负荷备用：满足负荷波动、计划外的负荷增量
事故备用：发电机因故退出运行能顶上的容量 检修备用：发电机计划检修
国民经济备用：满足工农业超计划增长
按其存在形式分： 热备用
冷备用
4．3 电力系统无功功率平衡和电压管理
电力系统中无功功率电源不足，系统结点电压就要下降。电力系统必须具备足够的无功电源才能维持所要求的
电压水平，以满足系统安全稳定运行的要求，以下对电力系统中的无功负荷构成、无功电源构成、电力系统无功功率平衡问题以及为改善系统无功功率不平衡而采取的补偿措施等方面进行阐述。
有功功率平衡是全系统的平衡，且全系统只有一个频率；而无功功率平衡要满足众多的结点电压的要求，除了
对全系统需要平衡以外，地区系统也需要平衡。 一、 电力系统中的无功电源
1、 同步发电机以及过激运行的同步电动机
2、 无功补偿电源包括电容器、静止无功补偿器和同期调相机
1）同步调相机
过激运行时向电网发出滞后的无功功率，欠激时从电网吸收滞后的无功功率，成为无功功率用户 ，有正常
激磁、过激与欠激三种不同运行状态
2）  静电电容器
静电电容器损耗小，投资省，运行灵活，适宜于分散使用。但具有负调节效应，此外需用真空开关成组投切，投切次数依赖于这种开关的性能。
3）静止无功补偿器（Static V ar Compensation ，SVC ）
属于灵活交流输电系统（FACTS ）的家族，是一种动态无功补偿装置。 3、110KV 及以上电压线路的充电功率
高压及超高压线路是一种数量可观的无功功率电源，其充电功率与线路电压的平方成正比。  二、 电力系统无功功率平衡于电压水平 1、    电力系统中的无功负荷与无功损耗
1） 用户与发电厂厂用电的无功负荷（主要是异步电动机）、
异步电动机
(4060)%sin GN GN GN N GN N Q P
S P Q S P tg ϕϕ
=⨯==== ()21
q CK d CK q
d
q CK CK d
d
E U I x I E
U x E U U Q UI x x -==
-==
-2I j CU Q UI jU C ωω*⎫=⎪
⎬==-⎪⎭
U  X X +()
2
212D U Q I X X X μ
=++
2）线路和变压器的无功损耗
变压器：励磁损耗与绕组漏抗损耗，后者与受载大小有关。
电力线路 ：串联电抗中的无功功率损耗（感性）与并联电纳中的充电功率（容性）。
3）并联电抗器的无功损耗
2、电力系统的无功平衡
无功补偿容量的配置应取分区平衡、分级补偿原则。 三、 电压偏移
1、影响
1）当运行电压偏离额定值较大时，技术经济指标就会恶化。
2）发电厂厂用电中由电动机驱动的辅机，其机械转矩与转速的高次方成正比，电压降低滑差增大，转速降低，输出功率迅速减少，将影响汽轮、锅炉的工作，严重情况下将造成安全问题。变压器的运行电压偏低，若负载功率不变，致使输出电流增加，使绕组过热。电压偏高，励磁电流增大，铁芯损失增加，温升增高，严重情况下引起高次谐波共振。
3） 由于局部地区无功不足，运行电压严重低下，一些变电所在负荷的微小扰动下会出现电压大幅度下滑，以至失
压，即所谓电压崩溃 . 3、电压管理
1）电压中枢点选择
①区域性水、火电厂的高压母线； ②枢纽变电站二次母线； ③有地方负荷的发电厂母线。
4、三种电压调节方式
1）逆调整——高峰负荷时升高中枢点母线电压，低谷时降低中枢点母线电压。适用于供电线路较长，负荷变动较大的中枢点；
2）顺调整——高峰负荷时允许中枢点母线电压略低，低谷时允许中枢点母线电压略高。适用于供电线路不长，负荷变动不大的中枢点；
3）恒调整——中枢点母线电压基本不变，适用于线路长度、负荷变动情况介于上述两者之间的情况。
4.4电力系统的电压调整
一、
改变发电机励磁调压
改变发电机及调相机的励磁电流，可以改变它们的内电势，从而调整母线电压。利用发电机调压范围为发电机额定电压的5％。
L L
U
Qx U U G +≈
-P r ()Qx
U U U G +=-P r 02
%
var
100
%var 100YT N
k ZT N N I Q S M u S Q S M S ⎫
∆=⎪⎪⎬⎛⎫
⎪
∆=
⎪⎪⎝⎭
⎭
有功功率和无功功率
LX LC
LX LC LX LC P P Q Q P P Q Q P P
Q Q λλλ=∆=∆⎧⎪
<∆<∆⎨⎪>∆>∆⎩线路无损  无功电源 无功负荷
LX LC LX LC LX LC P
P
Q Q P P Q Q P P Q Q
λλλ=∆=∆⎧⎪
<∆<∆⎨⎪>∆>∆⎩
二、改变变压器变比调压
先决条件 ：电网的无功电源容量充裕
对负荷变化不大的变电所可适当选择变压器的分接头进行电压调整。对于负荷变化较大的一次及二次变电所采用负荷调整分接头的变压器，其切换装置在不能适应频繁操作要求时，应限制动作的次数。
1、降压变压器
最大负荷及最小负荷情况下：
2、 升压变压器
3、三绕组降压变压器
看成两个双绕组变压器的并联。在求得三绕组变压器的功率分布以后，先从高压绕组对低压绕组入手，选择高压方抽头以满足低压方电压要求。然后固定高压方抽头，考虑高压绕组对中压绕组情况；选择中压方抽头满足中压方的电压要求。
例：变压器抽头为110±3×2.5％/38.5±5%/10.5Kv, 要求10KV 、35KV 母线逆调压，即5％，0％。试选择抽头
在最大负荷情况下，各绕组电压损耗计算如下：
L
tL
tH H L tL U U U
U U PR QX U U -∆⎫=⎪
⎪
⎬
+⎪
∆=
⎪⎭
()
()
,,,,tL M tH M HM M LM tl m tH m HM
m Lm U U U U U U U U U U ⎫
=-∆⎪⎪
⎬
⎪
=-∆⎪⎭
在停电条件下  (),,1
2
tH tH M tH m U U U =
+P jQ +tH H L tL T T H U U U U U P R Q X U U +∆⎫
=⎪⎪
⎬
''+⎪∆=
⎪⎭T
P P P '=+∆T
Q Q Q '=+∆()
()
,,tL tH M HM M LM tL tH m Hm
m Lm U U U U U U U U U U ⎫=+∆⎪⎪
⎬⎪
=+∆⎪⎭
0115  6.19108.83.57.77  2.62  3.78
108.8
27.1959.9
M
MV U KV
U =-=⨯-⨯∆=
-
变压器中点电压
中压母线电压
低压母线电压
在最小负荷情况下：
在最大、最小负荷下，根据低压侧逆调压（5％，0％）的要求选择高压方的抽头：
选标准抽头110-2.5％，即为107.25KV
固定高压方抽头，按中压方逆调压要求，选择中压方抽头：
选标准抽头38.5-5％，即为36.57KV
选标准抽头38.5-5％，即为36.57KV
还应根据标准抽头，对中、低母线电压进行校核
三、改变电力网的无功功率分布调压
1、调相机调压
属于改变网络无功功率分布进行调压的方法。即利用调相机的容量就地补偿负荷所需的无功功率，因而改变了线路输送的无功功率。从而调节了枢纽站母线的电压。
补偿前
0115  6.19108.83.57.77  2.62  3.7827.1959.9
0.16108.8108.8
M MV U KV U KV
=-=⨯-⨯-∆===108.80.16107.64211.65  1.510223.3153
1.62108.8108.8
MM LM U KV U KV
=-=⨯+⨯+∆===0  2.47.77  1.8162.518.65292.5
2.67116.34116.34
116.34  2.67113.671.47.77  1.05  3.7810.88  3.97
0.06113.67113.67
HV m MV U KV
U KV U KV
⨯+⨯+∆=
===-=⨯-⨯-∆===108.8  1.62 107.18
LM U KV =-=113.670.06113.61111.650.7510211.6576.5
0.78113.67113.67
113.670.78112.89Mm LV Lm U KV U KV
U KV
=-=⨯+⨯+∆=
===-=,10.5112.89118.5310tH m U KV
=⨯=,10.5112.89118.5310tH m U KV
=⨯=选标准抽头110+3*2.5％，即118.25KV
,
118.25
3536.43113.61
tM m U KV =⨯=,118.253536.43113.61tM m U KV =⨯
=S
r r
jQ
+C
()C s rc
rc
PR Q Q X
U U U +-'=='

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