電力系統(tǒng)中的有功、無功平衡問題(電力市場第2講)

1、電力系統(tǒng)中電力系統(tǒng)中有功功率有功功率和和頻率頻率 電力系統(tǒng)中有功功率的平衡 一、頻率變化對用戶和發(fā)電廠及系統(tǒng)本身的影響一、頻率變化對用戶和發(fā)電廠及系統(tǒng)本身的影響 系統(tǒng)頻率的變化將引起工業(yè)用戶的電動機(jī)轉(zhuǎn)速的變系統(tǒng)頻率的變化將引起工業(yè)用戶的電動機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，這將影響產(chǎn)品的質(zhì)量；此外，頻率的不穩(wěn)定，化，這將影響產(chǎn)品的質(zhì)量；此外，頻率的不穩(wěn)定，還會影響電子設(shè)備的準(zhǔn)確性。還會影響電子設(shè)備的準(zhǔn)確性。頻率的變化，對發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)本身也十分有害。頻率的變化，對發(fā)電機(jī)及電力系統(tǒng)本身也十分有害。發(fā)電廠的廠用機(jī)械多使用異步電動機(jī)帶動，系統(tǒng)頻發(fā)電廠的廠用機(jī)械多使用異步電動機(jī)帶動，系統(tǒng)頻率降低使電動機(jī)出力降低，若頻率

2、降低過多，將使率降低使電動機(jī)出力降低，若頻率降低過多，將使電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，會引起嚴(yán)重后果。電動機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，會引起嚴(yán)重后果。 頻率為什么會變化？頻率為什么會變化？負(fù)荷可以看作是由三種具有負(fù)荷可以看作是由三種具有不同變化規(guī)律的變動負(fù)荷所不同變化規(guī)律的變動負(fù)荷所組成：第一種視變化幅度很組成：第一種視變化幅度很小，變化周期短，負(fù)荷變動小，變化周期短，負(fù)荷變動有很大的偶然性；第二種是有很大的偶然性；第二種是變化幅度大，變化周期較長；變化幅度大，變化周期較長；第三種是變化緩慢的持續(xù)變第三種是變化緩慢的持續(xù)變動負(fù)荷。動負(fù)荷。 頻率的一次調(diào)整頻率的一次調(diào)整（或稱為一次調(diào)頻）指由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速（或稱為一次調(diào)頻）

3、指由發(fā)電機(jī)組的調(diào)速器進(jìn)行的，是對第一種負(fù)荷變動引起的頻率偏移作調(diào)整。器進(jìn)行的，是對第一種負(fù)荷變動引起的頻率偏移作調(diào)整。頻率的二次調(diào)整頻率的二次調(diào)整（或稱為二次調(diào)頻）指由發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻（或稱為二次調(diào)頻）指由發(fā)電機(jī)組的調(diào)頻器進(jìn)行的，是對第二種負(fù)荷變動引起的頻率偏移作調(diào)整。器進(jìn)行的，是對第二種負(fù)荷變動引起的頻率偏移作調(diào)整。頻率的三次調(diào)整頻率的三次調(diào)整（或稱為三次調(diào)頻）是對第三種負(fù)荷變動（或稱為三次調(diào)頻）是對第三種負(fù)荷變動引起的頻率偏移作調(diào)整。將在有功功率平衡的基礎(chǔ)上，按引起的頻率偏移作調(diào)整。將在有功功率平衡的基礎(chǔ)上，按照最優(yōu)化的原則在各發(fā)電廠之間進(jìn)行分配。照最優(yōu)化的原則在各發(fā)電廠之間進(jìn)行分配。 有功

4、功率平衡：losslossgenDLGPPPPP.為保證可靠供電和良好的電能質(zhì)量，電力系統(tǒng)的有功功為保證可靠供電和良好的電能質(zhì)量，電力系統(tǒng)的有功功率平衡額定運(yùn)行參數(shù)下確定。而且，還應(yīng)具有一定的率平衡額定運(yùn)行參數(shù)下確定。而且，還應(yīng)具有一定的備備用容量用容量，也就是在系統(tǒng)最大負(fù)荷情況下，系統(tǒng)電源容量，也就是在系統(tǒng)最大負(fù)荷情況下，系統(tǒng)電源容量大于發(fā)電負(fù)荷的部分稱系統(tǒng)的備用容量。大于發(fā)電負(fù)荷的部分稱系統(tǒng)的備用容量。 系統(tǒng)備用容量一般分負(fù)荷備用、事故備用、檢修備用和系統(tǒng)備用容量一般分負(fù)荷備用、事故備用、檢修備用和國民經(jīng)濟(jì)備用等。國民經(jīng)濟(jì)備用等。備用容量： （1 1）負(fù)荷備用）負(fù)荷備用：是指調(diào)整系統(tǒng)中短時

5、的負(fù)荷波動并擔(dān)負(fù)計：是指調(diào)整系統(tǒng)中短時的負(fù)荷波動并擔(dān)負(fù)計劃外的負(fù)荷增加而設(shè)置的備用。負(fù)荷備用容量的大小應(yīng)根劃外的負(fù)荷增加而設(shè)置的備用。負(fù)荷備用容量的大小應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的大小、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)并考慮系統(tǒng)中各類用電的比據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷的大小、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)并考慮系統(tǒng)中各類用電的比重確定。一般為最大負(fù)荷的重確定。一般為最大負(fù)荷的2 2一一5 5，大系統(tǒng)采用較小數(shù)，大系統(tǒng)采用較小數(shù)值，小系統(tǒng)采用較大數(shù)值值，小系統(tǒng)采用較大數(shù)值 （2 2）事故備用）事故備用：是使電力用戶在發(fā)電設(shè)備發(fā)生偶然性事故：是使電力用戶在發(fā)電設(shè)備發(fā)生偶然性事故時不受嚴(yán)重影響，維持系統(tǒng)正常供電所需的備用。事故備時不受嚴(yán)重影響，維持系統(tǒng)正常供電所需的備用。

6、事故備用容量的大小應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)容量、發(fā)電機(jī)臺數(shù)、單位機(jī)組容用容量的大小應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)容量、發(fā)電機(jī)臺數(shù)、單位機(jī)組容量、機(jī)組的事故概率、系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)等確定，量、機(jī)組的事故概率、系統(tǒng)的可靠性指標(biāo)等確定，般約為般約為最大負(fù)荷的最大負(fù)荷的5 5一一10 10 ，但不得小于系統(tǒng)中最大機(jī)組的容，但不得小于系統(tǒng)中最大機(jī)組的容量。量。 （3 3）檢修備用）檢修備用：為保證系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備進(jìn)行定期檢修時，：為保證系統(tǒng)的發(fā)電設(shè)備進(jìn)行定期檢修時，不致影響供電而在系統(tǒng)中留有的備用容量。不致影響供電而在系統(tǒng)中留有的備用容量。 （4 4）國民經(jīng)濟(jì)備用）國民經(jīng)濟(jì)備用：是考慮到工農(nóng)業(yè)用戶的超計劃生產(chǎn)，：是考慮到工農(nóng)業(yè)用戶的超計劃生

7、產(chǎn)，新用戶的出現(xiàn)等而設(shè)置的備用容量，其值根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)的新用戶的出現(xiàn)等而設(shè)置的備用容量，其值根據(jù)國民經(jīng)濟(jì)的增長情況而確定，一般約為系統(tǒng)最大負(fù)荷的增長情況而確定，一般約為系統(tǒng)最大負(fù)荷的3%3%5%5% 負(fù)荷備用、事故備用、檢修備用、國民經(jīng)濟(jì)備用歸納起來負(fù)荷備用、事故備用、檢修備用、國民經(jīng)濟(jì)備用歸納起來以以熱備用熱備用和和冷備用冷備用的形式存在于系統(tǒng)中。而不難想見，熱的形式存在于系統(tǒng)中。而不難想見，熱備用中至少應(yīng)包括全部負(fù)荷備用和一部分事故備用備用中至少應(yīng)包括全部負(fù)荷備用和一部分事故備用電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整電力系統(tǒng)的頻率調(diào)整一、電力系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率一、電力系統(tǒng)負(fù)荷的有功功率頻率靜態(tài)特性頻率靜態(tài)特性

8、332210NLNNLNNLNLNLffPaffPaffPaPaP 當(dāng)頻率變化時，電力系統(tǒng)中的有功功率負(fù)荷也將當(dāng)頻率變化時，電力系統(tǒng)中的有功功率負(fù)荷也將發(fā)生變化。當(dāng)電力系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，系統(tǒng)中有發(fā)生變化。當(dāng)電力系統(tǒng)處于穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時，系統(tǒng)中有功負(fù)荷隨頻率的變化特性稱為負(fù)荷的功負(fù)荷隨頻率的變化特性稱為負(fù)荷的有功功率有功功率- -頻頻率靜態(tài)特性率靜態(tài)特性1 1、自動調(diào)速系統(tǒng)、自動調(diào)速系統(tǒng) 如右圖所示：調(diào)速如右圖所示：調(diào)速系統(tǒng)由四個部分組系統(tǒng)由四個部分組成：成：1 1為轉(zhuǎn)速測量元為轉(zhuǎn)速測量元件（飛擺）；件（飛擺）；2 2為放為放大元件（錯油門）；大元件（錯油門）；3 3為執(zhí)行機(jī)構(gòu)（油動為執(zhí)行機(jī)構(gòu)（油動

9、機(jī)）；機(jī)）；4 4為轉(zhuǎn)速控制為轉(zhuǎn)速控制機(jī)構(gòu)（調(diào)頻器）。機(jī)構(gòu)（調(diào)頻器）。發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率：發(fā)電機(jī)組原動機(jī)或電源頻率特性的斜率發(fā)電機(jī)組原動機(jī)或電源頻率特性的斜率 GNNGGNNGGGGPfKfPfPKHzMWfPK/ *2 2、發(fā)電機(jī)組的有功功率、發(fā)電機(jī)組的有功功率頻率靜態(tài)特性頻率靜態(tài)特性標(biāo)志著隨頻率的升降發(fā)電機(jī)組發(fā)出功率減少或增標(biāo)志著隨頻率的升降發(fā)電機(jī)組發(fā)出功率減少或增加的多寡。加的多寡。發(fā)電機(jī)是調(diào)差系數(shù)：單位調(diào)節(jié)功率的倒數(shù)發(fā)電機(jī)的單位調(diào)節(jié)功率與調(diào)差系數(shù)的關(guān)系：100100% 0 000NNGNNGNGNNGNNGfffPffPPffPffPf100%1*GK 負(fù)荷的單位

10、調(diào)節(jié)功率：綜合負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性的斜率。 一般而言：LNNLLNNLLLLPfKfPfPKHzMWfPK/ *5 . 1*LK三、三、 頻率的一次調(diào)整頻率的一次調(diào)整負(fù)荷突增，發(fā)電機(jī)組功率不能及時變動而使機(jī)組減負(fù)荷突增，發(fā)電機(jī)組功率不能及時變動而使機(jī)組減速，系統(tǒng)頻率下降，同時，發(fā)電機(jī)組功率由于調(diào)速速，系統(tǒng)頻率下降，同時，發(fā)電機(jī)組功率由于調(diào)速器的一次調(diào)整作用而增大，負(fù)荷功率因其本身的調(diào)器的一次調(diào)整作用而增大，負(fù)荷功率因其本身的調(diào)節(jié)效應(yīng)而減少，經(jīng)過一個衰減的振蕩過程，達(dá)到新節(jié)效應(yīng)而減少，經(jīng)過一個衰減的振蕩過程，達(dá)到新的平衡。的平衡。注意注意：取功率的增大或頻率的上升為正；取功率的增大或頻率的上升為正

11、；為保證調(diào)速系統(tǒng)本身運(yùn)行的穩(wěn)定，不能采用為保證調(diào)速系統(tǒng)本身運(yùn)行的穩(wěn)定，不能采用過大的單位調(diào)節(jié)功率；過大的單位調(diào)節(jié)功率；對于滿載機(jī)組，不再參加調(diào)整。對于滿載機(jī)組，不再參加調(diào)整。 對于系統(tǒng)有若干臺機(jī)參加一次調(diào)頻：對于系統(tǒng)有若干臺機(jī)參加一次調(diào)頻： 具有一次調(diào)頻的各機(jī)組間負(fù)荷的分配，按其具有一次調(diào)頻的各機(jī)組間負(fù)荷的分配，按其調(diào)差系數(shù)即下降特性自然分配。調(diào)差系數(shù)即下降特性自然分配。LGSKKK四、頻率的二次調(diào)整四、頻率的二次調(diào)整當(dāng)負(fù)荷變動幅度較大（當(dāng)負(fù)荷變動幅度較大（0.5%1.5%），周期較長（幾），周期較長（幾分鐘），僅靠一次調(diào)頻作用不能使頻率的變化保持在分鐘），僅靠一次調(diào)頻作用不能使頻率的變化保持

12、在允許范圍內(nèi)，這時需要籍調(diào)速系統(tǒng)中的調(diào)頻器動作，允許范圍內(nèi)，這時需要籍調(diào)速系統(tǒng)中的調(diào)頻器動作，以使發(fā)電機(jī)組的功頻特性平行移動，從而改變發(fā)電機(jī)以使發(fā)電機(jī)組的功頻特性平行移動，從而改變發(fā)電機(jī)的有功功率以保持系統(tǒng)頻率不變或在允許范圍內(nèi)。的有功功率以保持系統(tǒng)頻率不變或在允許范圍內(nèi)。此時，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加時，由以下三方面提供：此時，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷增加時，由以下三方面提供：v二次調(diào)頻的發(fā)電機(jī)組增發(fā)的功率二次調(diào)頻的發(fā)電機(jī)組增發(fā)的功率 ；v發(fā)電機(jī)組執(zhí)行一次調(diào)頻，按有差特性的調(diào)差發(fā)電機(jī)組執(zhí)行一次調(diào)頻，按有差特性的調(diào)差系數(shù)分配而增發(fā)的功率系數(shù)分配而增發(fā)的功率 ；v由系統(tǒng)的負(fù)荷頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)所減少的負(fù)荷功由系統(tǒng)的負(fù)荷頻率調(diào)

13、節(jié)效應(yīng)所減少的負(fù)荷功率率 。GPfKGfKL頻率調(diào)整圖頻率調(diào)整圖五、五、 調(diào)頻廠的選擇調(diào)頻廠的選擇 調(diào)頻廠須滿足的條件：調(diào)頻廠須滿足的條件：v調(diào)整的容量應(yīng)足夠大；調(diào)整的容量應(yīng)足夠大；v調(diào)整的速度應(yīng)足夠快；調(diào)整的速度應(yīng)足夠快；v調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性能應(yīng)該好；調(diào)整范圍內(nèi)的經(jīng)濟(jì)性能應(yīng)該好；v注意系統(tǒng)內(nèi)及互聯(lián)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題。注意系統(tǒng)內(nèi)及互聯(lián)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)問題。通過分析各種電廠的特點(diǎn)，調(diào)頻廠的選擇原則為：通過分析各種電廠的特點(diǎn)，調(diào)頻廠的選擇原則為：v系統(tǒng)中有水電廠時，選擇水電廠做調(diào)頻廠；系統(tǒng)中有水電廠時，選擇水電廠做調(diào)頻廠；v當(dāng)水電廠不能做調(diào)頻廠時，選擇中溫中壓火電廠做當(dāng)水電廠不能做調(diào)頻廠時，選擇中溫中壓火電

14、廠做調(diào)頻廠。調(diào)頻廠。電力系統(tǒng)無功功率和電壓電力系統(tǒng)無功功率和電壓電力系統(tǒng)中無功功率平衡電力系統(tǒng)中無功功率平衡一、無功功率負(fù)荷和無功功率損耗一、無功功率負(fù)荷和無功功率損耗1、無功功率負(fù)荷、無功功率負(fù)荷 無功功率負(fù)荷是以滯后功率因數(shù)運(yùn)行的用電設(shè)無功功率負(fù)荷是以滯后功率因數(shù)運(yùn)行的用電設(shè)備（主要是異步電動機(jī)）所吸收的無功功率。備（主要是異步電動機(jī)）所吸收的無功功率。一般綜合負(fù)荷的功率因數(shù)為一般綜合負(fù)荷的功率因數(shù)為0.6-0.92、電力系統(tǒng)的無功損耗、電力系統(tǒng)的無功損耗（1）變壓器的無功損耗）變壓器的無功損耗變壓器中的無功功率損耗分兩部分，即變壓器中的無功功率損耗分兩部分，即勵磁支勵磁支路損耗路損耗和和

15、繞組漏抗中損耗繞組漏抗中損耗。其中勵磁支路損耗。其中勵磁支路損耗的百分值基本上等于空載電流的百分值，約為的百分值基本上等于空載電流的百分值，約為1一一2；繞組漏抗中損耗，在變壓器滿載時，；繞組漏抗中損耗，在變壓器滿載時，基本上等于短路電壓基本上等于短路電壓Uk的百分值，約為的百分值，約為10。（2 2）電力線路的無功損耗）電力線路的無功損耗 電力線路的無功損耗也分兩部分，即電力線路的無功損耗也分兩部分，即并聯(lián)電納并聯(lián)電納和和串聯(lián)電抗串聯(lián)電抗中的無功功率損耗。并聯(lián)電納中的無功損耗與電力線路電中的無功功率損耗。并聯(lián)電納中的無功損耗與電力線路電壓的平方成正比，壓的平方成正比，呈容性呈容性；串聯(lián)電抗中

16、的無功功率與電流；串聯(lián)電抗中的無功功率與電流平方成正比，平方成正比，呈感性呈感性。對線路不長，長度不超過對線路不長，長度不超過100km100km，電壓等級為，電壓等級為220kV220kV電電力線路，線路將消耗感性無功功率；力線路，線路將消耗感性無功功率；對線路較長，其長度為對線路較長，其長度為300km300km左右時，對左右時，對220kV220kV電力線電力線路，線路基本上既不消耗感性無功功率也不消耗容性路，線路基本上既不消耗感性無功功率也不消耗容性無功功率，呈電阻性；無功功率，呈電阻性；線路大于線路大于300km300km時，線路為電容性的。時，線路為電容性的。二、無功功率電源二、無

17、功功率電源 電力系統(tǒng)的無功功率電源包括同步發(fā)電機(jī)、同期調(diào)相機(jī)、電力系統(tǒng)的無功功率電源包括同步發(fā)電機(jī)、同期調(diào)相機(jī)、并聯(lián)電容器和靜止補(bǔ)償器等。并聯(lián)電容器和靜止補(bǔ)償器等。1 1、同步發(fā)電機(jī)、同步發(fā)電機(jī) 發(fā)電機(jī)在發(fā)電機(jī)在額定狀態(tài)下額定狀態(tài)下運(yùn)行時，可發(fā)出無功功率：運(yùn)行時，可發(fā)出無功功率：NGNNGNGNtgPSQ sin當(dāng)系統(tǒng)中無功電源不足，而有功備用容量又較充足時，可利當(dāng)系統(tǒng)中無功電源不足，而有功備用容量又較充足時，可利用靠近負(fù)荷中心的發(fā)電機(jī)降低功率因數(shù)運(yùn)行，多發(fā)無功功率用靠近負(fù)荷中心的發(fā)電機(jī)降低功率因數(shù)運(yùn)行，多發(fā)無功功率以提高電力系統(tǒng)的電壓水平。以提高電力系統(tǒng)的電壓水平。2 2、同期調(diào)相機(jī)、同期調(diào)

18、相機(jī) 調(diào)相機(jī)實(shí)際上就是只能發(fā)無功功率的發(fā)電調(diào)相機(jī)實(shí)際上就是只能發(fā)無功功率的發(fā)電機(jī)。它在過激運(yùn)行時向電力系統(tǒng)供給感性機(jī)。它在過激運(yùn)行時向電力系統(tǒng)供給感性無功功率，欠激運(yùn)行時從電力系統(tǒng)吸取感無功功率，欠激運(yùn)行時從電力系統(tǒng)吸取感性無功功率。欠激運(yùn)行時的容量約為過激性無功功率。欠激運(yùn)行時的容量約為過激運(yùn)行時容量的運(yùn)行時容量的50%-60%50%-60%：這些也就是作為無：這些也就是作為無功功率電源的調(diào)相機(jī)的運(yùn)行極限。功功率電源的調(diào)相機(jī)的運(yùn)行極限。3 3、并聯(lián)電容器及靜止補(bǔ)償器、并聯(lián)電容器及靜止補(bǔ)償器 靜電電容器可按三角形和星形接法連接在變靜電電容器可按三角形和星形接法連接在變電所母線上。它供給的無功功率與所在節(jié)點(diǎn)電壓的電所母線上。它供給的無功功率與所在節(jié)點(diǎn)電壓的平方成正比，即：平方成正比，即：ccXVQ/2缺點(diǎn)：電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差。缺點(diǎn)：電容器的無功功率調(diào)節(jié)性能比較差。優(yōu)點(diǎn)：靜電電容器的裝設(shè)容量可大可小，既可集中使用，優(yōu)點(diǎn)：靜電電容器的裝設(shè)容量可大可小，既可集中使用，又可以分散安裝。且電容器每單位容量的投資