电力系统分析习题集（新）(9)

第五章 电力系统的有功功率和频率调整

一、学习目的及要求

通过本章的学习掌握电力系统的有功功率平衡关系和电力系统有功功率平衡与系统频率的关系、电力系统频率调整控制的方法和电力系统负荷变化及频率调整的分类、有功负荷曲线的预测方法、电力系统电源容量和备用容量；掌握各类发电厂的特点和合理组合；掌握电力系统有功负荷的最优分配原则和最优分配计算；掌握发电机的有功功率-静态频率特性和电力系统综合负荷的有功功率-静态频率特性；掌握电力系统频率调整的方法；掌握对调频厂的要求和调频厂的选择。 二、学习重点

1、电力系统有功率平衡及电力系统运行频率与有功功率平衡之间的关系；

2、电力系统频率的调整控制方法，电力系统负荷波动的分类与频率调整的分类； 3、电力系统负荷曲线的预测方法； 4、电力系统的电源容量和备用容量； 5、各类发电厂的特点及其合理组合；

6、发电机组的耗量特性、电力系统有功负荷的最优分配（频率的三次调整）准则及其计算； 7、发电机组的有功功率静态频率特性、电力系统综合负荷的有功功率静态频率特性； 8、电力系统频率的一次调整及其特点； 9、电力系统频率的二次调整及其特点；

10、对调频电厂的基本要求与调频厂的选择。 三、重点及难点提示

1、电力系统的有功功率平衡及电力系统频率与有功功率平衡之间的关系

电力系统稳态运行时，任意时刻有功电源所发出的有功功率一定等于电力系统所消耗的有功功率，即

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要维持电力系统在某一频率下运行，就必须保证在该频率下的有功功率平衡，如不能保证在该频率下的有功功率平衡，系统的频率就会发生变化。有功功率不足，系统频率下降；有功功率过剩时，系统频率上升。

2、电力系统频率调整控制方法及频率调整的分类

电力系统频率调整控制的方法是唯一的，就是根据负荷的变化改变发电机的有功出力，恢复在要求频率下的有功功率平衡。

电力系统有功负荷的变化分为第一类负荷变化、第二类负荷变化和第三类负荷变化，这些负荷变化所引起的系统有功功率平衡关系破坏，将导致系统频率的波动。要将系统频率的波动就必须根据负荷的变化对发电机的有功出力进行相应的调整，从而将频率的变化限制在允许的范围内。针对第一类负荷波动所引起的频率波动所进行的调整称为频率的一次调整；针对第二类负荷波动所引起的频率波动所进行的调整称为频率的二次调整；针对第三类负荷变化所进行的调整称为频率的三次调整。由于电力系统的第三类负荷变化可以预测，并且第三类负荷变化的周期长，针对第三类负荷变化所进行的三次调整实际上是由电力系统调度人员将已知的第三类负荷按最优分配原则分给各个发电厂（发电机组），所以频率的三次调整又称为负荷的最优分配。

3、电力系统有功负荷曲线的预测

要实现第三类负荷在各发电机组之间的最优分配，必须准确地预测第三类有功负荷曲线。有功负荷曲线的预测方法有经验法、回归分析法、时间序列法等。经验法根据过去的运行资料和气象条件的变化凭过去的工作经验对负荷进行预测，这种方法的测量误差一般可以控制在2%~3%以内；回归分析法和时间序列法则是通过计算机程序，利用过去的运行记录推算未来的负荷，是比经验法更为科学的统计分析方法，是负荷预测的发展方向。

4、电力系统的有功功率电源和备用容量

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电力系统的有功功率电源是唯一的，即各种类型的发电机组。电力系统有功电源容量分为：电源额定容量—系统装机的额定容量之和；系统电源容量—系统中可运行机组的可发容量之和。

系统负荷分为：系统综合负荷—系统所有电设备所消耗的有功功率之和；系统供电负荷—系统综合负荷和电网的有功损耗之和（也就是系统中发电厂送入系统的有功功率之和）；系统发电负荷—系统供电负荷和同期的厂用负荷功率之和（即系统中发电机所发有功功率之和）。

系统发电负荷是根据预测负荷统计的结果，考虑到系统预测负荷的误差和短时的负荷波动，以及电力系统故障等造成的有功电源退出运行，系统地电源容量必须大于系统的发电负荷。系统电源容量大于发电负荷的部分称为电力系统的备用容量。备用容量的设置是保证供电可靠性和良好电能质量，以及实现电力系统的经济运行的前提。

备用容量按备用的形式有冷备用和热备用之分；按备用容量的用途有负荷备用、事故备用、国民经济备用和检修备用之分。负荷备用和部分事故备用采用热备用（事故备用采用热备用的多少，根据最严重事故后，系统频率维持在规定值的需要确定），国名经济备用、检修备用和部分事故备用采用冷备用方式。

5、有功电源的最优组合

有功电源的最优组合是电力系统有功功率最优分布的内容之一，它实际上考虑的是电力系统冷备用最优设置问题。有功功率最优分布的另一内容是有功负荷在运行机组之间的最优分配，有功负荷的最优分配考虑的实际上是电力系统热备用的分布问题。

有功电源的最优组合包括机组的最优组合顺序、机组的最优组合数量、和机组的最优开停时间三方面的问题。本课程仅涉及发电厂的合理组合顺序问题。发电厂的合理组合取决于发电厂的特性，合理组合的原则是优先满足热电厂、径流式水电厂和其他水电厂强迫功率的供电，然后按照发电厂的效率高低依次安排其组合顺序，效率高、经济性好的发电厂应优先安排发电，同时注意能源的充分利用。

枯水季节的发电厂的合理组合顺序为：热电厂、径流式水电厂、水电厂的强迫功率，核电厂，燃烧当地劣质燃料的火力发电厂，高温高压火力发电厂，水电厂的可调节功率；

洪水季节的发电厂的合理组合顺序为：热电厂、水电厂，核电厂，燃烧当地劣质燃料的火力发电厂，高温高压火力发电厂，中温中压火力发电厂。

6、有功负荷的最优分配

有功负荷的最优分配目的是在满足功率平衡条件（等约束条件）和发电机的有功出力、无功出力和机端电压等约束条件(不等约束条件)的前提下，使系统总的能源消耗最少。

能源消耗不受限制、不计不等约束时，有功负荷的最优分配原则为在满足功率平衡的条件下，按各台机组耗量微增率相等的原则分配。

能源消耗不受限制，如需计及有功不等约束条件时，有功负荷的最优分配可先不考虑不等约束条件，按最优分配原则进行分配，对于有功出力超出不等约束条件范围的发电机组，超过上限的按上限发电，低于下限的按下限发电，然后从总负荷中减去这部分发电机的有功功率，剩余的负荷再按等耗量微增率准则在剩余机组之间重新分配。

发电机组的无功不等约束条件和电压不等约束条件，由于和有功负荷的最优分配无直接关系，通常在确定了有功负荷的最优分配后，计算电力系统潮流分布时再予以考虑。

7、电力系统负荷的有功功率—频率静态特性

电力系统中不同类型的用电设备所消耗的有功功率随频率变化的情况不同，对于线性纯电阻性负荷其所消耗的有功功率与电压的平方成正比，与频率无关；对于带恒定机械负荷的电动机（如起重设备用的电动机），其所消耗的有功功率则与频率的平方成正比，而水泵和风机所用的电动机其所消耗的有功功率则与频率的高次方成正比。

电力系统综合负荷的有功功率与频率的关系用数学式表示为

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