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第三章 电力系统稳态分析与计算 第三节 电力系统有功功率平衡及频率调整 电力系统频率变动产生的影响 频率变化对用户的影响 频率的变化将引起电动机转速的变化 系统频率降低，将使电动机的出力下降 系统频率不稳定，将会影响电子设备的精确性 频率变化对发电厂的影响 汽轮机叶片谐振 辅机功能下降 频率变化对系统运行的影响 互联电力系统解列 发电机解列 电力系统有功功率的平衡及备用 有功功率平衡：全系统所有发电机发出的有功功率等于此时刻内所有负荷消耗的有功功率，我们称之为功率平衡，用下式表示。 电力系统中的有功功率备用 负荷备用 是为满足电力系统短期负荷波动和计划外增加的负荷而设置的备用。一般为最大负荷的3～5％。 事故备用 是在电力系统中发电设备发生偶然故障时，为保证向用户正常供电而设置的备用。事故备用容量一般为系统最大负荷的5—10％。 检修备用 是为系统内发电设备定期检修而设置的。 国民经济备用 考虑到国民经济超计划增长而设置的备用。这部分备用与国民经济增长有关．其值大约为最大负荷的3～5％。 综合负荷的频率静特性和电源的频率静特性 综合负荷频率静态特性 ：设用户的生产状态和电压不变，负荷有功功率随频率变化的静态关系。 发电机组的功率－频率静态特性 电力系统频率调整 频率的一次调整：由所有发电厂的调速器 参与 频率的二次调整：由调频厂的调频器参与 第四节 电力系统无功功率平衡及电压调整 电压偏移对用电设备的影响 偏离额定电压必然导致效率下降，经济性较差 电压过高会大大缩短白炽灯一类照明灯的寿命，也会对设备的绝缘产生不利影响。 电压过低会大大增加恒定转矩的异步电动机的转差，由此引起工业产品出现次品、废品，转差增大的结果使异步电动机电流增加，由此引起发热、甚至损坏。 电力系统无功功率平衡 无功功率对结点电压的影响 节点电压有效值的大小对无功功率分布起决定作用 无功功率对电压水平有决定性影响 无功负荷及无功损耗 无功负荷 ：大多数用电设备都要消耗无功功率。 无功功率损耗 电力线路上的无功功率损耗 ：当线路两端电压一定时，电力线路轻载运行时，线路充电功率大于串联电抗上消耗的无功功率，整条线路呈容性；当重负载运行时，线路呈感性。 变压器中的无功功率损耗 ：变压器的无功功率消耗相当大。 电力系统调压措施 改变发电机励磁调压 改变变压器变比调压 改变电力网的无功功率分布调压 改变输电线路参数调压 各种调压措施的比较 * * 综上所述，频率的变化对用户、发电厂、系统运行都会造成不良影响，所以电力系统运行的重要任务之一就是电力系统频率的控制。 式中 ΣPG为各发电厂发电机发出的有功功率的总和； ΣPL为所有负荷的有功功率总和； ΣΔP为电力网的有功功率损耗总和； ΣΔPG为各发电厂厂用电所需的有功功率总和。 负荷备用与事故备用是在一旦需要时能守立刻投入的备用。这种备用称之为热备用或旋转备用。 冷备用是设备完好而未运转的发电设备的最大可能出力，这些机组可以随时起动投入运行。 负荷备用 3～5％ 事故备用 5～10％ 检修备用 国民经济备用 3～5％ 热 备 用 冷 备 用 各部分备用的关系见下表： 据统计，系统综合负荷与频率的关系接近一条直线，称之为电力系统综合负荷静态特性曲线，如图所示。 当系统综合负荷的连接容量不变时，系统频率下降时负荷吸收的功率也下降。如果联接容量改变，静态特性曲线将上下移动。 离心飞锤式调速系统。 图：离心飞锤式调速系统示意图 这种因负荷的变化，引起发电机转速和频率的变化，通过调速器达到自动调节频率的过程，称为频率的一次调整。 为了使负荷增大后维持额定频率，用调频器来完成的调节，称为频率的二次调整。 可以看出，发电机组输出功率随着频率的升高而下降，此特性就是发电机组的功率－频率静态特性，如图所示。 调频器的作用效果是使发电机组的功频静特性上下平行移动。 110kV以上的输电线路 ，因此 从而有 一般输电线路两端电压的相位角差δ较小，可以认为cosδ≈1，所以 无功功率将从节点电压高的一端流向节点电压低的一侧。 远处电源经输电线路向负荷提供无功功率，会使沿线路各点的电压下降 。 电力系统中各种用电设备吸收的无功功率，大多数与所加电压有关。在额定电压附近，无功功率随电压上升而增加，随电压下降而减小。 当系统出现无功功率缺额，亦即无功电源不能提供足够的无功功率时，系统所接的各负荷的电压将下降，减少其向系统吸取的无功功率，才能获得无功功率平衡。 无功功率平衡 所谓无功功率平衡，就是要使系统的无功电源发出的无功功率与系统的无功负荷及无功损耗相平衡。 为了运行的可靠性