第五章電力系統有功功率的平衡和頻率的調整系統的頻率由系統中的有功功率支配有關，本章主要內容：系統有功功率的最優分布和頻率的調整。第一節電力系統中的有功功率的平衡其次節電力系統的頻率調整第一節電力系統中的有功功率的平衡一、頻率變更對用戶和發電廠及系統本身的影響頻率變更的緣由：

頻率變化電動機轉速的變化產品質量電動機停轉電廠的給水泵停運，鍋爐停爐等等由有功負荷變更引起的我國頻率范圍：500.2Hz發達國家（如澳大利亞）：500.1Hz華東電網已達到：500.1Hz二、電力系統中有功功率的平衡和備用容量1、有功功率負荷的變動及其調整一、變更幅度很小、變更周期較短，負荷變動有很大的偶然性。二、變更幅度較大、變更周期較長，如電爐。電氣機床。三、變更緩慢的持續變動負荷，如由生產、生活、氣象變更引起的負荷變動。電力系統經濟調度的第一個問題就是探討用戶的需求，即進行電力負荷預料，依據調度支配的周期，可分為日負荷預料，周負荷預料和年負荷預料。不同的周期的負荷有不同的變更規律：負荷預料的精度干脆影響經濟調度的效益，提高預料的精度就可以降低備用容量，削減臨時出力調整和避開支配外開停機組，以利于電網運行的經濟性和平安性。

依據負荷變更，電力系統的有功功率和頻率調整大體上也可分為：一次調頻：由發電機調速器進行；二次調頻：由發電機調頻器進行；三次調頻：由調度部門依據負荷曲線進行最優支配。前兩種是事后的，第三種是事前的。一次調頻是全部運行中的發電機組都可參與的，取決于發電機組是否已經滿負荷發電。這類發電廠稱為負荷監視廠。二次調頻是由平衡節點來擔當。 系統的備用容量：系統電源容量大于發電負荷的部分，可分為熱備用和冷備用或負荷備用、事故備用、檢修備用和國民經濟備用等。2、有功功率平衡和備用容量負荷備用：為滿足系統中短時的負荷波動和一天中支配外的負荷增加而留有的備用容量。一般為系統最大負荷的2％～5％國名經濟備用：考慮到工農業用戶超支配生產，新用戶的出現等而設置的備用容量。一般為系統最大負荷的3％～5％事故備用：為使電力用戶在發電設備發生偶然事故時不受嚴峻影響，能夠維持系統正常供電所需的備用容量。一般為系統最大負荷的5％～10％檢修備用：為保證系統中的發電設備進行定期檢修時，不影響供電而在系統中留有的備用容量。3、各類發電廠的特點及合理組合水電廠、火電廠、核電廠（一）各類電廠的特點（自學）（二）各類發電廠的合理組合有功功率的最優支配，包括有功功率電源的最優組合和有功功率負荷的最優支配。4、有功功率的最優支配有功功率電源的最優組合：是指系統中發電設備或發電廠的合理組合。通常所說的機組的合理開停，大體上包括三個部分：機組的最優組合依次機組的最優組合數量機組的最優開停時間(1).有功功率電源的最優組合最優化：是指人們在生產過程或生活中為某個目的而選擇的一個“最好”方案或一組“得力”措施以取得“最佳”效果這樣一個宏觀過程。有功功率負荷的最優支配：是指系統的有功功率負荷在各個正在運行的發電設備或發電廠之間的合理支配。其核心是按等耗量微增率準則進行支配。電力系統最優運行：是電力系統分析的一個重要分支，它所探討的問題主要是在保證用戶用電需求（負荷）的前提下，如何優化地調度系統中各發電機組或發電廠的運行工況，從而使系統發電所需的總費用或所消耗的總燃料耗量達到最小這樣決策問題。(2).有功功率負荷的最優支配有功功率負荷合理支配的目標在滿足確定約束條件的前提下，盡可能節約消耗的能源。1).耗量特性PGF，W0PGF，W0FPmPG0合理組合發電設備的方法之一就是依據最小比耗量由小到大的依次，隨負荷的由小到大增加，逐套投入發電設備；或負荷的由大到小，逐套退動身電設備。2)目標函數和約束條件在確定約束條件下，使某一目標函數為最優。約束條件和目標函數都是狀態變量x、限制變量u、擾動變量d的非線性函數。有功負荷最優支配的目的：在供應同樣大小的有功功率的前提下，單位時間內的能源消耗最少。注：對于純火電系統，發電廠的燃料費用主要與發電機輸出的有功功率有關，與輸出的無功功率及電壓等運行參數關系較小。

目標函數：系統發電所需的總費用或所消耗的總燃料耗量等約束條件：有功功率必需保持平衡不等約束條件：為系統的運行限制各節點發電設備有功功率,無功功率和電壓大小不能超過限額。

一般用拉格朗日乘數法?，F用兩個發電廠之間的經濟調度來說明問題，略去網絡損耗。建立數學模型。3)最優支配負荷時的等耗量微增率準則依據給定的目標函數和等約束條件建立一個新的、不受約束的目標函數——拉格朗日函數。對拉格朗日函數求導，得到最小值時應有的三個條件：（1）求解（1）得到：這就是著名的等耗量微增率準則，表示為使總耗量最小，應按相等的耗量微增率在發電設備或發電廠之間支配負荷。對不等式約束進行處理對于有功功率限制，當計算完后發覺某發電設備越限，則該發電設備取其限制，不參與最優支配計算，而其他發電設備重新進行最優支配計算。無功功率和電壓限制和有功功率負荷的支配沒有干脆關系，可短暫不計，當有功功率負荷的最優支配完成后計算潮流分布在考慮。2.已知兩臺機組并聯共同向一負荷供電，它們的耗量特性分別為F1＝a1＋8P1＋0.004P12t/h，F2＝a2＋6P2＋0.0045P22t/h，120MW《P1《400MW，120MW《P2《400MW，求當負荷功率PL＝420MW時，負荷的最優經濟支配。概述頻率是電力系統運行的一個重要的質量指標，干脆影響著負荷的正常運行。負荷要求頻率的偏差一般應限制在（±0.2～±0.5）Hz的范圍內。要維持頻率在正常的范圍內，其必要的條件是系統必需具有充裕的可調有功電源。其次節電力系統的頻率調整頻率不穩定給運行中的電氣設備帶來的危害：對用戶的影響產品質量降低生產率降低對發電廠的影響汽輪機葉片諧振輔機功能下降

對系統的影響互聯電力系統解列發電機解列一、電力系統負荷的有功功率－－頻率的靜態特性二、發電機組的有功功率－頻率靜態特性三、頻率的一次調整四、頻率的二次調整一、電力系統負荷的有功功率－－頻率的靜態特性當電力系統處于穩態運行時，系統中的有功負荷隨頻率變更特性稱為負荷的有功功率－頻率靜態特性。fPL0PLNfN二、發電機組的有功功率－頻率靜態特性（一）自動調速系統發電機的頻率調整是由原動機的調速系統來實現的。（二）發電機組的有功功率－頻率靜態特性fPG0PGNfNf0概念介紹：發電機的單位調整功率與調差系數的關系(倒數關系)：2、機組的調差系數fPG0PGNfNf0一般來說發電機的單位調整功率是可以整定的：汽輪發電機組=3％～5%或＝33.5－20水輪發電機組=2％～4%或＝50－25三、頻率的一次調整簡述：由于負荷突增，發電機組功率不能剛好變動而使機組減速，系統頻率下降，同時，發電機組功率由于調速器的一次調整作用而增大，負荷功率因其本身的調整效應而削減，經過一個衰減的振蕩過程，達到新的平衡。KS：稱為系統的單位調整功率，單位Mw/Hz。表示原動機調速器和負荷本身的調整效應共同作用下系統頻率下降或上升的多少。fP0P0f0f0’p0’PLpL’oAo‘BB’A`KS：系統的單位調整功率可以求取在允許范圍內電力系統能夠承受多大的負荷增減。KS越大，電力系統承受負荷變更越大。例題1：電力系統總負荷為3000MW，＝1.5，正常運行時f＝50Hz，假定此時系統全部發電機均滿載，若因故障失去300MW的出力，求系統f降到什么數值？

例題2：某一容量為100MW的發電機，調差系數為4％，當系統頻率為50Hz的時候，發電機的出力為60MW，若系統的頻率下降到49.5Hz時，發電機的出力時多少？

四、頻率的二次調整1、當負荷變動幅度較大（0.5%~1.5%），周期較長（幾分鐘），僅靠一次調頻作用不能使頻率的變更保持在允許范圍內，這時須要調速系統中的調頻器動作，以使發電機組的功頻特性平行移動，從而變更發電機的有功功率以保持系統頻率不變或在允許范圍內。B2、當系統負荷增加時，由以下三方面供應：二次調頻的發電機組增發的功率發電機組執行一次調頻，按有差特性的調差系數支配而增發的功率；由系統的負荷頻率調整效應所削減的負荷功率。BBB假如，則，就實現了所謂的無差調整二次調整時，電力系統的負荷增量基本上要由主調頻機組擔當，假如一臺主調頻機組不足以擔當電力系統負荷變更時，必需增選一些機組參與二次調頻。五、互聯系統的頻率調整由幾個地區系統互聯為一個大系統的狀況，對某一個地區系統而言，負荷