功率因数与无功补偿范文-盘古文库

功率因数与无功补偿范文第1篇

它反映了交流电源在电阻元件上做功的能力大小，或单位时间内转变为其它能量形式的电能数值。

实际上它是交流电在一个周期内瞬时功率的平均值，故又称平均功率。它的大小等于瞬时功率最大值的1/2，就是等于电阻元件两端电压有效值与通过电阻元件中电流有效值的乘积。

2、无功功率：为了反映以下事实并加以表示，将电感或电容元件与交流电源往复交换的功率称之为无功功率。

简称“无功”，用“Q”表示。单位是乏(Var)或千乏(KVar)。

在交流电路中，凡是具有电感性或电容性的元件，在通电后便会建立起电感线圈的磁场或电容器极板间的电场。因此，在交流电每个周期内的上半部分(瞬时功率为正值)时间内，它们将会从电源吸收能量用建立磁场或电场;而下半部分(瞬时功率为负值)的时间内，其建立的磁场或电场能量又返回电源。因此，在整个周期内这种功率的平均值等于零。就是说，电源的能量与磁场能量或电场能量在进行着可逆的能量转换，而并不消耗功率。

无功功率是交流电路中由于电抗性元件(指纯电感或纯电容)的存在，而进行可逆性转换的那部分电功率，它表达了交流电源能量与磁场或电场能量交换的最大速率。

实际工作中，凡是有线圈和铁芯的感性负载，它们在工作时建立磁场所消耗的功率即为无功功率。如果没有无功功率，电动机和变压器就不能建立工作磁场。

3、视在功率：交流电源所能提供的总功率，称之为视在功率或表现功率，在数值上是交流电路中电压与电流的乘积。

视在功率用S表示。单位为伏安(VA)或千伏安(KVA)。

它通常用来表示交流电源设备(如变压器)的容量大小。

视在功率即不等于有功功率，又不等于无功功率，但它既包括有功功率，又包括无功功率。能否使视在功率100KVA的变压器输出100KW的有功功率，主要取决于负载的功率因数。

4、功率三角形

视在功率(S)、有功功率(P)及无功功率(Q)之间的关系，可以用功率三角形来表示，如下图所示。它是一个直角三角形，两直角边分别为Q与P，斜边为S。S与P之间的夹角Ф为功率因数角，它反映了该交流电路中电压与电流之间的相位差(角)。

电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S

1三相负荷中，任何时候这三种功率总是同时存在：功率因数cosΦ=P/S：sinΦ=Q/S

(

1)当三相负载平衡时：对于三相对称负载来说，不论是

Y形接法还是△

形接法，其功率的计算均可按下式进行：

(2)当三相负载不平衡时：分别计算各相功率，再求和， P=P1+P2+P3=U1*I1*cosφ1+U2*I2*cosφ2+U3*I3*cosφ

3(3)如果三相电路的负载不对称，则上述公式不能使用，这时必须用三个单相电路功率相加的方法计算三相总功率。

“功率三角形”是表示视在功率S、有功功率P和无功功率Q三者在数值上的关系，其中φ是u(t)与i(t)的相位差, 也称功率因数角。

由功率三角形可得：P=Scosφ，Q=Ssinφ=Ptgφ

对于三相电路： P=√3 UIcosφ，Q=√3 UIsinφ， S=√3 UI=√(P2+Q2)

KW是指有功功率，KVA是指视在功率或容量，对于用电器来说，VA*功率系数=W

在电阻类器件上，VA=W它的功率系数是1在电动机上，功率系数是0.7-0.9不到1

在发电机上，W指的应该是主动机的功率，比如说汽油机或柴油机的输出功率，VA应该指的它的带负载能力。(带负载能力就是代表器件的输出电流的大小。)

KW：有功功率(P)单位KVA：视在功率(S)单位VAR：无功功率Q

S=(P平方+Q平方)的开方P=S*cos(φ)φ是功率因数

功率因数与无功补偿范文第2篇

它反映了交流电源在电阻元件上做功的能力大小，或单位时间内转变为其它能量形式的电能数值。

2、无功功率：为了反映以下事实并加以表示，将电感或电容元件与交流电源往复交换的功率称之为无功功率。

简称“无功”，用“Q”表示。单位是乏(Var)或千乏(KVar)。

3、视在功率：交流电源所能提供的总功率，称之为视在功率或表现功率，在数值上是交流电路中电压与电流的乘积。

视在功率用S表示。单位为伏安(VA)或千伏安(KVA)。

它通常用来表示交流电源设备(如变压器)的容量大小。

4、功率三角形

电压与电流之间的相位差(Φ)的余弦叫做功率因数，用符号cosΦ表示，在数值上，功率因数是有功功率和视在功率的比值，即cosΦ=P/S

1三相负荷中，任何时候这三种功率总是同时存在：功率因数cosΦ=P/S：sinΦ=Q/S

(

1)当三相负载平衡时：对于三相对称负载来说，不论是

Y形接法还是△

形接法，其功率的计算均可按下式进行：

(2)当三相负载不平衡时：分别计算各相功率，再求和， P=P1+P2+P3=U1*I1*cosφ1+U2*I2*cosφ2+U3*I3*cosφ

3(3)如果三相电路的负载不对称，则上述公式不能使用，这时必须用三个单相电路功率相加的方法计算三相总功率。

“功率三角形”是表示视在功率S、有功功率P和无功功率Q三者在数值上的关系，其中φ是u(t)与i(t)的相位差, 也称功率因数角。

由功率三角形可得：P=Scosφ，Q=Ssinφ=Ptgφ

对于三相电路： P=√3 UIcosφ，Q=√3 UIsinφ， S=√3 UI=√(P2+Q2)

KW是指有功功率，KVA是指视在功率或容量，对于用电器来说，VA*功率系数=W

在电阻类器件上，VA=W它的功率系数是1在电动机上，功率系数是0.7-0.9不到1

KW：有功功率(P)单位KVA：视在功率(S)单位VAR：无功功率Q

S=(P平方+Q平方)的开方P=S*cos(φ)φ是功率因数

功率因数与无功补偿范文第3篇

三相异步电动机的有功功率和额定功率的区别和联系:

额定功率是电机运行在额定点输出的机械功率。

额定功率=sqrt(3)*额定电压*额定电流*功率因数*效率。这是特指额定点。

视在功率=sqrt(3)*电压*电流。

有功功率=sqrt(3)*电压*电流*功率因数，这个有功功率是电机输入的电功率，它不同于视在功率是交流电压电流的相交差造成的，或者说是电机中的储能元件电感造成的。

是电机中的定转子铜损，铁损和机械损耗造成的，完全不同的概念。无功功率没有功率损耗，只是有能量以磁场的形式储存在储能元件中，没有传递到机械功率输出，而效率的损耗全部转化成了热能，会使电机产生温升。

电动机从电网上吸收电能经过电磁感应定律的规定，变成电动机转子旋转，带动负载机械做功，这样就将电能转化成机械能。电动机输出的能量为电动机的额定功率。

电动机运行时因线圈发热、轴承摩擦等很多损耗为电动机损耗。将额定功率和所有的损耗加起来，就为电动机从电网中吸收的有功功率。

电动机的额定功率+电动机损耗=电动机从电网中吸收的有功功率电动机将电能转化成机械能是离不开磁场的，磁场的建立就是靠电动机线圈通电形成的，那么形成磁场也需要能量，这部分的能量并没有转化成机械能和热能，相当于媒介，此部分能量为电动机的无功功率。

有功功率+无功功率=视在功率，注意：这可是矢量相加哟。效率=额定功率÷有功功率100%永远小于

1一、有功功率、无功功率、视在功率、功率因数及峰值因子的概念

1.有功功率：可以转化成其他形式能量(热、光、动能)的能量。以P来表示，单位为W。一般来说，有功功率是相对于纯阻性负载来说的。

2.无功功率：功率从能量源传递到负载并能反映功率交换情况的功率就是无功功率。以Q来表示，单位为(乏)Var。它的产生是由于感性负载、容性负载、以及电压和电流的失真。这种功率可导致额外的电流损失。

3.视在功率：有功功率和无功功率的几何之和(即平方和的均方根)，它用来表示电气设备的容量。以S来表示，单位为VA。

4.功率因数：正弦交流电压与电流的相位差称为功率因数角，以Φ来表示，没有单位，而这个功率因数角的余弦值称为功率因数。它决定于电路元件参数和工作频率，纯电阻电路的功率因数为1(cos0=1)，纯电感电容电路的功率因数为0(cos90=0)。功率因数cosineΦ=P/S。

5.峰值因数：如右图所示，蓝色正弦波为电压波形，红色为电流波形。峰值因数是指电流瞬时值的峰值与其有效值的比值。它用来描述冲击电流。如果供电设备的峰值因数越高，表明设备抗冲击能力越强。

有功功率:在交流电路中.电源在一个周期内发出瞬时功率的平均值(或负载电阻所消耗的功率).称为"有功功率".无功功率:在具有电感或电容的电路中.在每半个周期内.把电源能量变成磁场(或电场)能量贮存起来.然后.再释放.又把贮存的磁场(或电场)能量再返回给电源.只是进行这种能量的交换.并没有真正消耗能量.我们把这个交换的功率值.称为" 无功功率".

视在功率:在具有阻抗的交流电路中.电压有效值与电流有效值的乘积值.称为"视在功率".它不是实际做功的平均值.也不是交换能量的最大速率.只是在电机或电气设备设计计算较简便的方法.

关系:视在功率的平方=有功功率的平方+无功功率的平方视在功率S=UI 或者 S=P/COS∮ 而变压器的容量也是S=UI 因而.变压器的额定容量与额定视在功率是相等.或者说两者是等价的.如果额定容量是100kVA.那么额定视在功率也是100kVA

1、有功功率：保持电器设备正常运行所需要的电功率，也就是把电能直接转化为其他形式能量所需的电功率。在交流电中有功功率表示为：P=UIcosφP 表示有功功率单位：瓦( W ) 千瓦( KW ) 兆瓦( MW )U 表示电压I 表示电流Cosφ 表示功率因数

2、无功功率：用于电路内部电场和磁场的交换，并且用来建立维持磁场所需要的电功率。它不对外做功，只是在电路内部进行能量转换。

(有功功率做功，无功功率不做功)无功功率用 Q 表示单位：乏( Var ) 千乏( KVar )凡是有电磁线圈，需要建立和维持磁场的电气设备，就一定要有无功功率。例如： 40 瓦的日光灯，需要 40 瓦的有功功率，还需要 80 乏( Var )无功功率建立和维持电磁声场。

3、视在功率：即电路上的总功率。用 S 表示，单位：伏安( VA ) 千伏安( KVA )，就是交流电中电压和电流的乘积： S=UI

4、功率因数： cosφ 是衡量电器设备效率高低的一个系数。 0 cosφ 1 。是有功功率和视在功率的一个比值。 Cos φ =P/S 。φ代表电压与电流之间的相位差(相位角)。 cos φ值的大小与电器设备负荷性质有关。( 1 )纯电阻电器设备，因是直接消耗功率将电能转化为热能，就没有相位差，φ =0 cos φ =1 所以 P=S 阻性电器只消耗有功功率。( 2 )感性电器(有电感线圈的电器)相位差(相位角) 0 °<φ< 90 ° 容性电器(具有电容的电器) -90 °φ 0 °视在功率、有功功率、无功功率、功率因数之间的关系(如图示1)： S 2 =Q 2 +P 2Cos φ =P/S结论：提高了功率因数，就降低了线路上无功功率的输出，也就降低了视在功率，节约了电能，减少了视在功率电流。

5、无功补偿的原理

无功功率过大的危害：( 1 )降低发电设备有功功率的输出。( 2 )降低电线设备的供电能力。( 3 )造成线路上电压损的增加和电能损失的增加。( 4 )造成电器设备在低功率下运行效率低下，电压

下降乃至不能正常工作。采取人为的方法设置无功补偿装置，来保证用电设备所需要的无功功率，减少线路上提供的无功功率。无功补偿是把具有容性功率的装置和感性功率负荷并联在同一线路上

功率因数与无功补偿范文第4篇

当控制器检测到无功功率超过整定值时, 自动判断出需投入的电容器组数, 控制器对指定的晶闸管输出控制信号, 使之导通将电容器投入运行;当负载无功功率低于整定值时, 控制器对相应的晶闸管停止发送触发信号, 晶闸管导通截止, 电容器退出运行。在控制系统调试中, 也存在着较多的方式, 下面仅对9区控制方式进行简述。

九区图控制法, 即以功率因数及电压为参考量的区域进行划分, 分为9个控制区域, 分别为:

0区:电压无功合格区 (电压合格, 功功率合格, 不操作) ;1区:电压越上限、无功越上限 (电压合格, 功率因数越上限 (无功越下限, 过补偿) 。发切除电容的指令。若电容已切完, 无功仍然越下限, 停发切电容指令, 发降压指令) ;2区:电压越上限、无功合格 (电压越上限, 功率因数越上限 (无功越下限, 过补偿) 。先发切除电容指令, 到无功补偿合适时, 若电压还高, 转发降压指令。) ;3区:电压越上限、无功越下限 (电压越上限, 无功合格。发降压指令, 直到电压降低至合格为止。) ;4区:电压合格、无功越下限 (电压越上限, 功率因数越下限 (无功越上限, 欠补偿) 。先发降压指令, 待电压降至合格后, 再发投电容器组指令, 直到电容器合适为止。若电容器己投完, 无功仍然越上限值, 则停发投电容器指令。) ;5区:电压合格、无功越上限 (电压合格、功率因数越下限 (无功越上限, 欠补偿) 。发投电容器组指令, 投入电容器组直至无功补偿合适为止。若电容投完, 则停发投电容指令, 升压发指令。) ;6区:电压越下限、无功越下限 (电压越下限、功率因数越下限 (无功越上限, 欠补) 。发投电容器组指令, 投入电容器组直至无功补偿合适为止。若电容投完, 则停发投电容指令。;7区:电压越下限、无功合格 (电压越下限、无功合格。发升压指令, 直到电压升至合格为止) ;8区:电压越下限、无功越上限 (电压越下限、功率因数越上限 (无功越下限, 过补偿) 。先发升压指令, 待电压升至合格后, 再发切电容指令, 切至无功补偿合适为止, 若电容己切完, 无功仍越下限值, 也自动停止发切电容指令。) 每个分区有不同的控制规则, 以这样的策略来控制电压和无功, 根据电压及功率因数对电网系统进行测量分析, 并对电网进行适量补偿, 起到了较好的效果。

其中U+和U-是电压偏差的上、下限值, Un是标准电压值;COSα下限是功率因数偏差下限值 (无功上限值) , COSα上限是功率因数偏差上限值 (无功下限值) 。纵坐标是电压, 电压偏差和功率因数的上、下限由电力用户运行要求决定。根据区域划分, 在控制器中输入人为信号, 对信号按区域进行划分, 按实际要求验证是否满足控制要求。

根据模拟测试的结果, 控制器在9区的不同区域实现对电容器的可控操作, 进一步验证了该控制器的可靠性。

9区控制调试方式在此类智能化设备的调试过程中能够测试到控制区域中电气设备参数及电气指标, 为设备的运行提供了较为可靠的理论支撑, 同时该测试方法也较为简单、实用, 在智能化电气设备控制的方向提供了设备调试方式参考, 在今后的控制调试中可广泛推荐应用。

摘要：高压TSC动态无功功率补偿装置利用高电压、大功率晶闸管串连组成高压交流无触点开关, 实现多级电容器组的快速投切, 以电流过零投切, 电容投切过程中无涌流冲击、无操作过电压、无电弧重燃现象, 有效的保证了电气操作安全性及电网安全无波动运行, 因此目前在我国电网中得到了较为广泛的应用, 同时在投运过程中, 其控制系统调试也是百花齐放, 百家争鸣。本文简述了其中一种控制方法, 即9区控制理论, 对高压TSC动态无功功率补偿装置控制方式进行调试, 并在今后的实际应用中得到了验证, 为今后的智能电气设备的调试总结了经验。

功率因数与无功补偿范文第5篇

1 汽车以额定功率起动

汽车的额定功率为P, 质量为m, 所受的阻力恒力为f时, 开始起动时, v=0, f=p/v最大, (E-f) 最大, am最大;运动过程中, V↑, (F-f) ↓, a↓;最终F=f, a=0, Vm最大。

例1:额定功率为60KW, 质量为4t的汽车, 运动过程中所受的阻力恒为4000N, 汽车保持额定功率行驶, 求:

(1) 汽车在此路面上行驶的最大速度。

(2) 汽车的速度为10m/s时, 加速度多大。

(3) 汽车的速度为1m/s时的速度。

解析: (1) 汽车所受的牵引力与阻力大小相等时, 其速度最大, 则:

Vm=P/F=P/F阻= (60103) / (4103) =15 (m/s) 。

(2) 当V1=10m/s时的牵引力为:F1=P/V1= (60103) /10=6103 (N) 此时汽车的加速度为:a1= (F1-f) /m= (6103-4103) / (4103) =0.5 (m/s2) 。

(3) 当a2=1m/s2时,

F2=f+ma2=4103+4103=8103 (N) 。

此时汽车的速度为:

V2=P/F2= (60103) / (8103) =7.5 (m/s) 。

2 汽车匀加速起动

汽车的额定功率为P额, 质量为m, 阻力恒为f, 以恒定的加速度起动后, 开始时, V=0, F-f=ma, P=0;运动过程中, V↑, F恒定、功率P↑;当P↑=P额时, P不变, 汽车做a↓、F↓, V↑的运动;当a=0时, F=f, v达到最大值, 汽车做匀速直线运动。

例2:额定功率为80KW的汽车在平直公路上行驶的最大速度为20m/s, 已知汽车的质量为2103kg, 若汽车从静止开始做匀加速直线运动, 加速度的大小为2m/s2, 假定运动中阻力不变, 求:

(1) 汽车所受的阻力。

(2) 汽车匀加速运动的时间。

(3) 3s时的即时速度和实际功率。

(4) 汽车匀加速运动过程中牵引力作的功。

解析: (1) 汽车所受的牵引力于阻力的时, 速度最大, 则:f=P/V= (80103) /20=40103 (N) 。

(2) 汽车匀加速运动过程中牵引力为:

F=f+ma=40103+21032=8103 (N) 。

则汽车匀加速运动所能达到的最大速度和匀加速运动的时间分别为:

Vm=P额/F= (80103) /80103=10 (m/s) ;

t=Vm/a=10/2=5 (s) 。

(3) 由于汽车匀加速运动的时间t=5s>3s, 则时间等于3s时, 汽车还未能达到额定功率, 此时的即时速度和实际功率分别为:

(4) 汽车在匀加速运动的过程中, 牵引力所作的功为:

计算此类问题时, 应注意汽车能够达到的最大速度和匀加速运动能够达到的最大的速度的区别。

3 汽车在额定功率下, 以最大速度行驶时阻力增大后的运动

汽车额定功率为P, 质量为m, 质量为m, 阻力f1一定, 达到最大速度后阻力突然增大为f2 (如上坡) 后的运动过程为:开始时, Vm最大, 牵引力F=f1=P/V, 加速度的值最大 (负值) , a= (F-f) /m= (f2-f1) /m, 运动过程中, V↓, F (P/V) ↑, (f2-F) ↓, a↓;最终, F↑=f2, 时, a=0, 汽车以较小的速度做匀速直线运动。

例3:汽车发动机的额定功率为60KW, 质量为5t, 汽车在水平路面上行驶时, 阻力为车重量距离的0.1倍, 求:

(1) 汽车在水平路面上1h能运动的最大距离是多少?

(2) 汽车从静止开始以恒定牵引力起动, 先保持加速度a1=0.5m/s2, 当功率达到最大功率的一半时, 从车上掉下0.5t的货物, 求汽车保持恒定牵引力的时间和恒定引力下运动的距离。

解析: (1) 汽车在额定功率下以最大速度行驶时, 1小时运动的距离最远。

(2) 汽车以a1=0.5m/s2的加速度运动到功率达到最大功率的一半的过程中, 牵引力、速度和时间分别为:

从车上掉下0.5吨的货物后, 则货物掉下后的加速度为:

a2= (F-f2) /m= (7500-4500) /4500=2/3 (m/s2) 。

汽车以加速度a2运动到功率达到额定功率时的速度为:

V2=P/F= (60103) /7.5103=8 (m/s) 。

汽车速度从v1加速到v2, 所用的时间为:

t2= (V2-V1) /a2= (8-4) / (2/3) =6 (s) 则汽车保持恒定牵引力的时间t和位移分别为:t=t1+t2=14 (s) ,

摘要：研究汽车 (火车) 的功率、速度、加速度等等参数之间的关系, 是一类常见、常考的问题, 这类问题看起来非常繁琐, 涉及的物理量众多, 而且还有不同状态 (加速、匀速、减速) 之间的变化, 有时会感觉让人无从下手。其实, 这种题目并不难, 如果把道理想清楚了, 特别是把物理过程弄明白了, 还是比较容易对付的。汽车功率问题是中学物理中的一个重点, 也是学生容易出错的一个难点, 本文就其较为常见的三中问题做简要论述。

功率因数与无功补偿范文第6篇

题目： _浅谈电力系统有功功率与频率调整

系别___电力工程系____ 专业_

继电保护及自动化

班级___ 15 继电 3 班____ 学号__

15401020341

姓名____ 张高原____

论文成绩答辩成绩综合成绩

指导教师主答辩教师答辩委员会主任

1浅谈电力系统有功功率与频率调整

摘要

本文首先介绍了电力系统有功功率与频率调整的基本知识，有功功率的应用、意义及;频率调整的必要性，电压频率特性，频率的一二次调整，以及互联系统中的频率的一二次调整，调频与调压的关系，以及电力系统频率调整在个类电厂中得作用。

关键词：有功功率频率调整互联系统

2目录

1 电力系统有功功率与频率调整的意义

........................................................................................ 1 2 频率调整的必要性 ........................................................................................................................ 1 2.1 频率变化的危害 ................................................................................................................. 1 2.2 电力系统负荷变动规律 ..................................................................................................... 1 3 电力系统的频率特性 .................................................................................................................... 2 3.1 负荷的有功功率-频率静态特性 3.2 电源的有功功率-频率静态特性

..................................................................................... 2 ..................................................................................... 4

3.2.1 同步发电机组的调试系统 ...................................................................................... 4

3.2.2 调速系统框图 .......................................................................................................... 4

3.2.3 同步发电机组的有功功率 -频率静态特性 ............................................................. 4 4 电力系统的频率调整 .................................................................................................................... 6 4.1 频率的一次调整 ................................................................................................................. 6

4.1.1 基本原理 .................................................................................................................. 6 4.1.2 基本关系 .................................................................................................................. 6 4.1.3 多机系统的一次调频 .............................................................................................. 7 4.2 频率的二次调整 ................................................................................................................. 9

4.2.1 基本原理 .................................................................................................................. 9 4.2.2 基本关系： ............................................................................................................ 10 4.2.3 基本理论： ............................................................................................................ 10 4.3 互联系统的(二次)频率调整 ....................................................................................... 10

4.3.1 基本关系 ................................................................................................................ 10

4.3.2 注意要点： ............................................................................................................ 10 4.4 调频与调压的关系 ........................................................................................................... 11

4.4.1 频率变化对电压的影响 ........................................................................................ 11 4.4.2 电压变化会频率的影响 ........................................................................................ 11 4.4.3 注意 ........................................................................................................................ 11 5 电力系统的有功平衡与备用容量

.............................................................................................. 12 5.1 有功平衡关系 ................................................................................................................... 12 5.2 备用容量 ........................................................................................................................... 12 6 电力系统负荷在各类发电厂的合理分配

.................................................................................. 12 6.1 火力发电厂的主要特点 ................................................................................................... 12 6.2 水力发电厂的主要特点 ................................................................................................... 13 6.3 抽水蓄能水电厂的主要特点

........................................................................................... 13 6.4 核能发电厂的主要特点 ................................................................................................... 13 总结 ................................................................................................................................................ 14

致谢 ................................................................................................................................................ 15 参考书籍 ......................................................................................................................................... 16

31 电力系统有功功率与频率调整的意义

发电机的输出电压和输出电流是有限制的，发电机的负荷是以伏安计算的

(即电流有效值乘以电压有效值，视在功率)，当负载的功率因数为

1 时，发电机负荷可以

全部转换成有功功率输出。当负载的功率因数很低时，比如

0.5，这时，即使发电机

满负荷运行 (输出电流达到其额定值) ，实际只能输出一般的功率，发电机效率很低。另一方面，功率因数很低时，电能不断地在负载和发电机之间交换，

电流在线路上产生损耗。发电机必须在一定频率下稳定运行，如果不对频率进行控制，

会造成发电机运行失速，造成电网频率崩溃。

2 频率调整的必要性

2.1 频率变化的危害

(1) 对用户：① IM 出力，受 f 影响影响生产(产量、质量、安全)②电子通信设备受 f 影响可靠性、准确性和精度

(2) 对系统：① 机组及辅机出力、效率受

f 影响 f PG、η PGf ② f ↑机组应力、受命;③ f 变压器、 IM 的 Xm I0 ↑↑↑系统无功缺额↑ V;网损↑

(3) 频率要求： 50 Hz ± (0.2 ～0.5)Hz △ f = ± (0.4~1.0)% 2.2 电力系统负荷变动规律

运行中综合用电负荷 PD变动特点：规律性 + 随机性

任何负荷功率的变化 f 变化 f 变化特点：规律性 + 随机性三种负荷变动：

第一种负荷变动

P1：小幅随机波动，周期短( <10s) f 微小随机波动;一次

1I02Xm

调频机组调速器实现。

第二种负荷变动 P2：幅度较大，周期较长( 10s～3min) f 偏移，二次调频，调频机组调频器随机性←由大容量冲击负荷。

第三种负荷变动

P3：幅度大，周期长，变化缓慢电厂按给定发电计划曲线发电，三次调频有规律←气候(季节性) 、作息制度、生活规律。

负荷

变 P3 动三次幅调频

度

P 2

二次调频

一次调频

负荷变动频率

图 2-2 电力系统负荷规律变动图

3 电力系统的频率特性

3.1 负荷的有功功率-频率静态特性

(1) 定义：稳态运行时的 PD( f ) 有功-频率静态特性 (2) 描述：

a 0 + a1 f + a *

2f * + a 3f * +

a 0 + a 1f *

PD* = PD / P DN

& f

* = f/f

N 关于 f 各次方负荷：

① 零次方类负荷：照明、电弧炉、电阻炉、整流设备

② 一次方类负荷：机械转矩恒定的电动机球磨机、切削机床、往复式

2 水泵

③ 二次方类负荷：变压器涡流损耗 ④ 三次方类负荷：通风机、循环水泵 ⑤ 高次方类负荷：静水头阻力很大的给水泵

- 所占比例很小，忽略

(3) 负荷的频率调节效应(频率调节系数、频率特性系数)

⑷KD的物理意义：

KPD

D = tgβ

Δ ff

K D* =

ΔPD*

= ΔPD /PDN

P D f N

Δ f/f=

f N N Δf PDN

=K D

PDN

Δf

* f

* =1.0 (a)

KD 反映 PD对 f 变化的自动调节能力： KD↑调节能力 ↑负荷的“频率调

节效应”或“单位频率调节功率”

(b)

D 取决于负荷本身的固有频率特性，有实验确定。一般 KD=1~3

(c)

如果 PD 与无功功率， KD=0←负荷不具有频率调节能力

PDN

β P D

△ f

f N

-86

图 3-1 频率静态特性曲线图

3 3.2 电源的有功功率-频率静态特性

3.2.1 同步发电机组的调试系统

作用：反映机组转速 ( 系统频率 ) 变化调整 QF汽门或 SF导水叶开度 μ原动机进汽(水)量原动机 Mm (Pm)机组出力 PG系统 f ( ω ) 或 nG 概念：单机运行调 nG ( f ) ，并列 ( 网 ) 运行调 PG 构成：调速器： f 自动响应 Pm↑ PG↑ f ↑△ f △ f ≠0←一次调整

调频器：一次调整后，若△ f 过大人为介入 Pm PGf ≠0←二次调

整

3.2.2 调速系统框图

二次调频信号

+ ∑ + ∑+

K 1 T 1s K 2T 2s+K 3

T 2 s+1

△ μ

原动机

ω Pm

- ω

转速传感器

图 3-2- ⑵调速系统框图

3.2.3 同步发电机组的有功功率Δ/ >PG Δf0

(a) K D 不可调整， KG可调整

(b) K D、KG均为 f 每变化一个单位所引起的 PD或 PG的变化量

率缺额有利于频率稳定

5 4 电力系统的频率调整

4.1 频率的一次调整

4.1.1 基本原理

初始条件： A 点 PG( f )& PD( f ) 交点： f

1、PG(A) =PD(A) =P1 负荷扰动：△ PD0 PD` (f )、B 点 PD=PD(A) +PD0>PG=PG(A) 4.1.2 基本关系

△ PG=-K G f . △PD=K Df △PD0 = PG- △ PD=-(K G+KD) △f =-K S f KS=KG+KD=- △PD0/ △f △f =- △ PD0/K S 注意：

① 一次调整时机组与负荷共同作用、自动完成 ② 一次调频能减小△ f ，但△ f ≠0 ③ KS系统单位频率调节功率反映了系统的频率调节能力 ④ 机组具备有功备用才能参与一次调频，当如图 4-1 所示

KG=0 时，△ P 更大的D0f ，

PG( f )

C F

P2 P1

△

△ PG △ PD 0

PD( f )

△ f

f2 f1

f(ω )

图 4-1 频率一次调整示意图

6 ⑤ KS的标幺值：

KS=KG+KD=KG.P GN/F n+KD.P DN/F n=- △PD0/ △ f KG.P GN/P DN+KD=- △ PD0/ △f ←KS KS=KD+KXKG← KX=PGN/P DN=1+PX/P DN Pr :G 的有功备用容量

Kr ：备用系数要求： Kr >1.0 频率调节系数的基准： KDPDN;KG PGN;KS PGN 4.1.3 多机系统的一次调频

①运行状态分析

基本条件：机组数 n，均有一次调频能力;含网损初始状态：PG∑ 0 =PD∑0 、 f = f 0 负荷扰动：△ PD∑0 PD∑0↑ PD∑= PD∑0 +△ PD∑ 0 频率变化： PD∑( f 0 ) > PG ∑( f 0 ) =PG∑0 f f =f 0 +△ f ; △ f <0 机组响应：△ PG i =- KG i △f PGi (f)

=PG i 0 +△ PG i

△P∑ 的总负荷： PD∑0

; △ PG i > 0 ( i =1,2, ,,

出力总增量：△

∑=∑PGPG i =-∑ (KG i △f ) =- ( ∑KG i ) △f 系统总出力： PG∑(f) = PG∑0 + △ PG∑ 负荷响应：△ P D∑ =KD △f < 0 系统总负荷： PD ∑ (f) =PD∑ 0 + △PD∑ 0 +△ P D∑ 频率 f 时的系统功率平衡方程：

PD∑(f) = PG∑(f) PD∑0 + △PD∑0 +△ P D∑= PG∑ 0 +△ PG∑ △PD∑ =0 ∑-PGP D∑

△PD∑ 0=- ( ∑KG i) △ f - KD △f =- ( ∑ KG i +KD ) △f △PD∑ 0=- KS △f ② 等值机组的单位频率调节功率和调差系数

7 (a)KG∑： KG ∑=∑ KG i (MW / Hz) (b)KG

∑* ： Let PGN.∑=∑

PGN. i

ΣΔP

G i

ΔPGi

Δ PG i

P GN i

ΣΔPG Σ*

GA Δ

GB + Δ

=- Δ P-D

ΔP

)

K K A + K B

ΔPAB = K A ( ΔPDB - ΔPGB )ΔPGA )

K A + K 4.3.2 注意要点：

①无差调节条件：联合系统无功率缺额△

PDA +PDB =PGA+PGB

②KA、 KB 影响交换功率△ PAB=0的条件： (△ PDA- △PGA) /K A=( △PDB- △ PGB)/K ③△ PAB最大的条件：如果△ PGB=0 则△ PAB =PDB 与此相对应△ PGA =PDA + P DBPAB =PDB-( △PD- △PGA)K B/(K A+KB) 或者如果△ PGA=0 则△ PAB=- △PDA 与此相对应△ PGB =PDA + P DBPAB=- △ PDA+( △PD- △PGB)K A/(K A+KB)

4.4 调频与调压的关系

4.4.1 频率变化对电压的影响

①当 f 降低时， QG 降低， Qm(IM) ( ≈V /X) 升高、(I X)升高、(Ωcv )降低2QT.Y 升高;系统无功缺额升高导致电压降低

②当 f 升高时， QG 升高， Qm(IM) ( ≈V /X) 降低、(I X)降低、(Ωcv )升高2QT.Y 降低;系统无功缺额降低导致电压升高

m4.4.2 电压变化会频率的影响

电压升高，无功功率升高，功率变化量下降使得系统有功需求升高从而使得频率降低，相反电压降低时，频率升高

4.4.3 注意

①频率(有功平衡)全局的：调压(无功平衡)可以是局部的有功电源的分布不影响频率调整：无功电源的分布会电压调整影响很大

②系统 PG、 QG 均不足，使得， V、f 均偏低，导致首先应解决有功平衡，最后有利于电压的调整

115 电力系统的有功平衡与备用容量

5.1 有功平衡关系

G∑=PLD∑ +△ P∑+△ PPlant =PD∑f = 0 ( 要求： = f N) f

G∑ > P D∑ f ↑; P

G∑ < P D∑ f

5.2 备用容量

①基本要求： PGN.∑ > P D∑ P GN.∑ -PD∑ = Pr ②备用容量分类：

备用方式：热备用 ( 旋转备用 ) 、冷备用备用功能：

a 负荷备用：适应负荷短时波动，一二次调频所必须

, 要求( 2~5)

%PD∑ N

b 事故备用：保证运行中机组事故退出后的连续供电并维持，要求：

( 5~10)∑ N&不小于运行中最大单机容量

c 检修备用：保证机组计划检修时的连续供电并维持，要求：不小于系统中最大单机容量

d 国民经济备用：满足国民经济和社会发展的负荷增长需求

6 电力系统负荷在各类发电厂的合理分配

6.1 火力发电厂的主要特点

①运行成本高 ( 燃料、厂用电 ) ;维护复杂;运行条件不受自然条件影响 ②锅炉、汽轮机最小技术负荷限制出力调整范围小

%PD

2 锅炉中温中压： PG.min≥25%PGN ; 高温高压： PG.min≥70%PGN 汽机 PG.min≥(10~15)% PGN

③负荷增、减速度慢： PG? (0.5~1.0) PGN 爬坡速度 (2~5)%PGN /min ④投入、退出运行：费时长、耗能多、设备易损坏

⑤效率与蒸汽参数有关高温高压：最高;低温低压：最低

⑥热电厂因供热强迫功率 (PG.min) 大，出力调整范围更小;但效率较高注意：蒸汽参数↑ 技术、经济综合指标↑效率↑ 荷增减速度高温高压火电厂不宜带急剧变动负荷

、出力调节范围、负

6.2 水力发电厂的主要特点

①运行成本低;运行条件受自然条件影响水库调节周期越长，影响越小 ②最小技术负荷主要受下要求游供水量限制，出力调整范围大：≥ ③负荷增、减速度快： PG=0↑ PGN ， 1min ④投入、退出运行：费时短、无需额外耗费;运行操作简便安全 ⑤水利枢纽综合效益好

50%PGN 6.3 抽水蓄能水电厂的主要特点

特殊水电厂：上、下两级水库，作用：调峰削锋填谷、调节峰谷差运行方式：日负荷低谷：作为负荷运行，从电网吸收有功;日负荷高峰：电源，向系统发出有功

6.4 核能发电厂的主要特点

与常规火电厂比较，主要不同：一次能源转换 ( 蒸汽 ) 系统; 技术特点与火电厂相同;容量大，经济、技术指标好;一次投资大，运行费用小，机组启、停：费时长、耗能多;不宜带急剧变动负荷。

3总结

电力系统频率调整的结果与负荷变动的大致规律有关。

实际的负荷变动一般可分

解为三种有规律可循的负荷变动：第一种负荷变动：变化周期很短、变动幅度很小，这种负荷变动有很大的偶然性，是一种随机负荷。第二种负荷变动：变化周期较长、变动幅度较大，波动比第一种相对大一些，这种负荷主要有工业电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷变动。第三种负荷变动：变化缓慢、变动幅度最大，是由生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。这种负荷变动基本上可以预测，阶梯形的负荷曲线反映的基本上是这种负荷变动。

这三种负荷变动都将引起频率不同程度的

偏移，电力系统频率调整的任务是要根据这三种负荷变动的特点，分别采取不同的手

段，调整电源的有功功率输出与之相适应，以保证频率偏移在允许范围内。

4 致谢

本论文是在指导老师悉心指导下完成的。导师在我课题的选题、实现以及论文撰写过程中，给予了悉心的指导和大量的帮助。导师广博的学识、敏锐的学术思维、勤恳的敬业精神、忘我的工作热情是我学习的典范，不仅传授我如何获取知识的本领，

更以严谨求实的治学精神深深感染着我，使我终身受益。

感谢我的家人多年来给予的支持和无私关爱，感谢学校领导的关心和照顾，

有充足的时间来完成学业。

感谢所有我的任课老师及我们班的同学对我的帮助。向论文评审及答辩委员会的老师致以最诚挚的谢意

让我

参考书籍

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2004 年 [2] 杨淑英。电力系统概论，中国电力出版社

， 2003 年

[3] 尹克宁。电力工程，中国电力出版社，

2005 年

[4] 周容光。电力系统故障分析，清华大学出版社，

1988 年 [5] 何仰赞。电力系统分析，华中理工大学出版社，

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[6] 张炜。电力系统分析，水利水电出版社，

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高等电力网络分析，清华大学出版社，

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供电技术，煤炭工业出版社，

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功率因数与无功补偿范文