【正文】 的勵(lì)磁電流增加，使異步電動機(jī)和變壓器的無功損耗增加，引起系統(tǒng)電壓下降。頻率下降還會引起勵(lì)磁機(jī)出力下降，并使發(fā)電機(jī)電勢下降，導(dǎo)致全系統(tǒng)電壓水平降低。如果電力系統(tǒng)原來的電壓水平偏低，在頻率下降到一定值時(shí)，可能出現(xiàn)電壓快速而不斷地下降，即所謂電壓雪崩現(xiàn)象。出現(xiàn)電壓雪崩會造成大面積停電，甚至使系統(tǒng)瓦解 。第一節(jié) 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的必要性維持電力系統(tǒng)頻率在運(yùn)行范圍之內(nèi) 提高電力系統(tǒng)運(yùn)行地經(jīng)濟(jì)性 保證聯(lián)合電力系統(tǒng)地協(xié)調(diào)運(yùn)行電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制是密切相關(guān)和不可分割的，應(yīng)該統(tǒng)一考慮并協(xié)同控制。二、電力系統(tǒng)有功功率控制的必要性 第一節(jié) 電力系統(tǒng)頻率和有功功率控制的必要性第二節(jié)、發(fā)電機(jī)調(diào)速控制的基本原理一、發(fā)電機(jī)組單機(jī)運(yùn)行時(shí)調(diào)速控制的基本原理發(fā)電機(jī)組是指發(fā)電機(jī)及其原動機(jī)組成的整體，也稱為機(jī)組。機(jī)組步并網(wǎng)而單獨(dú)運(yùn)行時(shí)，發(fā)電機(jī)端交流正弦電壓的頻率和機(jī)組轉(zhuǎn)速的關(guān)系為式中 f－－ 發(fā)電機(jī)頻率， HZ P－－ 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的極對數(shù)； n－－ 機(jī)組轉(zhuǎn)速， r/min。由上式可知，要控制發(fā)電機(jī)頻率就得控制機(jī)組轉(zhuǎn)速。（ 3—1 ）第二節(jié)、發(fā)電機(jī)調(diào)速控制的基本原理（一）同步發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子運(yùn)動方程第二節(jié)、發(fā)電機(jī)調(diào)速控制的基本原理第二節(jié)、發(fā)電機(jī)調(diào)速控制的基本原理第二節(jié)、發(fā)電機(jī)調(diào)速控制的基本原理（二）原動機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩 MT和發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩 MG水輪機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩由水流對葉片的作用形成，其大小決定于水頭 H、導(dǎo)水葉開度 α 和機(jī)械轉(zhuǎn)速 n等。汽輪機(jī)的機(jī)械轉(zhuǎn)矩由高溫、高壓蒸汽對汽輪機(jī)葉片的作用力形成，大小與進(jìn)入汽輪機(jī)的蒸汽壓力、調(diào)節(jié)氣閥的開度和機(jī)組轉(zhuǎn)速有關(guān)。發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是發(fā)電機(jī)定子對轉(zhuǎn)子的作用力矩，方向與轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向相反，是阻力矩。發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩與電磁功率成正比，電磁功率等于發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷的有功功率。當(dāng)發(fā)電機(jī)頻率變化時(shí)，發(fā)電機(jī)所帶負(fù)荷的有功功率也隨著變化，發(fā)電機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩也變化。第二節(jié)、發(fā)電機(jī)調(diào)速控制的基本原理第二節(jié)、發(fā)電機(jī)調(diào)速控制的基本原理（三）發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的調(diào)節(jié)原理M0 nMT1MT2MG1MG2abcna nbnc負(fù)荷減小時(shí)改變原動機(jī)的出力后第二節(jié)、發(fā)電機(jī)調(diào)速控制的基本原理二、機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)并入電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)，如果這臺機(jī)組的容量與電力系統(tǒng)的容量相比是微不足道的 (單機(jī)并入無窮大系統(tǒng)就屬于這種情況 )，那么系統(tǒng)的頻率就不會因?yàn)檫@臺機(jī)組的有功功率變化而變化，這一特性可用下圖曲線 1表示。0 f， nf1MT， PGMT1 MT2abPGaPGb 增加原動機(jī)出力1第三節(jié) 機(jī)械液壓調(diào)速器的基本原理第四節(jié) 模擬電氣液壓調(diào)速器第五節(jié) 數(shù)字電氣液壓調(diào)速器第六節(jié) 同步發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型一、原動機(jī)的傳遞函數(shù)（一）汽輪機(jī)的傳遞函數(shù)第六節(jié) 同步發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型（二）水輪機(jī)的傳遞函數(shù)第六節(jié) 同步發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型二、發(fā)電機(jī)和負(fù)荷的傳遞函數(shù)第六節(jié) 同步發(fā)電機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型三、調(diào)速器的傳遞函數(shù)其傳遞函數(shù)框圖為第七節(jié) 電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制的基本原理現(xiàn)代電力系統(tǒng)中并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組臺數(shù)很多，負(fù)荷的數(shù)量就更多，且分布在遼闊的地理區(qū)域之內(nèi)。不難想象，控制如此龐大的電力系統(tǒng)，使頻率滿足要求、功率分布得經(jīng)濟(jì)合理是一項(xiàng)十分復(fù)雜得工作。為了使問題簡化并突出主要矛盾，在分析電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制時(shí) ，常將電力系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行得所有機(jī)組用一臺等效機(jī)組代替；將電力系統(tǒng)內(nèi)所有負(fù)荷用一個(gè)等效負(fù)荷代替；然后使用發(fā)電機(jī)組單機(jī)帶負(fù)荷運(yùn)行時(shí)頻率和有功功率控制得基本原理和方法進(jìn)行分析和計(jì)算。第七節(jié) 電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制的基本原理一、電力系統(tǒng)負(fù)荷得靜態(tài)頻率特性負(fù)荷的有功功率隨著頻率而變化得特性叫做負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性。電力系統(tǒng)負(fù)荷功率與頻率的關(guān)系為第七節(jié) 電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制的基本原理電力系統(tǒng)負(fù)荷的靜態(tài)頻率特性曲線如圖所示?？梢钥闯霎?dāng)頻率下降時(shí)負(fù)荷從系統(tǒng)取用的有功功率將下；系統(tǒng)頻率升高時(shí)負(fù)荷從系統(tǒng)取用的有功功率將增加。這種現(xiàn)象稱為電力系統(tǒng)負(fù)荷的頻率調(diào)節(jié)效應(yīng)，簡稱負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)，并用負(fù)荷調(diào)節(jié)效應(yīng)系數(shù)來衡量負(fù)荷調(diào)節(jié)作用的大小。第七節(jié) 電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制的基本原理二、電力系統(tǒng)等效發(fā)電機(jī)組的靜態(tài)調(diào)節(jié)特性將電力系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行的所有機(jī)組用一臺等效發(fā)電機(jī)組代替，系統(tǒng)等效發(fā)電機(jī)組也有如圖所示的調(diào)速系統(tǒng)的靜態(tài)調(diào)節(jié)特性。 f為系統(tǒng)等效機(jī)組的頻率，即電力系統(tǒng)的頻率； PG為系統(tǒng)等效機(jī)組發(fā)出的有功功率，即電力系統(tǒng)內(nèi)并聯(lián)運(yùn)行的所有機(jī)組發(fā)出的有功功率的總和。忽略機(jī)組的損耗，等效發(fā)電機(jī)組發(fā)出的功率 PG與等效原動機(jī)發(fā)出的功率 PT相等，即 PG ＝ PTΔfΔPGfPG ,PT0fa aPGafb bPGb第七節(jié) 電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制的基本原理等效機(jī)組的調(diào)差系數(shù) 和 以及靜態(tài)調(diào)節(jié)方程式的物理意義與單機(jī)調(diào)速系統(tǒng)一直。調(diào)差系數(shù)的倒數(shù)稱為機(jī)組的單位調(diào)節(jié)功率，即三、電力系統(tǒng)頻率控制的基本原理（一）、頻率的一次調(diào)整第七節(jié) 電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制的基本原理0（二）頻率的 二次調(diào)整(三 )、調(diào)頻電廠的選擇第七節(jié) 電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制的基本原理電力系統(tǒng)中并聯(lián)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)組都裝有調(diào)速器。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷變化時(shí)，有可調(diào)容量的機(jī)組均參與頻率的一次調(diào)整，而二次調(diào)整只由部分發(fā)電廠承擔(dān)。從是否承擔(dān)頻率的二次調(diào)整任務(wù)出發(fā)，可將系統(tǒng)中所有發(fā)電廠分為調(diào)頻廠和非調(diào)頻廠兩類。調(diào)頻廠負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的頻率調(diào)整任務(wù)；非調(diào)頻廠在系統(tǒng)正常運(yùn)行情況下只按調(diào)度控制中心預(yù)先安排的負(fù)荷曲線運(yùn)行，而不參加頻率調(diào)整。選擇調(diào)頻電廠時(shí)，主要考慮下列因素： (1)具有足夠大的容量和可調(diào)范圍； (2)允許的出力調(diào)整速度滿足系統(tǒng)負(fù)荷變化速度的要求； (3)符合經(jīng)濟(jì)運(yùn)行原則； (4)聯(lián)絡(luò)線上交換功率的變化不致影響系統(tǒng)安全運(yùn)行。水輪發(fā)電機(jī)組的出力調(diào)整范圍大，允許出力變化速度快，一般宜選水電廠擔(dān)任調(diào)頻。四、電力系統(tǒng)的有功功率控制第七節(jié) 電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制的基本原理（一）電力系統(tǒng)中的有功功率平衡（二）并聯(lián)運(yùn)行機(jī)組間的有功功率分配fPG0PG1(f)PG2(f)f1PG1 PG2△ PG1 △ PG2f2PG1’ PG2’第七節(jié) 電力系統(tǒng)頻率和有功功率自動控制的基本原理第八節(jié) 聯(lián)合電力系統(tǒng)的頻率和有功功率控制第九節(jié) 電力系統(tǒng)自動調(diào)頻方法和自動發(fā)電控制一、電力系統(tǒng)的自動調(diào)頻方法有主導(dǎo)發(fā)電機(jī)法、虛有差法、積差調(diào)節(jié)法等二、自動發(fā)電控制（ AGC）四個(gè)基本目標(biāo)：① 使電力系統(tǒng)的發(fā)電出力和負(fù)荷功率相匹配；② 將電力系統(tǒng)的頻率偏差調(diào)節(jié)到零，保持系統(tǒng)頻率為額定值；③ 空盒子區(qū)域間聯(lián)絡(luò)線的交換功率與計(jì)劃值相等，實(shí)現(xiàn)各區(qū)域內(nèi)有功功率的平衡；④ 在區(qū)域內(nèi)各發(fā)電廠間進(jìn)行負(fù)荷的經(jīng)濟(jì)分配。第十節(jié) 電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度主要內(nèi)容有：◆ 各類發(fā)電廠的運(yùn)行特點(diǎn)及其合理組合；◆ 發(fā)電設(shè)備的經(jīng)濟(jì)特性；◆ 經(jīng)濟(jì)調(diào)度控制的主要算法；（等微增率算法、梯度法、線性規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃法）◆ 火電廠之間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配；◆ 水、火電廠之間的負(fù)荷經(jīng)濟(jì)分配；◆ 電力系統(tǒng)網(wǎng)損及網(wǎng)損微增率。第四章 電力系統(tǒng)電壓和無功功率自動控制(一 )、 電壓偏移對電力用戶的影響負(fù)荷 — 用電設(shè)備在某時(shí)刻從系統(tǒng)中取用的功率負(fù) 荷 類 型異步電動機(jī)同步電動機(jī)各類電爐整流設(shè)備電子儀器電燈第一節(jié) 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性一、電力系統(tǒng)電壓控制的必要性第一節(jié) 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性電力負(fù)荷中比重最大的是異步電動機(jī)，它的轉(zhuǎn)矩與端電壓的平方成正比。如果額定電壓時(shí)最大轉(zhuǎn)矩為 100％，當(dāng)電壓下降到90％時(shí)，它的最大轉(zhuǎn)矩將下降到額定電壓轉(zhuǎn)矩的 81％。因此，當(dāng)電壓過低時(shí)可使電動機(jī)拖動能力下降；使繞組溫度上升，加速絕緣老化，嚴(yán)重情況下，甚至使電動機(jī)燒毀。電壓下降時(shí)會使電動機(jī)的轉(zhuǎn)速下降，將影響工業(yè)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量。負(fù)荷變化是隨機(jī)的 — 規(guī)律性用負(fù)荷曲線表示電爐的用功功率與電壓的平方成正比，煉鋼廠中的電爐會因電壓降低而增加冶煉時(shí)間，從而影響產(chǎn)量。電壓過低時(shí)，照明設(shè)備的發(fā)光頻率和亮度會大幅度下降。電壓過高將使所有電氣設(shè)備絕緣受損；使變壓器、電動機(jī)等的鐵心飽和程度加深，鐵心損耗增大，溫升增加，壽命縮短。 照明負(fù)荷，尤其是白熾燈，對電壓變化很敏感。電壓過高會使白熾燈的壽命大大縮短，電壓高于額定值 10％，壽命將縮短一半。電壓偏離額定值時(shí)，日光燈的壽命也會縮短。沖擊負(fù)荷（如軋鋼機(jī)等）會引起電壓突然下降和恢復(fù)，產(chǎn)生電壓閃變。電壓閃變對沖擊負(fù)荷附近的用戶產(chǎn)生不良影響，如燈光閃爍。第一節(jié) 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性第一節(jié) 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性（二）電壓偏移對電力系統(tǒng)的影響電廠中的廠用機(jī)械（如給水泵、循環(huán)水泵、送風(fēng)機(jī)、吸風(fēng)機(jī)、磨媒機(jī)等）是由電動機(jī)驅(qū)動的。電壓下降會使電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降、出力減少，并影響廠用機(jī)械的出力。這將直接影響鍋爐和汽輪機(jī)的運(yùn)行，嚴(yán)重時(shí)會使電廠出力下降，危機(jī)電力系統(tǒng)的安全運(yùn)行。 如果電力系統(tǒng)中無功功率嚴(yán)重短缺，電壓水平過于低下，使某些樞紐變電站的母線電壓運(yùn)行在臨界值之下時(shí)，母線電壓有一微小下降就會發(fā)生負(fù)荷消耗的無功功率增加量大于系統(tǒng)向該點(diǎn)提供的無功功率增加量，使無功缺額進(jìn)一步增大，電壓進(jìn)一步下降。如此惡性循環(huán)的結(jié)果，會使該樞紐變電站的母線電壓下降到很低的水平。這種現(xiàn)象即所謂 “電壓崩潰 ”。電壓崩潰后，大量電動機(jī)自動切除，某些發(fā)電機(jī)組失步，導(dǎo)致系統(tǒng)解列或大面積停電。第一節(jié) 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性二、電力系統(tǒng)無功功率控制的必要性維持電力系統(tǒng)電壓在允許范圍之內(nèi) 電力系統(tǒng)的電壓是靠電力系統(tǒng)中無功功率平衡維持的。要控制電力系統(tǒng)在額定電壓運(yùn)行，就要控制電力系統(tǒng)中無功電源發(fā)出的無功功率等于電力系統(tǒng)負(fù)荷在額定電壓時(shí)所需消耗的無功功率。如果這個(gè) “等于 ”關(guān)系不能滿足，電力系統(tǒng)就會偏離額定電壓運(yùn)行。可見，維持電力系統(tǒng)電壓在允許范圍之內(nèi)是靠控制電力系統(tǒng)無功電源的出力實(shí)現(xiàn)的。提高電力系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性 電力系統(tǒng)的無功電源除了同步發(fā)電機(jī)外，還有并聯(lián)電容器同步調(diào)相機(jī)、同步電動機(jī)、靜止補(bǔ)償器等。第一節(jié) 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性 高壓輸電線路的充電功率相當(dāng)于在線路上并聯(lián)了電容器，因此高壓輸電線路也可以看成無功電源。選用哪種無功電源，將他們配置在何處，如何控制系統(tǒng)中無功電源的出力，是很重要的。這些工作做得好，不僅可以提高電力系統(tǒng)的電壓質(zhì)量，而且還會減少無功功率傳輸過程中造成的無功和有功功率損耗，而且可以提高系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。例如，對于遠(yuǎn)離負(fù)荷中心的電廠，就不要它發(fā)復(fù)哦多的無功功率送往負(fù)荷。這是因?yàn)檫h(yuǎn)距離地從電源經(jīng)過變壓器和輸電線路向負(fù)荷輸送無功功率，要產(chǎn)生電壓損耗（高壓線路和變壓器上的電壓損耗主要由無功功率造成的）和有功功率損耗，而且輸送距離越遠(yuǎn)，經(jīng)過的環(huán)節(jié)越多，電壓損耗和有功功率損耗就越大。因此，無功功率一般都盡可能就地、就近平衡第一節(jié) 電力系統(tǒng)電壓和無功功率控制的必要性維持電力系統(tǒng)穩(wěn)定 發(fā)電機(jī)是電力系統(tǒng)中重要的無功電源，而控制發(fā)電機(jī)輸出無功功率的是發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在電力系統(tǒng)靜態(tài)穩(wěn)定方面，合理地選用自動勵(lì)磁調(diào)節(jié)器，可以使發(fā)電機(jī)出口某一電抗后面地電壓維持不變。這相當(dāng)于將發(fā)電機(jī)電抗和發(fā)電機(jī)后地電抗減少至零，從而提高電力系統(tǒng)地靜態(tài)穩(wěn)定性。在暫態(tài)穩(wěn)定方面，采用高勵(lì)磁頂值、快速響應(yīng)的勵(lì)磁系統(tǒng)，會使發(fā)電機(jī)在加速過程中迅速增大勵(lì)磁電流，從而有效地改善電力系統(tǒng)地暫態(tài)穩(wěn)定性。在現(xiàn)代大型發(fā)電機(jī)上采用高性能的勵(lì)磁調(diào)節(jié)器提高勵(lì)磁頂值電壓和勵(lì)磁電壓上升速度，對提高電力系統(tǒng)穩(wěn)定有明顯的效果。第二節(jié)、電路系統(tǒng)電壓和無功功率控制一、電力系統(tǒng)的電壓控制電力系統(tǒng)電壓控制的首要任務(wù)是控制電力系統(tǒng)中各種無功功率電源發(fā)出的無功功率等于負(fù)荷在額定電壓下消耗的無功功率的總合，維持電力系統(tǒng)電壓的總體水平在額定值附近；其次是控制電力系統(tǒng)各結(jié)點(diǎn)電壓在允許范圍之內(nèi)。電力系統(tǒng)的電壓監(jiān)視和控制是通過監(jiān)視和控制電壓中樞點(diǎn)的電壓實(shí)現(xiàn)的。所謂電壓中樞點(diǎn)是指反映系統(tǒng)電壓水平的主要發(fā)電廠和樞紐變電站的母線電壓。第二節(jié)、電路系統(tǒng)電壓和無功功率控制二、電力系統(tǒng)的無功功率控制電力系統(tǒng)無功功率控制的首要任務(wù)是控制電力系統(tǒng)中各種無功功率電源發(fā)出的無功功率等于負(fù)荷在額定電壓下消耗的無功功率的總合，維持電力系統(tǒng)電壓的總體水平在額定值附近；其次是保證上述 “等于 ”成立的前提下，優(yōu)化電力系統(tǒng)中的無功功率的分布，即電力系統(tǒng)無功功率的優(yōu)化控制。優(yōu)化的內(nèi)容有： ①負(fù)荷所需的無功功率讓哪些無功電源提供最好，即無功電源的最優(yōu)分布； ② 負(fù)荷所需的無功功率是讓已投入運(yùn)行的無功電源供給好，還是裝設(shè)新的無功電源更好，即無功功率的優(yōu)化補(bǔ)償?shù)谌?jié)、同步發(fā)電機(jī)勵(lì)磁控