電力系統(tǒng)頻率偏差頻率偏差產(chǎn)生的原因

在電力系統(tǒng)中，要使得所有發(fā)電機組轉(zhuǎn)速的恒定運行，必須使得系統(tǒng)總共的 電源供給與負荷功率總需求（其中也有傳輸環(huán)節(jié)的電能損耗）平衡。然而，要實 現(xiàn)發(fā)電機組轉(zhuǎn)速恒定并沒有這么容易，這是因為電力系統(tǒng)中發(fā)電機組的出力和電 力系統(tǒng)負荷每時每刻都在變化。當系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)電機組的有功功率和負荷的有功功 率不平衡的情況時，系統(tǒng)頻率便會因為發(fā)電機組和負荷的功率不平衡而出現(xiàn)變動， 從而產(chǎn)生了頻率偏差。系統(tǒng)頻率偏差持續(xù)時間和大小由發(fā)電機控制系統(tǒng)對負荷改 變的響應能力和負荷特性決定。只有在一種情況下，頻率偏差才為0，那便是當 系統(tǒng)負荷需求的總有功功率等于發(fā)電機的總輸出功率時候。而在通常情況下，系 統(tǒng)負荷需求的總有功功率并不總是等于系統(tǒng)發(fā)電機的總輸出有功功率，那么在系 統(tǒng)負荷需求的總有功功率較大的情況下，系統(tǒng)頻率便會下降，頻率偏差為負值； 反之，在系統(tǒng)中所有發(fā)電機的總輸出有功功率較大的情況下，系統(tǒng)頻率便會上升， 頻率偏差為正值。加劇電力系統(tǒng)有功功率不平衡的因素有很多，多為電力系統(tǒng)大 故障，如大容量發(fā)電設備退出運行，大面積甩負荷等，他們會使得電力系統(tǒng)頻率 偏差超出允許的范圍。綜上所知，頻率偏差產(chǎn)生的根本原因是電力系統(tǒng)有功功率 的不平衡。

電力系統(tǒng)頻率指電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機產(chǎn)生的正弦交變電壓的變化頻率。在 發(fā)電機組穩(wěn)態(tài)運行時，機組中所有發(fā)電機都在同步運轉(zhuǎn)，整個電力系統(tǒng)處于同頻 運行狀態(tài)。

電力系統(tǒng)能夠安全并且穩(wěn)定運行的至關(guān)重要因素之一是頻率穩(wěn)定，因為它能體現(xiàn)出一個電力系統(tǒng)發(fā)出的有功功率和負荷所需求的有功功率是否保持相同，電 力系統(tǒng)是否穩(wěn)定和安全可靠。如果頻率一旦出現(xiàn)不正常的情況，其后果將難以設 想，系統(tǒng)運行的可靠和安全以及各個用電用戶的安全得不到保證。同時會導致它 們的效率變低，使電廠運行的經(jīng)濟性有所偏離，最終還會影響整個電網(wǎng)運行的經(jīng) 濟性。如果頻率偏低，更會使整個系統(tǒng)不能夠得以安全運行。因此上說，頻率一 方面是評價電能質(zhì)量好壞的標準之一，我們可以作為系統(tǒng)的一種狀態(tài)反饋量來觀 查監(jiān)控并以此確定系統(tǒng)是否得到了穩(wěn)定和安全控制；另一方面，我們還應當對系 統(tǒng)的頻率實施一些的控制策略來確保系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全。

電力系統(tǒng)頻率是電能質(zhì)量的基本指標之一。根據(jù) 電工學理論，正弦量在單位時間內(nèi)交變的次數(shù)稱為頻率，用f表示，單位為Hz（赫茲）。交變（含正負半波的變化）一次所需要的時間稱為周期，用T表示，單位為s（秒）。頻率和周期互為倒數(shù)，即f= 1/T 。電力系統(tǒng)的電源來自各同步發(fā)電機。在穩(wěn)態(tài)條件下各發(fā)電機同步運行，整個電力系統(tǒng)的頻率可以視為相同，它是一個全系統(tǒng)一致的運行參數(shù)。電力系統(tǒng)的標稱頻率為50Hz或60Hz，中國大陸（包括港、澳地區(qū)）及歐洲地區(qū)采用50Hz，北美及臺灣地區(qū)多采用60Hz，日本則有50Hz和60Hz兩種。頻率對電力系統(tǒng)負荷的正常工作有廣泛的影響；系統(tǒng)某些負荷以及發(fā)電廠廠用電負荷對頻率的要求非常嚴格。要保證用戶和發(fā)電廠的正常工作就必須嚴格控制系統(tǒng)頻率，使系統(tǒng)頻率偏差控制在允許范圍之內(nèi)。系統(tǒng)頻率偏差Δf=fm-fN，式中fm為實際頻率（Hz），fN為系統(tǒng)標稱頻率（Hz）。

電力系統(tǒng)中的發(fā)電與用電設備都是按照額定頻率 設計和制造的，只有在額定頻率附近運行時，才能發(fā)揮最好的性能。系統(tǒng)頻率過大的變動，對用戶和發(fā)電廠的運行都將產(chǎn)生不利影響。系統(tǒng)頻率變化的不利影響，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

a.頻率變化將引起電動機轉(zhuǎn)速的變化，由這些 電動機驅(qū)動的紡織、造紙等機械的產(chǎn)品質(zhì)量將受到影響，甚至出現(xiàn)殘、次品。系統(tǒng)頻率降低將使電動機的轉(zhuǎn)速和功率降低，導致傳動機械的出力降低，影響生產(chǎn)效率。

b.無功補償用電容器的補償容量與頻率成正比， 當系統(tǒng)頻率下降時，電容器的無功出力成比例降低，此時電容器對電壓的支持作用受到削弱，不利于系統(tǒng)電壓的調(diào)整。

c.頻率偏差的積累會在電鐘指示的誤差中表現(xiàn) 出來。工業(yè)和科技部門使用的測量、控制等電子設備將受系統(tǒng)頻率的波動而影響其準確性和工作性能，頻率過低時甚至無法工作。頻率偏差大使感應式電能表的計量誤差加大。研究表明：頻率改變1%，感應式電能表的計量誤差約增大0.1%。頻率加大，感應式電能表將少計電量。

d.電力系統(tǒng)頻率降低，會對發(fā)電廠和系統(tǒng)的安 全運行帶來影響，例如：頻率下降時，汽輪機葉片的振動變大，影響使用壽命，甚至產(chǎn)生裂紋而斷裂。又如：頻率降低時，由電動機驅(qū)動的機械（如風機、水泵及磨煤機等）的出力降低，導致發(fā)電機出力下降，使系統(tǒng)的頻率進一步下降。當頻率降到46Hz或47Hz以下時，可能在幾分鐘內(nèi)使火電廠的正常運行受到破壞，系統(tǒng)功率缺額更大，使頻率下降更快，從而發(fā)生頻率崩潰現(xiàn)象。再如：系統(tǒng)頻率降低時，異步電動機和變壓器的勵磁電流增加，所消耗的無功功率增大，結(jié)果更引起電壓下降。當頻率下降到45～46Hz時，各發(fā)電機及勵磁的轉(zhuǎn)速均顯著下降，致使各發(fā)電機的電動勢下降，全系統(tǒng)的電壓水平大為降低，可能出現(xiàn)電壓崩潰現(xiàn)象。發(fā)生頻率或電壓崩潰，會使整個系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電。

表達式為：頻率偏差=實際頻率－標稱頻率（我國系統(tǒng)標稱頻率為50HZ，國外有60HZ的）；我國電力系統(tǒng)的正常頻率偏差允許值為±0.2HZ，當系統(tǒng)容量較小時，頻率偏差值可以放寬到±0.5HZ；系統(tǒng)有功功率不平衡是產(chǎn)生頻率偏差的根本原因。

本書是電能質(zhì)量技術(shù)叢書第二分冊。

全書共分六章，從頻率的基本概念出發(fā)，對電力系統(tǒng)頻率偏差影響，頻率控制、檢測和標準等幾方面，結(jié)合我國電力系統(tǒng)運行實例和國際上的相關(guān)經(jīng)驗，作了系統(tǒng)的、深入淺出的論述，是迄今為止國內(nèi)第一本專門介紹電力系統(tǒng)頻率特性的讀物。

電力系統(tǒng)頻率特性包括負荷頻率特性和發(fā)電頻率特性，又分為頻率靜態(tài)特性和頻率動態(tài)特性。電力系統(tǒng)頻率特性的最大特點是，在一般運行情況下，系統(tǒng)各點的頻率值基本相同。

電力系統(tǒng)頻率特性是電力系統(tǒng)頻率調(diào)整裝置、自動低頻減負荷裝置、電力系統(tǒng)間聯(lián)絡線交換功率自動控制裝置等進行整定的依據(jù)。負荷頻率靜態(tài)特性不同種類的負荷對頻率的變化關(guān)系各異。有的與頻率無關(guān)，有的與頻率的一次方、二次方或更高次方成正比(見負荷靜態(tài)特性)。

叢書前言

序言

第一章　頻率的概念

第一節(jié)　交流電的頻率

第二節(jié)　頻率的基本屬性

第三節(jié)　電力系統(tǒng)頻率，電源頻率和負荷節(jié)點頻率

第四節(jié)　標稱頻率

第五節(jié)　頻率偏差

第六節(jié)　頻率波動

第七節(jié)　電力系統(tǒng)的頻率特性

第八節(jié)　頻率突然下降及崩潰

第九節(jié)　頻率與電壓的關(guān)系

第二章　頻率偏差對電力系統(tǒng)的影響

第一節(jié)　影響頻率的因素

第二節(jié)　系統(tǒng)低頻率運行對火力發(fā)電廠的影響

第三節(jié)　系統(tǒng)低頻率運行對水電廠的影響

第四節(jié)　系統(tǒng)低頻率運行對負荷的影響

第五節(jié)　沖擊負荷引起的電力系統(tǒng)頻率波動

第六節(jié)　電力系統(tǒng)高頻率運行的危害

第七節(jié)　小結(jié)

第三章　電力系統(tǒng)的頻率控制及其調(diào)整

第一節(jié)　系統(tǒng)正常工況下的頻率調(diào)整

第二節(jié)　系統(tǒng)異常及故障工況下的頻率調(diào)整

第三節(jié)　小結(jié)

第四章　電力系統(tǒng)頻率的檢測與評價

第一節(jié)　電力系統(tǒng)頻率的四種運行工況

第二節(jié)　電力系統(tǒng)的動態(tài)頻率

第三節(jié)　電力系統(tǒng)頻率的檢測

第四節(jié)　電力系統(tǒng)頻率的評價

第五章　電力系統(tǒng)頻率偏差的標準和規(guī)定

第一節(jié)　國內(nèi)外有關(guān)的標準和規(guī)定

第二節(jié)　電力系統(tǒng)頻率偏差標準和規(guī)定的討論

第六章　電力系統(tǒng)頻率允許偏差的確定

第一節(jié)　頻率偏差的動態(tài)屬性

第二節(jié)　發(fā)電、輸變電設備及負荷對系統(tǒng)頻率質(zhì)量的要求

第三節(jié)　電力系統(tǒng)頻率允許偏差確定的原則

第四節(jié)　我國電力系統(tǒng)的頻率允許偏差及標準評價

參考文獻