電力系統(tǒng)頻率偏差相關(guān)內(nèi)容

電力系統(tǒng)頻率指電力系統(tǒng)中同步發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的正弦交變電壓的變化頻率。在 發(fā)電機(jī)組穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，機(jī)組中所有發(fā)電機(jī)都在同步運(yùn)轉(zhuǎn)，整個(gè)電力系統(tǒng)處于同頻 運(yùn)行狀態(tài)。

電力系統(tǒng)能夠安全并且穩(wěn)定運(yùn)行的至關(guān)重要因素之一是頻率穩(wěn)定，因?yàn)樗荏w現(xiàn)出一個(gè)電力系統(tǒng)發(fā)出的有功功率和負(fù)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(shè) 想，系統(tǒng)運(yùn)行的可靠和安全以及各個(gè)用電用戶的安全得不到保證。同時(shí)會(huì)導(dǎo)致它 們的效率變低，使電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性有所偏離，最終還會(huì)影響整個(gè)電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng) 濟(jì)性。如果頻率偏低，更會(huì)使整個(gè)系統(tǒng)不能夠得以安全運(yùn)行。因此上說，頻率一 方面是評(píng)價(jià)電能質(zhì)量好壞的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)當(dāng)對(duì)系 統(tǒng)的頻率實(shí)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(biāo)之一。根據(jù) 電工學(xué)理論，正弦量在單位時(shí)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(fù)半波的變化）一次所需要的時(shí)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(jī)。在穩(wěn)態(tài)條件下各發(fā)電機(jī)同步運(yùn)行，整個(gè)電力系統(tǒng)的頻率可以視為相同，它是一個(gè)全系統(tǒng)一致的運(yùn)行參數(shù)。電力系統(tǒng)的標(biāo)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(tái)灣地區(qū)多采用60Hz，日本則有50Hz和60Hz兩種。頻率對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)荷的正常工作有廣泛的影響；系統(tǒng)某些負(fù)荷以及發(fā)電廠廠用電負(fù)荷對(duì)頻率的要求非常嚴(yán)格。要保證用戶和發(fā)電廠的正常工作就必須嚴(yán)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(shí)際頻率（Hz），fN為系統(tǒng)標(biāo)稱頻率（Hz）。

在電力系統(tǒng)中，要使得所有發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速的恒定運(yùn)行，必須使得系統(tǒng)總共的 電源供給與負(fù)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(shí) 現(xiàn)發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速恒定并沒有這么容易，這是因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)中發(fā)電機(jī)組的出力和電 力系統(tǒng)負(fù)荷每時(shí)每刻都在變化。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)組的有功功率和負(fù)荷的有功功 率不平衡的情況時(shí)，系統(tǒng)頻率便會(huì)因?yàn)榘l(fā)電機(jī)組和負(fù)荷的功率不平衡而出現(xiàn)變動(dòng)， 從而產(chǎn)生了頻率偏差。系統(tǒng)頻率偏差持續(xù)時(shí)間和大小由發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)負(fù)荷改 變的響應(yīng)能力和負(fù)荷特性決定。只有在一種情況下，頻率偏差才為0，那便是當(dāng) 系統(tǒng)負(fù)荷需求的總有功功率等于發(fā)電機(jī)的總輸出功率時(shí)候。而在通常情況下，系 統(tǒng)負(fù)荷需求的總有功功率并不總是等于系統(tǒng)發(fā)電機(jī)的總輸出有功功率，那么在系 統(tǒng)負(fù)荷需求的總有功功率較大的情況下，系統(tǒng)頻率便會(huì)下降，頻率偏差為負(fù)值； 反之，在系統(tǒng)中所有發(fā)電機(jī)的總輸出有功功率較大的情況下，系統(tǒng)頻率便會(huì)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(shè)備退出運(yùn)行，大面積甩負(fù)荷等，他們會(huì)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)中的發(fā)電與用電設(shè)備都是按照額定頻率 設(shè)計(jì)和制造的，只有在額定頻率附近運(yùn)行時(shí)，才能發(fā)揮最好的性能。系統(tǒng)頻率過大的變動(dòng)，對(duì)用戶和發(fā)電廠的運(yùn)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(gè)方面：

a.頻率變化將引起電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的變化，由這些 電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的紡織、造紙等機(jī)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(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和功率降低，導(dǎo)致傳動(dòng)機(jī)械的出力降低，影響生產(chǎn)效率。

b.無功補(bǔ)償用電容器的補(bǔ)償容量與頻率成正比， 當(dāng)系統(tǒng)頻率下降時(shí)，電容器的無功出力成比例降低，此時(shí)電容器對(duì)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(huì)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(cè)量、控制等電子設(shè)備將受系統(tǒng)頻率的波動(dòng)而影響其準(zhǔn)確性和工作性能，頻率過低時(shí)甚至無法工作。頻率偏差大使感應(yīng)式電能表的計(jì)量誤差加大。研究表明：頻率改變1%，感應(yīng)式電能表的計(jì)量誤差約增大0.1%。頻率加大，感應(yīng)式電能表將少計(jì)電量。

d.電力系統(tǒng)頻率降低，會(huì)對(duì)發(fā)電廠和系統(tǒng)的安 全運(yùn)行帶來影響，例如：頻率下降時(shí)，汽輪機(jī)葉片的振動(dòng)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(shí)，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的機(jī)械（如風(fēng)機(jī)、水泵及磨煤機(jī)等）的出力降低，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)出力下降，使系統(tǒng)的頻率進(jìn)一步下降。當(dāng)頻率降到46Hz或47Hz以下時(shí)，可能在幾分鐘內(nèi)使火電廠的正常運(yùn)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(shí)，異步電動(dòng)機(jī)和變壓器的勵(lì)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(dāng)頻率下降到45～46Hz時(shí)，各發(fā)電機(jī)及勵(lì)磁的轉(zhuǎn)速均顯著下降，致使各發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)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(huì)使整個(gè)系統(tǒng)瓦解，造成大面積停電。

表達(dá)式為：頻率偏差=實(shí)際頻率－標(biāo)稱頻率（我國系統(tǒng)標(biāo)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(dāng)系統(tǒng)容量較小時(shí)，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(cè)。

全書共分六章，從頻率的基本概念出發(fā)，對(duì)電力系統(tǒng)頻率偏差影響，頻率控制、檢測(cè)和標(biāo)準(zhǔn)等幾方面，結(jié)合我國電力系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例和國際上的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，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(fù)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(dòng)態(tài)特性。電力系統(tǒng)頻率特性的最大特點(diǎn)是，在一般運(yùn)行情況下，系統(tǒng)各點(diǎn)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(dòng)低頻減負(fù)荷裝置、電力系統(tǒng)間聯(lián)絡(luò)線交換功率自動(dòng)控制裝置等進(jìn)行整定的依據(jù)。負(fù)荷頻率靜態(tài)特性不同種類的負(fù)荷對(duì)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(fù)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(fù)荷節(jié)點(diǎn)頻率

第四節(jié)　標(biāo)稱頻率

第五節(jié)　頻率偏差

第六節(jié)　頻率波動(dòng)

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(duì)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(yùn)行對(duì)火力發(fā)電廠的影響

第三節(jié)　系統(tǒng)低頻率運(yùn)行對(duì)水電廠的影響

第四節(jié)　系統(tǒng)低頻率運(yùn)行對(duì)負(fù)荷的影響

第五節(jié)　沖擊負(fù)荷引起的電力系統(tǒng)頻率波動(dòng)

第六節(jié)　電力系統(tǒng)高頻率運(yùn)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(cè)與評(píng)價(jià)

第一節(jié)　電力系統(tǒng)頻率的四種運(yùn)行工況

第二節(jié)　電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)頻率

第三節(jié)　電力系統(tǒng)頻率的檢測(cè)

第四節(jié)　電力系統(tǒng)頻率的評(píng)價(jià)

第五章　電力系統(tǒng)頻率偏差的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定

第一節(jié)　國內(nèi)外有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定

第二節(jié)　電力系統(tǒng)頻率偏差標(biāo)準(zhǔn)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(dòng)態(tài)屬性

第二節(jié)　發(fā)電、輸變電設(shè)備及負(fù)荷對(duì)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(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)

參考文獻(xiàn)