第2讲电力系统频率偏差标准_林海雪
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ELECTRICITY
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年第
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May 2011Vol.30No.5
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电能质量国家标准系列讲座
Lectures on National Standard of Power Quality
Lin Haixue （China Electric Power Research Institute ，Beijing 100192，China ）
林海雪（中国电力科学研究院，北京市
100192）
Lecture Two Standards of Frequency Deviation for Power System
第2讲电力系统频率偏差标准
作者信息
林海雪，男，中国电力科学研究院，教授级高级工程师。
摘要
介绍国家标准GB /T 15945－2008《电
能质量
电力系统频率偏差》的基本条文、编制依据
及考虑的因素；论述电力系统中频率的基本概念、频率超标的危害、冲击负荷的影响、频率偏差的测量、电力系统频率异常的原因及频率调整措施。
关键词国家标准
电力系统
频率偏差
冲击
负荷
1概述
电力系统频率是电能质量的基本指标之一。根据
电工学理论，正弦量在单位时间内交变的次数称为频
率，用f 表示，单位为Hz （赫兹）。交变（含正负半波的变化）一次所需要的时间称为周期，用T 表示，单位为s （秒）。频率和周期互为倒数，即f =
1
T
。电力系统的电源来自各同步发电机。在稳态条件下各发电机同步运行，整个电力系统的频率可以视为相同，它是一个全系统一致的运行参数。电力系统的标称频率为50Hz 或60Hz ，中国大陆（包括港、澳地区）及欧洲地区采用50Hz ，北美及台湾地区多采用60Hz ，日本则有50Hz 和60Hz 两种。频率对电力系统负荷的正常工作有广泛的影响；系统某些负荷以及发电厂厂用电负荷对频率的要求非常严格。要保证用户和发电厂的正常工作就必须严格控制系统频率，使系统频率偏差控制在允许范围之内。系统频率偏差Δf =f m -f N ，式中f m 为实际频率（Hz ），f N 为系统标称频率（Hz ）。
一般来讲，电力系统频率仅当所有发电机的总有功出力与总有功负荷（包括电网的所有损耗）相等时，才能保持不变；而当总有功出力与总负荷发生不平衡时，各发电机组的转速及相应的频率就要发生变化。电力系统的负荷是时刻变化的，任何一处负荷的变化，都要引起全系统功率的不平衡，导致频率的变化。电力系统运行时，要及时调节各发电机的出力（通过调节原动机动力元素———蒸汽或水等的输入
Abstract The present paper introduces the main
provisions ，compilation basis as well as the considerations of national standard GB /T 15945-2008
Power Quality
—Frequency Deviation for Power System .It also analyses
the basic knowledge on frequency in power system ，the hazards of the frequency exceeding the standard ，the effect of impact load ，the measurement of frequency deviation ，the reasons for abnormal frequency in power system as well as the measures for frequency adjustment.
Key words
National standard
Power system
Frequency deviation Impact load
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量），以保证频率的偏差在允许的范围之内。
GB/T15945－2008《电能质量电力系统频率偏差》（以下简称《频率偏差》）于2007年12月由全国电压电流等级和频率标准化技术委员会审查通过，经国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会批准发布（2008年6月18日发布，2009年5月1日实施），取代GB/T15945－1995《电能质量电力系统频率允许偏差》。
2电力系统频率偏差超标的危害
电力系统中的发电与用电设备都是按照额定频率设计和制造的，只有在额定频率附近运行时，才能发挥最好的性能。系统频率过大的变动，对用户和发电厂的运行都将产生不利影响。系统频率变化的不利影响，主要表现在以下几个方面：
a.频率变化将引起电动机转速的变化，由这些电动机驱动的纺织、造纸等机械的产品质量将受到影响，甚至出现残、次品。系统频率降低将使电动机的转速和功率降低，导致传动机械的出力降低，影响生产效率。
b.无功补偿用电容器的补偿容量与频率成正比，当系统频率下降时，电容器的无功出力成比例降低，此时电容器对电压的支持作用受到削弱，不利于系统电压的调整。
c.频率偏差的积累会在电钟指示的误差中表现出来。工业和科技部门使用的测量、控制等电子设备将受系统频率的波动而影响其准确性和工作性能，频率过低时甚至无法工作。频率偏差大使感应式电能表的计量误差加大。研究表明：频率改变1%，感应式电能表的计量误差约增大0.1%。频率加大，感应式电能表将少计电量。
d.电力系统频率降低，会对发电厂和系统的安全运行带来影响，例如：频率下降时，汽轮机叶片的振动变大，影响使用寿命，甚至产生裂纹而断裂。又如：频率降低时，由电动机驱动的机械（如风机、水泵及磨煤机等）的出力降低，导致发电机出力下降，使系统的频率进一步下降。当频率降到46Hz或47Hz 以下时，可能在几分钟内使火电厂的正常运行受到破坏，系统功率缺额更大，使频率下降更快，从而发生频率崩溃现象。再如：系统频率降低时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，所消耗的无功功率增大，
结果更引起电压下降。当频率下降到45～46Hz时，
各发电机及励磁的转速均显著下降，致使各发电机的
电动势下降，全系统的电压水平大为降低，可能出现
电压崩溃现象。发生频率或电压崩溃，会使整个系统
瓦解，造成大面积停电。
e.系统频率过高也是不行的。一般大中型发电
机组均有过频率保护跳闸装置，以免机组超速而损
坏。美国西北联合电网在设计低频减负荷装置时，规
定了低频切负荷后的频率超调不得超过61Hz（额定
60Hz）。据此认为，在大约61Hz以上，某些火电厂
将可能因锅炉问题跳闸。同时，当发电机组在带负荷
运行条件下发生过频率情况时，调速系统的动态行为
如何，也很难在事先掌握。美国佛罗里达电力系统，
为了与某些机组配备的数字式电液调整器协调，规定
了低频切负荷后引起的频率超调不超过62Hz。国内
引进的元宝山600MW机组、华能福州电厂350MW
机组等均有过频率运行的明确限制。
3冲击负荷的影响
据调研，具有综合性负荷的大电力系统的负荷波
动一般小于负荷平均值的1%。对于中小电力系统，
这种波动的相对值一般可达2%～3%，个别情况可
能更大。如取负荷波动3%估算，系统实际调差系数
为10%～15%，则频率“一次调整”过程中最大偏
差为
0.03×15
100
=0.45％，即Δf=0.225Hz。“一次调
整”是靠发电机组调速器本身的动作来实现的。由于
调速器有失灵区，在负荷突然增加的瞬间，发电机出
力仍然保持不变，只能由原动机转动部分的动能供给
突增负荷，频率有较快的下降趋势，随即调速器起作
用，使发电机出力增加，最终按调差特性使频率稳定
在某一较低的新水平上。在实际系统中，还通过“二
次调整”即自动或手动调节调频器使特性平移将频率
恢复至正常值。要满足负荷突然增加的条件为：①系
统要有足够的备用容量；②功率的调节作用要能跟上
负荷的变化。条件②和冲击负荷的性质与大小、
“一次调整”、“二次调整”装置水平以及原动机的承
载能力等因素有关。
发电机电磁功率的变化速度约可达到每秒5%
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额定功率，其汽轮机和水轮机功率变化则要慢得多。对汽轮机来说，改变负载速度与凝汽器的情况、凝结水泵的工作能力，以及锅炉的加载能力有关。其许可的负荷改变速度约每分钟5%额定功率，在故障情况下可加快到10%。水轮发电机要快些（在低水头水电厂试验时，许可速度每分钟25%）。
在分析冲击负荷作用时，应把电力系统视作一个“弹性”联系的整体。冲击负荷引起电网中频率波动是一个相当复杂的动态过程。在冲击负荷作用的瞬间，各机组将首先按离冲击点的电气距离远近拾取冲击功率，近区机组将受到较严重的冲击。随之，各机组将按拾取的冲击功率大小和惯性大小不同程度地减速。然后，各个机组的调速系统按各自特性，动作于改变原动机的机械输入。在这个暂态过程中，机组之间将产生机电振荡，存在于它们之间的同步力矩，将力图把它们挂在一起按同一平均速度减速。因此，在实际的系统频率下降过程中，不同地点观测的频率变化有不同的动态过程，且具有振荡性质。
我国历年有不少大型的轧钢机和电弧炉投产，其冲击负荷可达几万乃至几十万kW 。这类负荷对近区电力系统或整个电力系统的安全稳定运行和频率偏差均有不可忽视的影响。应通过计算分析，采取必要的措施妥善处理。
4《频率偏差》标准基本条文及说明
《频率偏差》标准3.1规定：电力系统正常运行
条件下频率偏差限值为±0.2Hz 。当系统容量较小时，偏差限值可以放宽到±0.5Hz 。标准3.2条和附录A 还规定：用户冲击负荷引起的系统频率偏差变化不得超过±0.2Hz 。在保证近区电网、发电机组的安全、稳定运行和用户正常供电的情况下，可以根据冲击负荷的性质和大小以及系统的条件适当变动限值。
规定正常频率偏差限值为±0.2Hz ，系统容量较小时，可放宽到±0.5Hz 的依据，基于以下考虑：
a.在上述频率范围内能保证电力系统、发
电厂和用户的安全和正常运行：①GB 755－2008
/IEC 60034－1：2004《旋转电机定额和性能》规定的电机能实现基本功能的连续运行区（标准中称为
区域A ），频率偏差范围为±2%（即±1Hz ）；②一般电气设备，稳态频率偏差允许范围为±5%（即±2.5Hz ）。例如GB /T 7061－2003《船用低压成套开关设备和控制设备》的5.1.2条就有此规定。须指出，这些标准规定的频率偏差范围只是对电气设备本身安全、正常运行而言，如考虑频率的累积效应，当然频率偏差应越小越好。
b.1996年，当时的电力工业部颁布的《供电营业规则》规定，在电力系统正常状况下，供电频率的允许偏差为：电网装机容量在300万kW 及以上的，为±0.2Hz ；电网装机容量在300万kW 以下的，为
±0.5Hz 。在电力系统非正常状况下，供电频率允许偏差不应超过±1Hz 。
对国家电网和南方电网的频率合格率统计，近两、三年都在99.99%以上。
c.2005年《国家电网公司电力生产事故调查规程》中关于“电网一般事故”的规定：3000MW 及以上电力系统频率偏差超出50±0.2Hz 且延续30min 以上，或频率偏差超出50±0.5Hz 且延续15min 以上；3000MW 以下电力系统频率偏差超出50±0.5Hz 且延续30min 以上，或频率偏差超出50Hz ±1Hz 且延续15min 以上。
d.国外较新的标准中对电力系统频率允许偏差
的规定以±0.5Hz 居多（例如欧洲标准EN 50160：
2007《Voltage characteristics of electricity supplied by public distribution system 》，即《公共配电系统供电电压特性》的规定）。也有一些发达国家（如美国、加拿大、日本、德国、法国等）电力公司对互联系统频率偏差有±0.1Hz ，甚至更为严格的规定。
e.IEC 61000－2－2：2002《Electromagnetic
compatibility （EMC ）—Part 2-2：Environment －Compatibility levels
for
low -frequency
conducted
disturbances and signaling in public low -voltage power
supply systems 》
（《电磁兼容
环境
第2-2部分：
公用低压供电系统低频传导骚扰及信号传输的兼容水平》）中关于公用供电系统电磁兼容水平规定，短时频率偏差为±1Hz 。该规范指出，稳态频率偏差要小得多。
f.虽然我国大电网（装机容量3000MW 以上）
占绝对优势，正常频率偏差还可以控制在更小范围内
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（如±0.1Hz），但个别电网在某些时期面临缺电的局面，小的孤立系统，以及大型冲击负荷对近区系统的频率影响等因素将长期存在，故不宜将频率偏差规定得过小，而作为电能质量指标，也不宜和这些因素挂钩。此外，如将系统频率偏差规定得过小，势必影响电气设备对频率的适应性，并不有利。由于频率控制的精度和电网容量有关，当然也和调节和控制的技术水平有关，标准中提出±0.5Hz作为放宽的限度，也能满足设备对频率的要求。不过±0.5Hz频率偏差规定只是对联网的系统而言，小的孤立系统不包括在内。
g.至于大小电网以装机容量3000MW为界，这个规定在我国电力部门已存在几十年，给电网频率考核指标的确定带来方便，但考虑到调频技术的发展，系统结构和运行方式的多样性，这个规定还缺乏充分的依据，因此国标中并未采用。
《频率偏差》附录A对冲击负荷引起的频率变动作了规定，这是因为大型冲击负荷对供电系统的影响一般在规划设计阶段要作专门研究，为此应有标准作为技术措施的考虑依据。由于冲击负荷对频率的影响涉及冲击负荷性质、大小，电力系统容量、结构、旋转备用，系统调频方式，调速调频装置性能，背景冲击负荷以至于无功功率平衡和调压手段等诸多因素，难以提出确切的标准。因此，本条提出的用户冲击限值±0.2Hz是一个粗略值，此限值是对整个系统的频率偏差而言的，且可以适当变动。至于冲击负荷对近区电力系统的影响，则以“安全、稳定运行以及正常供电”为原则。关于“正常供电”，应包括不引起电力系统低频切负荷装置或其他保护和自动装置误动作，也应包括满足某些用户（例如纺织厂、造纸厂）的正常生产要求。应注意本条中冲击负荷，不限定数量，多个冲击负荷综合结果，应根据具体条件分析或试验确定。
《频率偏差》附录B对频率合格率的统计做了规定，统计的时间以s为单位。需要指出：“频率合格率”是电网内控的一个指标，并不直接面对用户。对用户仍以4.1条和4.2条限值为判断依据。
5频率偏差的测量
《频率偏差》“4频率偏差的测量”主要依据IEC61000－4－30《Electromagnetic compatibility （EMC）—Part4-30：Testing and measurement techniques—Power quality measurement methods》（《电
磁兼容第4-30部分：试验和测量技术电能质
量测量方法》中对频率偏差的测量要求，同时兼顾
现行国标GB/T19862－2005《电能质量监测设备
通用要求》，以及国内电力系统中一直沿用的习惯
方法。
本标准提出频率测量仪表绝对误差不大于
±0.01Hz是考虑测量频率偏差限值±0.2Hz应有的
精度，同时也兼顾数字式记录仪的现状。这个规定和
IEC标准中对A级仪器的测量误差一致。
测量方法中规定“测量电网基波频率，每次取
1s、3s或10s间隔内计到的整数周期与整数周期累
计时间之比（和1s、3s和10s时钟重叠的单个周期
应丢弃）”。测量时间间隔不能重叠，每次在时钟开始
时计。IEC61000－4－30标准中只规定对A级性能
的测量仪器“在10s间隔内计到的整数周期与整数周
期累计时间之比”。国标中之所以增加1s和3s测量
值是因为：①我国电力系统中一直沿用1s测量确定
频率；②国标GB/T19862中5.1.7条规定频率偏
差的一个基本记录周期为3s。因为实际系统频率总
是处于动态变化之中，显然，上述不同间隔测得的频
率会有误差。原则上，间隔大，平均性较好，从总体
上能更好地反映频率水平。
6电力系统频率的调整与控制
对发电机组有功出力进行调整，使电力系统频率
的变动保持在允许偏差范围内是频率调整的任务。电
力系统所有发电机组的原动机均装有自动转速调整器
（简称调速器），能自动地将频率控制在一定的范围
内。调速器的调频作用，一般称为频率的一次调整，
是最基本的调频措施。为了使并列运行的发电机组间
有确定的有功功率分配关系，调速器均做成有差调节
特性，所以单靠这一调整，通常不能满足要求，还需
要由人工或自动调频装置改变某些发电厂（称为调频
发电厂）中发电机调速器的特性，将频率调整到要求
的范围内，称之为频率的二次调整。对于大型电力系
统，需要多个发电厂共同参与二次调整，还要考虑各
调频机组间的功率经济分配以及联络线中交换功率的
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限制。这种频率-功率联合控制要用自动调整系统来实现。
电力系统在非正常方式下，针对频率异常所采取的调频措施属于频率控制。电力系统频率异常原因有：①电力系统发生事故失去大电源或造成系统解列，而解列后的局部系统有功功率失去平衡；②由于气候变化或意外灾害使负荷迅速突变；③在电力供应不足的电力系统缺乏有效地控制负荷的手段；④高峰负荷期间，发电出力的增长速度低于负荷的增长速度，低谷负荷期间发电最小出力大于低谷负荷；⑤大型冲击负荷对近区电力系统造成的频率波动。
在电力系统中一般采取下列措施防止频率的异常：①电力系统留有负荷备用和事故备用容量；电力供应不足的系统，必须事先限制一部分用户的负荷，除使发电出力与负荷平衡之外，还须有一定裕度；②在调度所或变电所装直接控制用户负荷的装置，并备有事故拉闸序位表；③在系统内安装按频率降低自动减负荷装置，和在可能被解列而功率过剩的地区装设按频率升高切除发电机的装置。
在电力系统发生事故出现功率缺额引起频率急剧大幅度下降时，自动切除部分用电负荷使频率迅速恢复正常以避免频率崩溃，这种措施称为按频率降低自动减负荷（又称自动低频减载）装置，这是一种以低频率继电器为基本元件的自动装置，是每个电力系统都必须配置的最主要的一种自动安全装置。这种装置广泛配置在发电厂和变电所中，当系统频率降低到其动作值时，它就自动切断一条至数条供电线路（或用户），从而达到自动切除部分用电负荷的目的。自动减负荷配置方案包括：确定切除用电负荷总数；各级动作频率及切除负荷量的整定值，以及装置配置点的确定等。
解决冲击负荷作用下频率波动的主要措施有：
①增加装机容量或扩大电力系统。系统越大，负荷冲击功率相对就越小，引起的频率变化也就越小。
②使电力系统保持足够的备用容量。必须指出，我国某些电力系统缺电，为了减少限电，往往在备用容量上做出牺牲，这对冲击负荷引起的频率降低是不利的。为此，大型冲击负荷应避开电网高峰负荷用电。
③改进调速系统和采取功率跟踪。汽轮发电机的调速器是控制电网频率的关键设备，其性能和灵敏度直接
和频率偏差相关。一般老机组均用离心式调速器，灵敏度不高，有的在频率下降0.4Hz 时才开始动作，难以适应频繁的冲击负荷下快速调整出力的要求。现代工频电液调速装置，失灵区可小于0.05Hz 左右，大大提高了频率控制的精度。当然，对于电弧炼钢炉这类快速冲击负荷，系统功率调节是难以跟随的，由于系统存在惯性，实际引起的频率降低不一定很大。因此，要针对实际负荷和系统条件作专门研究。
④合理选用水电厂的备用调频容量。水轮机的调速器失灵区较小，对于某些负荷变化，可以起到调频作用。⑤改善无功功率平衡，抑制电压波动。由于冲击负荷一般既包括有功功率也包括无功功率。有功功率不平衡会导致频率偏差，同时也影响无功功率的平衡，因此在解决频率偏差的同时，应对无功平衡和电压予以足够重视。
综上所述，大型冲击负荷接入电力系统前应作专门研究，其中包括对电力系统的频率、电压的影响，如有谐波和负序问题，也应考虑在内。因此，电能质量的国家标准中应有相应的规定，以作为采取技术措施的依据。
2011-03-02来稿
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电力系统频率的二次调节.doc
电力系统频率的二次调节 一、频率的二次调节基本概念 上一节分析了系统频率特性系数Ks的组成和特点。从分析中可知，系统的频率响应系数愈大，系统就能承受愈大的负荷冲击。换句话说，在同样大的负荷冲击下，Ks愈大，所引起的系统频率变化愈小。为了使系统的频率偏差限制在教小的范围内，总是希望有较大的Ks。 Ks由两部分组成，一部分有负荷本身的频率特性所决定，电力系统的运行人员是无法改变的；另一部分有发电机组的频率响应系数决定的，它是发电机调差系数的倒数。运行人员可以调整机组的调差系数和机组的运行方式来改变其大小。但是从机组的稳定运行角度考虑，机组的调差系数δ%不能取得太小，以免影响机组的稳定运行。 系统的频率响应系数Ks是随着系统负荷的变动和运行方式的变化二变动的。这对用户和系统本身都是不希望的。也就是说，仅靠系统的一次频率调整，没有任何形式的二次调节（包括手动和自动），系统的频率不可能恢复到原有的值。为了使系统的频率恢复到原有的额定频率运行，必须采用频率的二次调节。 频率的二次调节就是改变发电机组的频率特性曲线，从而使系统的频率恢复到原来的正常范围。 如图3-15所示，发电与负荷的起始点为a，系统的频率为f1。当系统的负荷发生变化，负荷增大，负荷特性曲线从PLa变化至PLb时,当系统发电特性曲线为PGa时，发电与负荷的交叉点为a移至b点。此时，系统的频率从f1降至f2。当增加系统发电，即改变发电的频率特性曲线从PGa变到PGb，就能使发电与负荷特性的交叉点移至d点，可使系统的频率保持在原来的f1运行。 反之，当系统的负荷降低，在如图3-15中，发电与负荷的起始点为d，此时，系统的频率为f1。当系统的负荷发生变化，负荷特性从从PLb变化至PLa时,当系统发电特性曲线为PGb时，发电与负荷的交叉点为d和c点。此时，系统的频率从f1上升至f3。为了恢复系统的频率，适当减少系统发电，即改变发电的频率特性曲线从PGb变到PGa，就能使发电与负荷特性的交叉点从c点移至a点，
电力系统频率调整
电力系统负荷可分为三种。第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动由很大的 偶然性。第二种变动幅度较大，周期较长，属于这类负荷的主要有电炉、电气机车等带有冲 击性的负荷。第三种负荷变动幅度最大，周期也最长，这一种是由于生产、生活、气象等变 化引起的负荷变动。 电力系统的有功功率和频率调整大体可分为一次、二次、三次调整三种。一次调整或频 率的一次调整指由发电机的调速器进行的，对第一种负荷变动引起的频率偏移的调整。二次 调整或频率的二次调整指由发电机的调频器进行的，对第二种负荷变动引起的频率偏移的调 整。三次调整其实就是指按最优化准则分配第三种有规律变动的负荷，即责成各发电厂按事 先给定的发电负荷曲线发电。在潮流计算中除平衡节点外其他节点的注入有功功率之所以可 以给定，就是由于系统中大部分电厂属于这种类型。这类发电厂又称为负荷监视。至于潮流 计算中的平衡节点，一般可取系统中担负调频任务的发电厂母线，这其实是指担负二次调频 任务的发电厂母线。 一：调整频率的必要性 电力系统频率变动时，对用户的影响： 用户使用的电动机的转速与系统频率有关。 系统频率的不稳定将会影响电子设备的工作。 频率变动地发电厂和系统本身也有影响： 火力发电厂的主要厂用机械—风机和泵，在频率降低时，所能供应的风量和水量将迅速减少， 影响锅炉的正常运行。 低频运行还将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，缩短叶片的寿命，甚至使叶片 断裂。 低频运行时，发电机的通风量将减少，而为了维持正常电压，又要求增加励磁电流，以致使 发电机定子和转子的温升都将增加。为了不超越温升限额，不得不降低发电机所发功率。 低频运行时，由于磁通密度的增大，变压器的铁芯损耗和励磁电流都将增大。也为了不超越 温升限额，不得不降低变压器的负荷。 频率降低时，系统中的无功功率负荷将增大。而无功功率负荷的增大又将促使系统电压水 平的下降。 频率过低时，甚至会使整个系统瓦解，造成大面积停电。 调整系统频率的主要手段是发电机组原动机的自动调节转速系统，或简称自动调速系统， 特别时其中的调速器和调频器（又称同步器）。 二：发电机原动机有功功率静态频率特性 电源有功功率静态频率特性通常可以理解为就是发电机中原动机机械功率的静态频率特性。 原动机未配置自动调速时，其机械功率与角速度或频率的关系： 221212m P C C C f C f ωω=-=- 式中各变量都是标幺值；通常122C C =。 解释如下：机组转速很小时，即使蒸汽或水在它叶轮上施加很大转矩m M ，它的功率输出m P 仍很小，因功率为转矩和转速的乘积；机组转速很大时，由于进汽或进水速度很难跟上叶轮 速度，它们在叶轮上施加的转矩很小，功率输出仍然很小；只有在额定条件下，转速和转矩 都适中，它们的乘积最大，功率输出最大。 调速系统中调频器的二次调整作用在于：原动机的负荷改变时，手动或自动地操作调频器，
电力系统调频调压
第一章电力系统调频 第一节系统频率标准 1.1 福建电网与华东电网并列运行时，频率调整按《华东电力系统调度规程》执行。标准频率为50 赫兹，频率偏差不得超过50±0.2赫兹，超出50±0.2赫兹为事故频率，事故频率的允许持续时间为：超出50±0.2赫兹，持续时间不得超过30分钟；超出50±0.5赫兹，持续时间不得超过15分钟。在正常情况下，发电机组AGC 投入时，系统频率应保持在50±0.1赫兹范围内运行。 1.2 当发生省网或省内局部地区独立网运行时，独立网用电负荷为300万千瓦及以上,频率偏差正常不得超过50±0.2 赫兹；超出50±0.2赫兹，持续时间不得超过30分钟；超出50±0.5赫兹，持续时间不得超过15分钟。独立网用电负荷小于300万千瓦，频率偏差正常不得超过50±0.5 赫兹；超出50±0.5赫兹，持续时间不得超过30分钟；超出50±1赫兹，持续时间不得超过15分钟。 1.3 系统事故造成地区电网独立网运行时，地调及地区电厂负责独立小网调频调压任务，使之能与省电网顺利并列，不得出现因调整不当而引起的高频切机、低频减负荷甚至垮网的现象。 第二节调频厂的确定及频率监视 2.1 电网运行时应指定第一调频厂和第二调频厂。 省电网单机容量在100MW及以上的火电厂、单机容量在
50MW及以上的水电厂、燃汽轮机组以及抽水蓄能机组均可担任系统的第一、二调频厂。正常运行情况下，省调应指定上述其中的电厂担任第一调频厂，机组投入AGC运行的电厂即自动转为第一调频厂，未指定为第一调频厂或未投AGC的上述电厂均为系统的第二调频厂。 选择系统调频厂应遵循以下原则： 1、具有足够的调频容量，可满足系统负荷的最大增、减变量。 2、具有足够的调整速度，可适应系统负荷的最快增、减变化。 3、在系统中所处的位置合理，其与系统间的联络通道具备足够的输送能力。 2.2 省调调度室应装有ACE监视画面和数字式频率显示器及记录式频率记录仪，当频率超出50±0.1赫兹时，应具备告警信号。系统的频率以省调调度室的频率显示为准；系统第一、第二调频厂和频率监视点每月15日白班应与省调核对频率显示装置。 2.3 为有效监视系统频率运行，对各单位装设频率表的要求： 1、在各地调调度室和所有电厂、变电站（集控站）的中控室（或集控室）均要求装有频率显示器；所有500/220千伏变电站应装有数字式频率表。 2、各地调调度室和第一、第二调频厂应装有数字式和记录式频率表，当频率超出50±0.15赫兹时，应具备有告警音响和灯光信号。
电力频率调整及控制
频率与有功功率平衡 电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。 但是，电力系统的负荷是时刻变化的，从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内，就需要及时调节系统内并联运行机组的有功功率。 频率质量是电能质量的一个重要指标。中国《电力工业技术管理法规》规定，大容量电力系统的频率偏差不得超过，一些工业发达国家规定频率偏差不得超过。 说明电力系统元件及整个系统的频率特性，介绍电力系统调频的基本概念。 12.1.2.1负荷频率特性 负荷的频率静态特性：在没有旋转备用容量的电力系统中，当电源与负荷推动平衡时，则频率将立即发生变化。由于频率的变化，整个系统的负荷也将随着频繁率的的变化而变化。这种负荷随频率的变化而变化的特性叫做负荷的频率静态特性。 综合负荷与频率的关系可表示成： 由于电力系统运行中，频率一般在额定频率附近，频率偏移也很小，因此可将负荷的静态频率特性近似为直线，如下图所示。
12.1.2.2发电机组频率特性 发电机组的频率静特性：当系统频率变化时，发电机组的高速系统将自动地改变汽轮机的进汽量或水轮机的进水量以增减发电机组的出力，这种反映由频率变化而引起发电机组出力变化的关系，叫发电机调速系统的频率静态特性。 发电机组的功率频率静态特性如下图：在不改变发电机调速系统设定值时，发电机输出功率增加则频率下降，而当功率增加到其额定功率时，输出功率不随频率变化。图中向下倾斜的直线即为发电机频率静态特性，而①和②表示发电机出力分别为PG1和PG2时对应的频率。
等值发电机组（电网中所有发电机组的等效机组）的功率频率静态特性如下图所示，它跟发电机组的功率频率静态特性相似。 12.1.2.3电力系统频率特性 电力系统的频率静态特性取决于发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性，由发电机组的功率频率特性和负荷的功率频率特性可以经推导得出： 式中――电力系统有功功率变化量的百分值： ――系统频率变化量百分值； ――为备用容量占系统总有功负荷的百分值。 12.1.2.4一次调频 一次调频：由发电机特性和负荷调节效应共同承担系统负荷变化，使系统运行在另一频率的频率调整称为频率的一次调整。
电力系统频率异常的控制
电力系统频率异常的控制 【摘要】频率是电力系统重要的运行参数，也是衡量电能质量的重要指标，同时为某些安全稳定装置动作提供判据。现代电力系统中装设了大量的频率量测装置，从而可以记录系统中发生的频率动态过程，然而对实际电网进行频率动态过程研究发现，仿真所得的频率轨迹与实测轨迹存在着较大的差别，这就迫切需要对电力系统中影响动态频率特性的相关因素进行分析。 【关键词】电力系统；频率异常；控制分析 一、频率异常的特点和控制措施 由电力系统事故所引起的频率大幅度变化的动态过程称为频率 异常。它不同于正常运行的频率波动．主要表现在频率变化幅度大、速度快。在电力系统尚未解列时，伴随有振荡的出现。当电力系统解列后，在功率严重缺少的被解列的区域网内，又往往会出现频率的单调衰减，即所谓的频率崩溃。 引起电力系统频率异常的根本原因是系统中出现了功率的不平衡，而导致功率突变的直接原因是：①联络线出现故障开关跳闸，两侧功率出现了不平衡；②电力系统内有大容量发电机组突然投入或切除；③电力系统内有大的负荷突然投入或解除。 针对这些原因，可以采用如下所述的措施和控制手段来减少频率事故的出现： ①合理设计电力网结构。如采用双回路联络线，以减少线路故障
导致电力系统解列的可能性；环形网供电，以减少辐射阀所引起停电的可能性；用电负荷和供电电源应尽可能就地平衡；②适当地控制系统传输功率。在图1中，为了使联络线故障切除后不引起两侧系统频率急剧下降，应该预先将联络线交换功率限制在适当的限额内。在考虑电力系统的电流分析时，应该尽量保证在一些线路故障切除后，在电流转移的情况下，不会造成其他线路或区域过负荷。 ③系统应具备足够的备用容量。在电力系统中为了防止系统因大量功率缺额而造成系统频率下降，一般需要安排一定数量的发电机作为旋转备用(热备用)，当频率下降时可以立即使旋转备用机组提供输出功率；④在电力系统内装设控制频率异常的自动控制装置。能够自动投切发电机组和负荷。 二、消除电力系统频率异常的自动控制装置 按照频率异常时频率上升和下降的不同，自动控制装置可分为：①反映电力系统频率下降时动作的自动控制装置；有低频减负荷自动控制装置颁发电机自启动控制装置、低频蓄能改发电自动控制装置等；②反映电力系统频率上升时动作的自动控制装置。有高频切除发电机组自动控制装置、高频率发电机组输出功率自动控制装置、电气制动自动控制装置等。 这些自动控制装置用频率变化作为测量信号，经过一定的逻辑判断后由控制操作指令，它们都属于反事故自动控制装置。按频率自动减负荷装置是一种有着高度选择性的反事故自动控制装置。当电
电能质量 电力系统频率允许偏差(GBT15945-1995)
中华人民共和国国家标准 电能质量电力系统频率允许偏差 GB/T159451995 Quality of electric energy supply Permissible deviation of frequency fof power system 国家技术监督局1995-12-21批准1996-08-01实施 1主题内容与适用范围 本标准规定了电力系统频率允许偏差值及其测量仪表的基本要求 本标准适用于正常运行下标称频率为50Hz的电力系统 本标准不适用于电气设备的频率允许偏差 2术语 2.1频率偏差frequency deviation 系统频率的实际值和标称值之差 2.2频率变动frequency variation 频率变化过程中相邻极值频率之差 2.3冲击负荷impact load 生产(或运行)过程中周期性或非周期性地从电网中取用快速变动功率的负荷 3频率偏差允许值 3.1电力系统正常频率偏差允许值为0.2Hz当系统容量较小时偏差值可以放宽到 0.5Hz 3.2用户冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过0.2Hz根据冲击负荷性质和大小以及系统的条件也可适当变动限值但应保证近区电力网发电机组和用户的安全稳定运行以及正常供电 4测量仪表 用于频率偏差指标评定的测量须用具有统计功能的数字式自动记录仪表其绝对误差不大于0.01Hz ______________ 附加说明 本标准由全国电压电流等级和频率标准化技术委员会提出并归口 本标准由电能质量电力系统频率允许偏差国标工作组负责起草 本标准由电力科学研究院机械标准化研究所国家电力调度中心电力部信息所纺织机械研究所牵引电气设备研究所等单位参加起草 本标准主要起草人林海雪俞莘民雷晓蒙向海平曹军梅罗新潮蔡邠
电力系统的频率问题
电力系统的频率问题 为什么我国的电源是采用50Hz的,而外国有的国家采用60Hz的电源?我国在制定此标准时是依据什么呢?50Hz和60Hz电源的优点、缺点在哪里？两者对负载的功率有没有影响？另外，机场和飞机上又为什么采用400Hz的电源？ 其实50H和60HZ的区别不是很大，没有实质性的问题。不过是发电机的转速略有差别。选择50HZ或60HZ，在一个国家里，总得一致。 应当引起人们关注的倒是，为什么要采用50HZ或60HZ，而不是更高或更低。 在电气系统里，频率是一个很重要的基本要素，并不是随意确定的。 这一个问题看起来简单，实际上是一个比较复杂的问题，涉及的方面比较多，从原理上追朔，应当从麦克斯韦发现了经典电磁理论、赫兹为麦克斯韦的理论添上了至关重要的一笔、法拉第的法拉第电磁感应定律及其世界上第一台电磁感应发电机、英国工程师瓦特金首先制出了电动机，法国人皮克希制成了发电机、西门子发现了发电机的原理，发明了发电机，这是发电机领域的第一例实际应用等说起。 此后人们发现总结出来的定理为，周期性地改变方向的电流叫做交流电，电流发生1 个周期性变化的时间叫做周期，每秒电流发生变化的次数做频率，单位是赫兹（为了纪念赫兹的贡献）。交流电的频率为50（60）赫，电流方向每秒钟发生50（60）个周期性的变化，每秒改变的次数为100（120）次。 电动机是根据通电线圈在磁场中转动的基本原理制成的。如果将电动机线圈两端加两个铜制滑环及分别与滑环接触的两个电刷就成为交流发电机（原理）。发电机是实现将机械能转化为电能的装置，需要原动机拖动。 频率大小的确定与发电机、电动机及变压器等的构造、材料等有关。 50赫的两极发电机的同步转速是3000转/分，而如果频率上升一倍达到100赫，那么同步转速将会是6000转/分。如此高的速度将会给发电机的制造带来很多问题，特别是转子表面的线速度太高，必将大大限制容量的增加。另外，从使用角度看，频率过高，使得电抗增加，电磁损耗大，加剧了无功的数量。譬如以三相电机为例，其电流大大下降，输出功率及转矩也大大下降，实在没有益处。另外，如果采用较低的频率譬如30赫，变压效率低，那么将不利于交流电的变压和传输。 现代电力系统的频率即电力系统中的同步发电机产生的正弦基波电压的频率。频率是整个电力系统统一的运行参数，一个电力系统只有一个频率。我国和世界上大多数欧洲国家电力系统的额定频率为50Hz。美洲地区多数是60Hz。大多数国家规定频率偏差±0.1～0.3Hz之间。在我国，300万kW以上的电力系统频率偏差规定不得超过±0.2Hz；而300万kW以下的小电力系统的频率偏差规定不得超过±0.5Hz。由于大机组的运行对电力系统频率偏差要求比较严格，因此有些国家对电力系统故障运行方式的频率偏差也作了规定，一般规定在±0.5～ ±1Hz之间。超过允许的频率偏差，大机组将跳闸，这不利于系统的安全稳定运行。 在电力系统内，发电机发出的功率与用电设备及送电设备消耗的功率不平衡，将引起电力系统频率变化。当系统负荷超过或低于发电厂的出力时，系统频率就要降低或升高，发电厂出
RC一阶电路(动态特性 频率响应)研究
9 RC 一阶电路（动态特性 频率响应） 一个电阻和一个电容串联起来的RC 电路看起来是很简单的电路。实际上其中的现象已经相当复杂，这些现象涉及到的概念和分析方法，是电子电路中随处要用到的，务必仔细领悟。 9.1 零输入响应 1.电容上电压的过渡过程 先从数学上最简单的情形来看RC 电路的特性。在图9.1 中，描述了问题的物理模型。假定RC 电路接在一个电压值为V 的直流电源上很长的时间了，电容上的电压已与电源相等（关于充电的过程在后面讲解），在某时刻t 0突然将电阻左端S 接地，此后电容上的电压会怎么变化呢？应该是进入了图中表示的放电状态。理论分析时，将时刻t 0取作时间的零点。数学上要解一个满足初值条件的微分方程。 看放电的电路图，设电容上的电压为v C ,则电路中电流 dt dv C i C =， 依据KVL 定律，建立电路方程： 0=+dt dv RC v C C 初值条件是 ()V v C =0 像上面电路方程这样右边等于零的微分方程称为齐次方程。 设其解是一个指数函数： ()t C e t v S K = K 和S 是待定常数。 代入齐次方程得 0=KS +K S S t t e RC e 约去相同部分得 0=S +1RC 于是 RC 1-=S 齐次方程通解 ()RC t C e t v -K = 还有一个待定常数K 要由初值条件来定： ()V K Ke v C ===00 最后得到： () t RC t C Ve Ve t v --==
在上式中，引入记号RC =τ，这是一个由电路元件参数决定的参数，称为时间常数。它有什么物理意义呢？ 在时间t = τ 处， ()V V Ve v 0.368=e ==-1-C τττ 时间常数 τ是电容上电压下降到初始值的1/e ＝36.8% 经历的时间。 当t = 4 τ 时，()V v 0183.0=4C τ，已经很小，一般认为电路进入稳态。 数学上描述上述物理过程可用分段描述的方式，如图9.1 中表示的由V 到0的“阶跃波”的输入信号，取开始突变的时间作为时间的0点，可以描述为： ()()0=S ≤t V t v 对 ；()()00=S ≥t t v 对。 [练习.9.1]在仿真平台上打开本专题电路图，按图中提示作出“零输入响应”的波形图。观察电容、电阻上输出波形与输入波形的关系，由图上读出电路的时间常数值，与用电路元件值计算结果比较。 仿真分析本专题电路 得到波形图如图9.2 所示。 在0到1m 这时间内，电压源值为V ，在时刻1m 时电压源值突然变到0。仿真平台在对电路做瞬态分析之前，对电路作了直流分析，因此图中1m 以前一段波形只是表明电路已经接在电压源值为V “很长时间”后的持续状态。上面理论分析只适用于1m 以后的时间过程。时刻1m 是理论分析的时间“零”点。图上看到，电容上的电压随时间在下降，曲线的样子是指数下降曲线的典型模样。由v C 曲线找到电压值为0.368V 的地方，读出它的时刻值(=2m )，即可求到电路的时间常数是1m (1毫秒)。 图中也画出电阻上电压变化曲线。观察，发现在1m 以前，电阻电压为0，在时刻1m ，电阻电压突变到 -V ，然后逐渐升到0。怎样理解这个过程呢？ 2.电阻上电压的过渡过程 虽然专题电路图中取电阻的电压时是由电阻直接落地的电路得到的，但电路元件参数是相同的，该电阻上的电压应和电容落地电路中的电阻是一样的。按照这种想法，看图9.1 ，注意电阻的电压的参考方向应是由S 点向右，即应是v(S 点)-v C ，在电源电压为V 的时间内，电容已被充电到v C =V ，那么v R = v(S 点)-v C =V -V =0。在理论分析时间0处，电压源的电压值突变到0，即v(S 点)=0，但电容上的电压不能突变（回顾电容的特性：电压有连续性）。为了区分突变时刻的前和后的状态，用0- 表示突变前，0+ 表示突变后。 即是说， v C (0+)= v C (0-)=V 那么， v R (0+)= 0-v C (0+)= -V 在随后的时间内，按KVL 定律， 电阻上的电压应为： ()()τt RC t C R Ve Ve t v t v ---=-=-=
电力系统功率频率动态特性研究--期刊
2009年8月Power System Technology Aug. 2009 文章编号：1000-3673（2009）16-0058-05 中图分类号：TM761 文献标志码：A 学科代码：470·40 电力系统功率频率动态特性研究 周海锋1，倪腊琴2，徐泰山1 （1．国网电力科学研究院，江苏省南京市 210003；2．华东电力调度中心，上海市黄浦区 200002） Study on Power-Frequency Dynamic Characteristic of Power Grid ZHOU Hai-feng1，NI La-qin2，XU Tai-shan1 （1．State Grid Electric Power Research Institute，Nanjing 210003，Jiangsu Province，China； 2．East China Grid Dispatching Center，Huangpu District，Shanghai 200002，China） ABSTRACT: Power-frequency characteristics of power grid are the base of the research on system operation modes, design of under-frequency load shedding and evaluation on various frequency and voltage regulation measures. Along with the enlargement of power grid scale, the power-frequency characteristics become complicated increasingly. Based on actual data of practical power grids and by use of numerical simulation, the dynamic power-frequency characteristics of power grid are researched, the space-time distribution features of power grid frequency and the factors impacting power-frequency characteristics are analyzed and the main factors that impact initial stage of frequency, dynamic process of frequency and steady-state value of frequency are given respectively. KEY WORDS: power-frequency characteristic；power shortage；spinning reserve；load frequency coefficient；load model 摘要：电力系统功率频率特性是研究系统运行方式、设计低频减载方案以及评价各种调频调压措施等工作的基础。随着电网规模的扩大，电力系统功率频率特性日趋复杂。文中以实际电网数据为基础，采用数值仿真法研究电网的功率频率动态特性，分析了电网的频率时空分布特性以及功率频率特性的影响因素，并分别给出了影响频率初始阶段、频率动态过程以及频率稳态值的主要因素。 关键词：功率频率特性；功率缺额；旋转备用；频率调节效应系数；负荷模型 0 引言 频率是电力系统的重要参数，也是衡量电能质量的主要指标之一[1]。当电力系统受到大机组跳闸、联络线跳线或者大容量负荷投切等扰动时，由于系统有功功率平衡遭到破坏，引起系统频率发生变化继而发生频率动态过程。当系统频率变化较大时，将会给电力系统带来明显的不利影响，甚至导致频率稳定破坏事故的发生。 低频减载[2-5](under-frequency load shedding，UFLS)作为保障电网安全稳定运行3道防线[6]中的最后一道防线，是防止电力系统发生频率崩溃的紧急控制措施。正确认识电力系统功率频率特性是研究系统运行方式、整定低频减载方案和评价各种调频调压措施等工作的基础。尽管互联系统的容量越来越大，发生全局性频率崩溃的概率越来越小，但一旦发生后果将更加严重。因此深入研究电力系统功率频率特性、分析影响系统功率频率特性的因素，对电力系统的规划、运行及控制具有重要的理论和现实意义。 电力系统功率频率特性研究主要采用解析分析[7]和数值仿真[8-9]2种方法。解析分析法主要采用非均匀线性动态等值，侧重对扰动后系统各区频率动态过程的空间分布现象及特点的分析。数值仿真法可以得到系统精确的受扰轨迹，不仅有助于解释多机系统中功率频率特性的一般规律，还能评价系统中负荷电压特性及各种控制措施对频率动态过程的影响，但是数值仿真法对系统模型及参数选择的依赖性较大。 本文将在研究电力系统功率频率特性机理的基础上，采用数值仿真法揭示电网的频率时空分布特性以及影响互联大电网功率频率特性的主要因素。 1 电力系统功率频率特性 1.1 基本概念 电力系统功率频率特性是指系统有功功率不平衡时频率的变化特性，它是负荷频率特性、发电机频率特性以及电压影响的综合结果[10]。通常将其分为功率频率静态特性和功率频率动态特性，分别描述有功功率变化之后频率的状态和变化过程。其
电力系统频率及有功功率的自动调节
电力系统频率及有功功率的自动调节 摘要 在现实中系统功率并不是一个恒定的值，而是随时变化的，在系统中，每时每刻发电功 率和用电功率基本平衡。而功率又是影响频率的主要因素，当发电功率与用电功率平衡时，频率基本稳定，当发电功率大于用电功率时系统频率则上升，反之则下降，所以系统对有功 功率和频率进行调整。本文研究了电力系统频率及有功功率的自动调节进行了详细的研究与论证。 关键词：频率有功功率自动调节 第一章频率和有功功率自动控制的必要性 1电力系统频率控制的必要性A频率对电力用户的影响 （1）电力系统频率变化会引起异步电动机转速变化,这会使得电动机所驱动的加工工业产品的机械的转速发生变化,转速不稳定会影响产品质量”甚至会出现次品和废品。 （2）电力系统频率波动会影响某些测量和控制用的电子设备的准确性和性能，频率过低时有 些设备甚至无法工作。这对一些重要工业和国防是不能允许的。 （3）电力系统频率降低将使电动机的转速和输出功率降低，导致其所带动机械的转速和出力降低,影响电力用户设备的正常运行。 B频率对电力系统的影响 （1）频率下降时，汽轮机叶片的振动会变大，轻则影响使用寿命，重则可能产生裂纹。对于额定频率为50Hz的电力系统，当频率低到45Hz附近时，某些汽轮机的叶片可能因发生共振而断 裂，造成重大事故。（次同步谐振，1970、1971年莫哈维电厂790MV机组的大轴损坏事故） （2）频率下降到47-48HZ时，火电厂由异步电动机驱动的辅机（如送风机、送煤机）的出力随之下降，从而使火电厂发电机发出的有功功率下降。这种趋势如果不能及时制止，就会在短时间内使电力系统频率下降到不能允许的程度。这种现象称为频率雪崩。出现频率雪崩会造 成大面积停电，甚至使整个系统瓦解。 （3）在核电厂中，反应堆冷却介质泵对供电频率有严格要求。当频率降到一定数值时，冷却介质泵即自动跳开，使反应堆停止运行。 （4）电力系统频率下降时，异步电动机和变压器的励磁电流增加，使无功消耗增加，引起系统 电压下降，频率下降还会引起励磁机出力下降，并使发电机电势下降，导致全系统电压水平降
电力系统频率变化的影响
电力系统频率偏低偏高有哪些危害 电力系统频率的频率变动会对用户、发电厂、电力系统产生不利的影响。1.对用户的影响：频率的变化将引起电动机转速的变化，从而影响产品质量，雷达、电子计算机等会因频率过低而无法运行；2.对发电厂的影响：频率降低时，风机和泵所能提供的风能和水能将迅速减少，影响锅炉的正常运行；频率降低时，将增加汽轮机叶片所受的应力，引起叶片的共振，减短叶片寿命甚至使其断裂。频率降低时，变压器铁耗和励磁电流都将增加，引起升温，为保护变压器而不得不降低其负荷；3.对电力系统的影响：频率降低时，系统中的无功负荷会增加，进而影响系统，使其电压水平下降。 当供电电路的频率偏高时，1、电动机的转速回高（n=60f/p(1-&) )，当电动机转速增大时，其实际功率成倍增加，其结果电动机很容易过载烧毁；2、中国电气设备是按50赫兹设计的，如果大于其允许的频率数，电气原件容易损坏。当供电电路的频率偏低时，电动机转速会过低，会使有的设备不能正常工作，如水泵可能不出水，风机风量、风压过低。 频率变化对电力用户及电力系统的影响包括哪些 对用户： 1、用户使用的电动机的转速与系统频率有关，频率变化将使电动机的转速变化，从而影响产品的质量。例如，纺织工业都会因为频率的变化出现次品。 2、近代工业，国防和科学技术都已经广泛使用的电子设备受到频率影响较大。 系统本身： 1、低频运行，会对发电机的叶片所受到的应力有影响。甚至引起共振，降低叶片寿命。 2、增大励磁电流，提高温升等。 系统频率的变化主要是引起负荷端异步电动机转速的变化。 如果频率降低的过多，将使电动机停止运转，会引起严重的后果。比如，火电厂的给水泵停止运转，将迫使锅炉停炉。另一方面，如楼上所讲，对于汽轮机在低频运行状态下时，会缩短汽轮机叶片的寿命，严重时会使叶片断裂。（这是因为汽轮机转子一般瘦长，转速较快，可达1500r/s,突然频率过低，会使叶片断裂）。 如果频率过高，则会出现失步等问题。 推荐楼主看《电力系统分析（上）》诸俊伟和《电力系统分析（下）》夏道止 电力系统频率变化的原因
《电力系统分析》题目doc
《电力系统分析》复习题 一、单项选择题 1、下列二次设备中（c ）是保护设备。 A．电流表B．电压表 C．继电保护装置D．远动操作装置 2、TJ表示（）。 A．铝绞线B．铜绞线 C．银绞线D．钢芯铝绞线 3、下列各选项中不可以作为电力系统有备用接线方式的是（）。 A．放射式B．干线式 C．链式D．环式 4、节点导纳矩阵形成过程中，把变压器采用π形等值电路表示后，下列说法错误的是（）。 A．电网中存在阻抗支路B．电网中存在导纳支路 C．电网中不存在理想变压器D．以上说法都不正确 5、频率质量以（）来表示。 A．频率偏移B．电压偏移 C．波形畸变率D．电流偏移 6、电力线路串联电抗中的无功功率（）。 A．呈容性B．呈纯阻性 C．呈感性D．性质不定 7、下列哪项属于短路的内部原因？（） A．动物B．绝缘老化 C．污染D．人为误操作 8、下列各项中是静止元件的是（）。 A．鼠笼发电机B．同步发电机 C．异步发电机D．线路 9、机电暂态过程的时间级是（）级。 A．微秒B．毫秒
C．分秒D．秒 10、简单单机发生短路故障时，功角特性曲线（）。 A．降低B．提高 C．不变D．变化不定 11、通常同步发电机接在线路首端，它的额定电压为电力线路额定电压的（）。A．1.05倍B．1.0倍 C．1.1倍D．1.15倍 12、变压器的电导参数主要决定于实验数据（）。 A．短路损耗B．空载损耗 C．短路电压百分比D．空载电流百分比 13、线路两端的电压相量之差称为（）。 A．电压调整B．电压损耗 C．电压偏移D．电压降落 14、下列关于节点导纳矩阵说法不正确的是（）。 A．节点导纳矩阵是上三角矩阵 B．节点导纳矩阵是n×n维方阵 C．如果两节点没有直接的电气连接，则导纳矩阵中的互导纳为零 D．节点导纳矩阵是高度稀疏矩阵 15、下列调频属于事前调频的是（）。 A．一次调频B．二次调频 C．三次调频D．四次调频 16、一般综合负荷的功率因数为（）。 A．0.5左右B．0.5-0.6 C．0.6-0.9 D．0.9-0.95 17、下列属于短路应对措施的是（）。 A．快速切除故障B．快速恢复线路供电 C．降低短路发生概率D．以上说法都正确 18、在任意某系统某点发生不对称短路时，短路点元件参数（）。 A．对称B．不对称 C．相等D．不确定
动态电力系统分析复习题
动态电力系统分析复习题 1. 理想电机 （P1） 满足以下假定条件的电机称为理想电机： （1）电机磁铁部分的磁导率为常数，既忽略调磁滞、磁饱和的影响，也不计涡流及集肤作用等的影响。 （2）对纵轴及横轴而言，电机转子在结构上是完全对称的。 （3）定子的3个绕组的位置在空间互相相差120°电角度。3个绕组在结构上完全相同。同时，它们均在气隙中产生正弦形分步的磁动势。 （4）定子及转子的槽及通风沟等不影响电机定子及转子的电感，即认为电机的定子及转子具有光滑的表面。 2. 在同步发电机模型中，一般考虑哪些阻尼绕组 （P2） 在d 轴上的一个等值阻尼绕组D ； 在q 轴上的一个等值阻尼绕组Q 。 3. 列写出发电机abc 和dq0坐标下的电压平衡方程式。 （P3）、（P15） abc 坐标轴下： ??? ??-ψ=-ψ=-ψ=c a c c b a b b a a a a i r p u i r p u i r p u f f f f D D D D Q Q Q Q u p r i u p r i u p + r i ?=ψ+? =ψ+??=ψ? 合并成 ri p u +ψ= 式中 dt d p = ()T Q D f c b a u u u u u u ,,,,,u = ()T Q D f c b a ψψψψψψ=ψ,,,,, ()Q D f c b a r r r r r r diag ,,,,,r = () T Q D f c b a i i i i i i ,,,,,i ---= dq0坐标轴下： ??????-??????+????? ?+??????ψψ=??????fDQ dq fDQ dq i i r r 0S p u u 00dq0fDQ dq0fDQ dq0 式中 ()T d q 00S ，，ψψ-=ωωdq 4. 在同步发电机方程中，采用PARK 变换的目的是什么 （P9） 派克变换可以使我们通过等值变换，立足于d 和q 旋转坐标观察电机的电磁现象，从而能极好地适应转子的旋转以及凸极效应。经派克变换后所得的dq0坐标下的同步电机基本方程中的电感参数均为定常值，大大地有助于分析电机暂态过程的机理及有利于实用计算，从而在电机过渡过程分析及大规模电力系统动态分析中取得了广泛的应用。 5. PARK 变换及逆变换公式 （P12） 完整的经典派克变换： ? ???? ??????????? ???? ???? ---=???? ??????c b a c b a c b a q d f f f f f f 212 12 1sin sin sin cos cos cos 320θθθ θθθ 或记作 abc dq0Df f = 完整的经典派克变换的逆变换： ???? ? ???????????? ???---=??????????0b 1sin cos 1sin cos 1sin cos f f f f f f q d c c b a a c b a θθθθ θθ 或记作 dq0-1abc f D f = 6. 列写出发电机abc 和dq0坐标下的功率方程式。 （P7）、（P18）
电力系统频率调整及控制
12.1.1.1频率与有功功率平衡 电力系统频率是靠电力系统内并联运行的所有电机组发出的有功功率总和与系统内所有负荷消耗(包括网损)的有功功率总和之间的平衡来维持的。 但是，电力系统的负荷是时刻变化的，从而导致系统频率变化。为了保证电力系统频率在允许范围之内，就需要及时调节系统内并联运行机组的有功功率。 频率质量是电能质量的一个重要指标。中国《电力工业技术管理法规》规定，大容量电力系统的频率偏差不得超过，一些工业发达国家规定频率偏差不得超过。 说明电力系统元件及整个系统的频率特性，介绍电力系统调频的基本概念。 12.1.2.1负荷频率特性 负荷的频率静态特性：在没有旋转备用容量的电力系统中，当电源与负荷推动平衡时，则频率将立即发生变化。由于频率的变化，整个系统的负荷也将随着频繁率的的变化而变化。这种负荷随频率的变化而变化的特性叫做负荷的频率静态特性。 综合负荷与频率的关系可表示成： 由于电力系统运行中，频率一般在额定频率附近，频率偏移也很小，因此可将负荷的静态频率特性近似为直线，如下图所示。
12.1.2.2发电机组频率特性 发电机组的频率静特性：当系统频率变化时，发电机组的高速系统将自动地改变汽轮机的进汽量或水轮机的进水量以增减发电机组的出力，这种反映由频率变化而引起发电机组出力变化的关系，叫发电机调速系统的频率静态特性。 发电机组的功率频率静态特性如下图：在不改变发电机调速系统设定值时，发电机输出功率增加则频率下降，而当功率增加到其额定功率时，输出功率不随频率变化。图中向下倾斜的直线即为发电机频率静态特性，而①和②表示发电机出力分别为PG1和PG2时对应的频率。
电力系统频率测量误差成因分析
电力系统频率测量误差成因分析 内容预览 电力系统频率测量误差成因分析 肖遥，孟·让·柯洛德 （1．湖北省电力试验研究院，湖北省430077；2．布鲁塞尔自由大学）摘要：系统频率是大家普遍关注的电能质量指标之一。大量应用新技术对频率测量精度的要求也越来越高。近年来用于精确测量频率的新方法也常见于报道，但这些方法几乎都在波形畸变上做文章。文中通过理论分析和试验，揭示了引起频率测量偏差的主要原因是系统中的发电机出力、负荷和系统结构发生变化，导致被测电压信号初相角发生突变所致。 关键词：系统频率；频率测量；电能质量 1引言 电力系统频率是重要的电能质量指标之一。对于系统频率监测和控制来讲，其测量误差达到10mHz应该说是基本满足要求的。但是一些新技术在电力系统的应用中要求有精确的频率测量结果作为参考值。测量系统频率的通常手段是通过检测电压波形的过零点，利用1个或几个周期过零点的时间间隔来推算出此段波形的频率。然而，研究表明，在有信号干扰的情况下，用此方法测量的频率不很精确。人们还发现，即便是在同一电网的不同位置，在同一时刻的频率测量结果也不一致。经研究，发现波形畸变、暂态过程中的非周期分量、噪声干扰等是造成频率测量精度不高的原因，有人试图利用现代数学理论来提高频率测量精度［1～9］。关于频率测量的诸多方法的介绍可以参考文献［10］，本文不多述评。这些频率测量算法的共同点是在波形上做文章，有的甚至将电压初相角恒定作为假设条件。然而其最终结果却不尽如人意。 笔者通过实验和理论分析认为：导致系统频率测量精度差的主要原因是系统中的发电机出力、负荷波动以及系统结构发生变化，使电压信号的相位发生突变所致。 2系统频率的定义 设有如式（1）的电压信号 式中ω（t）／2π为系统频率f s。 当信号的基波相角和谐波相角稳定时，式（2）的频率就是系统的频率。从式（2）还可以看出，该频率与信号的幅值没有任何联系，这从试验中也得到证明。事实上，对任意波形的稳态周期信号，其频率是稳定且唯一的。在电力系统中，系统频率f s基本稳定，只在标准允许的范围内缓慢变化，故式（2）中角频率ω（t）的导数几乎为零。对频率测量的唯一影响因素是基波电压初相角φ1（t）的变化。系统某点电压相角在小范围内变化是频繁而随机的。如图1示，在系统电压保持稳定的条件下，根据式（3），当负荷Z L变化时会引起P1处的电压幅值和初相角发生变化，电压初相角的突变必然使得P1处的频率测量结果偏离 系统的真实频率。 用图1还可以解释在同一系统的不同位置，频率测量结果有差异的原因。在P2处，其电压为
电力系统常见问题
谐波常见问题 一、电能质量与电力谐波 一个理想的电力系统应以恒定的频率（50Hz或60Hz）和正弦的波形，按规定的电压水平对用户供电。供电的频率、幅值和波形畸变等因素反映了供电质量或电能质量。 电网的频率和幅值很大程度由发电厂控制，而电流和电压波形的畸变则归因于用电设备或负载。传统的线性负载，如白炽灯、磁感应电动机、电阻性发热丝、电容器组等，其电流波形是和正常电网电压波形一致的正弦波，基本没有畸变。但是随着经济、技术的发展，特别是随着电力电子技术的发展，变频调速器、半导体整流设备、不间断电源、计算机、家用音像设备、节能灯、复印机等新型用电设备的应用迅速增加。这些负载具有显著的非线性特征，从电网汲取的电流波形存在严重畸变，不再是和电网的电压波形一致的正弦波。畸变的电流在电网内阻抗上产生畸变的电压降，又会导致供电电压波形畸变。 数学分析表明，畸变的波形是由与电网正常工作频率相同的基波正弦分量和它的高次谐波分量叠加构成的。工业负载所产生的畸变电流波形所包含的典型谐波分量主要有5次、7次、11次和13次谐波。 畸变的电流、电压波形含有大量高次谐波分量，导致电网污染，电能质量恶化，对电网和电力用户都会产生严重的危害和影响。当今电力谐波问题已成为主要的电能质量问题。 二、产生谐波的用电设备 产生谐波的用电设备非常广泛，如：变频调速器、直流调速系统、整流设备、中高频感应加热设备、晶闸管温控加热设备、焊接设备、电弧炉、电力机车、不间断电源、计算机、通讯设备、音像设备、充电器、变频空调、晶闸管调光设备、电子节能灯、复印机等，工作时都会产生大量谐波。 三、电力谐波的主要危害 1）增加电力设备负荷，降低系统功率因数，降低发电、输电及用电设备的有效容量和效率，造成设备浪费、线路浪费和电能损失； 2）引起无功补偿电容器谐振和谐波放大，导致电容器因过电流或过电压而损坏或无法投入运行； 3）产生脉动转矩致使电动机振动，影响产品质量和电机寿命； 4）由于涡流和集肤效应，使电机、变压器、输电线路等产生附加功率损耗而过热，浪费电能并加速绝缘老化； 5）谐波电压以正比于其峰值电压的形式增加了绝缘介质的电场强度，降低设备使用寿命； 6） 3的倍数次谐波电流会导致三相四线系统的中线过载，并在三角形接法的变压器绕组内产生环流，使绕组电流超过额定值，严重时甚至引发事故。 7）谐波会改变保护继电器的动作特性，引起继电保护设施的误动作，导致区域性停电事故； 8）谐波改变了电压或电流的变化率和峰值，延缓电弧熄灭，影响断路