电力系统频率偏差

在电力系统中，要使得所有发电机组转速的恒定运行，必须使得系统总共的 电源供给与负荷功率总需求（其中也有传输环节的电能损耗）平衡。然而，要实 现发电机组转速恒定并没有这么容易，这是因为电力系统中发电机组的出力和电 力系统负荷每时每刻都在变化。当系统出现发电机组的有功功率和负荷的有功功 率不平衡的情况时，系统频率便会因为发电机组和负荷的功率不平衡而出现变动， 从而产生了频率偏差。系统频率偏差持续时间和大小由发电机控制系统对负荷改 变的响应能力和负荷特性决定。只有在一种情况下，频率偏差才为0，那便是当 系统负荷需求的总有功功率等于发电机的总输出功率时候。而在通常情况下，系 统负荷需求的总有功功率并不总是等于系统发电机的总输出有功功率，那么在系 统负荷需求的总有功功率较大的情况下，系统频率便会下降，频率偏差为负值； 反之，在系统中所有发电机的总输出有功功率较大的情况下，系统频率便会上升， 频率偏差为正值。加剧电力系统有功功率不平衡的因素有很多，多为电力系统大 故障，如大容量发电设备退出运行，大面积甩负荷等，他们会使得电力系统频率 偏差超出允许的范围。综上所知，频率偏差产生的根本原因是电力系统有功功率 的不平衡。

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。

表达式为：频率偏差=实际频率－标称频率（我国系统标称频率为50HZ，国外有60HZ的）；我国电力系统的正常频率偏差允许值为±0.2HZ，当系统容量较小时，频率偏差值可以放宽到±0.5HZ；系统有功功率不平衡是产生频率偏差的根本原因。

电力系统频率指电力系统中同步发电机产生的正弦交变电压的变化频率。在 发电机组稳态运行时，机组中所有发电机都在同步运转，整个电力系统处于同频 运行状态。

电力系统能够安全并且稳定运行的至关重要因素之一是频率稳定，因为它能体现出一个电力系统发出的有功功率和负荷所需求的有功功率是否保持相同，电 力系统是否稳定和安全可靠。如果频率一旦出现不正常的情况，其后果将难以设 想，系统运行的可靠和安全以及各个用电用户的安全得不到保证。同时会导致它 们的效率变低，使电厂运行的经济性有所偏离，最终还会影响整个电网运行的经 济性。如果频率偏低，更会使整个系统不能够得以安全运行。因此上说，频率一 方面是评价电能质量好坏的标准之一，我们可以作为系统的一种状态反馈量来观 查监控并以此确定系统是否得到了稳定和安全控制；另一方面，我们还应当对系 统的频率实施一些的控制策略来确保系统的稳定和安全。

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=fm-fN，式中fm为实际频率（Hz），fN为系统标称频率（Hz）。

本书是电能质量技术丛书第二分册。

全书共分六章，从频率的基本概念出发，对电力系统频率偏差影响，频率控制、检测和标准等几方面，结合我国电力系统运行实例和国际上的相关经验，作了系统的、深入浅出的论述，是迄今为止国内第一本专门介绍电力系统频率特性的读物。

电力系统频率特性包括负荷频率特性和发电频率特性，又分为频率静态特性和频率动态特性。电力系统频率特性的最大特点是，在一般运行情况下，系统各点的频率值基本相同。

电力系统频率特性是电力系统频率调整装置、自动低频减负荷装置、电力系统间联络线交换功率自动控制装置等进行整定的依据。负荷频率静态特性不同种类的负荷对频率的变化关系各异。有的与频率无关，有的与频率的一次方、二次方或更高次方成正比(见负荷静态特性)。

丛书前言

序言

第一章　频率的概念

第一节　交流电的频率

第二节　频率的基本属性

第三节　电力系统频率，电源频率和负荷节点频率

第四节　标称频率

第五节　频率偏差

第六节　频率波动

第七节　电力系统的频率特性

第八节　频率突然下降及崩溃

第九节　频率与电压的关系

第二章　频率偏差对电力系统的影响

第一节　影响频率的因素

第二节　系统低频率运行对火力发电厂的影响

第三节　系统低频率运行对水电厂的影响

第四节　系统低频率运行对负荷的影响

第五节　冲击负荷引起的电力系统频率波动

第六节　电力系统高频率运行的危害

第七节　小结

第三章　电力系统的频率控制及其调整

第一节　系统正常工况下的频率调整

第二节　系统异常及故障工况下的频率调整

第三节　小结

第四章　电力系统频率的检测与评价

第一节　电力系统频率的四种运行工况

第二节　电力系统的动态频率

第三节　电力系统频率的检测

第四节　电力系统频率的评价

第五章　电力系统频率偏差的标准和规定

第一节　国内外有关的标准和规定

第二节　电力系统频率偏差标准和规定的讨论

第六章　电力系统频率允许偏差的确定

第一节　频率偏差的动态属性

第二节　发电、输变电设备及负荷对系统频率质量的要求

第三节　电力系统频率允许偏差确定的原则

第四节　我国电力系统的频率允许偏差及标准评价

参考文献